智能變電站的保護監(jiān)測系統(tǒng)的精準(zhǔn)度無法保證,導(dǎo)致變電站設(shè)備維修更新頻繁,成本高。因此設(shè)計智能變電站二次系統(tǒng)物理回路模型。基于虛端子方法設(shè)計二次系統(tǒng)物理回路,設(shè)計通訊信號、設(shè)備文件、虛擬終端等計算機操作流程。經(jīng)過模擬實驗驗證,物理回路模型可以完成工作,與傳統(tǒng)回路相比更加精準(zhǔn)。

0 引言

近年來,與社會經(jīng)濟發(fā)展、電網(wǎng)穩(wěn)定運行相關(guān)的氣候環(huán)境惡化、能源安全問題日益突出。隨著社會信息化、智能化的普及,電器的使用已經(jīng)滲透到人們工作、生活的方方面面,用戶對用電可靠性的要求越來越高,例如智能家居、智慧大廈、電動汽車等新型電器產(chǎn)品的出現(xiàn),需要電能的持續(xù)供給,對能源分配和存儲提出了新需求。面對社會需求的發(fā)展,電網(wǎng)運營亟需做出調(diào)整,改變目前的運營模式,提升電能供給的質(zhì)量,其中*重要的環(huán)節(jié)就是保障電能供給的穩(wěn)定性。基于此分析,電網(wǎng)需要外功與內(nèi)功兼修,**提升自身的服務(wù)質(zhì)量,外功主要體現(xiàn)在積極拓展電能來源,開發(fā)清潔高效的新型能源,形成均衡的互補式供電網(wǎng)絡(luò);內(nèi)功則體現(xiàn)在升級現(xiàn)有變電設(shè)備和供電網(wǎng)絡(luò),建設(shè)大規(guī)模分布式能源接入電網(wǎng),提高變電站硬件設(shè)施,實現(xiàn)高質(zhì)量的穩(wěn)定供電。隨著自動控制技術(shù)的進步,智能一次設(shè)備、電力信息接口標(biāo)準(zhǔn)的不斷規(guī)范,智能變電站的雛形已經(jīng)初見規(guī)模,變電站一、二次設(shè)備系統(tǒng)集成和控制方式實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián),控制能力和自動化水平得以提升,奠定了電網(wǎng)運營質(zhì)量提升的硬件基礎(chǔ)[1]。智能變電站的二次系統(tǒng)是變電站的重要組成部分,一方面監(jiān)測、控制并保護一次設(shè)備,另一方面擔(dān)負(fù)著自動運行的關(guān)鍵作用。隨著大量智能二次系統(tǒng)設(shè)備的投入應(yīng)用,信息的多樣性和傳輸速度遠(yuǎn)超以往,光通信成為主要信息傳輸模式[2]。為了應(yīng)對變革,適應(yīng)變電站一次、二次設(shè)備的功能提升和接口變化,需要對變電站二次系統(tǒng)的物理回路建立模型,以作為后續(xù)研究以及故障診斷的基礎(chǔ)。

1 智能變電站二次系統(tǒng)物理回路模型設(shè)計

1.1 虛端子二次回路設(shè)計方法

在智能變電站中,傳統(tǒng)的終端已經(jīng)消失,交流采樣保護、跳變開關(guān)通過開關(guān)輸出、數(shù)字信息傳輸,但二次回路的連接原理沒有改變,傳統(tǒng)的終端和保護整定與傳統(tǒng)變電站的通信仍然可以實現(xiàn)信息查詢和功能控制操作,信號流程與控制體系仍舊保持固有的邏輯關(guān)系。保護裝置依然可以通過模擬輸入端輸入保護命令;開關(guān)輸出端對應(yīng)通信輸出信號。在智能變電站中,保護裝置的設(shè)定點信號和通信信號被形象地稱為虛擬終端。虛擬終端的功能定義為“分相位置”。由于每個虛擬終端數(shù)據(jù)屬性具有**性,通過信號編碼予以區(qū)分,虛擬終端的數(shù)據(jù)屬性也可以作為內(nèi)部參考地址。

