智能数字化变电站过程层应用技术要点分析

曾伟峰

（福建省龙岩市武平县供电有限公司，福建 龙岩 364300）

随着电力电子技术、计算机技术、电力通信技术等在电力系统中应用的不断完善，加上电力系统不断向大参数、高电压等级、复杂电网结构等方向快速发展，传统的变电站自动化系统在实时性、可靠性、精确性等方面均很难满足现代智能数字化远程调度电力系统需求。为了实现变电站中所有智能IED电子设备间数据信息资源的实时共享和互操作，如何确保过程通信网络中所有测控、保护、监视等数据信息在采集、远程传输、以及运算分析等过程中具有非常强大的实时性、安全性、可靠性等，就成为智能数字化变电站自动化过程层应用技术研究难点和热点，具有非常重要的工程实践意义[1]。

1 智能数字化变电站过程层总线通信技术实现背景

1.1 变电站IEC61850国际标准

变电站IEC61850国际标准是新一代智能数字化变电站自动化系统通信网络和系统通信协议的技术标准，通过对变电站内部所有IED设备数据对象的统一信息集成建模，并按照面向对象服务技术和抽象通信服务规范接口的统一语言描述定义，从而实现变电站内所有分层分布式智能IED电子设备间数据信息资源的无缝通信实时共享。应用IEC61850标准中的通信协议可以实现智能数字化变电站自动化系统中所有智能IED设备间的互操作性、以及系统自动化功能的扩展兼容性和运行长期精确稳定性，是实现变电站自动化系统中数据信息资源实时共享的基础前提，为智能数字化变电站自动化系统的过程层智能IED电子设备实现信息集成建模的基础数字化的重要保证，是变电站自动化系统过程总线通信技术的研究发展重要方向。

1.2 电子式互感器与智能化断路器

电子式电流/电压互感器为变电站系统运行中，特征电参量数据信息的实时采集、监视、保护、控制等智能IED电子设备提供重要的数据信息。由于不同智能IED设备通常来自不同厂家或同厂家不同型号的产品，因此，利用电子式电流/电压互感器为不同智能IED电子设备间提供标准化、系统化的数据信息，也是变电站自动化系统过程层实现不同智能IED电子设备间数据信息资源实时共享和互操作的重要技术支撑。断路器智能化的二次系统可以实现断路器监测系统信息量的最大化、准确化、故障事故逻辑判定程序多样化、以及断路器监控保护技术手段智能自动化等多种功能，可以有效提高智能数字化变电站系统在实际运行中对系统故障和事故定位的实时精确化。

1.3 网络通信集成网络化技术

数据信息的实时通信是实现变电站自动化系统智能数字化的关键技术。光纤通信技术、交换式以太网、以及虚拟局域网（VLAN）等网络通信技术在变电站自动化系统中应用的不断完善深入，使得变电站自动化系统的二次信号回路和控制回路逐步向集成网络化等方向快速发展。用数字通信技术手段代替传统的电量信号传输模式；用光纤作为传输介质代替传统控制、信号电缆的硬接线模式，为变电站自动化系统从集中式向分散分布式信息集成等方向发展提供了重要技术支撑。过程层中二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O输入输出接线端口，通过过程层网络真正实现不同智能IED电子设备间数据信息资源的实时共享和互操作。

2 智能数字化变电站过程总线应用结构体系

智能数字化变电站自动化系统汇中过程层和过程总线通信的提出，是基于IEC61850国际系统规范标准对传统变电站自动化系统的通信协议体系(如UCA2.0)进行信息集成通信的重大技术变革，也是智能数字化变电站区别传统变电站自动化系统的重要指标特征之一。按照智能数字化变电站IEC61850标准要求，过程总线应用结构应采用集成网络化通信结构代替传统变电站的二次控制、信号电缆硬接线模式。智能数字化变电站过程总线应用结构应以工业以太网为通信核心，按照不同的组网方式构筑满足不同数据信息流需求的合理灵活的逻辑拓扑结构。目前，智能数字化变电站自动化系统建设和改造工程中常用的过程总线应用结构体系主要包括星形拓扑、总线拓扑、环形拓扑、以及网状拓扑四种模式。但是从大量工程应用效果来看，星形结构从信息流通信实时可靠性、逻辑拓扑结构清晰性、以及使用成熟完善性等方面均较其它三种应用结构体系较为完善合理。加上变电站智能IED电子设备制造成本的不断下降，采用冗余设计模式的星形网络拓扑结构，已成为智能数字化变电站过程总线首先的通信应用保护结构。

在大量工程应用实践经验的基础上，很多电力研究学者又在过程层总线中通过将保护IED设备和合并单元两者相互组合，并利用时钟源进行在线分析的改进过程层总线保护结构模式，其具体结构如图1所示：

图1 经功能整合后的变电站过程总线保护结构

从图1中可知，电力研究学者在标准冗余星形结构的基础上，引入了考虑间隔层与过程层设备单元间的可用性因素，利用合理的合并单元与断路器控制组合体与保护IED电子设备间的运行可靠性判断，通过功能整合有效提高智能数字化变电站中过程通信总线运行可靠性、精确性、以及实时可靠性。

3 智能数字化变电站过程层总线应用功能的实现

按照图1中所述的功能整合过程总线冗余保护结构，推出了实际变电站自动化系统工程应用中的过程层功能合并单元（合并单元/断路器控制器）的整合设计方案。此处以ABB制造厂家的智能数字化变电站过程总线保护结构体系为例，其具体过程总线保护实现方案如图2所示：

图2 ABB过程总线保护实现方案

从图2可知，ABB推出基于ELK-CP3组合采集分析处理装置（组合式电压/电流互感器）的过程总线保护结构。

结束语

随着变电站自动化系统中过程层电气一次设备的智能化、数字化，以及二次设备的集成网络化，采用数据和信息的集中标准化采集模式，并基于IEC61850标准的过程层通讯网络结构,实现了变电站自动化系统中过程总线上数据信息的集成统一采集传送，完成了变电站中不同智能IED设备间功能数据信息的实时共享和互操作,促进了变电站自动化系统向智能数字化方向快速稳定发展。

[1]殷志良，刘万顺,杨奇逊,等.基于 IEEE1588实现变电站过程总线通信采样值同步技术[J].电力系统自动化，2005，29(13)：60-63.

[2]殷志良，刘万顺，杨奇逊等.一种遵循 IEC 61850标准的合并单元同步的实现新方法[J].电力系统自动化，2004，11(28)：57-61.