数字化变电站的运行实施研究

2022-09-11

数字化变电站系统是一项多专业性综合技术, 其实质是实现变电站的综合自动化, 是电网运行管理中的一次变革, 它是将变电站的二次设备利用计算机技术、现代通信技术, 经过功能组合和优化设计, 对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。

本论文主要对数字化变电站的构建, 以及运行实施中的关键技术问题展开探讨, 以期和同行共享。

1 变电站综合自动化现状分析

目前, 我国的变电站在追求大功率、高可靠性的同时, 往往忽略了变电站的综合自动化及数字化的建设, 在传统变电站中, 其自动化系统存在诸多缺点, 难以满足数字化控制的要求, 其不足主要体现在以下几个方面。

(1) 传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路缺乏自检和自诊断能力, 其结构复杂, 可靠性低。

(2) 二次设备主要依靠大量电缆, 通过触点、模拟信号来交换信息, 信息量小、灵活性差、可靠性低。

(3) 由于上述两个原因, 传统变电站占地面积大、使用电缆多, 电压互感器、电流互感器负担重, 二次设备冗余配置多。

2 数字化变电站的构建

2.1 技术方案

2.1.1 一次设备技术方案

(1) 110k V电压互感器选用输出数字信号的有源光电式互感器, 使交流量采集、传输数字化。 (2) 110k V电流互感器选用数字信号的有源光电式三Rogowski线圈互感器, 主变的差动、后备保护、测量分开使用互感器线圈使交流量采集、传输数字化。 (3) 主变110k V侧中性点间隙零序互感器采用输出弱模拟信号电子式互感器, 经过采集器使之数字化。 (410k V互感器选用输出弱模拟信号的电子式互感器, 经过智能单元使之数字化。

2.1.2 二次设备技术方案

(1) 所有保护及二次设备在控制室集中组屏。 (2) 保护和测控等设备的模拟接口都由光纤数字接口代替。 (3) 主变的本体、差动、后备保护独立配置, 后备保护集成测控功能, 不单独配置公用测控单元。 (4) 保护和测控等设备加装智能单元, 使之采集、传输、控制等的信息数字化。 (5) 在内桥开关保护装置、主变保护装置上加装合并器, 实现跨间隔传输、处理信息。 (6) 在10k VI、II母线电压互感器柜上就地加装智能单元, 实现跨间隔传输、处理信息。 (7) 计量系统采用带光纤数字接口的纯数字式电能表。

2.1.3 网络设备技术方案

(1) 为使二次设备符合IEC61850协议标准。按IEC61850协议改造现有二次设备的通信协议, 并将其对一次设备的输入输出接口改为能与过程层总线连接的接口。 (2) 光缆传输替代设备间的控制和信号电缆的传输。 (3) 每个间隔建立一个独立子网, 间隔层与过程层之间采用点对点方式, 通过100M光纤以太网交换信息。间隔层与站控层采用传统IEC61850-5-103协议通信方式, 通过100M/10M以太网实现数字化。

2.2 关键技术问题分析

2.2.1 基于多线程的数据采集技术

变电站要实现数字化的运行, 同时结合实时性的要求, 必须对二条以上的线路同时进行数据采集和分析, 并且对每条线路的数据采集和分析必须是独立的、同步的, 互不干扰, 互不影响。目前绝大多数计算机采用的是冯诺依曼体系结构, 这种结构的特点是顺序处理, 一个处理器在同一时刻只能处理一件事情。为了满足变电站数字化运行的要求, 根据大型机的并行处理模式, 数据采集业采用了仿并行处理技术——多线程并行采集。这种技术采用了一种全新的调度策略, 将处理器的运算时间分成若干个时间片, 当对某一条线路进行监测和分析时, 就占用一个时间片;当对另一条线路进行监测和分析时, 就占用另一个时间片, 这样轮流占用, 就可以近似地认为是在对每条线路同时进行监测和分析。

在变电站数字化综合自动控制系统中, 上位机 (工业计算机) 通过发送采集命令来获取下位机的响应, 下位机通过不断查询查询来确定是否被访问, 一有命令数据采集模块立刻响应发送采集到的数据。上位机接收数据后进行相应的处理, 对于每条总线都必须执行数字传输的过程, 所以采用了多线程, 每条总线采用一个线程, 从而实现了同时并行的对所有总线进行数据采集。

2.2.2 数据库信息同步技术

现有的数据同步技术, 在实际应用中均存在着一定的问题, 如压缩编码率较低, 在窄带环境下同步传输可靠性低, 由于变电站的所有信息都需要确认数据信息的完整性, 同时在数据同步的过程中还存在着数据安全性降低的风险, 为此, 需要设计新的数据同步方案。当前针对重要而敏感的数据同步采用的消息队列和XML技术结合的数据同步技术, 为数据同步提供一个新的解决方案。

数字化变电站系统中所设计的数据同步的思想是:应用程序在监控到本地数据库上的数据更新事务后, 将更新事务封装成MSS消息发送。对于本地而言, 消息在交付给消息队列服务器之后首先进入本地消息发送队列等待发送, 若无异常, 消息将送到目的客户标题所指示的远端站点的消息接收队列中。同时, 一个后台服务程序一直监视着接收队列, 一旦有消息到达, 它将读取消息, 并根据消息内容对本地数据库执行所描述的更新事务, 如果更新成功, 则处理结束, 并返回“更新成功”, 否则返回“更新失败”。此时发送端的一个后台服务程序一直监视应答队列, 根据收到的消息类型进行相应的操作, 若成功, 则将该消息记录从数据库中删除, 若失败, 则周期性地重发该消息。依据分解原则和实际条件, 按照XML标准建立了符合需要的两个重要的配置文件, 任何时候出现错误, 都必须取消当前业务, 回卷所有的业务操作做的更新并将错误写入错误业务列表, 这样能够很轻松的实现对数据同步操作的记录, 避免了因为数据同步失败而带来的数据丢包的风险。

3 结语

数字化变电站运行系统将现代电子技术、计算机技术、网络通信技术、数据库技术、信息处理技术等紧密结合, 利用网络化的通用硬件平台和层次化的结构软件平台, 把供电系统、微机保护系统建成一个基于分层分布式网络的变电站综合数字化的自动化系统, 从而提高企业供电系统安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益, 因此, 应当大力推广变电站的数字化运行和综合自动化系统的建设。

摘要：针对现有变电站综合自动化水平不高、尚未实现数字化运行的现状, 本论文讨论了数字化变电站的构建方案, 并对数字化变电站运行中的关键技术问题进行了探讨, 对于进一步推动变电站的综合自动化和数字化运行具有一定的借鉴意义。

关键词：变电站,数字化运行,系统构建