數(shù)字化變電站電壓無功控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 ： 唐志堅 專 業(yè) ： 電氣工程及其自動化 指 導(dǎo) 教 師 ： 謝榮軍 2012 年 1 月 I 摘 要 在變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程中，智能化開關(guān)、光電式互感器等機電一體化設(shè)備的出現(xiàn)，使變電站自動化技術(shù)逐步邁向數(shù)字化。同時，為實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互換性及互操作性，國際電工委員會制定了應(yīng)用于變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的國際標準協(xié)議 1850。隨著國民經(jīng)濟的 快速增長和人們生活質(zhì)量的不斷提高，用戶對電能質(zhì)量要求也不斷提高。電壓是衡量電能質(zhì)量的一項重要指標，而無功補償是保證電壓質(zhì)量合格的基本手段，因此變電站電壓無功控制（ 保證電力系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行具有重要的意義。 本設(shè)計首先運用 力系統(tǒng)仿真模塊集 立了 110電站的型進行潮流計算，得到電壓、有功和無功等數(shù)據(jù)；同時按照 1850標準運用 建立了數(shù)字化變電站的邏輯節(jié)點模型。過程層通過 調(diào)用擎，以獲得變量值和開關(guān)狀態(tài)信息，同時基于 1850射到結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了變電站層和間隔層間的雙機通信，以此建立了110字化變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、 錄、歷史數(shù)據(jù)庫等功能。 關(guān)鍵詞 數(shù)字化變電站 ， 1850 協(xié)議 ，監(jiān)控系統(tǒng) ，電壓無功控制 n of of in to of 1850 to to on of of of s is a of is to of is of to of of PS 10kV to to t in 1850 C + to a C + to to 1850to by to 10kV to 1850 錄 摘 要 . I . 緒論 . - 1 - 言 . - 1 - 題的目的和意義 . - 1 - 課題目前的研究現(xiàn)狀 . - 2 - 課題的主要工作 . - 2 - 2 數(shù)字化變電站概述 . - 4 - 言 . - 4 - 字化變電站自動化系統(tǒng)的特點 . - 4 - 字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) . - 5 - 1850 標準簡介 . - 6 - 章小結(jié) . - 13 - 3 變電站電壓無功綜合控制 . - 14 - 言 . - 14 - 壓無功綜合控制目標 . - 14 - 區(qū)圖控制策略 . - 15 - 七區(qū)圖控制策略 . - 18 - 例分析 . - 21 - 章小結(jié) . - 31 - 4 數(shù)字化變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計 . - 33 - 言 . - 33 - 控系統(tǒng)設(shè)計 . - 33 - 章小結(jié) . - 47 - 5 結(jié)論 . - 48 - 謝 辭 . - 50 - 參考文獻 . - 25 - - 1 - 1 緒論 言 隨著微處理器的發(fā)明與大規(guī)模的應(yīng)用以及高速數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，作為電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的變電站也迎來了新的“ 變革 ”。 眾所周知，變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán) 節(jié)，它擔負著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的繁重任務(wù)，對電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行起著舉足輕重的作用。尤其是現(xiàn)在大容量發(fā)電機組的不斷投運和超高壓遠距離輸電和大電網(wǎng)的出現(xiàn)，使電力系統(tǒng)的安全控制更加復(fù)雜，如果不進行技術(shù)改造的話，必然 無 法滿足安全、穩(wěn)定運行的需要，更談不上適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理模式的需求。 