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【摘 要】本文根据变电站综合自动化的现状,从工程实际应用设计的角度,简单阐述了变电站智能化设备的必要性及智能设备的特点,探讨了从综合自动化设计出发的集成思路,同时对变电站智能设备的进一步发展现状提出了一些基本设想。
【关键词】综合自动化;数据通信;智能设备;集成思路;监控网络
Some understanding and ideas of transformer substation monitoring system intelligent equipment integration
Liang Xiao-mei
(Xi'an Datang Power Design and Research Institute Xi'an Shannxi 710000)
【Abstract】According to the status of integrated automation substation, from engineering Shijiyingyong aspect of design, Jiandanchanshu Le substation intelligent Shebei the necessity and intelligent features, discusses the design of integrated automation from the start of Ji Cheng ideas, while on the substation intelligent the status quo of the further development of some basic ideas.
【Key words】Integrated automation, Data communications, Intelligent devices, Integrated thinking, Monitoring network
1. 引言
近年来,计算机网络及智能设备等新技术的不断采用,从根本上改变了变电站二次设备的基本面貌,全数字化的设备、以网络构成的系统,辅以成熟的调度自动化系统,正在不断地提高变电站运行的自动化程度和可靠性,从原来的变电站设备及运行状态的监测发展到整个变电站设备监控的集成的自动化系统,已基本做到了自动化应能实现的功能,无人值班变电站及变电站自动化系统已被用户普遍接受并使用。由于以往变电站二次部分的开发是分保护、测量、监控等各专业独立开发、功能相对独立设置的,由此为满足系统的功能配置要求而在“搭系统”,从而导致要么底层控制单元无法投入系统,信息传送不上来,就是系统要求的功能底层控制设备单元不具备。针对上述问题,本文从整体系统设计思想入手,讨论对变电站内智能化设备的基本要求及其构成、系统集成的基本思想,以供同行参考。
2. 变电站自动化的特点及智能设备的构成
国内变电站二次产品早期开发过程是按保护、测量、控制和通信部分分类独立开发,随着技术的进步以及电力系统自动化的要求,从对分布、开放性以及系统整体的发展趋势来看,采用分布式测控、保护、自动装置及计算机局域网的结构方式显然比较优越。根据IEC国际电工委员会电力系统控制与通信技术委员会的划分以及变电站自动化系统的特点,变电站内的设备可划分为如下三个层次。
图1
设备层:包括各种一次设备象开关、线路、变压器、电容器、CT/PT等。
间隔层:是各种二次设备包括采集、测量、控制、保护、自动装置、故障滤波等,它们大多能独立完成某种功能,且具有与外部进行数据交换的能力。
变电站管理层:对整个变电站进行安全监视、控制、操作,并与变电站外部进行数据交换,如当地监控微机、与控制中心通信的网关等。
图1标示了变电站内的三个层次和它们之间的数据交换。从对变电站电能传输、分配进行检测、控制和管理的观点出发,可以认为变电站由母线、变压器、线路、电容器等基本元件组成;一个基本元件通过一个或多个间隔向二次系统提供数据,接收二次系统的控制命令。根据每一个基本元件自身的特性和检测、控制要求,并按照基本元件内部数据采集及故障检测和隔离由元件自身解决的原则,设计每一种基本元件对应一种硬件结构即智能电子设备(IED)。在功能分配上,采用可以下放的功能尽量下放的原则。凡是可以在本间隔内就地完成的功能绝不依赖通讯网完成,这样构成的系统同以往的集中式系统相比有着明显的优点:可靠性提高、可扩展性和灵活性提高以及站内二次电缆简化、节省投资。
3. 智能设备的集成
在变电站自动化中存在一些促使设备集成的动力。首先,变电站自动化要求采用较少的设备完成更多的功能,其解决方法之一是安装具有集成功能的智能电子设备。最基本的继电保护IED就是一个例子,它集成了保护、测量、控制、录波、事件顺序记录以及通信等功能。用一个设备完成所有这些功能,这样就实现了设备整体费用的优化,减少资金和运行维护费用。
