關(guān)于智能化變電站部分保障技術(shù)的應(yīng)用探討

廖建強(qiáng)

(重慶市電力公司江津供電局,重慶江津 402260)

0 引言

2009年 5月,國(guó)家電網(wǎng)公司首次公布了“智能化電網(wǎng)計(jì)劃”,國(guó)家電網(wǎng)公司正在全面建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的以信息化、智能化、自動(dòng)化、互動(dòng)化為特征的智能電網(wǎng)。智能化電網(wǎng)是一個(gè)新的概念,包括兩個(gè)部分:一個(gè)是讓消費(fèi)者自主設(shè)定電器設(shè)備的使用功率和時(shí)間,從而在追求舒適的前提下節(jié)省電能;另一個(gè)是監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化、自動(dòng)化、互動(dòng)化。作為走向智能化電網(wǎng)的重要一步——智能化變電站已經(jīng)在多省市建設(shè)和使用。重慶在建的 110kV杉樹智能化變電站是重慶電網(wǎng)范圍內(nèi)首座智能化變電站,它的建設(shè)和投運(yùn)必將為重慶電網(wǎng)在國(guó)家電網(wǎng)公司“智能化電網(wǎng)”建設(shè)計(jì)劃中積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

數(shù)字化變電站或數(shù)字電網(wǎng)注重的是實(shí)現(xiàn)信息的網(wǎng)絡(luò)交互,而升級(jí)后的智能電網(wǎng)則更加注重信息的互換互用以及功能的智能化應(yīng)用。當(dāng)前的數(shù)字化變電站從技術(shù)上來(lái)說(shuō),其突出成就只是實(shí)現(xiàn)了變電站信息的數(shù)字采集和網(wǎng)絡(luò)交互,這離智能變電站來(lái)說(shuō)還有一定距離。數(shù)字化變電站作為二次系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)階段,在技術(shù)上還存在著很大的提升空間。本文結(jié)合重慶電網(wǎng)中傳統(tǒng)變電站與智能化變電站的差異,選取幾個(gè)方面探討智能化變電站的有關(guān)技術(shù)問(wèn)題。

1 IEC61850通信及建模標(biāo)準(zhǔn)體系的擴(kuò)展

IEC61850通信及建模標(biāo)準(zhǔn)體系是一套完整的體系,智能化變電站所有設(shè)備的功能和數(shù)據(jù)都是基于 IEC61850通信及建模。由于所有設(shè)備使用同一的功能模型、數(shù)據(jù)模型和通信協(xié)議,實(shí)現(xiàn)了不同廠家設(shè)備間的互操作性。這也是智能化變電站設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理自動(dòng)化的關(guān)鍵。IEC61850是追求現(xiàn)代技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)信息和通信體系,在系統(tǒng)中通過(guò)提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換接口實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開放,實(shí)現(xiàn)完全的互操作性是其工作方向。而 IEC61850也需要不斷地?cái)U(kuò)展,以適應(yīng)更廣泛的領(lǐng)域。

如在間隔層和過(guò)程層之間的網(wǎng)絡(luò)映射成串行單向多點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)(IEC61850-9-1)已經(jīng)面臨廢除,取而代之的是映射成基于 IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程總線(IEC61850-9-2)的不斷豐富和發(fā)展。IEC61850-9-1通過(guò)獨(dú)立的鏈路來(lái)單向傳輸采樣值。合并單元同保護(hù)測(cè)控裝置之間的通信在規(guī)模較小的變電站中采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的IEC61850-9-1通信協(xié)議可以滿足使用要求。但在智能化電網(wǎng)條件下再采用 IEC61850-9-1就會(huì)使設(shè)備數(shù)量和光纜敷設(shè)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,完全失去了智能化的意義,無(wú)法滿足智能化的要求。而 IEC61850-9-2則能滿足智能化變電站的要求,IEC61850-9-2的過(guò)程總線是一種網(wǎng)絡(luò),它將合并單元、保護(hù)測(cè)控裝置置于一個(gè)以太網(wǎng)中。這就不單是一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的概念,而是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的概念,這對(duì)智能化變電站中設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)性能提出了更高的要求。IEC61850-9-1在數(shù)字化變電站階段已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用和推廣,而IEC61850-9-2還不很成熟,網(wǎng)絡(luò)帶寬限制了大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸,但在信息技術(shù)的不斷地發(fā)展中,IEC61850-9-2完全替代 IEC61850-9-1將很快成為現(xiàn)實(shí)。