題的目的和意義 變電站自動化技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達到一定的水平 ， 在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中不僅中低壓變電站采用了自動化技術(shù)實現(xiàn)無人值班 ， 而且 在 220 從而大 大提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平 ， 增強了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性 ， 降低了變電站建設(shè)的總造價 1。 雖然全面微機化的綜合自動化變電站實現(xiàn)了 系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享 ， 完成 了 變電站運行監(jiān)視和控制任務(wù) ， 變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備 ， 簡化了變電站二次接線 ， 但是在變電站中仍然采用大量的常規(guī)式的斷路器 ， 電磁式互感器等，這些設(shè)備運行時易受環(huán)境影響、維護工作量大、占用空間大、容易老化，在精度上也存在著一些缺陷 2；同時 ， 由于各個廠家遵循著各自的標準，使得不同廠家的 能電子設(shè)備 3）間的互操作性 以及互換性方面出現(xiàn)了嚴重的問題，導(dǎo)致一座變電站中只能使用同一個廠家的產(chǎn)品，而且一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，只能由相應(yīng)的廠家來進行維修或更換，如采用其他廠家的產(chǎn)品 ，又會帶來其他一系列的問題。正當變電站自動化技術(shù)的發(fā)展遭遇“瓶頸”時 ， 光電式互感器的出現(xiàn)，用于變電站內(nèi)互操作性的 1850 標準的頒布，光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的普及，智能開關(guān)設(shè)備以及檢測技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)邁進了數(shù)字化的新階段，使得變電站內(nèi)用網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換成為可能。“數(shù)字化變電站”和“數(shù)字化電網(wǎng)”的概念已被逐步提出，全數(shù)字化儼然成為未來變 電 - 2 - 站乃至整個電網(wǎng)發(fā)展的目標 4。 同時， 電壓 作為 衡量電能質(zhì)量的主要指標之一，保證用戶處的電壓接近額定值，是電力系統(tǒng)運行控制的一項基本任務(wù)。電壓偏移過大不僅對用戶的正常工作產(chǎn)生不利影響，還可能使網(wǎng)損增大，甚至危及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。充分利用各種調(diào)壓手段和無功補償裝置實現(xiàn)電壓無功的綜合控制對提高電能質(zhì)量和降低網(wǎng)損具有重要的意義。目前我國配電變電站調(diào)壓的主要手段是采用有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器組，在目前廣泛采用計算機實施自動控制的情況下，出現(xiàn)了多種控制策略。顯然基于一種控制目的而出現(xiàn)了多種控制策略的原因在 于各種控制策略均存在著一些不足之處，甚至涉及一些原則性的不妥之處，因此對這些控制策略進行深 入 的分析很有必要，在此基礎(chǔ)上方能尋找出理論上合理、工程上實用的控制方法 5。 課題目前的研究現(xiàn)狀 隨著光電式互感器的出現(xiàn)，用于變電站內(nèi)互操作性的 1850 標準的頒布，光纖通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的普及，智能開關(guān)設(shè)備以及檢測技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)邁進了數(shù)字化的新階段，使得變電站內(nèi)用網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換成為可能?！皵?shù)字化變電站”和“ 智能 電網(wǎng)”的概念已被逐步提出，全數(shù)字化儼然成為未來變電站乃至整個電 網(wǎng)發(fā)展的目標 6。同時，新的電壓無功控制策略引入了 主變高壓側(cè)電壓和補償電容電流的實際值作為參考變量，從而有效地減少了主變的調(diào)節(jié)次數(shù)以及投切振蕩。 課題 的主要工作 針對數(shù)字化變電站電壓無功控制這一課題，本次設(shè)計主要任務(wù)包括： 1 了解數(shù)字化變電站 的基本概念 和 數(shù)字化變電站的優(yōu)點。 2 深入研究基于 1850 的 變電站和線路設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)以及特殊通信服務(wù)映射（ 采用抽象通信服務(wù)接口（ 1850立數(shù)字化變電站的設(shè)備模型，采用公共數(shù)據(jù)類（ 1850定義各個設(shè)備模型中的數(shù)據(jù)，最后將各個設(shè)備模型節(jié)點以及各節(jié)點中的模型數(shù)據(jù)映射到制造報文規(guī)范（ 1850 3 研究 變電站電壓無功綜合控制 （ 基本原理 ， 學(xué)習(xí)變電站無功控制策 - 3 - 略，理解傳統(tǒng)九區(qū)圖控制方法存在的缺陷，使用改進的區(qū)域圖控制策略 十七區(qū)圖控制策略，實現(xiàn)數(shù)字化變電站的電壓無功控制。 