第２９卷第ｌ９期 企业技术开发 ２０１０年１０月 Ｖ ｎＩ．２９ Ｎｏ．１９ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ０Ｆ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ ０ｃｔ．２０１０ 变电站综合自动化系统发展趋势探讨 徐辉明 （漳州电业局，福建漳州３６３０００） 摘要：文章主要讨论了广域相量同步采样技术对变电站自动化系统发展趋势可能造成的影响。 关键词：广域同步采样；同步相量测量；变电站自动化系统；实时动态监测系统；动态测控装置 中图分类号：ＴＭ６３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１０）１９—００３１—０２ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ＸＵ Ｈｕｉ——ｍｉｎｇ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆＺｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ ３６３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆｗｉｄｅ ａｒｅａ ｐｈａｓｏｒ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｎ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｄｅ ａｒｅａ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓａｍｐｌｉｎｇ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ ｐｈａｓｏｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｄｙｎａｍｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ １概述 随着通讯技术的快速发展，传统ＧＰＳ接收模块的普 及，以及我国自主研发的北斗卫星导航系统的发展，同步 从２０世纪八十年代开始，变电站自动化技术在我国 采样技术很可能成为电力系统中一种普遍采用的技术手 得到了全面应用。变电站自动化系统是一种整合了测量、 段，从而带来电力系统自动化产品更新换代的。 控制、远传等多种功能，通过通信技术的支持来实现信息 本文认为电力系统实时动态监测系统和广域测量系 共享的微机化系统。随着计算机和通信技术的发展，特别 统可以兼容现有的稳态ＳＣＡＤＡ和ＥＭＳ系统，促使电力 是网络技术的快速发展，各种变电站自动化技术更是层 系统监测及控制技术更上一层楼。主要论述内容有：实时 出不穷。目前，大部分中低压变电站都通过采用自动化技 动态监测系统及广域测量系统ＳＣＡＤＡ／ＥＭＳ系统的影 术，实现无人值班，而在高压变电站中也通过大量采用最 响；ＰＭＵ装置对测控装置的影响；广域同步采样技术可 新的自动化技术，提高整个系统的运行管理水平，增强变 能带来的新应用。 电站的安全可靠性，达到减人增效的目的。 现有最常见的变电站自动化系统是通过测控装置为 ２广域测量系统对ＳＣＡＤＡ／ＥＭＳ影响 调度中心提供实时的稳态信息；而系统暂态信息则由安装 现有的ＳＣＡＤＡ系统能提供大约５ ｓ，次的电力系统 在变电站专门的故障录波装置提供。一个困扰工程技术人 稳态数据，传统的故障录波装置只能提供故障前后短时 员多年的问题就是各个测控装置的时间不一致，以及上 间（几秒钟）内的动态数据。这两种监测方法都存在不足： 传的采样值不带时标，导致系统得到的采样值不同步，因 ＳＣＡＤＡ系统慢速刷新的稳态数据无法用于电网系统的 此，不能为调度人员对系统的全面掌握提供更好的支持。 动态预测、故障分析等工作；而故障录波记录的动态数据 ２０世纪九十年代出现的ＧＰＳ技术使全电网的同步 量太大，无法实现全天候记录，只能保存故障前后的短时 采样成为可能，依据卫星同步时钟的同步相量测量装置 数据，对于许多系统的故障分析不能提供帮助。要解决这 （ＰＭＵ：Ｐｈａｓｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ），实现了对分布在电网中 个问题，可以利用同步相量测量技术来实现，通过ＰＭＵ 跨空间的各个测点的同步测量。在此，ＩＥＥＥ标准委员会 装置同步采集电网各关键节点的电压电流相量，即可对 于１９９５年出台了ＩＥＥＥ １３４４—１９９５标准：ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ 电网的动态运行状态进行精准的实时状态预测，为输电 ｆｏｒＰｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，并在２００１年出台了修改版。国调中心 线路的低频振荡及故障分析等工作提供足够的数据，为 ２００３年２月发布的《电力系统实时动态监测系统技术规 系统事故分析提供详实的同步数据。 范（试行）》，更是对电力系统实时动态监测及ＰＭＵ的各 不同的响应时间，可以实现各种监测系统功能：故障 项技术指标作了详尽的规定。另外，基于ＰＭＵ的广域测 录波系统一般在０．