阐释变电站变电站自动化系统运用和进展学生

摘要：介绍了变电站自动化系统的基本概念和基本功能、从远方终端单元RTU装置到综合自动化系统的发展、变电站自动化系统在不同技术阶段的系统结构。比较了调度自动化系统与变电站自动化系统的特点和区别，阐述了变电站自动化系统在智能电网中的发展和应用前景。
关键词：变电站自动化系统；调度自动化系统；智能电网
作者简介：史继芳（1979-），女，江苏淮安人，江苏省电力公司金湖县供电公司，工程师，技师；
刘建戈（1974-），男，江苏淮安人，江苏省电力公司金湖县供电公司，高级工程师，技师。
1007-0079（2013）14-0217-03
变电站自动化系统又称变电站综合自动化系统，能够实现变电站内设备运行的监视、保护和状态控制，是电力系统实现自动化的基础。随着国家全力推进智能电网建设，光电式互感器、智能化开关和一次设备在线状态检测等技术日趋成熟、信息通信和自动控制技术的开发应用，变电站中信息的采集、传输和处理全部数字化，将促使变电站自动化技术不断发展，智能化变电站将给变电站自动化系统带来全新的应用。

一、变电站自动化系统

电力系统是一个连续运行的系统，电能的生产、传输、分配和消耗都是同时完成的。为掌握电网运行状态，保障电力设备的安全运行，向用户提供合格的电能，需要对电网进行监视、控制和调节。因此电力网安全可靠运行及其电能质量与电力系统的自动化水平密切相关，而电力网的自动化水平主要表现为变电站自动化系统。

1.变电站自动化系统概述

变电站自动化系统是采用数据采集、计算机和网络通信技术，通过变电站二次设备的功能归并和优化组合对变电站运行工况进行实时监视、测量、自动控制和协调的电力综合性自动化系统。在技术上涉及到测量、计量、通信、远动、计算机和自动控制等二次系统，专业上包含自动化、继电保护、变电站运行等，是计算机、网络通信和自动化技术在变电站领域的综合应用。国际电工委员会根据变电站自动化系统发展的情况提出了“变电站自动化”和“变电站自动化系统”两个名词。在IEC 61850标准中，对变电站自动化系统（SAS）的定义为：变电站自动化系统就是在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化。
变电站自动化系统的基本特征是系统功能综合化、结构微机化、通信网络化、操作监视屏幕化、运行管理智能化。

2.变电站自动化系统的基本功能

变电站自动化系统的主要作用是实现站内设备数据采集和状态控制，包含监控子系统、微机保护子系统、自动控制装置和远动及数据通信四种功能。
监控子系统通过采集断路器及刀闸上的位置开关和互感器获取电网数据；状态控制向可操作的设备下达命令。在数据采集和控制功能之间最快的互动是由保护装置来实现的，保护装置检测到故障时向所在的断路器发出跳闸令。变电站自动化系统中的自动控制装置可实现系统继电保护、备用电源自投、低周低压减载和电压无功自动控制等，达到安全可靠供电和提高电能质量的目的。在进行人工操作时，具备计算机监控防误功能的系统可实现电气设备操作防误功能。远动及数据通信功能包含站内系统内部现场级间的通信和自动化系统与上级调度的通信。通常变电站都是按无人值班和远方监控来运行的，数据和命令会通过通信网络与调度自动化系统之间进行传送。

二、变电站综合自动化系统的演变

1.变电站远方终端单元

早期的变电站自动化系统以远方终端单元（RTU，Remote Terminal Unit）为基础，基于变送器及继电保护与自动装置等设备。实际上是在常规继电保护及二次接线的基础上增设RTU，以实现“四遥”功能，如图1所示。RTU与上级控制中心构成监视控制和数据采集（SCADA，Supervisory Control And Data Acquisition）系统。SCADA系统向运行人员提供电网运行实时状态信息和历史信息，实现了运行人员对电力系统进行远程监控、控制和管理；为运行人员进行有效的监控决策提供信息支撑。

2.从RTU到变电站综合自动化

随着微处理器芯片技术和通信技术的发展，微机保护替代了常规的分立保护装置，微型计算机代替了常规的二次控制屏和RTU，实现了对变电站设备的保护、监视和控制功能。从RTU到变电站综合自动化的演变过程中有两个明显的发展：集中式结构的SCADA系统发展到分布式结构的自动化系统，SCADA系统的电网控制功能转移到变电站自动化系统中；网络通信技术促进了电网控制功能的发展，计算机通信技术的进步推动了大数据高容量的标准化通信协议用于自动化系统广域连接。

三、变电站自动化系统的结构

发展到目前，变电站综合自动化结构经历了集中式、分布式两种结构形式。从安装空间位置上来划分，有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。

1.集中式系统结构

变电站自动化系统的集中式结构通常采用具有大量I/O接口的计算机，集中采集变电设备的开关量和模拟量信息，并集中进行数据分析和处理，同时完成信息报送、继电保护和自动控制等功能。集中式系统需要功能较强的计算机作为运行平台。其中前置计算机负责运行信息的输入输出、控制、保护及监测等功能，后台计算机负责数据处理、显示、打印及远方上传等功能，如图2所示。集中式系统的组态不灵活，对于不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计。