2 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)中的同步

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在智能化變電站中起到的是基礎(chǔ)平臺(tái)的作用。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)中僅發(fā)揮了初級(jí)作用,實(shí)現(xiàn)各級(jí)調(diào)度之間,變電站與主站之間,變電站與變電站之間電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的傳輸。在智能化變電站中,網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)變電站網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的傳輸以外,還將承擔(dān)起傳統(tǒng)變電站站內(nèi)靠電纜傳輸模擬通信信號(hào)的功能,這在極大地提高通信精確度的同時(shí),也需要我們充分掌握某些關(guān)鍵技術(shù),保障數(shù)字信號(hào)的安全、可靠及穩(wěn)定傳輸。

同步技術(shù)就是其中之一,在變電站智能化傳輸體系中,數(shù)字同步網(wǎng)顯得尤為重要。數(shù)字同步網(wǎng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系,它是由節(jié)點(diǎn)始終設(shè)備和定時(shí)鏈路組成的一個(gè)實(shí)體網(wǎng)。同步網(wǎng)為各種業(yè)務(wù)網(wǎng)提供定時(shí),以實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)的同步,它是三大支撐網(wǎng)之一,也直接關(guān)系智能化變電站數(shù)字通信的質(zhì)量。在單一智能化變電站中,需要實(shí)現(xiàn)智能化變電站各智能化設(shè)備的同步;在由若干智能化變電站組成的網(wǎng)絡(luò)中,除了實(shí)現(xiàn)智能化變電站內(nèi)各智能化設(shè)備的同步外,還必須實(shí)現(xiàn)各智能化變電站之間的同步以及其對(duì)主站的同步。在傳統(tǒng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)中建設(shè)有 BITS設(shè)備,負(fù)責(zé)為各通信網(wǎng)元授時(shí)。而在變電站中,自動(dòng)化、繼電保護(hù)等初級(jí)智能化設(shè)備的授時(shí),都是由 GPS產(chǎn)生秒脈沖、然后經(jīng)過(guò)倍頻處理完成。GPS雖然能實(shí)現(xiàn)一級(jí)時(shí)鐘準(zhǔn)確的授時(shí),但一旦發(fā)生 GPS時(shí)鐘設(shè)備損壞等情況,將可能造成智能化變電站系統(tǒng)中時(shí)鐘的頻率偏差、信號(hào)噪聲、抖動(dòng)或飄移等定時(shí)損傷的情況出現(xiàn)。GPS時(shí)鐘技術(shù)是由國(guó)外提供,對(duì)于電力系統(tǒng)關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的行業(yè)來(lái)說(shuō),長(zhǎng)期依賴國(guó)外時(shí)鐘技術(shù)也不是長(zhǎng)久之計(jì)。因?yàn)橐陨弦蛩?基于國(guó)內(nèi)自行建設(shè)的北斗時(shí)鐘技術(shù)以及建立電力系統(tǒng)統(tǒng)一的三級(jí)時(shí)鐘體系,是智能化變電站建設(shè),甚至智能化電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)。