另一个向集成化发展的动力是先进的自适应能力和系统控制性能。在这些先进的性能中系统知识是非常有用的,它允许继电保护IED动态改变运行参数。具有核心级的系统知识可以使系统的稳定性和潮流都得到控制。
技术进步也是向集成化发展的主要动力。微处理器、计算机通信及应用软件技术的飞速发展促成了集成系统的开发,将来的重点可能由硬件IED发展为“智能化”软件。
4. 局域网络通信技术
变电站内智能电子设备的集成化设计策略采用了分布式功能配置的概念,因为分布式体系结构可使任何规模的变电站具有可扩充性。通过共享冗余得到了高可靠性、简化的布线以及可选择的性能升级能力。在实际采用计算机局域网的标准上,一般存在着采用“工业以太网”和“现场总线”两种不同的做法。
现场总线在实际应用中,最主要是其标准问题。现场总线有多种标准有两个原因,首先是技术上的原因,即适用场合和用户习惯原因。另外还有设备总线可用于控制,其信息量大而且复杂,传输较慢,除此外不同行业有其传统使用习惯。
以太网(Ethernet)经过若干年的发展,技术上已经十分成熟。随着适合于工业现场应用的嵌入式以太网微处理器的发展,以太网已可十分便利的应用于变电站自动化场合。
5. 智能电子设备的发展目标和变电站自动化的趋势展望
变电站自动化系统与其它工业自动化领域一样,正沿着“分布化、智能化、集成化、可视化和协调化”的方向发展。这就给智能电子设备提出了更高的目标,这主要体现在以下几点:
(1)可互操作性:当前和将来都可以与任意一个生产厂家的IED进行通信。
(2)即插即用:所有连在LAN上的设备将由系统自动识别。
(3)可靠性/安全/可信性:这是基本的继电保护特性,目的是使整个系统达到同一水平。
(4)开放性:提供一个变电站自动化系统的平台。
(5)冗余度;任何单一的部件故障不会影响整体系统性能。
(6)智能化:提供一个人工智能的应用平台;通过这个功能实现故障分析、选择性的数据和电力系统配合。
(7)自动化:通过嵌入算法软件或按用户定义的控制顺序提供未来的自动控制功能。对于继电保护设备,可通过用户自定义的计算方法和动作次序支持未来的自适应继电保护功能。
(8)灵活性/可扩充性:对于当前的硬、软件系统设计要考虑到将来的扩充,应当易于修改。
智能电子设备的采用,将彻底改变常规继电保护、自动装置及测量仪表等的单一功能结构,变为包括继电保护、过程自动化、录波、计量、测控等多功能智能化设备的变电站自动化系统。由于现场设备的高智能、多功能,使得主控系统的负担得以分散,实现了彻底的分散控制保护及自动化,由此可极大提高控制、保护、自动化系统的可靠性、自治性、灵活性。
计算机网络通信、交换技术的发展,还使得变电站内部的LAN可以与广域的WAN相连,WEB浏览技术使得电力系统的用户在任何地方可以监控变电站的运行情况。变电站自动化系统适应Internet/Intranet网络技术的发展,就可以逐步实现开放式的通信体系结构。
以上针对我本人在设计变电站智能装置以及相应组成的变电站自动化系统的一些实践经验,谈了本人对变电站智能设备的集成与发展的一些理解和建议。其中有些建议和设计目标还只是在设想阶段,但相信现代计算机技术和网络技术的飞速发展一定会为实现上述目标提供最大的支持。
参考文献
[1] 黄太贵.智能电子设备在变电站综合自动化中的应用.电力系统自动化.1998,3
[2] 周旭虹500变电站自动化系统结构的探讨.电网技术.2001.4
[3] 新型智能重合控制器及其应用.电力系统自动化.2001.10
[4] 新型智能备用电源自投装置.电力系统自动化.2003.9
[文章编号]1006-7619(2010)06-28-598
【关键词】综合自动化;数据通信;智能设备;集成思路;监控网络
Some understanding and ideas of transformer substation monitoring system intelligent equipment integration
Liang Xiao-mei
(Xi'an Datang Power Design and Research Institute Xi'an Shannxi 710000)
【Abstract】According to the status of integrated automation substation, from engineering Shijiyingyong aspect of design, Jiandanchanshu Le substation intelligent Shebei the necessity and intelligent features, discusses the design of integrated automation from the start of Ji Cheng ideas, while on the substation intelligent the status quo of the further development of some basic ideas.
