智能化变电站新技术的发展

智能化变电站新技术的发展

智能区块是基于整个设备和全智能设备的智能，自动完成信息采集、测量、控制、保护、测量和监测等基本功能。根据需要，支持电网实时自动控制、智能监控、在线分析决策、协调互动等高级功能，以及与相邻网络、电网规划等互动的能源站。一次设备智能化(如智能化开关、光纤传感器等)、二次设备网络化、通信系统网络化(基于IEC61850标准)、运行管理系统自动化成为目前智能化变电站的主要技术特征。随着智能化变电站技术的发展,其组建方式不断更新。本文就智能化变电站建设中的几个关键技术问题进行阐述。1智能组件的概念智能化变电站体系结构一般分为系统层和设备层这两层,如图1所示。智能化变电站设备层包含数字化变电站结构中的间隔层和过程层,一般由高压设备和智能组件组成。高压设备包含由一次设备和智能组件构成的智能设备,也包含常规设备,如变压器、断路器、互感器、避雷器、隔离开关等。智能组件的概念较灵活,表现形式可以是测控装置、保护装置、测控保护装置、智能终端、状态监测装置、合并单元(MU)装置,也可以是几个装置的集合,如气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)汇控柜、屏柜等。智能化变电站系统与数字化变电站的变电站层相似,主要包含自动化系统、通信系统、对时系统等子系统、安全监控和数据采集(SCADA)、操作闭锁、电能量采集、全站备用电源自动投入装置(下称备自投)、低压/低频解列、集中故障录波、保护信息管理等相关功能,即实现变电站站级功能。2加强智能化变电站关键技术研究目前,国家电网公司正大力推广智能化变电站技术,智能化变电站的智能化不仅体现在运行、维护环节,还体现在工程实施环节,变电站建设模式将获得巨大改变。但是,由于智能化变电站技术的研究和试点智能化变电站的建设工作刚刚起步,各项新技术在使用过程中,可能会有许多问题不断涌现,需要一一克服。目前,对智能化变电站关键技术的研究重点工作应集中在:①开展智能电子设备(IED)的研发及改造,通过提升智能化变电站IED技术水平,实现对变电站的优化控制;②抓紧制定智能化变电站相关标准规范,特别是智能化变电站的架构和技术体系;③提升智能化变电站综合信息分析能力,实现变电站的信息化;④探索全新的变电运行管理模式,逐步实现智能化变电站设备状态的监控,实现诊断信息与电网运行管理的双向互动,实现设备的完全状态检修和全生命周期管理等技术。本文以河南省洛阳金谷园智能化变电站的建设为例,重点对智能化变电站关键技术中的高压设备智能化测控技术问题、智能告警及事故信息综合分析决策技术应用问题、保护与控制二次技术问题、智能化变电站网络化五防技术问题、智能化变电站配置工具问题进行讨论。3信息融合技术。在现代社会,智能智能化变电站的主要特征之一是高压设备具有智能化。变电站利用传感器对关键电气设备的运行状况进行实时测量、监控,进而实现电气设备的可观测、可控制和自动化是智能设备的核心任务和目标。智能化变电站利用高压设备智能化测控技术,依据获得的被监测设备状态信息,采用基于多信息融合技术的综合故障诊断模型,结合被监测设备的结构特性和参数、运行历史状态记录以及环境因素,对被监测设备工作状态和剩余寿命做出评估。在拓展其功能方面,加强对获取的周围大量信息的感知功能、对获取信息的处理能力和对处理结果的思维判断能力、对处理结果的再生信息的实施及有效操作的实施功能。智能化变电站信息融合技术是对多种信息的获取、表示及其内在联系进行综合处理和优化的技术。智能化变电站所采用的信息融合技术,协同利用多源信息,从多信息的视角进行信息处理及融合,得到这些信息的内在联系及其规律,保留正确的和有用的信息,剔除无用的和错误的信息,最终实现获取信息的优化。