南京南瑞繼保電氣有限公司 吳成忠 黃 特

電力是人類(lèi)日常生活中不可或缺的一種能源，但是由于其復(fù)雜程度，使其運(yùn)行和管理變得較為困難，有些故障可能導(dǎo)致局部電網(wǎng)解列，乃至整個(gè)系統(tǒng)崩潰。因此，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到國(guó)家生產(chǎn)和社會(huì)生活。變電所安全防護(hù)設(shè)備種類(lèi)繁多，為了確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和相關(guān)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，必須編制合適的控制方案以控制變電所安全運(yùn)行。此外，保護(hù)設(shè)備必須滿(mǎn)足規(guī)范要求，以增強(qiáng)電力系統(tǒng)內(nèi)各種線(xiàn)路防護(hù)能力。當(dāng)穩(wěn)控裝置能夠與測(cè)控、變壓器、斷路器等模塊進(jìn)行連接時(shí)，在具備相關(guān)技術(shù)規(guī)范情況下，能夠有效地解決電網(wǎng)穩(wěn)定性問(wèn)題。

1 智能電網(wǎng)的概念

1.1 智能電網(wǎng)的含義

目前，我國(guó)對(duì)智能電網(wǎng)還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一概念。從廣義上來(lái)說(shuō)，就是一個(gè)完全自動(dòng)化的電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)使用者和結(jié)點(diǎn)都能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保電力和信息從發(fā)電站到用戶(hù)終端都能采用分布式智能、寬帶通信、自動(dòng)化控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電力市場(chǎng)實(shí)時(shí)交易，確保電力市場(chǎng)中各個(gè)成員間無(wú)縫對(duì)接和實(shí)時(shí)交互。

1.2 智能電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

作為一個(gè)電力企業(yè)，既要節(jié)約發(fā)電、輸電和配置費(fèi)用，又要控制施工費(fèi)用，減少供電費(fèi)用，為社會(huì)提供實(shí)實(shí)在在的利益。在智能電網(wǎng)構(gòu)建過(guò)程中，既要注重智能化電網(wǎng)的運(yùn)行，又要重視其成本效益。其次，能源節(jié)約的理念可以通過(guò)智能電網(wǎng)來(lái)充分地體現(xiàn)。從某種意義上講，智能電網(wǎng)能夠降低能源的損耗，因?yàn)槟壳拔覈?guó)能源浪費(fèi)問(wèn)題較為突出。其三是自動(dòng)化，其可以提高電力系統(tǒng)的性能，以及監(jiān)控電網(wǎng)的各個(gè)方面。智能電網(wǎng)可以幫助降低線(xiàn)路損壞頻率，并且智能電網(wǎng)能夠使電力分配更加合理、電力傳輸更加安全，同時(shí)其具有故障自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)啟動(dòng)緊急預(yù)案等功能。此外，在長(zhǎng)時(shí)間的輸電過(guò)程中，線(xiàn)路老化或惡劣的氣候狀況都會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)被破壞，智能電網(wǎng)能夠通過(guò)智能自檢，第一時(shí)間檢測(cè)到線(xiàn)路存在的問(wèn)題，并針對(duì)此進(jìn)行及時(shí)處理。最后，智能電網(wǎng)不但可以用于通信，還可以提高服務(wù)質(zhì)量，具有較高的服務(wù)性。

2 智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

智能電網(wǎng)需要四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域來(lái)執(zhí)行這些功能：智能電網(wǎng)使能技術(shù)、先進(jìn)的計(jì)量系統(tǒng)、配電系統(tǒng)以及傳輸操作。此外，還需要開(kāi)發(fā)和應(yīng)用一些技術(shù)來(lái)創(chuàng)建智能電網(wǎng)。這些技術(shù)可分為以下五個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域。一是綜合通信。為了使智能電網(wǎng)高效運(yùn)行，通信系統(tǒng)必須整合，才能為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理提供全面的信息服務(wù)。因此，寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，包括電纜、光纖、電力線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)，將成為智能電網(wǎng)的重要組成部分。二是傳感器和測(cè)量。傳感器和測(cè)量技術(shù)可以為智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供信息，包括實(shí)時(shí)檢測(cè)變電站和一些輸電線(xiàn)路的狀態(tài)，以及信號(hào)網(wǎng)絡(luò)、高級(jí)計(jì)量系統(tǒng)等信息。上述這些技術(shù)對(duì)傳感器本身和測(cè)量的準(zhǔn)確性提出了越來(lái)越高的要求。三是現(xiàn)代電源?，F(xiàn)代供電設(shè)備在電網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用，其可以相互獨(dú)立使用，也可以組合成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其主要關(guān)注點(diǎn)為電力電子、超導(dǎo)體、分布式發(fā)電、復(fù)合驅(qū)動(dòng)器和微電網(wǎng)技術(shù)。四是先進(jìn)的控制。其使用先進(jìn)的控制技術(shù)來(lái)支持分布式情報(bào)、分析工具和操作應(yīng)用。五是決策支持。智能電網(wǎng)需要完整和全面的電力設(shè)備和儀器的實(shí)時(shí)信息，以幫助管理人員做出快速?zèng)Q策。同時(shí)，先進(jìn)的視覺(jué)顯示技術(shù)可以清楚地展示系統(tǒng)的狀態(tài)，并通過(guò)模擬和培訓(xùn)計(jì)劃改善管理人員的決策。

