大规模电力控制系统中的基于智能变电站关键技术应用研究
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摘要:智能变电站作为智能变电站的物理结构应用,将贯穿整个智能变电站建设的过程,分析智能变电站的技术内涵与技术特征应用的视角重点研究了智能变电站的过程总线、非常规互感器、高精度时钟同步、状态监测、测试验证环境建设等若干关键技术以及分析智能变电站网络应用层、采样值传输网结构、GOOSE报文传输网的数据流特征和性能需求,提出了站控层网络、过程层网络、同步对时网络的组网方案和节点分布规划方法。
关键字:智能变电站; 过程总线; 互感器
1引言
随着全球市场经济社会的飞速发展,世界各国的变电站规模不断扩大与融合,影响电力系统安全运行的不确定因素和潜在风险随之增加,而用户对电力供应的安全可靠性和质量要求越来越高。随着新世纪市场经济快速发展,智能变电站在欧美的发展,为全世界电力工业在安全可靠、优质高效、绿色环保等方面开辟了新的发展空间,国内外电力企业、研究机构和学者逐步形成“智能变电站”的未来变电站发展理念,并着手开展一系列研究与实践工作。在对我国能源资源格局、负荷分布特点以及未来发展趋势等开展了大量研究分析的基础上,结合世界变电站发展新趋势以及我国变电站发展改革的实际,立足于服务发电企业、服务用户、服务社会的基本理念,2009年5月,国家变电站公司正式公布了智能变电站规划报告,报告中提出了“规划建设以特高压变电站为骨干网架、各级变电站协调发展的坚强变电站为基础,利用先进的通信、信息和控制技术,构建以信息化、自动化、互动化为特征的国际领先、自主创新、中国特色的坚强智能变电站”的战略发展目标。由此可见,智能变电站是实现智能变电站的关键技术核心,也是智能变电站自动化系统研究与开发的主导方向研究。
2 基于大规模智能变电站概念研究
2.1 基于智能变电站技术内涵研究。随着我国智能变电站发展战略目标和基本技术特征,进一步融合智能变电站的技术内涵与坚强智能变电站的基本途径,体现为对实时和非实时信息的高度集成和挖掘利用能力;数字化是坚强智能变电站的实现基础,以数字化形式清晰表述变电站对象、结构、特性及状态,才能实现各类信息的精确高效采集与传输;自动化是坚强智能变电站发展水平的直观体现,依靠高效的信息采集传输和集成应用,实现变电站自动运行控制与管理水平提升;互动化是坚强智能变电站的内在要求,通过信息的实时沟通及分析,实现电力系统各个环节的良性互动与高效协调,提升用户体验,促进电能的安全、高效、环保应用。在近阶段,以数字化变电站技术体系为基础,探索建设符合智能变电站要求的智能变电站;在未来几年,随着在线跟踪监测技术和资产全寿命周期管理理论的发展,逐步完善和建设具有智能预警监控功能的智能变电站应用。
2.2 基于智能变电站自动化技术与现状应用研究。在20世纪90年代初期,智能变电站自动化理论在国内外飞速提出。90年代中期,随着计算机算法技术、计算机网络通信技术的快速的发展,出现了分布式智能变电站自动化系统。系统按变电站的控制层次和对象设置全站控制和就地单元控制的二层式分布控制系统结构。经过十多年的发展,变电站自动化技术已经达到一定的水平,基本实现了间隔层和站控层间的数字化。新建变电站,无论电压等级高低,基本都采用变电站综合自动化系统。许多老变电站也通过改造实现变电站综合自动化。
3基于智能变电站关键技术应用研究
3.1基于智能变电站在线跟踪监测技术研究。随着变压器、断路器等变电站一次设备的工作状况的进步,逐渐发展了一些参数的在线跟踪监测技术,以变压器为例,如套管介损、铁芯电流、油中气体、局部放电、油中微水、热点温度、绕组变形等,部分解决了停电试验的一些缺点,近年来已在此方面取得一定经验和成效,但仍存在诸如检测的参数不全、自成系统、相互兼容性差、不能统筹考虑、有时需要改动设备而实施困难等缺点,还不能保证全面、实时的反映设备的运行状况,缺乏相应的标准,尚无法满足智能变电站建设对变电站在线跟踪监测。
3.2基于智能变电站智能开关设备研究。随着计算机智能技术应用于智能化的开关设备将监测更多设备自身状态信息,全面实现对开关设备的物理状况、动作情况、运行工况等方面的信息化实现;在自动化功能方面,进一步实现智能化,在控制功能、状态自检测、状态检修等方面实现智能化控制操作;设备信息及智能功能,可通过网络实现与上级系统及其它设备的运行配合,自动化程度更高,具有比常规自动化设备更多、更复杂的自动化功能;具备互动化能力,与上级监控设备、系统及相关设备、调度及用户等及时交换信息,分布协同技术。
3.3基于大规模物联网与智能变电站关键技术研究。大规模智能变电站是物联网关键技术,物联网也是智能变电站的核心技术。物联网关键技术应用于智能变电站是优化与融合先进可靠、接入灵活、标准统一的计算机网络通信信息进行感知和接入完善分布式的智能信息传输、计算和控制算法。利用智能感应器融合各种设备、设施连接到一起,从而形成一个统一信息的服务总线,不但可对信息进行整合分析,还可以此来降低成本,并使变电站运行和管理达到最优。物联网的三层参考体系即感知层、传感器网络层、应用层,在智能变电站中应用,转变为智能变电站感知层、智能变电站传感器网络层、智能变电站应用层。智能变电站中物联网由无线传感器网络构成的感知层。在智能变电站的应用层,根据智能变电站的实际需要,运用物联网关键技术能够实现变电站智能化和信息关键技术与智能变电站关键技术的彻底融合,以实现智能变电站精确供电、保障用电、互补供电及保障用电安全和提高能源的利用效率。
4基于大规模智能变电站规划综合方法的研究
4.1基于自组织调节权重的基于加权Voronoi图智能变电站选址方法研究
(1)基于自组织遗传算法算法引入加权Voronoi图智能变电站选址方法运用自组织遗传算法算法的全局寻优能力来处理WVD方法的局部寻优问题,实现了基于保存最优自组织遗传算法算法的加权Voronoi图智能变电站选址定容方法(ESGA-WVD)。
(2)运算全局随机搜索算法粒子群结构优化融入加权Voronoi图智能变电站选址方法中,通过粒子群结构优化算法的全局寻优能力来解决WVD方法的局部寻优问题,实现了基于粒子群结构优化的加权Voronoi图智能变电站选址粒子群结构优化方法。
(3)基于混沌粒子群结构优化目标运动的遍历性和随机性,在混沌粒子群结构优化的基础上,将混沌粒子群结构优化运动引入基于粒子群的加权Voronoi图智能变电站选址方法中,实现了基于混沌粒子群结构优化粒子群优化的加权Voronoi图智能变电站选址方法C粒子群结构优化-WVD。通过对负荷分布密度不均匀算例的仿真计算表明C粒子群结构优化-WVD方法克服了粒子群结构优化的早熟,很好地解决了变电站选址的全局寻优,使变电站的供电区域划分合理,满足各变电站负载率的要求。
5结束语
随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,配电网的规模急剧扩大,经过实践,提出大规模电力控制系统中的基于智能变电站关键技术应用研究能完善新型智能变电站在线跟踪与结构体系优化。
参考文献:
[1]天津大学电力与能量系统研究所,城市电网规划计算机辅助决策系统,天津:天津大学,1995,3
[2]全国电力系统城市供电专业工作网,城网动态,1998.3