目前,智能化变电站的设备已实现全面的在线监测,在智能化变电站中二次设备状态特征量的采集上减少了盲区,可以有效地获取变电站运行状态数据、各种智能电子设备(IED)的故障和动作信息。在河南省洛阳金谷园智能化变电站的建设中采用了高压设备智能化测控技术,其一次设备设计成功能一体智能化设备,将互感器与变压器、断路器等高压设备进行一体化设计,以减少设备占地面积;将传感器或执行器与高压设备或其部件进行一体化设计,以达到特定的监测和控制目的;在智能组件中,将测量、监测、计量、控制、保护进行一体化融合设计,实现一、二次电气设备的融合。4智能警报系统结构目前,变电站的告警方式都是基于潮流计算的静态告警,基本没有针对故障来分析的,最具价值的告警信息没有在第一时间被挖掘出来以最直观的方式呈现给运行人员,使告警信息的层次较为模糊,告警方式较为单一。因此,设想智能化变电站的智能告警方式,应该是要实现不同故障应用不同的方式告警;故障之间不同关联关系的告警方式应该不同。为使智能化变电站具有智能告警功能,变电站在监控系统上要安装智能告警及事故信息综合分析决策系统如图2所示。该系统要具备对变电站故障关联数据进行分类、整理,分类显示处理不同信号,提取故障报警信息,辅助故障判断及处理。通过对变电站的运行状态进行在线实时分析与推理,自动报告变电站异常状态,并提出故障处理措施,为主站提供智能告警,也为主站分析决策提供事件信息。该系统形成的完整故障综合信息,可以为专业技术人员提供故障时刻信息的综合展示。智能告警及事故信息综合分析决策系统的应用,要根据告警信号的重要性,定义每个告警信息,标注告警信息重要等级,进行合理分层、分流处理来实现告警信息的分类、分页显示。告警实时显示窗口设计,可设计成多个页面(如提示页、时序页、告警页、越限页、事故页、变位页、检修页、未复归告警页等)。同时充分利用变电站面向对象的设计理念,使告警信息可按间隔进行过滤,使智能告警上升到系统级、动态、全区的告警。智能告警具有辅助分析、处理的功能,采用逻辑推理技术,实现对单个或多个关联告警事件进行推理判断,给出事故发生的原因及处理措施。这能保证在最短的时间内收集所有与事故异常相关的重要信号,并获得该类异常事故情况的处理方法;能及时进行准确分析、处理,极大提高了工作效率。5正在监测智能能源站的保护和二次技术的问题5.1智能变电站中的网络及通信系统由于智能化变电站对间隔层功能自治的要求和智能组件与高压设备的一体化设计要求,对保护和测控装置新的要求主要表现在:①要设计具有不同用途的以太网接口,来适应智能化变电站对网络体系结构、交换信息、网络流量和实时性要求的不同;②随着测量部分和执行部分下放到一次设备,保护和测控装置硬件平台要统一,来适应其需要的强大通信能力和逻辑预算功能;③强化与非常规互感器和智能开关设备数字接口和大流量数据处理能力;④采用IEC61850标准建模,解决好互操作性和互换性;⑤强化变电站事故快速恢复、在线分析决策等高级应用功能;⑥强化配套可视化开发工具,实现功能的自由分布,使变电站信息由抽象变得更加具体。5.2现场运行维护工艺优化新建智能化变电站,要扬弃传统继电保护的“事先整定、实时动作、定期检验”模式,积极采用自适应继电保护技术,实时整定继电保护装置的定值、特性和动作性能,实现继电保护装置的最佳性能。为使自适应继电保护达到保护性能最优化、自适应计算实时化、使用简便化,可以简化现场运行的保护定值、保护调试维护、保护接线、就地保护操作,促使保护设备进一步智能化。在河南省洛阳金谷园智能化变电站中采用的自适应继电保护主要包括:自动在线计算整定值和系统参数、自适应调整保护运行方式、实时判断系统运行状态等。