根據(jù)電壓無功綜合控制原理，編寫軟件 序。 4 使用 基于 境的電力系統(tǒng)仿真模塊集 建立 110字化變電站模型， 進行潮流計算等，以 得到 監(jiān)控系統(tǒng) 中所有遙測 、遙信 值。 5 使用 +計 110字化變電站 計算機 監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn) 監(jiān)控系統(tǒng) 的基本功能（遙測，遙控，遙調(diào)，遙信 ， 史數(shù)據(jù)庫 等） 。 6 使用 +用 擎，以獲得數(shù)字化變電站間隔層的各測控裝置的測量值。 - 4 - 2 數(shù)字化變電站概述 言 變電站自動化技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達到一定的水平，隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運行設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓(xùn) 仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計算機高速網(wǎng)絡(luò)在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，全數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng)即將出現(xiàn) 8。 字化變電站自動化系統(tǒng)的特點 目前，“數(shù)字化變電站”技術(shù)是我國電力系統(tǒng)研究的熱點，也是變電站技術(shù)發(fā)展的方向，但對“數(shù)字化變電站”很難進行明確地定義。我們現(xiàn)階段討論的“數(shù)字化變電站”應(yīng)該是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的一個階段，在這個階段，數(shù)字化變電站有著如下的優(yōu)點 9： 能化的一次設(shè)備 一次設(shè)備的信息采集到邏輯控制的過程中均采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計。從而簡化了常規(guī)機電式繼 電器及控制回路的結(jié)構(gòu)?？删幊绦虼媪俗冸娬径位芈分谐Ｒ?guī)的繼電器及其邏輯回路；同時，光電數(shù)字和光纖代替了常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜。 絡(luò)化的二次設(shè)備 在數(shù)字化變電站中，常規(guī)的二次設(shè)備全部基于標準化、模塊化的微處理機設(shè)計制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的 I/O 現(xiàn)場接口。此外，各種 送的數(shù)據(jù)由其所連接的交換機傳輸?shù)秸麄€網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)共享，從而取代了傳統(tǒng)模式下點對點的傳輸方式。 動化的運行管理系統(tǒng) 變電站運行管理自動化系統(tǒng)的功能更加 全面，利用智能的分析軟件，在變電 站運 - 5 - 行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告，指出故障原因，提出故障處理意見。 同時根據(jù)當前站內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)進行狀態(tài)分析，使設(shè)備的“定期檢修”向“狀態(tài)檢修”的轉(zhuǎn)變成為可能。 字化變電站 自動化 系統(tǒng) 的 結(jié)構(gòu) 10 數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備 11；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個層次，根據(jù) 信協(xié)議草案定義，這三個層次分別稱為“過程層”“、間隔層”“、 變電站層 ”，如圖 通 信 控 制主 站 控 制 單 元主 站 運 行 支 持單 元L A N 1局 域 網(wǎng) 接 口 設(shè) 備保 護 測 控保 護測 控 各 類 通 信 裝 置L A N 2智 能 執(zhí) 行 裝 置 智 能 執(zhí) 行 裝 置一 次 設(shè) 備圖 字化變電站 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 示意圖 電站層 變電站層 包括監(jiān)控主機、遠動通信機等，其主要任務(wù)是：（ 1）通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶崟r數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實時數(shù)據(jù)庫，按時登錄歷史數(shù)據(jù)庫；（ 