基于虛擬終端的智能變電站二次回路設(shè)計的詳細(xì)流程如下。(1)繪制各變電站之間通信及設(shè)定值的數(shù)據(jù)流程圖。通信數(shù)據(jù)流圖可以反映開關(guān)位置、開關(guān)位置等信號的數(shù)據(jù)流。設(shè)定值數(shù)據(jù)流圖反映了設(shè)備實時運行狀態(tài)下電壓電流采樣數(shù)據(jù)的流動情況。(2)繪制二次系統(tǒng)各設(shè)備之間的物理連接圖。它可以表示智能變電站二次系統(tǒng)中各設(shè)備光口之間的光纖連接狀態(tài)。(3)繪制智能變電站全站的虛擬終端連接表。根據(jù)二次設(shè)備廠家提供的設(shè)備虛擬終端定義文件,根據(jù)前兩步設(shè)計的設(shè)備之間的通信、設(shè)定值數(shù)據(jù)流程圖和物理連接圖,繪制全站虛擬終端連接表,并向變電站二次系統(tǒng)集成廠家提供全站虛擬終端連接表[3]。將廠商生成的虛擬終端配置文件下載到廠商設(shè)備上。(4)完成了全站二次虛擬回路系統(tǒng)的設(shè)計。

1.2 二次系統(tǒng)物理回路的實現(xiàn)

本文的智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計采用保護直采直跳,通訊信號、設(shè)定值信號共網(wǎng)傳輸?shù)姆桨?。其電壓電流采樣的設(shè)定值數(shù)據(jù)流向的詳細(xì)示意圖可見圖1。變電所一次設(shè)備在改造常規(guī)變壓器后,將電壓送入合并單元,通過壓感效應(yīng)實現(xiàn)隔離電壓感知,以固定周期對感知到的電壓進行數(shù)據(jù)采樣,實現(xiàn)一次設(shè)備中模擬電壓值到二次設(shè)備中數(shù)字電壓值的模數(shù)轉(zhuǎn)換。為降低電壓波動引入的電磁干擾,信號傳輸采用光通信方式。直接從合并單元采集到的電流、電壓信息以及線路網(wǎng)絡(luò)的采樣信息通過合并單元層交換后上傳采樣數(shù)據(jù)進行處理。測控裝置直接從網(wǎng)絡(luò)下載所需的設(shè)定值數(shù)據(jù)。線路間隔的通訊數(shù)據(jù)流向的詳細(xì)協(xié)議見表1。

根據(jù)表1的接口協(xié)議,建立二次系統(tǒng)物理回路的接口關(guān)系定義,明確通訊的傳輸內(nèi)容和信號方向,將二次系統(tǒng)的各個分機有機融合在一起,組成功能體。

分析智能變電站的設(shè)計要求與建設(shè)特點,將變電站虛擬終端連接表作為一次、二次系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)換中間平臺,設(shè)計變電站的二次虛擬電路。設(shè)定值與通信虛擬終端連接表清晰地表達了模擬設(shè)定值輸入、開關(guān)值通信開放度和二次回路開關(guān)值通信開放度之間的數(shù)據(jù)流關(guān)系,反映了智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)備之間的連接關(guān)系[4]。虛擬終端表包含設(shè)備名稱、虛擬終端號碼、虛擬終端數(shù)據(jù)屬性和虛擬終端定義。對端設(shè)備名稱、對端虛擬終端號碼、對端虛擬終端數(shù)據(jù)屬性和對端虛擬終端定義。所設(shè)計的線路保護虛擬終端表如表2所示。

科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫文件應(yīng)反映保護、測控設(shè)備與組合單元交流通道的對應(yīng)關(guān)系。在科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫配置中,為每個合并單元填寫一個集合值地址。在云智慧合并單元中將視頻格式控制塊中的“標(biāo)記”作為填寫設(shè)置值的ID列。選擇要連接配置設(shè)置的云智能,并在標(biāo)簽“2”中選擇“數(shù)據(jù)組合”。設(shè)定值連線方式與通信連接方式一致。選擇要與設(shè)定值連接的設(shè)備和對應(yīng)的組合單元,根據(jù)通道對應(yīng)關(guān)系選擇設(shè)定值,點擊“添加”完成連接。在系統(tǒng)集成科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫配置中,設(shè)備通信、集數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出為關(guān)系表時,往往會從相關(guān)廠商的描述文件發(fā)生變化,為了保證科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫的完整性,必須更新相應(yīng)的自描述信息文件,更新描述文件,原始通信,打開附件設(shè)置值將刷新,必須重新關(guān)聯(lián)[5]。