【Key words】Integrated automation, Data communications, Intelligent devices, Integrated thinking, Monitoring network
1. 引言
近年来,计算机网络及智能设备等新技术的不断采用,从根本上改变了变电站二次设备的基本面貌,全数字化的设备、以网络构成的系统,辅以成熟的调度自动化系统,正在不断地提高变电站运行的自动化程度和可靠性,从原来的变电站设备及运行状态的监测发展到整个变电站设备监控的集成的自动化系统,已基本做到了自动化应能实现的功能,无人值班变电站及变电站自动化系统已被用户普遍接受并使用。由于以往变电站二次部分的开发是分保护、测量、监控等各专业独立开发、功能相对独立设置的,由此为满足系统的功能配置要求而在“搭系统”,从而导致要么底层控制单元无法投入系统,信息传送不上来,就是系统要求的功能底层控制设备单元不具备。针对上述问题,本文从整体系统设计思想入手,讨论对变电站内智能化设备的基本要求及其构成、系统集成的基本思想,以供同行参考。
2. 变电站自动化的特点及智能设备的构成
国内变电站二次产品早期开发过程是按保护、测量、控制和通信部分分类独立开发,随着技术的进步以及电力系统自动化的要求,从对分布、开放性以及系统整体的发展趋势来看,采用分布式测控、保护、自动装置及计算机局域网的结构方式显然比较优越。根据IEC国际电工委员会电力系统控制与通信技术委员会的划分以及变电站自动化系统的特点,变电站内的设备可划分为如下三个层次。
图1
设备层:包括各种一次设备象开关、线路、变压器、电容器、CT/PT等。
间隔层:是各种二次设备包括采集、测量、控制、保护、自动装置、故障滤波等,它们大多能独立完成某种功能,且具有与外部进行数据交换的能力。
变电站管理层:对整个变电站进行安全监视、控制、操作,并与变电站外部进行数据交换,如当地监控微机、与控制中心通信的网关等。
图1标示了变电站内的三个层次和它们之间的数据交换。从对变电站电能传输、分配进行检测、控制和管理的观点出发,可以认为变电站由母线、变压器、线路、电容器等基本元件组成;一个基本元件通过一个或多个间隔向二次系统提供数据,接收二次系统的控制命令。根据每一个基本元件自身的特性和检测、控制要求,并按照基本元件内部数据采集及故障检测和隔离由元件自身解决的原则,设计每一种基本元件对应一种硬件结构即智能电子设备(IED)。在功能分配上,采用可以下放的功能尽量下放的原则。凡是可以在本间隔内就地完成的功能绝不依赖通讯网完成,这样构成的系统同以往的集中式系统相比有着明显的优点:可靠性提高、可扩展性和灵活性提高以及站内二次电缆简化、节省投资。
3. 智能设备的集成
在变电站自动化中存在一些促使设备集成的动力。首先,变电站自动化要求采用较少的设备完成更多的功能,其解决方法之一是安装具有集成功能的智能电子设备。最基本的继电保护IED就是一个例子,它集成了保护、测量、控制、录波、事件顺序记录以及通信等功能。用一个设备完成所有这些功能,这样就实现了设备整体费用的优化,减少资金和运行维护费用。
另一个向集成化发展的动力是先进的自适应能力和系统控制性能。在这些先进的性能中系统知识是非常有用的,它允许继电保护IED动态改变运行参数。具有核心级的系统知识可以使系统的稳定性和潮流都得到控制。