5.3继电保护定值的智能整定智能化变电站要实现实时的网络拓扑,满足网络连通性的在线判断,计算机监控系统要实时采集相关模拟量和开关量信息,得出诸如电源系统、负荷系统、支路各系统的相互关系,实现实时系统建模,考虑电网各种极端运行方式,实现继电保护的智能整定和在线校核。继电保护定值的智能整定解决了电网运行方式变化对继电保护装置保护范围和灵敏性的影响,提高了继电保护动作的正确性。继电保护的在线校核,是指继电保护系统根据电力网的系统拓扑结构、运行方式、保护配置等方面,来获取电网实时运行数据,对当前电网中各种继电保护装置的性能进行在线校验的过程。借助通信网络,继电保护在线校核系统在线计算、校核继电保护装置的定值,实时判别电网所有继电保护装置的性能,包括继电保护的保护范围、选择性、灵敏性、速动性等情况,对可靠性方面可能存在误动、拒动隐患的继电保护装置给出报警信息,并依据监控系统要求实时选择是否需要切换继电保护装置的实时运行保护定值。目前,在智能化变电站继电保护的智能整定和在线校核系统的实际应用中,存在的主要问题是计算机的配置、计算速度和网络速度的提高。6实现网络化五防锁功能智能化变电站可以利用变电站层和间隔层之间的以太网,实时交换五防逻辑闭锁所需要的间隔层IED状态信息,实现五防功能。其所用的全站数据通过开放的过程层面向通用对象的变电站事件(GOOSE)通信网络实时传送,利用过程层的合并器获得模拟量信息,利用过程层的智能接口获得遥信数据信息。间隔层IED利用GOOSE机制都能及时获得其五防逻辑闭锁所需的数据,利用这些数据判别相应间隔设备的控制闭锁逻辑条件,来实现独立于五防主站的间隔层设备的逻辑闭锁。智能化变电站应用网络化五防闭锁功能示意图如图3所示。在图3中,间隔层设备信息共享和互操作完全依据底层网络,代替了常规的电气编码锁装置,可实时识别运行状态设备,根据综合判断形成决策,在网络底层实现智能化变电站较完整的五防操作逻辑五防闭锁功能。智能化变电站间隔层GOOSE网络的实际应用,为变电站实现网络化五防闭锁功能提供了技术支撑,但在具体应用中,要注意以下几个要点:①要选择发布方/订阅方机制作为GOOSE信息交换方式,发布方将信息直接写入发送侧缓冲区,接受方从接受侧缓冲区读取信息;②利用事件驱动式GOOSE机制性能,使其能快速传递设备间的突发事件信息和变位信息,通过定义重发式GOOSE机制,保证信息的一致性和实时性;③充分利用GOOSE的点对点通信机制,使其满足于实时性要求高、数据流量大的数据通信情况;④为保证重要信息优先传输,要设置好交换机网络报文优先级顺序。7配置语言在变电站的应用随着智能化变电站数字化技术的不断发展,以及网络通信技术的不断应用,变电站内IED装置硬件回路会越来越少,特别是虚端子、虚回路的配置逐步代替变电站大量的控制电缆连接模式,如利用虚拟化连接端子,使物理端子被虚端子代替,物理连接被逻辑连接替代;信息传输用光纤通信替代控制电缆;站内纸质图纸被SCD文件代替。其优势是最大程度利用了计算机技术,实现智能化变电站的自动变换数据模型、自动测试和校核信息,实现变电站的标准化自动设计。变电站配置语言(SCL)的应用,就是其典型优势之一。SCL作为工程化工具,能够把变电站间隔层IED的配置描述,通过网络传送给应用系统,也能将变电站完整的系统配置描述,再传回给间隔层IED配置工具,实现了不同厂家产品之间配置数据交换的互操作性。在河南省洛阳金谷园智能化变电站建设中,配置语言的应用需要解决好几个问题:①要安装组件MSXML4.dU,解决MSXML(微软提供的用于处理XML文档的COM库,提供了丰富的API接口数据)应用环境问题,在相应的工程中要将MSXML头文件和库文件导入;②基于文档对象模型(DOM)树的操作与树控件的操作必须同时进行,这样