2）按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；（ 3）接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過程層執(zhí)行；（ 4）具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；（ 5）具有 (或備有 )站內(nèi)當?shù)乇O(jiān)控，人機聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報警， 變電站層層層 間隔層 過程層 - 6 - 甚至圖像，聲音等多媒體功能；（ 6） 具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護、 在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能；（ 7）具有（或備有）變電站故障自動分析和操作培訓(xùn)功能 12。 隔層 間隔層一般按斷路器間隔分，具有測量、控制元件或繼電保護元件。設(shè)備的主要功能是：（ 1）匯總本間隔過程層實時數(shù)據(jù)信息；（ 2）實施對一次設(shè)備保護控制功能；（ 3）實施本間隔操作閉鎖功能；（ 4）實施操作同期及其他控制功能；（ 5）對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；（ 6）承上啟下的通信功能，即同時高速完成與過程層及 變電站層 的網(wǎng)絡(luò)通信功能。必要時 ，上下網(wǎng)絡(luò)接口具備雙口全雙工方式，以提高信息通道的冗余度，保證網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。 程層 過程層通常有稱為設(shè)備層，主要指變電站內(nèi)的變壓器和斷路器、隔離開關(guān)及其輔助觸點，電流、電壓互感器等一次設(shè)備。過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的主要功能分三類：（ 1）電力運行實時的電氣量檢測：主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測，其他電氣量如有功、無功、電能量可通過間隔層的設(shè)備運算得出。（ 2）運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測：主要有變壓器、斷路器、刀閘、母線、 電容器、電抗器以及直流電源系統(tǒng)。（ 3）操作控制執(zhí)行與驅(qū)動：主要包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制，電容、電抗器投切控制 ， 斷路器、刀閘合分控制 ， 直流電源充放電控制 13。 1850 標準簡介 隨著變電站自動化技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外廠商相繼推出了多種變電站自動化系統(tǒng)的產(chǎn)品。而目前一個普通的變電站使用的產(chǎn)品可能是出自不同的廠家，在國際化的、統(tǒng)一的變電站自動化系統(tǒng)通信協(xié)議體系標準 1850還未制定的時候，由于沒有統(tǒng)一標準，各個廠商的網(wǎng)絡(luò)和通信協(xié)議各式各樣、互不兼容。當需要對某個變電站進行自動 化監(jiān)控設(shè)計時，就必須對該變電站所使用廠家的產(chǎn)品 - 7 - 的通訊規(guī)約非常熟悉，才可以完成整個系統(tǒng)的構(gòu)建。 1850 的介紹 1850 制定的思路是 :（ 1） 提高互操作 ， 工程實現(xiàn)方便 ；（ 2） 應(yīng)對通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn) ；（ 3） 滿足應(yīng)用技術(shù)迅猛發(fā)展的要求 ；（ 4） 面向?qū)ο?，而非局限于具體設(shè)備。 1850 標準包括以下十部分內(nèi)容 13： 一、 1850紹和概述 從整體上介紹了 1850 標準的框架和結(jié)構(gòu)，還介紹了該標準制定的方法以及該標準如何適應(yīng)通信技術(shù)的 不斷發(fā)展。 二、 1850語 給出了 1850 標準中變電站自動化系統(tǒng)專門的術(shù)語詞匯表。 三、 1850體要求 本標準適用于變電站自動化系統(tǒng)（ 它定義了站內(nèi)智能電子設(shè)備之間的通信及相關(guān)的系統(tǒng)要求，屬于通信網(wǎng)絡(luò)的總體要求。它也述及環(huán)境條件和供電要求的指導(dǎo)方針，根據(jù)其它標準和規(guī)范，對相應(yīng)的特定要求提出了建議。 四、 1850統(tǒng)和工程管理 本標準適用于變電站自動化系統(tǒng)，它定義了變電站中的智能電子設(shè)備（ 間的通訊及相關(guān)要求。它包括以下幾個方 面： （ 1）工程過程及其支持工具； （ 2）整個系統(tǒng)及其 壽命周期； （ 3）始于研發(fā)階段，直至 其 產(chǎn)和退出運行的質(zhì)量保證。 