技术进步也是向集成化发展的主要动力。微处理器、计算机通信及应用软件技术的飞速发展促成了集成系统的开发,将来的重点可能由硬件IED发展为“智能化”软件。
4. 局域网络通信技术
变电站内智能电子设备的集成化设计策略采用了分布式功能配置的概念,因为分布式体系结构可使任何规模的变电站具有可扩充性。通过共享冗余得到了高可靠性、简化的布线以及可选择的性能升级能力。在实际采用计算机局域网的标准上,一般存在着采用“工业以太网”和“现场总线”两种不同的做法。
现场总线在实际应用中,最主要是其标准问题。现场总线有多种标准有两个原因,首先是技术上的原因,即适用场合和用户习惯原因。另外还有设备总线可用于控制,其信息量大而且复杂,传输较慢,除此外不同行业有其传统使用习惯。
以太网(Ethernet)经过若干年的发展,技术上已经十分成熟。随着适合于工业现场应用的嵌入式以太网微处理器的发展,以太网已可十分便利的应用于变电站自动化场合。
5. 智能电子设备的发展目标和变电站自动化的趋势展望
变电站自动化系统与其它工业自动化领域一样,正沿着“分布化、智能化、集成化、可视化和协调化”的方向发展。这就给智能电子设备提出了更高的目标,这主要体现在以下几点:
(1)可互操作性:当前和将来都可以与任意一个生产厂家的IED进行通信。
(2)即插即用:所有连在LAN上的设备将由系统自动识别。
(3)可靠性/安全/可信性:这是基本的继电保护特性,目的是使整个系统达到同一水平。
(4)开放性:提供一个变电站自动化系统的平台。
(5)冗余度;任何单一的部件故障不会影响整体系统性能。
(6)智能化:提供一个人工智能的应用平台;通过这个功能实现故障分析、选择性的数据和电力系统配合。
(7)自动化:通过嵌入算法软件或按用户定义的控制顺序提供未来的自动控制功能。对于继电保护设备,可通过用户自定义的计算方法和动作次序支持未来的自适应继电保护功能。
(8)灵活性/可扩充性:对于当前的硬、软件系统设计要考虑到将来的扩充,应当易于修改。
智能电子设备的采用,将彻底改变常规继电保护、自动装置及测量仪表等的单一功能结构,变为包括继电保护、过程自动化、录波、计量、测控等多功能智能化设备的变电站自动化系统。由于现场设备的高智能、多功能,使得主控系统的负担得以分散,实现了彻底的分散控制保护及自动化,由此可极大提高控制、保护、自动化系统的可靠性、自治性、灵活性。
计算机网络通信、交换技术的发展,还使得变电站内部的LAN可以与广域的WAN相连,WEB浏览技术使得电力系统的用户在任何地方可以监控变电站的运行情况。变电站自动化系统适应Internet/Intranet网络技术的发展,就可以逐步实现开放式的通信体系结构。
以上针对我本人在设计变电站智能装置以及相应组成的变电站自动化系统的一些实践经验,谈了本人对变电站智能设备的集成与发展的一些理解和建议。其中有些建议和设计目标还只是在设想阶段,但相信现代计算机技术和网络技术的飞速发展一定会为实现上述目标提供最大的支持。
参考文献
[1] 黄太贵.智能电子设备在变电站综合自动化中的应用.电力系统自动化.1998,3
[2] 周旭虹500变电站自动化系统结构的探讨.电网技术.2001.4
[3] 新型智能重合控制器及其应用.电力系统自动化.2001.10
[4] 新型智能备用电源自投装置.电力系统自动化.2003.9
[文章编号]1006-7619(2010)06-28-598