2.分布式系统结构

分布式变电站自动化系统由多个分散的二次装置通过网络构成统一的自动化系统，各个装置既可以独立工作又可以相互协调工作，在通信协调的基础上实现对变电站自动监视和控制。根据变电站的控制层次和对象可分为站控层、间隔层和过程层。站控层由系统主机、工作站、通信服务器和保护管理机等设备构成计算机网络，提供变电站内运行的人机联系界面，形成变电站运行监视控制中心，并将信息上传调度中心和集摘自：毕业论文www.618jyw.com
控中心。间隔层通常包含微机保护装置、测控装置、自动控制装置和其他智能电子设备（Intelligent Electronic Device）等。一个间隔层设备只能对应一个间隔，站控层设备则可以访问多个间隔或为多个间隔提供数据。过程层由互感器、合并单元、智能操作箱等构成，为间隔层和站控层设备提供访问接口，完成实时信息采集、运行设备状态检测和操作控制命令的执行等功能。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。分布式结构根据间隔层设备安装位置可分为集中式、分散式、分散与集中式相结合三种形式。间隔层设备集中组屏的系统称为集中分布式结构，间隔层设备分散安装在每个间隔一次设备的系统称为分散分布式结构。分散与集中式相结合的自动化系统结构是指35kV以下的间隔采用分散布置、110kV以上设备集中组屏的自动化系统，如图3所示，目前被广泛应用于变电站中。
分散分布式结构是以一次主设备，如开关、变压器和母线等为安装单位，将测控、保护等单元分散就地安装在一次设备上。站控单元通过通信网络与各一次设备相连，组成以太网与上位机和远方调度中心通信。分散式结构是今后智能化变电站发展的方向，一方面是分级分散式的自动化系统具有前所述的突出优点；另一方面，随着电光传感器和光纤通信技术的发展，为分散式的综合自动化系统的研制和应用提供了有力的技术支持。

四、变电站自动化系统与电网调度自动化系统

1.电网调度自动化系统

电网调度自动化系统是在发电厂和变电站之上的自动控制系统。它以电力系统发输电为控制与管理对象，具备数据采集与监视、发电计划源于：毕业设计论文网www.618jyw.com
与控制和网络分析等功能的计算机控制系统。电网正常运行时，调度人员通过调度自动化系统监视和控制电网参数，使之符合规定，保证电力系统的正常运行和电能质量。在对电网实现安全监控的基础上，通过调度自动化的手段实现电网的经济调度，以达到降低损耗、节省能源、多发电、多供电的目的。当电网发生故障时实现电网运行的安全分析，提供事故处理对策和相应的监控手段，防止事故发生，以便及时处理事故，避免或减少事故造成的重大损失。

2.变电站自动化系统与电网调度自动化系统

变电站自动化系统是基于变电站的二次设备实现对变电站内设备和电网运行工况进行实时测量、监视、自动控制和保护的功能，并与电网调度中心进行通信的综合性自动化系统。电网调度自动化是用来监控整个电网运行状态的电网管理系统，狭义上相对于厂站自动化又称为主站自动化，而广义的调电网度自动化系统包含主站自动化和厂站自动化（即变电站自动化系统）。从广义角度而言，变电站自动化系统是调度自动化系统的基本组成部分；从狭义角度而言，变电站自动化系统是调度自动化系统的监控对象。
调度自动化系统主要通过专用通道或者电力调度数据网与厂站自动化系统进行通信，如图4所示。调度自动化系统的主网络和前置数据采集网通常采用双以太网结构，通信规约遵从IEC61970和IEC61968系列标准。变电站自动化系统的站层和间隔层通信总线采用基于以太网的IEC61850系列标准，调度自动化系统与变电站自动化系统之间的数据通信采用IEC60870-TASE.2或扩展的IEC61850系列标准。

五、变电站自动化系统与智能电网

2009年国家电网提出发展智能电网的理念，并于2011年上升为国家发展战略。智能电网的核心组成部分便是智能变电站。智能变电站是采用先进、集成、可靠、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信网络化和信息共享标准化为基本要求，自动完成数据采集、测量、计量、控制和保护等基本功能，并支持电网实时自动监控、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级应用功能的变电站。智能变电站的全站信息数字化、通信网络化和信息共享标准化的要求是变电站自动化技术发展的基本目标。
智能变电站的通信网络与系统满足IEC61850系列标准的要求，满足基础数据的完整性及一致性的要求，实现全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化。IEC61850系列标准为变电站自动化系统的“统一标准、统一模型、互联开放”提供了网络通信规范，推动了调度中心与变电站、变电站内及配电自动化之间的无缝对接，从而实现从常规变电站向智能化变电站的发展。
六、结语
变电站自动化技术是提高电力系统自动化水平和实现电网运行管理现代化的基础。随着智能电网建设的不断推进、特高压电网的布点不断增加，电网的结构和运行方式将越来越复杂，越来越依赖于自动化系统，同时也不断促进变电站自动化技术向前发展。微机保护、电能量采集、调度数据网、自动稳定装置等系统都已成功运用于电力系统中，变电自动化系统将涵盖更广的范围和提供更多的应用。
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