五、 1850能和設(shè)備模型的通信要求 本標準使用于變電站自動化系統(tǒng)（ 對智能電子設(shè)備之間的通信和相關(guān) 系統(tǒng)要求進行了標準化。 本部分規(guī)范變電站自動化系統(tǒng)所完成功能的通信要求和裝置模型。所有功能和通信要求均加以辨別區(qū)分。 功能的描述并不是用于功能標準化，而是用于辨別區(qū)分技術(shù)服務(wù)和變電站之間、變電站內(nèi)智能裝置（ 間的通信要求。基本 目標是所有相互作用中互操作性。 對功能和實現(xiàn)標準化，完全超出本標準的范圍，因而，不能假設(shè)將功能分配到 - 8 - 裝置僅有一個方法。為支撐功能自由分配的要求，定義了功能適當分解，將功能分解為相關(guān)通信部分，給出其交換數(shù)據(jù)和性能要求。對典型變電站配置，由數(shù)據(jù) 流計算補充這些定義。 變電站的電子裝置，譬如保護裝置也可能安裝在像電廠這樣的場所，對于在這些場所安裝的裝置，使用本標準將使得他們更容易集成，但這已超出本標準討論的范圍。 六、 1850電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)語言 規(guī)定了描述通信有關(guān)的智能電子裝置 置和參數(shù)、通信系統(tǒng)配置、開關(guān)間隔（功能）結(jié)構(gòu)及它們之間關(guān)系的文件格式。規(guī)定文件格式的主要目的是：可以使用某種兼容的方式，在不同廠家提供的智能電子裝置 理工具間，交換智能電子裝置能力描述和變電站自動化系統(tǒng)描述。 所定義的語言稱為變電站配置描述語言 變電站配置描述語言 ，智能電子裝置 通信系統(tǒng)模型根據(jù)本系列標準第 5 和第 7 部分建立。在某些適當部分，可能要求特殊通信服務(wù)映射 門擴展或使用規(guī)則。 變電站配置描述語言基于擴展增強語言（ 。 本標準既不規(guī)定使用該語言的各別實現(xiàn)措施或產(chǎn)品，也不約束計算機系統(tǒng)內(nèi)整體實現(xiàn)的方法和接口。盡管配置數(shù)據(jù)下載格式可作為配置數(shù)據(jù)的一部分，但本標準不規(guī)定配置數(shù)據(jù)下載到智能電子裝置 的格式。 七、 1850電站和線路（饋線）設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu) 1、 1850原理和模型 ： 介紹在 1850用到建模方法 、 通信原理以及信息模型，此外，還提供與 1850185018501850間相關(guān)的解釋和要求以及解釋 1850抽象服務(wù)和模型是如何映射到 1850義的具體通信棧上。 2、 1850抽象通信服務(wù)接口 該節(jié)定義的抽象通信服務(wù)接口 于 智能電子設(shè)備 間實現(xiàn)實時協(xié)作的變電站領(lǐng)域，并 且 獨立于底層的通信系統(tǒng)，主要包括以下幾個方面 ： （ 1）全部信息的分層類模型； （ 2）對類模型進行操作的服務(wù)； （ 3）與每個服務(wù)相關(guān)的參數(shù)。 供兩種類型的抽象接口： （ 1）描述客戶與遠方服務(wù)器之間通信的抽象 接口； - 9 - （ 2） 用于一臺設(shè)備的一種應(yīng)用與不同設(shè)備的許多遠方應(yīng)用之間快速、可靠的系統(tǒng)范圍內(nèi)的時間分布以及采樣測量值的抽象接口。 3、 1850共數(shù)據(jù)類 ： 定義了與變電站應(yīng)用相關(guān)的公共屬性類型和公共數(shù)據(jù)類，這些公共數(shù)據(jù)在 1850被使用，公共數(shù)據(jù)屬性通過 1850定義的服務(wù)被訪問。 4、 1850兼容邏輯節(jié)點類與數(shù)據(jù)類 :定義與變電站相關(guān)的設(shè)備及功能的信息模型，特別是在 用于通信的可兼容邏輯節(jié)點名稱和數(shù)據(jù)名稱，包括邏輯節(jié)點與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系 。 八、 1850殊通信服務(wù)映射（ 一部分詳細說明了在局域網(wǎng)上交換實時數(shù)據(jù)的方法，將抽象通信服務(wù)接口（ 射到制造報文規(guī)范的服務(wù)和協(xié)議，這些服務(wù)和協(xié)議運行在開放系統(tǒng)互聯(lián)（ 傳輸控制協(xié)議（ 信框架之上。這部分包含了用于支持集中式和分布式體系的一些規(guī)定。這個標準包含實時數(shù)據(jù)指示、控制操作和報告通知等的數(shù)據(jù)交換 14。 抽象通信服務(wù)接口（ 制造報文規(guī)范（ 映射定義了抽象通信服務(wù)接口（ 概念、對象和服務(wù)是如何使用制造報文規(guī)范（ 概念、對象和服務(wù)實現(xiàn)的。這種映射允許不同制造商通過執(zhí)行功能進行互操作。 這個標準既沒有定義具體的實現(xiàn)方法或產(chǎn)品，也沒有限制在計算機系統(tǒng)內(nèi)某個實體的實現(xiàn)方法和接口。該標準鼓勵制造商在定義新的設(shè)備和對象模型時進行創(chuàng)新，以提供附加的功能。