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變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)論文
摘要：本文對(duì)變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展過(guò)程和現(xiàn)狀作了論述和分析。提出了變電站自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)。變電站自動(dòng)化技術(shù)在城農(nóng)網(wǎng)建設(shè)改造工作中，無(wú)論從其技術(shù)性、重要性、投資數(shù)和任務(wù)量占有相當(dāng)?shù)牡匚唬瑸榇岁U寫(xiě)本文與讀者探討。
關(guān)鍵詞：變電站;綜合自動(dòng)化;發(fā)展趨勢(shì)
一、目前國(guó)內(nèi)變電站自動(dòng)化技術(shù)
變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展歷程按時(shí)間順序可將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷程分成叁個(gè)階段：
第一階段面向功能設(shè)計(jì)的集中式RTU加常規(guī)保護(hù)模式(始于20世紀(jì)80年代);
第二階段面向功能設(shè)計(jì)的分布式測(cè)控裝置加微機(jī)保護(hù)模式(始于20世紀(jì)90年代)：
第叁階段面向間隔、對(duì)象設(shè)計(jì)的分層分布式結(jié)構(gòu)模式(始于20世紀(jì)90年代末期)，是當(dāng)前最為普遍的一種模式。
(一)現(xiàn)場(chǎng)單元功能與性能
在全分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，特點(diǎn)之一是以變電站一次設(shè)備(如高低壓開(kāi)關(guān)等)為單位，在一次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)配置監(jiān)控和保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出葷元。如前節(jié)所述，現(xiàn)場(chǎng)單元可以是監(jiān)控和保護(hù)二合一裝置，亦可以保持相對(duì)獨(dú)立，但有一點(diǎn)是共同的，就是現(xiàn)場(chǎng)單元要求能獨(dú)立完成監(jiān)控和保護(hù)的功能。
監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)單元的基本功能為遙測(cè)量采集及計(jì)算，遙信采集及處理，電能脈沖采集及累計(jì)，遙控命令接收與執(zhí)行，對(duì)關(guān)鍵芯片的定時(shí)自檢，與保護(hù)單元的通信(當(dāng)與保護(hù)單元保持相對(duì)獨(dú)立時(shí))，當(dāng)?shù)仫@示。
保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)單元的基本功能為根據(jù)安裝單位的繼電保護(hù)配置完成保護(hù)功能，接收與執(zhí)行后臺(tái)機(jī)下發(fā)的保護(hù)定值修改，自檢功能，發(fā)送保護(hù)裝置的工作信息、告警信息、動(dòng)作信息、自檢信息，與上級(jí)對(duì)時(shí)，接收與發(fā)送上級(jí)對(duì)保護(hù)裝置整定值和測(cè)量值的查詢，保護(hù)裝置復(fù)歸，當(dāng)?shù)仫@示。
(二)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信
在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中常用的串行通信接口RS-232C，RS-422/485雖有接口標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和多數(shù)智能單元IED接口方便的優(yōu)點(diǎn)，但不足之處是RS-232C通信有效距離短(15m)，而RS-485總線為主從結(jié)構(gòu)，主接點(diǎn)工作繁忙時(shí)，影響系統(tǒng)性能和可靠性。
因此在變電站自動(dòng)化向分散式系統(tǒng)發(fā)展時(shí)，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)來(lái)替代傳統(tǒng)串口通信成為一種趨向。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)計(jì)算機(jī)之間是相互獨(dú)立的和平等的(Peer to Peer)，目前國(guó)內(nèi)推出的系統(tǒng)采用較多的是現(xiàn)場(chǎng)總線型通信方式，如CAN及Lon-Works�，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)是一種多點(diǎn)共享的廣播通信信道網(wǎng)，較點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信信道網(wǎng)(星形網(wǎng))為優(yōu)，各結(jié)點(diǎn)連在一條總線上(亦可采用冗余總線)，不象星形網(wǎng)二結(jié)點(diǎn)間通信需通過(guò)中心結(jié)點(diǎn)。
二、變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
變電站自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)論國(guó)內(nèi)外均是向全分散式系統(tǒng)發(fā)展，并與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信新技術(shù)緊密聯(lián)結(jié)，未來(lái)變電站自動(dòng)化新技術(shù)動(dòng)向主要有以下幾方面。
(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
從變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想角度來(lái)看，設(shè)計(jì)者對(duì)變電站測(cè)控的看法已實(shí)現(xiàn)從局部到整體的轉(zhuǎn)化。目前的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，面向?qū)ο蠹夹g(shù)已成為一個(gè)十分流行的趨勢(shì)，即不單純考慮某一個(gè)量，而是為某一設(shè)備配備完備的保護(hù)和監(jiān)控功能裝置，以完成特定的功能，從而保證了系統(tǒng)的分布式開(kāi)放性。