3 智能電網(wǎng)安全穩(wěn)控裝置概述

安全穩(wěn)控裝置需基于時(shí)代變化而隨之進(jìn)化，對(duì)區(qū)域穩(wěn)控裝置做進(jìn)一步創(chuàng)新，以保電力穩(wěn)控系統(tǒng)可以細(xì)致、全方面地為電網(wǎng)系統(tǒng)服務(wù)，從而確保智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性?；诖?，相關(guān)人員務(wù)必要基于當(dāng)前系統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)建全新的結(jié)構(gòu)模式，讓其與調(diào)度通信系統(tǒng)中的分層調(diào)度契合能力有效加強(qiáng)，使其能靈活地控制功能框架及通信框架，這將確保電力穩(wěn)控系統(tǒng)穩(wěn)定。在正常情況下，電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定工作，具有充足的安全余量；在警戒狀態(tài)下，該系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足安全限制；在緊急情況下，如果不能滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)約束，則有兩種情形：穩(wěn)定性危機(jī)和持久危機(jī)。在極端條件下，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)負(fù)載損耗、系統(tǒng)局部解列等。恢復(fù)狀態(tài)是指系統(tǒng)由極端狀態(tài)向常態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的一種過(guò)程，在崩潰狀態(tài)下，大范圍的電力供應(yīng)中斷，而被解除的部分則需要更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)恢復(fù)電力。6個(gè)狀態(tài)可以由不同的控制方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如圖1所示。

圖1 電力系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換

4 安全穩(wěn)控裝置研究現(xiàn)狀

4.1 裝置缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

由于不同電網(wǎng)、廠、站對(duì)其功能需求各不相同，因此各工程項(xiàng)目必須自行開(kāi)發(fā)，不但工期較長(zhǎng)，而且設(shè)備質(zhì)量和可靠性也很難保證，同時(shí)目前電力系統(tǒng)在技術(shù)和思想上也比較落后，無(wú)法滿(mǎn)足今后智能化變電站發(fā)展需求。

4.2 各廠商裝置間通信規(guī)約不兼容

由于廠商對(duì)規(guī)范認(rèn)識(shí)差異，造成了不同廠家安全穩(wěn)控設(shè)備之間數(shù)據(jù)信息存在差異，無(wú)法進(jìn)行信息交流，這對(duì)建立區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)是不利的。由于通信規(guī)則的差異，無(wú)法與其他電力自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，從而難以實(shí)現(xiàn)信息共享。

4.3 控制策略不完善

目前，安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)大多采取離線(xiàn)預(yù)決策方法，而離線(xiàn)策略表編制往往是根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和對(duì)事故預(yù)測(cè)工作量大，容易出現(xiàn)差錯(cuò)。盡管一些設(shè)備采用了“在線(xiàn)預(yù)判決”控制方法，但是由于其運(yùn)算速度、等價(jià)誤差等問(wèn)題，很少考慮到預(yù)期失效集合，從而導(dǎo)致了過(guò)操作和誤操作。

5 電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)通信規(guī)約

5.1 傳統(tǒng)電力遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約

傳統(tǒng)電力遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約區(qū)別于循環(huán)數(shù)據(jù)傳送（CDT）和提問(wèn)（POLLING）。循環(huán)數(shù)據(jù)傳送中，主要是發(fā)射臺(tái)按一定的次序定時(shí)將信息傳送給主站，而主站也能對(duì)發(fā)射臺(tái)進(jìn)行控制，在DL451-1991《循環(huán)數(shù)據(jù)鏈路章程》中，采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路結(jié)構(gòu)，通過(guò)串行接口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的同步傳輸。該方案采用同步傳送方式，每字包括6字節(jié)48比特，包括同步字、控制字、信息字（可能包括多個(gè)），在預(yù)定中，同步字是EB90H的三組，而寫(xiě)入同步字是D790H的三組。IEC61850包括10個(gè)章節(jié)（ED1.0包含14個(gè)文檔，總共1085頁(yè)，在ED2.0版本中添加了若干文檔）。D790H[1]。

5.2 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)

《IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》是TC57發(fā)布的、迄今為止較為完善的變電站系統(tǒng)及通信標(biāo)準(zhǔn)，是基于通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，本標(biāo)準(zhǔn)的目的是希望實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一個(gè)技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)由10個(gè)部分組成（ED1.0版包括14個(gè)文件共1085頁(yè)，ED2.0版正在修訂中，增加了一些文件）[2]，如圖2所示。