注釋 制造報文規(guī)范映射到底層通信棧包括廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)、現(xiàn)場總線或點對點通信等多種選擇。 九、 1850殊通信服務(wù)映射 1、 1850通過單向多路點對點串行通信連接的模擬采樣值：這一部分規(guī)定了間隔層和過程層之間通信的特殊通信服務(wù)映射 ，特別地，它規(guī)定了建立在與 0044一致的單向多路點對點連接之上的映射。標準這一部分的適用 范圍于變電站內(nèi)電子式電流或電壓互感器（ 組合單元和諸如繼電器保護這樣的間隔層設(shè)備之間的通信。如果需要更高的采用率，或者除了通用數(shù)據(jù)集以外還需要其他采樣值數(shù)據(jù)集，或者是采用了間隔層之間的通信和同步，這些都將是 1850涵蓋的內(nèi)容 14。 2、 1850上的模擬量采樣值：該部分詳細說明了依照該標準的第 7分中的抽象規(guī)范而定義 的傳輸模擬量采樣值的特殊通信服務(wù)映射，它是一個使用直接利用 結(jié)合變電站層特殊服務(wù)映射（ 的采樣值傳輸連結(jié)的混合協(xié)議棧上的抽象模型的影射。 - 10 - 每一個特殊服務(wù)映射（ 由三個部分組成： （ 1）老協(xié)議棧的規(guī)范； （ 2）第 7 部分的抽象規(guī)范在老協(xié)議棧的實際應(yīng)用上的映射（即傳輸模擬量采樣值的模型）； （ 3）老協(xié)議棧中所未包含的功能性實施規(guī)范。 十、 1850致性測試 這部分規(guī)定變電站自動化系統(tǒng)和設(shè)備的一致性測試方法。另外，給出設(shè)置測試環(huán)境的準則和規(guī)定互操作 的等級。 本部分主要論述通信一致性測試，所以本部分不涉及安全和 要求，這些在 1850分，而這些檢驗必須按照本部分的規(guī)定去做。 1850 標準的主要內(nèi)容 能建模 由變電站自動化系統(tǒng)執(zhí)行的任務(wù)稱之為功能。一般來講，一個功能是由若干一些相互交換數(shù)據(jù)的部分組成，這些部分稱之為邏輯節(jié)點（ 邏輯節(jié)點通過邏輯連接（ 連，從而實現(xiàn)不同功能之間數(shù)據(jù)的交換 15。 信信息片（ 述兩個邏輯節(jié)點間具有給定通信屬性的信息交換。 包含待傳輸?shù)男畔⒑鸵蟮膶傩裕缧阅?。它并不是在通信網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的實際結(jié)構(gòu)和格式。這部分信息可在1850 1850查詢。假設(shè)的邏輯點對點連接描述的是交換信息的源和目的地，而不是規(guī)定通信過程，因而多點和廣播通信過程未排除在外。 1、變電站層功能 變電站層功能將變電站看作一個整體，分為相關(guān)變電站層功能處理和接口兩類。 2、間隔層功能 16 間隔層功能是那些主要使用間隔數(shù)據(jù)，作用于間隔內(nèi)一次設(shè)備 的功能。 1850 標準中，間隔值變電站中任一部分，如線路、串或線路變壓器組等。間隔的定義正在考慮變電站一次結(jié)構(gòu)中某種廣義的子結(jié)構(gòu)和二次系統(tǒng)中（變電站自動化）某些本地功能，即自治功能。這樣一些功能如線路保護、間隔控制。它們在間隔層內(nèi)，經(jīng)邏輯接口 3 通信，經(jīng)邏輯接口 4 和 5 與過程層，即遠方 I/O，智能傳感器 和控制器通信。接口 4 和接口 5 也可能是使用電纜連接，但這種電纜接線接口不屬于 1850 范圍。 - 11 - 圖 電站自動化系統(tǒng)功能層和邏輯接口 3、過程層功能 過程層功能之指與過程接口的全部功能， 基本狀態(tài)量和模擬量輸入輸出功能，像采樣、發(fā)出控制命令。過程層功能經(jīng)邏輯接口 4和 5與間隔層通信。 據(jù)建模 17 在 1850 中 ， 邏輯節(jié)點 穿于整個 1850 體系結(jié)構(gòu)。一個 示一個物理設(shè)備內(nèi)的某個功能 （ 如節(jié)點 示距離保護功能 ， 節(jié)點 示斷路器功能等 ）， 它執(zhí)行一些特定的操作。邏輯節(jié)點之間的相互作用指每個邏輯節(jié)點的服務(wù)和數(shù)據(jù)之間的相互作用。裝置之間的相互作用也是通過邏輯節(jié)點的數(shù)據(jù)和服務(wù)實現(xiàn)的。邏輯節(jié)點和包含在邏輯節(jié)點內(nèi)的數(shù)據(jù)是描述實際系統(tǒng)和功能的基礎(chǔ)。 具有特定意義的數(shù)據(jù)通過服務(wù)和外部環(huán)境進行相互作用。 1850定義了 30 種公共數(shù)據(jù)用于表示狀態(tài)、測量、可控狀態(tài)、可控 模擬量、狀態(tài)設(shè)置、以及模擬量設(shè)置等信息。 信息模型的創(chuàng)建過程是利用邏輯節(jié)點搭建設(shè)備模型，首先使用已經(jīng)定義好的公 共數(shù)據(jù)類（ 這些數(shù)據(jù)類屬于專門的公共數(shù)據(jù)類，并且每個數(shù)據(jù)（ 繼承了相應(yīng)公共數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)屬性。 1850定義了這些數(shù)據(jù)代表的含義。 