如果新自描述信息文件中更新的部分與通信和設(shè)定點連接無關(guān),則無需重新配置即可導(dǎo)入原有的通信和設(shè)定點關(guān)系表。當(dāng)自描述信息文件更新完畢后,可以把原先導(dǎo)出的通訊、設(shè)定值開入關(guān)系表導(dǎo)入[6]。即可完成該裝置的通訊、設(shè)定值連線配置。

基于此,完成了變電站智能化二次系統(tǒng)的物理回路模型設(shè)計。

2 實驗

2.1 實驗準(zhǔn)備

為了檢查二次系統(tǒng)物理回路模型的實用效能,選擇其中的繼電保護系統(tǒng)的零點漂移、電流、電壓輸入的幅值和相位精度幾項核心指標(biāo),開展同步性能測試,以驗證是否滿足技術(shù)規(guī)程要求。選取某智能變電站為試驗地,使用不同物理回路進行交流量精度對比實驗。準(zhǔn)備測試裝置,測試儀器主要有數(shù)字式繼電保護測試儀、電子式互感器模擬儀、智能終端、常規(guī)繼電保護測試儀,經(jīng)檢驗以上幾種測試儀器確認(rèn)在檢定周期內(nèi),測試精度符合要求,結(jié)果可信[7]。繼電保護測試儀選取武漢凱默公司生產(chǎn)的光數(shù)字繼電保護綜合測試儀,實現(xiàn)基于云智慧設(shè)備的設(shè)定值采樣、通訊開關(guān)量輸入/輸出自動測試配置。采用數(shù)字繼電保護測試儀檢驗繼電保護設(shè)備的保護功能與性能指標(biāo),被保護設(shè)備和數(shù)字繼電保護測試儀之間采用光纖點對點連接,信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化后以高速串行方式傳輸,通過光纖傳送采樣值和跳合閘信號。

首先對綜合測試儀進行實驗前設(shè)置。在軟件主界面右下角點擊“設(shè)置”進入設(shè)置界面。在做實驗前,要導(dǎo)入全站配置科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫文件。點擊所關(guān)聯(lián)的連線,能夠詳細(xì)的看到詳細(xì)的虛端子通道連線。在設(shè)置界面,對接口編號、通訊速率、輸出設(shè)定值、通訊發(fā)送、通訊接收等運行參數(shù)進行設(shè)置。

2.2 實驗結(jié)論

測試標(biāo)準(zhǔn)必須符合《繼電保護和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗規(guī)程》的相關(guān)要求。各物理回路零點漂移檢查結(jié)果如表3所示:

由表3可知,無論是本文的物理回路模型還是傳統(tǒng)的回路模型的數(shù)字量輸入的保護裝置零點漂移為零,模擬量輸入的保護裝置零點漂移小于額定值的1％,都符合檢驗規(guī)章的要求。但是本文設(shè)計的物理回路模型與額定值的差別更小,可以證實本文的物理回路模型的精準(zhǔn)度。

3 結(jié)論

二次系統(tǒng)作為智能變電站的運行保障功能組成,是變電站配送電主體功能安全、性能與效率得以實現(xiàn)的物理基礎(chǔ),尤其是在智能化水平不斷提升的現(xiàn)代變電站建設(shè)中,作用更顯重要?？茖W(xué)合理的使用二次系統(tǒng)的各項功能,是**發(fā)揮并深度挖掘一次系統(tǒng)功能與潛力的主要手段。通過建立二次系統(tǒng)物理回路模型,可以建立二次系統(tǒng)中各組成單元的內(nèi)在關(guān)聯(lián)邏輯關(guān)系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),便于智能變電站運行維護、故障診斷以及升級改造。二次系統(tǒng)物理回路模型是電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)的重要組成部分,是今后的建設(shè)方向。通過對二次系統(tǒng)物理回路模型的設(shè)計,為智能變電站全系統(tǒng)的模型設(shè)計積累經(jīng)驗。后續(xù)還將深入挖掘模型的細(xì)節(jié)功能,完善各組成功能分機、模塊的詳細(xì)指標(biāo)和運行參考值,建立完備的指標(biāo)體系模型,為電網(wǎng)建設(shè)提供支持與參考。