2.智能变电站对安全稳定控制装置的要求

 

      随着中国智能电网建设的推进，智能变电站将逐渐替代数字化变电站。[5]智能变电站是在数字化变电站基础上发展起来的采用智能化一次侧设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。[6]智能化变电站将实现一次设备的智能化，其二次设备系统结构也将发生巨大的变化。因此，新一代安全稳定控制装置的构架、控制方式必须在智能化一次设备接口、装置网络化以及信息化等方面满足智能化变电站的要求。

 

      安全稳定控制装置需要采集交流电流、交流电压等模拟量信息和开关、刀闸等位置信号以及保护跳闸信号，并且为实现协调控制，还需采集异地的线路、元件、装置等的运行信息。智能变电站内实现了采集转换设备的标准化、模块化和智能化，数据采集、传输、控制等实现了全程数字化，对于数字化信息的断面统一、数据同步和数据合法性问题、多路通信的协调及海量信息的提取和处理，都需要进一步的研究。同时，智能化变电站具备分布式智能决策的高级功能，与调度中心间具备较强的互动能力，如何充分利用智能化变电站的高级应用功能，是下一代分布式稳定控制装置设计时需考虑的问题之一。

 

二、特高压智能电网环境下稳定控制装置的设计

 

1.系统需求

 

      电网的安全稳定控制系统和装置是提高电网稳定性的有效措施，运行中若安稳装置误动，则可能导致电网误解列或切除大量的机组及负荷，造成不必要的停电损失;而如果装置拒动，则可能导致电网稳定破坏，使原本可以避免的事故扩大化。因此，电力系统对安稳装置的安全性和可靠性的要求极高，在系统设计时需要综合考虑硬件和软件的运行稳定性问题。具体来说，硬件平台的设计需要考虑各应用功能的模块化、标准化，供电系统的不间断供电，抗干扰能力和电磁兼容性，人机接口界面的友好性等;软件系统需要考虑软件运行的可靠性、自动复位和计算效率等。考虑到电力系统对可靠性的严格要求，稳定控制装置应满足双重化原则，即两套装置完全独立。

 

2.硬件平台基本架构

 

电力系统安全稳定装置的硬件采用模块化设计方式，各模块功能独立并实现标准化。系统的主要模块和作用如下。

 

(1)电源模块：用于对系统的不间断供电，使用双路直流电源实现对稳控装置的24小时不间断供电，依靠自动切换装置进行电源间的切换。

 

(2)采样值接收处理模块：实现与量测单元的信息交互和数据计算，获取元件的实时运行信息。

 

(3)决策判断模块：作为装置的神经中枢负责收集采用信息并进行综合计算，根据预定控制策略作出相应的判断决策，并下发控制指令。

 

(4)控制信号接口模块：负责转发接收到的决策判断模块和上传开关量信息。

 

(5)通信模块：负责与异地安全稳定控制装置交互信息，获取异地电网运行情况，实时传输远方切机切负荷指令。

 

(6)人机界面综合信息管理模块用于文件解析、人机接口、参数配置等功能。

 

各模块之间采用基于现场FPGA的高速同步串行通信方式交互信息，FPGA同时实现采集量的快速傅里叶变换(FFT)，能够在30微秒内完成单个元件采集量的计算。硬件平台的基本架构如图1所示。

 

3.软件系统结构

 

      电网安全稳定控制装置需要在电网发生异常时即刻采取措施以保证电网稳定，因此对系统软件的实时性、稳定性和计算效率要求很高。对于智能化变电站，不仅一次侧设备均提供量测信息的数字化通信接口，二次信息也均为满足IEC61850等特定协议的数字化信息，这些海量信息的传输的安全性、可靠性对软件提出了更高的要求。采用操作系统可大大降低软件的复杂程度，提高软件的可靠性、复用性和管理水平。对于目前广泛应用的操嵌入式Linux作系统，其源代码完全开放，软件人员可以跟踪修改系统以保证系统的实时性;传统安稳装置软件系统中占用大量CPU资源进行FFT计算，需要多CPU的配置，本系统由于采用FPGA硬件实现快速FFT计算，CPU仅完成FFT转换的控制和结果读取，采用单台ARM核心的处理器进行系统协调和控制完全能满足系统需求。系统的软件结构如图2所示。