然后將所需的數(shù)據(jù)組合在一起就構(gòu)成了變電站自動化系統(tǒng)的某個特定功能，并且 邏輯節(jié)點可以 被重復(fù)用于描述不同結(jié)構(gòu)和型號的同種設(shè)備所具有的公共信息。 - 12 - 信協(xié)議 18 1、變電站層與間隔層之間的通信 1850 18501850 1850定義的信息模型 映射到 造報文規(guī)范）的特殊通信服務(wù)映射，這一映射和服務(wù)運行在系統(tǒng)互連（ 傳輸控制協(xié)議（ 信框架之上，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的交換。 2、間隔層與過程層之間的通信 1850括用于 采樣值傳輸?shù)某橄蠓?wù)的映射，適用于電子式電流或電壓互感器的接口 合并單元與間隔設(shè)備（例如繼電保護）之間的通信； 18501850的在于實現(xiàn)采樣值模型及其服務(wù)到通信棧的完全映射。 電站自動化系統(tǒng)工程和一致性測試 開 始靜 態(tài) 性 能 檢 查選 擇 和 參 數(shù)動 態(tài) 測 試基 本 聯(lián) 接 測 試能 力 測 試行 為 測 試結(jié) 果 分 析一 致 性 測 試 組動 態(tài) 一 致 性 要 求靜 態(tài) 一 致 性 要 求M I C X I 流數(shù) 據(jù) 流P I C 一 致 性 檢查 綜 合 和 結(jié) 論出 測 試 報 告結(jié) 束圖 致性評價過程 一致性 測試的要求分為兩類：靜態(tài)一致性要求和動態(tài)一致性要求。靜態(tài)一致性要求規(guī)定，完成要求的實現(xiàn)方法。而動態(tài)一致性要求 規(guī)定由用于特定實現(xiàn)方法 - 13 - 的協(xié)議引出的要求。靜態(tài)和動態(tài)一致性要求定義為協(xié)議實現(xiàn)一致性說明（ 于：（ 1）適當?shù)臏y試集的選擇；（ 2）保證執(zhí)行適合一致性要求的測試；（ 3）提供靜態(tài)一致性觀察的基礎(chǔ)。 圖 3給出評價一致性的過程， 其中用到標準的 型實現(xiàn)的一致性說明 用于測試的協(xié)議實現(xiàn)附加信息 章 小結(jié) 本章介紹了數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點 ， 簡單介紹了 1850各部分 的內(nèi)容，并對該標準進行了詳細的闡述， 說明了利用 1850 標準提供的信息模型對 備進行建模的方法 。 從數(shù)字化變電站的特征來看， 數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動化技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的一次變革，其主要特征是 “ 一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合 1850 標準 ” ，即數(shù)字化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達到標準化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的 信息平臺。與常規(guī)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和 變電站層 的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一 次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅?、?能化一次設(shè)備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。 與此同時， 為了使系統(tǒng)集成和擴充變得簡單方便 ， 定了變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標準 1850。 1850 提供了直接訪問現(xiàn)場設(shè)備 ， 對各個制造商的設(shè)備用同一種方法 進 行訪問。它利用面向?qū)ο蠹夹g(shù) ， 定義了 分層對象模型和作用于每 層對象的抽象服務(wù) ， 使數(shù)據(jù)對象自描述成為可能 ， 為不同制造商的 可以看出， 采用 1850 國際標準可以大大提高變電站自動化技術(shù)水平、提高變電站自動化安全穩(wěn)定運行水平，節(jié)約開發(fā)驗收維護的人力物力，實現(xiàn)完全的互操作。 - 14 - 3 變電站電壓無功 綜合 控制 言 電壓幅值是衡量電能質(zhì)量的主要指標之一，保證用戶處的電壓接近額定值，是電力系統(tǒng)運行控制的一項基本任務(wù)。電壓偏移過大不僅對用戶的正常工作產(chǎn)生不利影響，還可能使網(wǎng)損增大，甚至危及系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。充分利用各 種調(diào)壓手段和無功補償裝置實現(xiàn)電壓無功的綜合控制對提高電能質(zhì)量和降低網(wǎng)損具有重要的意義。 