基于智能电网的安全稳控装置相关技术研究

南京南瑞继保电气有限公司 吴成忠 黄 特

电力是人类日常生活中不可或缺的一种能源，但是由于其复杂程度，使其运行和管理变得较为困难，有些故障可能导致局部电网解列，乃至整个系统崩溃。因此，电力系统安全稳定运行关系到国家生产和社会生活。变电所安全防护设备种类繁多，为了确保系统结构稳定和相关数据准确性，必须编制合适的控制方案以控制变电所安全运行。此外，保护设备必须满足规范要求，以增强电力系统内各种线路防护能力。当稳控装置能够与测控、变压器、断路器等模块进行连接时，在具备相关技术规范情况下，能够有效地解决电网稳定性问题。

1 智能电网的概念

1.1 智能电网的含义

目前，我国对智能电网还没有一个统一概念。从广义上来说，就是一个完全自动化的电力供应网络，每个使用者和结点都能实时监测，确保电力和信息从发电站到用户终端都能采用分布式智能、宽带通信、自动化控制等技术，实现了电力市场实时交易，确保电力市场中各个成员间无缝对接和实时交互。

1.2 智能电网的技术特点

作为一个电力企业，既要节约发电、输电和配置费用，又要控制施工费用，减少供电费用，为社会提供实实在在的利益。在智能电网构建过程中，既要注重智能化电网的运行，又要重视其成本效益。其次，能源节约的理念可以通过智能电网来充分地体现。从某种意义上讲，智能电网能够降低能源的损耗，因为目前我国能源浪费问题较为突出。其三是自动化，其可以提高电力系统的性能，以及监控电网的各个方面。智能电网可以帮助降低线路损坏频率，并且智能电网能够使电力分配更加合理、电力传输更加安全，同时其具有故障自动检测、自动报警、自动启动紧急预案等功能。此外，在长时间的输电过程中，线路老化或恶劣的气候状况都会导致电网被破坏，智能电网能够通过智能自检，第一时间检测到线路存在的问题，并针对此进行及时处理。最后，智能电网不但可以用于通信，还可以提高服务质量，具有较高的服务性。

2 智能电网的关键技术

智能电网需要四个关键领域来执行这些功能：智能电网使能技术、先进的计量系统、配电系统以及传输操作。此外，还需要开发和应用一些技术来创建智能电网。这些技术可分为以下五个主要技术领域。一是综合通信。为了使智能电网高效运行，通信系统必须整合，才能为网络规划、建设和运营管理提供全面的信息服务。因此，宽带通信网络，包括电缆、光纤、电力线和无线，将成为智能电网的重要组成部分。二是传感器和测量。传感器和测量技术可以为智能电网的实时监测提供信息，包括实时检测变电站和一些输电线路的状态，以及信号网络、高级计量系统等信息。上述这些技术对传感器本身和测量的准确性提出了越来越高的要求。三是现代电源。现代供电设备在电网中发挥着重要作用，其可以相互独立使用，也可以组合成一个复杂的系统，其主要关注点为电力电子、超导体、分布式发电、复合驱动器和微电网技术。四是先进的控制。其使用先进的控制技术来支持分布式情报、分析工具和操作应用。五是决策支持。智能电网需要完整和全面的电力设备和仪器的实时信息，以帮助管理人员做出快速决策。同时，先进的视觉显示技术可以清楚地展示系统的状态，并通过模拟和培训计划改善管理人员的决策。

3 智能电网安全稳控装置概述

安全稳控装置需基于时代变化而随之进化，对区域稳控装置做进一步创新，以保电力稳控系统可以细致、全方面地为电网系统服务，从而确保智能电网的稳定性。基于此，相关人员务必要基于当前系统架构构建全新的结构模式，让其与调度通信系统中的分层调度契合能力有效加强，使其能灵活地控制功能框架及通信框架，这将确保电力稳控系统稳定。在正常情况下，电力系统能够稳定工作，具有充足的安全余量；在警戒状态下，该系统无法满足安全限制；在紧急情况下，如果不能满足运营约束，则有两种情形：稳定性危机和持久危机。在极端条件下，系统会出现负载损耗、系统局部解列等。恢复状态是指系统由极端状态向常态状态转变的一种过程，在崩溃状态下，大范围的电力供应中断，而被解除的部分则需要更长的时间来恢复电力。6个状态可以由不同的控制方式进行转换，如图1所示。

图1 电力系统状态转换

4 安全稳控装置研究现状

4.1 装置缺乏统一标准

由于不同电网、厂、站对其功能需求各不相同，因此各工程项目必须自行开发，不但工期较长，而且设备质量和可靠性也很难保证，同时目前电力系统在技术和思想上也比较落后，无法满足今后智能化变电站发展需求。

4.2 各厂商装置间通信规约不兼容

由于厂商对规范认识差异，造成了不同厂家安全稳控设备之间数据信息存在差异，无法进行信息交流，这对建立区域稳定控制系统是不利的。由于通信规则的差异，无法与其他电力自动化设备进行互联，从而难以实现信息共享。

