关于智能化变电站部分保障技术的应用探讨

2010-04-03廖建强

重庆电力高等专科学校学报 2010年3期

廖建强

(重庆市电力公司江津供电局,重庆江津 402260)

0 引言

2009年 5月,国家电网公司首次公布了“智能化电网计划”,国家电网公司正在全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的以信息化、智能化、自动化、互动化为特征的智能电网。智能化电网是一个新的概念,包括两个部分:一个是让消费者自主设定电器设备的使用功率和时间,从而在追求舒适的前提下节省电能;另一个是监控电网的运行情况,实现电网的智能化、自动化、互动化。作为走向智能化电网的重要一步——智能化变电站已经在多省市建设和使用。重庆在建的 110kV杉树智能化变电站是重庆电网范围内首座智能化变电站,它的建设和投运必将为重庆电网在国家电网公司“智能化电网”建设计划中积累宝贵的经验。

数字化变电站或数字电网注重的是实现信息的网络交互,而升级后的智能电网则更加注重信息的互换互用以及功能的智能化应用。当前的数字化变电站从技术上来说,其突出成就只是实现了变电站信息的数字采集和网络交互,这离智能变电站来说还有一定距离。数字化变电站作为二次系统发展的一个阶段,在技术上还存在着很大的提升空间。本文结合重庆电网中传统变电站与智能化变电站的差异,选取几个方面探讨智能化变电站的有关技术问题。

1 IEC61850通信及建模标准体系的扩展

IEC61850通信及建模标准体系是一套完整的体系,智能化变电站所有设备的功能和数据都是基于 IEC61850通信及建模。由于所有设备使用同一的功能模型、数据模型和通信协议,实现了不同厂家设备间的互操作性。这也是智能化变电站设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化的关键。IEC61850是追求现代技术水平的标准信息和通信体系,在系统中通过提供标准的数据交换接口实现系统开放,实现完全的互操作性是其工作方向。而 IEC61850也需要不断地扩展,以适应更广泛的领域。

如在间隔层和过程层之间的网络映射成串行单向多点或点对点传输网络(IEC61850-9-1)已经面临废除,取而代之的是映射成基于 IEEE 802.3标准的过程总线(IEC61850-9-2)的不断丰富和发展。IEC61850-9-1通过独立的链路来单向传输采样值。合并单元同保护测控装置之间的通信在规模较小的变电站中采用点对点的IEC61850-9-1通信协议可以满足使用要求。但在智能化电网条件下再采用 IEC61850-9-1就会使设备数量和光缆敷设结构非常复杂,完全失去了智能化的意义,无法满足智能化的要求。而 IEC61850-9-2则能满足智能化变电站的要求,IEC61850-9-2的过程总线是一种网络,它将合并单元、保护测控装置置于一个以太网中。这就不单是一个点对点的概念,而是一个网络的概念,这对智能化变电站中设备的网络性能提出了更高的要求。IEC61850-9-1在数字化变电站阶段已经得到了很好的应用和推广,而IEC61850-9-2还不很成熟,网络带宽限制了大量实时数据的传输,但在信息技术的不断地发展中,IEC61850-9-2完全替代 IEC61850-9-1将很快成为现实。

2 网络通信技术中的同步

网络通信技术在智能化变电站中起到的是基础平台的作用。网络通信技术在传统变电站系统中仅发挥了初级作用,实现各级调度之间,变电站与主站之间,变电站与变电站之间电网运行数据的传输。在智能化变电站中,网络通信技术除了实现传统变电站网络通信技术的传输以外,还将承担起传统变电站站内靠电缆传输模拟通信信号的功能,这在极大地提高通信精确度的同时,也需要我们充分掌握某些关键技术,保障数字信号的安全、可靠及稳定传输。

同步技术就是其中之一,在变电站智能化传输体系中,数字同步网显得尤为重要。数字同步网是一个网络体系,它是由节点始终设备和定时链路组成的一个实体网。同步网为各种业务网提供定时,以实现各种业务的同步,它是三大支撑网之一,也直接关系智能化变电站数字通信的质量。在单一智能化变电站中,需要实现智能化变电站各智能化设备的同步;在由若干智能化变电站组成的网络中,除了实现智能化变电站内各智能化设备的同步外,还必须实现各智能化变电站之间的同步以及其对主站的同步。在传统的电力通信网络中建设有 BITS设备,负责为各通信网元授时。而在变电站中,自动化、继电保护等初级智能化设备的授时,都是由 GPS产生秒脉冲、然后经过倍频处理完成。GPS虽然能实现一级时钟准确的授时,但一旦发生 GPS时钟设备损坏等情况,将可能造成智能化变电站系统中时钟的频率偏差、信号噪声、抖动或飘移等定时损伤的情况出现。GPS时钟技术是由国外提供,对于电力系统关系国家经济命脉的行业来说,长期依赖国外时钟技术也不是长久之计。因为以上因素,基于国内自行建设的北斗时钟技术以及建立电力系统统一的三级时钟体系,是智能化变电站建设,甚至智能化电网建设的基础。

在数字化变电站,乃至智能化变电站中,时钟同步都得到了应用。IEC61850规定了简单的时间同步协议(SNTP)。SNTP是传输控制协议中用于同步时间的协议 NTP改编而来,是 NTP的简化模型,主要用来同步计算机时钟。SNTP的实现分时间服务器端的实现和客户端的实现,为 ms级,具备现阶段使用的要求,但离 GPS对时 B码的对时精度还有一定距离。在智能化电网中,时钟同步的要求会越来越高,在满足二次网络化的同时达到较高精度的对时,是智能化变电站的网络基础。

3 网络及信息安全技术的体系

网络及信息安全技术是一个内涵极其丰富的技术领域,大致可分为基础安全技术和应用安全技术两个部分,针对一般性的信息系统和特定领域的应用系统提供安全保护。微机保护和自动化监控系统等相关应用系统的应用,对电力二次安全防护系统已经有了一定的认识,也采取了相应的措施。相对于智能化变电站,传统变电站电力二次安全防护系统的应用更多地属于基础安全技术。由于相关厂家开发平台的独立性以及传统变电站网络化程度不高,决定了网络及信息安全技术的重要性相对偏低。但在智能化变电站模式中,网络化二次系统基于IEC61850通信协议基础分层构建,全球厂家都是基于这一标准化平台进行软件开发,大大加大了智能化变电站网络化二次系统的开放性。网络化二次系统概念的形成,也将网络通信技术的应用扩大到智能化变电站的各个设备中。光通信智能化采样和GOOSE网实现的信号传输和跳合闸控制,一旦网络出现信息安全故障,或受到恶意攻击,将导致全站甚至是全智能化系统的瘫痪。这就要求在智能化变电站系统中,网络及信息安全技术得到有效应用,建立信息安全体系结构、安全协议、现代密码、信息分析和监控以及信息安全各部分相互协调,完整的网络及信息网络安全体系。在安全防护的同时,还应该提高系统的入侵检测能力、系统时间反应能力以及系统的自我快速修复能力。这是智能化变电站,甚至智能化电网建设的前提和运行的保障。