在數(shù)字化變電站,乃至智能化變電站中,時(shí)鐘同步都得到了應(yīng)用。IEC61850規(guī)定了簡(jiǎn)單的時(shí)間同步協(xié)議(SNTP)。SNTP是傳輸控制協(xié)議中用于同步時(shí)間的協(xié)議 NTP改編而來(lái),是 NTP的簡(jiǎn)化模型,主要用來(lái)同步計(jì)算機(jī)時(shí)鐘。SNTP的實(shí)現(xiàn)分時(shí)間服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)和客戶端的實(shí)現(xiàn),為 ms級(jí),具備現(xiàn)階段使用的要求,但離 GPS對(duì)時(shí) B碼的對(duì)時(shí)精度還有一定距離。在智能化電網(wǎng)中,時(shí)鐘同步的要求會(huì)越來(lái)越高,在滿足二次網(wǎng)絡(luò)化的同時(shí)達(dá)到較高精度的對(duì)時(shí),是智能化變電站的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

3 網(wǎng)絡(luò)及信息安全技術(shù)的體系

網(wǎng)絡(luò)及信息安全技術(shù)是一個(gè)內(nèi)涵極其豐富的技術(shù)領(lǐng)域,大致可分為基礎(chǔ)安全技術(shù)和應(yīng)用安全技術(shù)兩個(gè)部分,針對(duì)一般性的信息系統(tǒng)和特定領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)提供安全保護(hù)。微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)等相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用,對(duì)電力二次安全防護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí),也采取了相應(yīng)的措施。相對(duì)于智能化變電站,傳統(tǒng)變電站電力二次安全防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用更多地屬于基礎(chǔ)安全技術(shù)。由于相關(guān)廠家開發(fā)平臺(tái)的獨(dú)立性以及傳統(tǒng)變電站網(wǎng)絡(luò)化程度不高,決定了網(wǎng)絡(luò)及信息安全技術(shù)的重要性相對(duì)偏低。但在智能化變電站模式中,網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)基于IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)分層構(gòu)建,全球廠家都是基于這一標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)進(jìn)行軟件開發(fā),大大加大了智能化變電站網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)的開放性。網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)概念的形成,也將網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)大到智能化變電站的各個(gè)設(shè)備中。光通信智能化采樣和GOOSE網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)傳輸和跳合閘控制,一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)信息安全故障,或受到惡意攻擊,將導(dǎo)致全站甚至是全智能化系統(tǒng)的癱瘓。這就要求在智能化變電站系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)及信息安全技術(shù)得到有效應(yīng)用,建立信息安全體系結(jié)構(gòu)、安全協(xié)議、現(xiàn)代密碼、信息分析和監(jiān)控以及信息安全各部分相互協(xié)調(diào),完整的網(wǎng)絡(luò)及信息網(wǎng)絡(luò)安全體系。在安全防護(hù)的同時(shí),還應(yīng)該提高系統(tǒng)的入侵檢測(cè)能力、系統(tǒng)時(shí)間反應(yīng)能力以及系統(tǒng)的自我快速修復(fù)能力。這是智能化變電站,甚至智能化電網(wǎng)建設(shè)的前提和運(yùn)行的保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能化變電站部分保障技術(shù),有的是新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),有的是比較成熟的技術(shù)。但在智能化變電站模式下應(yīng)用的廣泛性及重要性則得到了重要的提升。更多的智能化變電站技術(shù)需要在實(shí)踐中進(jìn)一步探討和研究,才能促進(jìn)智能化電網(wǎng)的建設(shè)。

[1]郭征,陳學(xué)軍.數(shù)字化變電站給運(yùn)行工作帶來(lái)的新挑戰(zhàn)[J].上海電力,2007,(5).

[2]陳天香,王若醒,魏勇.數(shù)字化變電站新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其對(duì)行業(yè)影響淺探[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,(7).

[3]李碧輝,田豐.數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)及運(yùn)行中的問(wèn)題探討[J].湖北電力,2008,(2).

[4]黃文韜.廣東首座 110kV數(shù)字化變電站技術(shù)方案分析[J].廣東電力,2008,(9).