從傳統(tǒng)變電站轉向智能變電站
變電站互連不同的電壓水平,構成傳輸、分配和消耗之間的關鍵環(huán)節(jié)。位于變電站開關站的電力變壓器、斷路器和斷路開關等主要設備可保護和管理電網(wǎng)電源。保護繼電器和終端器件等輔助器件通常遠離控制室面板內(nèi)的開關站,保護、控制和監(jiān)控主要器件。
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201904/399789.htm測量傳統(tǒng)變電站中的電氣參數(shù)
諸如電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)的常規(guī)儀表變壓器測量流經(jīng)主器件的高壓和電流。銅線將變壓器的模擬輸出連接到輔助器件,銅線的數(shù)量根據(jù)應用而增加。
圖1所示為用于保護、控制和監(jiān)控的獨立CT和PT,由于銅線多而導致安裝和維護復雜性,并導致更高成本的潛在故障增加。此外,使用多個變壓器使得器件內(nèi)的初級電流和電壓數(shù)字值不同,從而限制了系統(tǒng)性能和可靠性。
數(shù)字化變電站是二級系統(tǒng)的一部分,包括與主要過程相關的所有保護、控制、測量、狀態(tài)監(jiān)測、記錄和監(jiān)督系統(tǒng)。
圖1使用銅線的傳統(tǒng)變電站中的CT和PT布線。
數(shù)字化變電站使用一些光纖電纜取代了開關站和智能電子器件(IED)之間數(shù)百(有時數(shù)千)米的銅線。使用光纖電纜進行通信的數(shù)字化變電站使用傳統(tǒng)或非常規(guī)儀表變壓器(NCIT)和合并單元將與正在測量的過程參數(shù)相關的數(shù)據(jù)數(shù)字化。使用更少的銅使數(shù)字化變電站更簡易、更緊湊、更高效。
圖2.數(shù)字化變電站架構
數(shù)字化變電站架構
根據(jù)國際電工委員會(IEC)61850標準的定義,數(shù)字化變電站架構包括三個級別:過程級、托架級和站級,如圖2所示。
每個級別執(zhí)行特定功能,且應用程序一同工作,以執(zhí)行數(shù)字子站功能。
過程級包括電力變壓器、儀表變壓器和開關器件。
過程級是主要器件和輔助(保護和控制)器件之間的接口。在傳統(tǒng)的變電站中,接口采用銅纜布線硬連線;電流和電壓以可接受的標準化輔助信號電平通到保護和控制面板,而控制電纜發(fā)送和接收狀態(tài)信息。在數(shù)字化變電站中,所有數(shù)據(jù) - 模擬和二進制 - 都靠近信號源進行數(shù)字化,并使用IEC 61850-9-2協(xié)議通過光纖電纜發(fā)送到IED。
托架級包括輔助器件或IED,如托架控制器、保護繼電器、故障記錄器和電表。IED不再具有模擬輸入,因為數(shù)據(jù)采集發(fā)生在過程級。合并輸入還可以減少或消除對二進制輸入的需求,從而實現(xiàn)通常僅占傳統(tǒng)一半占用空間的緊湊型器件。IED處理保護和控制算法和邏輯,制定跳閘/不跳閘決策,以及為較低(過程)和上部(站)級以太網(wǎng)提供基于IEC 61850的通信能力。通信網(wǎng)絡冗余是一種典型要求,可確保最高的可用性和可靠性。兩種IEC 62439標準 - 高可用性無縫冗余(HSR)和并行冗余協(xié)議(PRP) - 促進IED互操作性以及從不同供應商到變電站網(wǎng)絡的集成。
站級包括變電站計算機、以太網(wǎng)交換機和網(wǎng)關。除傳統(tǒng)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)總線外,變電站總線還提供了額外的通信功能,因為它允許多個客戶端交換數(shù)據(jù);支持點對點器件通信;并鏈接到變電站間、廣域通信的網(wǎng)關。站級器件可包括變電站人機界面(HMI)、IED訪問的工程工作站或電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的本地集中和存檔、SCADA網(wǎng)關,至遠程HMI的代理服務器鏈接或控制器。
使用合并單元測量電參數(shù)
合并單元將儀表變壓器輸出轉換為標準化的基于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)輸出,并實現(xiàn)IEC 61850。
圖3。帶有傳統(tǒng)變壓器的合并單元
在數(shù)字變電站中,不是將傳感器輸出連接到托架級的保護和控制器件,而是將合并單元放置在連接到過程級的主器件的傳感器附近。
合并單元將模擬信號(電壓、電流)轉換為基于IEC 61850-9-2的采樣值,用于保護、測量和控制,并通過數(shù)字通信與變電站中的IED通信,如圖3所示。一些關鍵的合并單元功能包括模數(shù)轉換、重采樣、與全球時間基準的同步,樣本轉換為IEC 61850-9-2協(xié)議以及使用光纖以太網(wǎng)接口與IED通信。
合并單元執(zhí)行必要的處理,以根據(jù)IEC 61850-9-2標準生成精確的、按時間排列的采樣值輸出數(shù)據(jù)流。該處理包括模擬值的采樣;精確的實時參考;消息格式化為采樣值;并將單一數(shù)據(jù)源發(fā)布到測量、保護和控制器件。
合并單元的關鍵技術推動因素:
?具有出色的AC性能規(guī)格、高輸入阻抗、較低的測量精度漂移和較低功耗的高性能精密ADC。
?用于實時處理采樣值和實現(xiàn)標準變電站通信協(xié)議能力的一種信號處理器。
?具有光纖接口的高速以太網(wǎng)物理層(通常為100 Mbps,移至1 Gb)。
?精確時間同步(微秒),包括基于GPS的每秒一次脈沖輸入和IEEE 1588精確時間協(xié)議。
?使用更安全和準確的NCIT。
?IEC 61850標準,包括IEC 61850-8-1、通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录⒑虸EC 61850-9-2LE的樣本值。
?IEC 62439-3冗余,包括用于冗余環(huán)架構的HSR和用于冗余星型架構的PRP。
?確保安全通信和增強安全性的網(wǎng)絡安全。
設計合并單元面臨的主要挑戰(zhàn)
在設計合并單元時存在多種挑戰(zhàn)。影響架構和性能的一些關鍵挑戰(zhàn)包括:
?選擇可縮放采樣率并將采樣與精確全局時序參考同步的ADC。
?將多個ADC連接到主處理器并實時捕獲數(shù)據(jù),以增加模擬輸入通道的數(shù)量。
?實時捕獲采樣,以滿足保護和測量采樣要求。
?使用帶光纖接口的以太網(wǎng)通信。
?根據(jù)IEC 61850-9-2實現(xiàn)通信協(xié)議,并使采樣數(shù)據(jù)能夠與多個用戶通信,而不會丟失數(shù)據(jù)包。
?使協(xié)議??捎糜趯崿F(xiàn)冗余協(xié)議,包括基于電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)1588精確時間協(xié)議(PTP)的HSR、PRP和時間同步。
?實現(xiàn)多個I/O,包括二進制輸入(16個或更多輸入),覆蓋寬AC和DC輸入和DC傳感器輸入和輸出,并具有擴展選項。
?在惡劣的開關站環(huán)境中可靠運行,具有高瞬態(tài)、更高的環(huán)境溫度和磁場。
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