設(shè)計(jì)思想的發(fā)展導(dǎo)致了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，塬先的自動(dòng)化系統(tǒng)基本只能集中配屏，由于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)思想的深入以及一次設(shè)備的整體化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將由集中式向部分分散式或全分散式發(fā)展，變電站內(nèi)可能將不再具有規(guī)模龐大的測(cè)控屏以及大量連接信號(hào)源和測(cè)控屏之間的銅芯電纜，全部測(cè)控裝置下放在就地，實(shí)現(xiàn)所有功能，而在控制室，取而代之的是一個(gè)計(jì)算機(jī)顯示器甚至僅為一臺(tái)臨時(shí)監(jiān)視、操作使用的便攜機(jī)。
(二)通信及規(guī)約
一個(gè)典型的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，可分為叁個(gè)層次，(如圖1所示)。叁個(gè)層次分別為：
�、佻F(xiàn)場(chǎng)I/0層，用于和現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備的信號(hào)和控制相連;
�、谕ㄐ艑樱瓿缮衔籌(Workstation)和數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DCU)的數(shù)據(jù)和命令傳;
⑨計(jì)算機(jī)管理層，完成相應(yīng)的SCADA及變電站管理功能以及其它相應(yīng)的輔助功能。由圖可見(jiàn)，通信層在這里起著舉足輕重的作用。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及化更使自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生了根本的變化，這些變化將集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
l、在測(cè)控單元和通信單元之間
首先是將引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，由于分散式系統(tǒng)的推出，成百個(gè)CPU將在變電站之內(nèi)運(yùn)行，傳統(tǒng)的RS-485通信已不能勝任此項(xiàng)任務(wù)，而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不僅具有高速(達(dá)1 MHz及以上)傳輸特征，并且具備”多路偵聽(tīng)，自動(dòng)上送”的功能解決了多CPU系統(tǒng)的信息傳輸及突發(fā)事件優(yōu)先傳輸?shù)膯?wèn)題。
國(guó)內(nèi)變電站自動(dòng)化已大規(guī)模推廣并已有大量變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，作為”樞紐工程”的通信系統(tǒng)，必須采用雙網(wǎng)絡(luò)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。在通信媒介方面，光纖是較為理想的通信媒介，但由于價(jià)格及施工方便等方面的因素，雙絞線仍將被普遍采用;在通信協(xié)議上。
2、在當(dāng)?shù)赜?jì)算機(jī)和通信單元方面
由于利用變電站自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，因此其傳遞的信息容量將很大(不僅要傳遞監(jiān)控、保護(hù)的信息，還要傳遞數(shù)字電量、錄波及其它安全自動(dòng)裝置的信息)。這樣大容量的信息用RS-485來(lái)傳輸顯然已不行，而事實(shí)上，計(jì)算機(jī)(工作站)及LAN技術(shù)已十分成熟，利用LAN來(lái)傳輸信息已成為近距離計(jì)算機(jī)通信的優(yōu)選方案。
因此在通信單元和當(dāng)?shù)赜?jì)算機(jī)間將用以太網(wǎng)來(lái)連接，遵循IEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，按TCP/IP協(xié)議以10 MHz/100 MHz的速率傳輸信息。當(dāng)?shù)赜?jì)算機(jī)可用PC或工作站，軟件建立在同- TCP/IP協(xié)議上，可互相通用。從系統(tǒng)整體的可靠性考慮，配備雙通信單元、雙以太網(wǎng)、雙計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸及管理。一般來(lái)說(shuō)，該方案的通信媒介大多采用雙絞線。
3、與多個(gè)控制中心的連接
與控制中心(遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī))的連接突出地表現(xiàn)在通道和通信協(xié)議上。在通信通道上，有傳統(tǒng)的微波、載波、光纖、衛(wèi)星等傳輸鏈路，這些通道基本上是專線或臨時(shí)專線。
而近年來(lái)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可為其提供一個(gè)或多個(gè)虛擬通道，尤其是國(guó)家電力一級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)的建立，為這種數(shù)據(jù)傳輸方式提供了強(qiáng)有力的手段;在通信協(xié)議上，傳統(tǒng)意義上的RS-232鏈路已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)IEC 60870-5-101支持;在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)上，可利用TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)上網(wǎng)，上網(wǎng)方式可以是RS-232標(biāo)準(zhǔn)，亦可能按IEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)。
(三)系統(tǒng)性能
由于變電站自動(dòng)化已大量應(yīng)用于各電壓等級(jí)的變電站，且已有大量變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，因此在可靠性方面的研究將是持久的�？蓪⒖煽啃苑譃槎糠郑阂徊糠质窍到y(tǒng)本身的，如控制器工作的電磁兼容性、軟件容錯(cuò)技術(shù)、軟件冗余技術(shù)、工藝結(jié)構(gòu)等;另一方面是對(duì)外界因素的抵抗能力，如雷電、過(guò)流、過(guò)壓、強(qiáng)震以及高低溫、濕度等環(huán)境因素。
三、結(jié)束語(yǔ)
隨著自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技的飛速發(fā)展，一方面綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。
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