圖2 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)組成

6 智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)控裝置分析

6.1 安全穩(wěn)控裝置的數(shù)據(jù)建模

穩(wěn)定控制系統(tǒng)的工作是建立在信息分配和分散控制基礎(chǔ)上的，所以在穩(wěn)定控制系統(tǒng)中，分布式設(shè)備間的通訊非常關(guān)鍵。在不同的裝置間進(jìn)行通訊時(shí)，必須采用同一通信協(xié)定。IEC61850已成為變壓器臺(tái)的通信協(xié)定，并將應(yīng)用于其他的自動(dòng)控制裝置。IEC61850采用了面向?qū)ο蟮母拍?，根?jù)其功能分層地模擬了物理裝置，也就是所謂的智能電子裝置（IED），并創(chuàng)建了一個(gè)完全的數(shù)據(jù)和信息結(jié)構(gòu)，如圖3所示[3]。此外，在IEC61850變電所及電力裝置通訊基礎(chǔ)架構(gòu)7-4部分中，對(duì)某些邏輯節(jié)點(diǎn)及資料進(jìn)行了界定，并按其功能劃分成不同的邏輯節(jié)點(diǎn)群，如圖4所示；站一級(jí)的一組邏輯節(jié)點(diǎn)是：I[4]。

圖3 智能電子設(shè)備（IED）數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)

圖4 邏輯節(jié)點(diǎn)組分類(lèi)

6.2 安全穩(wěn)控裝置功能及接口

安全穩(wěn)控裝置作為一種能量傳輸裝置，其結(jié)構(gòu)遵循其他能量傳輸裝置的設(shè)計(jì)模式，使用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和規(guī)范化的連接器來(lái)構(gòu)成裝置。同樣的設(shè)備可以在變電站和主站使用，根據(jù)不同的任務(wù)和功能，通過(guò)添加插件和軟件可以獲得不同的功能。包括采集和執(zhí)行功能在內(nèi)，安全穩(wěn)定控制裝置可以分為以下六個(gè)主要部分：數(shù)據(jù)采集和處理、控制和決策、策略執(zhí)行、信息通信、數(shù)據(jù)管理和人機(jī)互動(dòng)。具體關(guān)系如圖5所示。

圖5 安全穩(wěn)控裝置功能結(jié)構(gòu)具體關(guān)系

6.3 安全穩(wěn)控裝置的通信規(guī)約轉(zhuǎn)換

目前，安全控制系統(tǒng)還采用了IEC60870遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備以鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元為中介，鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元進(jìn)一步細(xì)化，包括核心數(shù)據(jù)、多信息主體、數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)等，并納入應(yīng)用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)單元統(tǒng)一管理，與鏈路規(guī)約控制信息一起稱(chēng)為鏈路規(guī)約數(shù)據(jù)單元。為了保證系統(tǒng)與其他設(shè)備的通訊，采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，該方案可為穩(wěn)定控制設(shè)備提供合適的網(wǎng)關(guān)。在將網(wǎng)關(guān)引入通訊設(shè)備后，可以加快協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而增強(qiáng)與不同頻率的通訊網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。通過(guò)與前置計(jì)算機(jī)的連接，可以實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)控設(shè)備作為通信網(wǎng)絡(luò)的功能，并確保邏輯節(jié)點(diǎn)能夠存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)圖像。

在應(yīng)用協(xié)議的數(shù)據(jù)單位中，信息主體往往被分為幾個(gè)級(jí)別，一般都是以IEC60870為標(biāo)準(zhǔn)，與IEC61850相匹配。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在不同的情況下，其功能是在信息單元集和局部屬性集；在資訊物件的時(shí)間尺度中，類(lèi)似于時(shí)間尺度的屬性；在資訊主體中，類(lèi)似于資料的執(zhí)行個(gè)體。一個(gè)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)單位公用位址可以包含超過(guò)60000個(gè)資訊單位，或作為一個(gè)非永久資料集合的例子。IEC60870規(guī)范沒(méi)有提供數(shù)據(jù)包的能力，但它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯節(jié)點(diǎn)的映射。邏輯節(jié)點(diǎn)能夠與公用的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)單位進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，此外IEC60870不能取樣，因此沒(méi)有取樣值[5]。

7 結(jié)語(yǔ)

在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用安全穩(wěn)控設(shè)備，不僅保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，而且還能促進(jìn)新的電力信息化體制改革。因此，加強(qiáng)對(duì)智能電網(wǎng)技術(shù)的研究，是未來(lái)電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的重要保證，穩(wěn)控設(shè)備的安全運(yùn)行與連接關(guān)系直接影響到其控制邏輯，這可以保證電網(wǎng)設(shè)備模型在相應(yīng)的電網(wǎng)中平穩(wěn)運(yùn)行，并為安全穩(wěn)控系統(tǒng)正常運(yùn)行工作提供重要支撐。