００１～０．Ｏ１ ｓ，实时动态监测系统一般在 量系统（ＷＡＭＳ：Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）在电力系 ０．１～１ Ｓ，ＳＣＡＤＡ／ＥＭＳ系统一般在５～１０ Ｓ。可以看出实时 统也得到了一定的研究和应用。 动态监测系统位于系统暂态短路故障和稳态运行状态之 间，其主要目的是监测电力系统的动态过程，即：频率越 收稿日期：２０１０—０７—１１ 作者简介：徐辉明（１９８ｌ一），男，福建长泰人，大学本科，工程师，主要 限、功角越限、在线扰动、低频振荡等动态过程，为稳定预 从事电力系统及其自动化、变电站综合自动化研究工作。 测提供决策依据。通过比较分析显示，实时动态监测系统 ３２ 完全可以兼容现有的ＳＣＡＤＡ／ＥＭＳ系统。 企业技术开发 ２０１０年１０月 可以在很大程度上降低变电站综合自动化系统的投资总 如果采用这样的一体化装置，又会带来采样速率如 何匹配的问题。传统的继电保护微机算法通常是采用１２ 点／周波（或２４点／周波），而要实现完整的故障录波，装 置的采样速率则不能低于１０ ｋＨｚ，对于我国电网采用的 ５０ Ｈｚ的工频，就要采用２００点／周波，也就是每个采样 电力系统实时动态监测系统可以先实现对电力系统 成本。 的动态过程进行监测和分析，然后逐步实现与ＥＭＳ系统 的联接甚至替代，最后对电力系统的动态过程进行控制。 ３ ＰＭＵ装置对测控装置的影响 通过比较ＰＭＵ装置与变电站原有测控装置的硬件， 我们可以看出两者之问并没有太大的差别，只是ＰＭＵ新 间隔只有１００ 。一般微机保护的逻辑算法是采用ＣＰＵ 中断方式来实现，在这样短的采样问隔内要求ＣＰＵ完成 所有的保护逻辑算法几乎是不可能的。因此，在未来的微 增了ＧＰＳ接收器和同步信号发生器。ＰＭＵ装置的ＧＰＳ模 块将标准时问信号送人ＣＰＵ单元和Ａ／Ｄ转换器，作为数 据采集和相量计算的标准时间源。将开关场ＰＴ、ＣＴ过来 机保护与录波一体化装置中，我们可以将高速的１０ ｋＨｚ 的电压电流经过滤波整形、Ａ／Ｄ同步采样后送到ＣＰＵ进 采样速率等间隔抽取出１ ｋＨｚ的保护算法用的采样速 行计算，得出同步相量，再送往相量存储单元进行保存。 率，对于高速的ＤＳＰ芯片而言，在１ ｍｓ的采样间隔时间 从功能上来看，ＰＭＵ可以理解成一台实现了同步采样的 内运算完成大部分的保护逻辑判断就不会困难。 ４．２输电线路故障的准确定位 增强型测控装置，因其采样速率高，我们可以称其为动态 测控装置。 高压输电线路发生故障后，往往需要花费大量的人 力查找故障点，现有的故障定位技术，一般采用阻抗计算 方法，很容易受故障点过渡电阻的影响，造成定位误差 为了解决目前ＳＣＡＤＡ系统较为慢速的通讯速率，如 果各电压等级的变电站全面采用ＰＭＵ（动态测控装置）， 我们需要在通讯设置上作如下调整：①在电网稳定运行的 大，直接影响故障点查找，增加停电时间。今后，我们可以 情况下，ＰＭＵ只需向原有的ＳＣＡＤＡ系统一样，每３～５ Ｓ 利用ＧＰＳ的精确时钟，得到线路故障一种有效的定位方 上送一次测量数据，将其用于电力参数的稳态运行监测； 法。它的基本原理是利用输电线路故障时初始行波到达 调度主站也可以向ＰＭＵ子站申请２５次／ｓ、５０次／ｓ或更 线路两端变电站母线的时间差来计算故障距离，定位故 高速率的同步相量数据，将其应用于电力参数辨识及负荷 障点。假设变电站Ａ和变电站Ｂ之间的线路为ＡＢ，其长 模型辨识等功能模块。②在电网发生电流、电压、频率越 度为Ｌ，发生故障的点距变电站Ａ母线的距离为Ｘ，初始 限，扰动、振荡等异常情况时，ＰＭＵ装置可以按照５０次，ｓ 或更高的速率进行上送数据传送，使主站能在最快的时 间内对系统低频振荡、全电网稳定预测做出正确的判断。 行波到达线路两端变电站Ａ、Ｂ的时刻分别为ＴＡ、ＴＲ，那 么故障点距离为：ｘ＝［Ｌ—ｃ（Ｔ 一Ｔ ）］，２。式中，ｃ为行波传输 速度，也等于光速。通过该精准定位方法，可快速查找并 处理故障。 ４广域同步采样技术可能带来的新应用 ４．１微机保护与录波一体化 按照主流厂家的说法，目前的微机保护装置都内置 ５结语 综上所述，同步采样技术可以极大地提高电力系统 故障录波功能，可以记录保护动作前后一段时间内的各 动态监测水平及分析能力，并推动变电站自动化技术的 种相关波形，并通过通信系统传送给故障信息系统主站， 全面发展。随着时间同步系统和网络通讯技术的飞速发 用于简单的故障分析，这种只能算是介于故障录波和事 故追忆之间的一种功能。但是该功能的采样速率较低（一 展，未来的电力系统很可能采用全网同步采样的变电站 自动化系统，真正实现保护、测量、控制的一体化，对电网 的运行进行实时准确的状态预测，为系统计算及事故分 般和继电保护的采样频率相同），而且装置存储容量非常 有限，只能记录少数几次保护动作的波形，并不能真正实 现电网的故障录波。 析提供详实、准确的同步数据。让我们共同期待这场电力 系统自动化产品更新换代的。 参考文献： 通过应用广域同步采样技术，就可能实现微机保护 和录波一体化。将高配置、高性能的微机保护装置按照间 隔配置、分布布置于变电站，完成标准的故障录波功能。 再将各个装置连接组成一个完整的故障录波系统，协同 完成电力系统继电保护、故障录波分析的功能。整合后的 系统，硬件成本比原有的继电保护增加得非常少，整合后 ［１】严登俊，鞠平，袁洪．网络通信模式下电网相量的广域测量 与实时传输系统［Ｊ］．电网技术，２００４，（４）．