4.3 控制策略不完善

目前，安全稳定控制系统大多采取离线预决策方法，而离线策略表编制往往是根据以往经验和对事故预测工作量大，容易出现差错。尽管一些设备采用了“在线预判决”控制方法，但是由于其运算速度、等价误差等问题，很少考虑到预期失效集合，从而导致了过操作和误操作。

5 电力远动系统通信规约

5.1 传统电力远动规约

传统电力远动规约区别于循环数据传送（CDT）和提问（POLLING）。循环数据传送中，主要是发射台按一定的次序定时将信息传送给主站，而主站也能对发射台进行控制，在DL451-1991《循环数据链路章程》中，采用了点对点或点到多点的数据链路结构，通过串行接口实现了数据的同步传输。该方案采用同步传送方式，每字包括6字节48比特，包括同步字、控制字、信息字（可能包括多个），在预定中，同步字是EB90H的三组，而写入同步字是D790H的三组。IEC61850包括10个章节（ED1.0包含14个文档，总共1085页，在ED2.0版本中添加了若干文档）。D790H[1]。

5.2 IEC 61850标准

《IEC 61850变电站通信网络和系统》是TC57发布的、迄今为止较为完善的变电站系统及通信标准，是基于通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，本标准的目的是希望实现“一个世界、一个技术、一个标准”。IEC 61850标准由10个部分组成（ED1.0版包括14个文件共1085页，ED2.0版正在修订中，增加了一些文件）[2]，如图2所示。

图2 IEC 61850标准组成

6 智能电网的安全稳控装置分析

6.1 安全稳控装置的数据建模

稳定控制系统的工作是建立在信息分配和分散控制基础上的，所以在稳定控制系统中，分布式设备间的通讯非常关键。在不同的装置间进行通讯时，必须采用同一通信协定。IEC61850已成为变压器台的通信协定，并将应用于其他的自动控制装置。IEC61850采用了面向对象的概念，根据其功能分层地模拟了物理装置，也就是所谓的智能电子装置（IED），并创建了一个完全的数据和信息结构，如图3所示[3]。此外，在IEC61850变电所及电力装置通讯基础架构7-4部分中，对某些逻辑节点及资料进行了界定，并按其功能划分成不同的逻辑节点群，如图4所示；站一级的一组逻辑节点是：I[4]。

图3 智能电子设备（IED）数据信息结构

图4 逻辑节点组分类

6.2 安全稳控装置功能及接口

安全稳控装置作为一种能量传输装置，其结构遵循其他能量传输装置的设计模式，使用标准化、模块化和规范化的连接器来构成装置。同样的设备可以在变电站和主站使用，根据不同的任务和功能，通过添加插件和软件可以获得不同的功能。包括采集和执行功能在内，安全稳定控制装置可以分为以下六个主要部分：数据采集和处理、控制和决策、策略执行、信息通信、数据管理和人机互动。具体关系如图5所示。

图5 安全稳控装置功能结构具体关系

6.3 安全稳控装置的通信规约转换

目前，安全控制系统还采用了IEC60870远程控制系统。远动系统设备以链路规约数据单元为中介，链路规约数据单元进一步细化，包括核心数据、多信息主体、数据单元标识等，并纳入应用业务数据单元统一管理，与链路规约控制信息一起称为链路规约数据单元。为了保证系统与其他设备的通讯，采用IEC61850标准，该方案可为稳定控制设备提供合适的网关。在将网关引入通讯设备后，可以加快协议转换，从而增强与不同频率的通讯网络之间的联系。通过与前置计算机的连接，可以实现安全稳控设备作为通信网络的功能，并确保逻辑节点能够存储对应的数据图像。

在应用协议的数据单位中，信息主体往往被分为几个级别，一般都是以IEC60870为标准，与IEC61850相匹配。IEC61850标准在不同的情况下，其功能是在信息单元集和局部属性集；在资讯物件的时间尺度中，类似于时间尺度的属性；在资讯主体中，类似于资料的执行个体。一个应用程序的数据单位公用位址可以包含超过60000个资讯单位，或作为一个非永久资料集合的例子。IEC60870规范没有提供数据包的能力，但它可以实现对逻辑节点的映射。逻辑节点能够与公用的数据和业务的数据单位进行关联，从而完成数据的转化，此外IEC60870不能取样，因此没有取样值[5]。

7 结语

在智能电网的基础上，采用安全稳控设备，不仅保证了电网的安全稳定，而且还能促进新的电力信息化体制改革。因此，加强对智能电网技术的研究，是未来电力系统可持续发展的重要保证，稳控设备的安全运行与连接关系直接影响到其控制逻辑，这可以保证电网设备模型在相应的电网中平稳运行，并为安全稳控系统正常运行工作提供重要支撑。