文档介绍：1 绪论
研究的背景及其意义
变电站自动化系统的发展
变电站是电力系统中不可缺少的重要环节,它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用[1]。1993年,变电站自动化理论最初在国内提出。20世纪90年代初,随着计算机技术、网络通讯技术的飞速发展,出现了分布式变电站自动化系统,系统按变电站的控制层次和对象设置全站控制(站控层, 又称变电站层)和就地单元控制(间隔层)的二层式分布控制系统结构[2]。但是,由于缺乏统一的标准,常规变电站综合自动化系统存在着信息难以共享、设备之间不具备互操作性、系统的可扩展性差、系统可靠性受二次电缆的影响等不足,制约了变电站可靠性、实时性、经济性的进一步提升。另一方面,大电网安全稳定运行也对变电站向电网高级功能应用提供数据的支撑能力提出了更高的要求。
为了解决变电站自动化系统中不同厂商产品的互操作问题,国际电工委员会(IEC) 制定了变电站内通信网络和系统标准体系 IEC61850。IEC61850 标准的优点在于采用统
一的对象模型和标准的通信协议,使得不同厂商的 IED 之间能够实现良好的互操作,从
而降低系统的集成费用,提高整个电网的安全稳定运行水平[3];另一方面,IEC61850 标准本身能够灵活地适应应用技术和通信技术的快速发展,而不必频繁的进行修改[4]。随
着 IEC61850 标准的正式颁布实施,网络通信技术尤其是以太网技术在电力系统中应用
的普及,一次设备操作智能技术的发展以及嵌入式技术的快速发展等,为数字化变电站的发展奠定了坚实的技术基础。
数字化变电站是指以变电站一、二次设备为数字化对象,以高速网络通信平台为基础,通过对数字化信息进行标准化,实现站内外信息共享和互操作,并以网络数据为基础,实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。数字变电站具有“全
站信息数字化、通信平台网络化、信息共享化标准化、高级应用互动化”等四个重要特
征[5]。
(1)全站信息数字化:实现一、二次设备的灵活控制,且具备双向通信功能,能够通过信息网进行管理,满足全站信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化。
(2)通信平台网络化:采用基于IEC61850的标准化网络通信体系。
(3)信息共享标准化:统一标准化信息模型,实现站内外信息共享。数字化变电站将统一和简化变电站的数据源,形成基于同一断面的唯一性、一致性基础信息,通过统一
标准、统一建模来实现变电站内外的信息交互和信息共享,可以将传统变电站内多套孤
立系统集成为基于信息共享基础上的业务应用。
(4)高级应用互动化:实现各种站内/外高级应用系统相关对象间的互动,全面满足智能电网运行、控制要求。
目前,国内的数字化变电站技术发展很快。据不完全统计,从2005年开始至今已陆
续有200余座不同程度、不同电压等级、不同模式的数字化变电站投入运行。从总体数字化变电站的建设来看,数字化变电站主要存在两种模式。一是间隔层以上应用 IEC61850标准的建设模式,主要是在间隔层和站控层之间采用IEC61850标准建模和进行
通信交互,采用映射到MMS(制造报文规范)的方法,应用IEC61850 标准。二是过程层以上应用IEC61850 标准的建设模式,该模式较之传统变电站的变化,在于信息的数字
化进程触及到了过程层及其一次设备。虽然现在国内的数字化变电站投运量不断增多,但是大多数字化变电站并不完全符
合IEC61850标准要求的。大多厂家对于继电保护装置使用数据映射的方法来实现 IEC61850变电站自动化系统,并没有在真正意义上实现IEC61850标准。因此,研究符合 IEC61850标准的新型继电保护装置是迫切需要的。
数字化继电保护发展概况
随着继电保护技术的不断发展,继电保护产品技术的进步可以概括为四个阶段和二次革命。四个阶段是指继电保护装置设计和应用经历了电磁型、晶体管型、集成电路型、数字微机型。第一次革命是指继电保护产品由电磁型向晶体管型转变,实现了保护产品的弱电化、小型化、低功耗。第二次革命是指保护产品由集成电路型向数字型转变,实现保护产品的数字化、智能化、模块化。如今进入了数字式继电保护产品时代[6]。
由于IEC61850标准的正式颁布和国内数字化变电站技术的不断进步,电力系统对继电保护的要求也不断提高,数字化继电保护装置正在向着保护网络化、算法智能化、功能一体化的方向迅速发展[7-9]。另外,为了降低产品的开发成本和维护费用,同时又要满足数字保护产品用户的要求和适应IEC61850标准,继电保护装置的标准化必须加强。未来数字继电保护装置的发展方向是遵循开放式体系结构,装置的组合化、模块化和平台化、标准化[10-11