目前我國配電變電站調(diào)壓的主要手段是采用有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器組，在目前廣泛采用計算機實施自動控制的情況下，出現(xiàn)了多種控制策略。顯然基于一種控制目的而出現(xiàn)了多種控制策略的原因在于各種控制策略均存在著一些不足之處，甚至涉及一些原則性的不妥之處，因此對這些控制策略進行深 入 的分析很有必要，在此基礎(chǔ)上方能尋找出理論上合理、工程上實用的控制方法。 壓無功綜合控制目標 電力系統(tǒng)中，電壓和無功功率的調(diào)整對電網(wǎng)的輸電 能力、安全穩(wěn)定運行水平 和降低電能損耗有極大的影響。因此要對電壓和無功功率進行綜合調(diào)控，保證實 現(xiàn)包括電力部門和用戶在內(nèi)的總體運行技術(shù)指標和經(jīng)濟指標最佳，具體的調(diào)控目 標如下： 1、保證供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi) 根據(jù) 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差 中規(guī)定， 10以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的 7%； 35以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的 10%； 220相供電電壓允許偏差為額定電壓的 7%、 10%。 2、維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和無功的基本平衡 為了保證電壓的合格，主輸電網(wǎng)絡(luò)應(yīng) 實現(xiàn)無功分層平衡，地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實現(xiàn)無功分區(qū)就地平衡的原則，保證各級變電所母線電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。保證無功平衡，對保證電網(wǎng)穩(wěn)定性，減少網(wǎng)損是十分有益的。在保證電壓合格的前提下，應(yīng)使網(wǎng)損盡量小。 3、 盡量減少控制對象的動作次數(shù)，尤其是減少有載分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù) - 15 - 由于變壓器在電網(wǎng)中的重要地位，應(yīng)對其進行重點保護，在有載調(diào)節(jié)分接頭時，會出現(xiàn)短時的匝間短路產(chǎn)生電弧，會對分接頭的機械和電氣性能產(chǎn)生影響，也會影響變壓器油的性能。因此，變電站嚴格限制了有載分接頭的日最大調(diào)節(jié)次數(shù)（一般 110壓器為 10 次， 35 壓器為 20 次），并對總的動作次數(shù)作出限制，一般要求分接頭動作 3000 次后必須停電檢修。變電站對電容器組的日最大投切次數(shù)作出了限制（一般為 30 次）。 區(qū)圖控制策略 九區(qū)圖控制策略是目前國內(nèi)變電站的電壓無功控制裝置普遍采用的控制策略，它 是按照固定的電壓和無功（或變電站進線端功率因數(shù)）上、下限將電壓 無功劃分為九個區(qū)域，每個區(qū)域有各自的控制策略。 其控制目標是要使系統(tǒng)流出變壓器的無功功率和變壓器低壓側(cè)母線電壓均在給定的范圍內(nèi)。除區(qū)域 9（中間區(qū)域）同時滿足電壓和無功條件外，其余 8 個區(qū)域均不能同時滿足電 壓、無功兩個條件，從而提出相應(yīng)的調(diào)節(jié)方式。 根據(jù)國內(nèi)的檔位規(guī)定： +8 接頭為 1 檔、 +7 2 檔、 7 16 檔、 8 17 檔。按此規(guī)定，上調(diào)檔位，變比減小，電壓升高；下調(diào)檔位，變比增大，電壓降低。本文所涉及到的分接頭調(diào)節(jié)均根據(jù)此規(guī)定執(zhí)行。 在恒定阻抗負荷模型下， 有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器的基本調(diào)節(jié)規(guī)律為 ： 變壓器分接頭上調(diào)（或下調(diào)）后， 變比 k 增大（或減?。?2U 降低（ 或 升高 ）， 1或 增大 ）， 質(zhì)不變 ， 一般調(diào)節(jié)分接頭對無功的影響不大 ； 投入（或切除）電容器后， ?。ɑ?增 大）， 2U 升高 （或 降低 ）， 變小）。 （注：此處的變壓器分接頭調(diào)節(jié)規(guī)律是根據(jù)實際的調(diào)節(jié)狀況來定的。） 區(qū)圖基本原 理 如圖 示九區(qū)圖（也叫“井”字圖）中， 變壓器低壓側(cè)母線電壓，變壓器高壓側(cè)母線無功功率，從而構(gòu)成電壓 無功功率控制模式。無功越上限，表示電網(wǎng)中無功不足；無功越下限，表示電網(wǎng)中無功過 剩，變電站向電網(wǎng) 送無功（ 110以下變電站原則上不允許向電網(wǎng)倒送無功，但實際也允許略微倒送）。為防止電容投切振蕩，無功上下限之差至少為投切 1 組電容器所引起的 無功最大變化量。九區(qū)圖的電壓、無功上下限一般在某個負荷時段取固定，并按 - 16 - 照逆調(diào)