目前,，電抗器已成為解決電力系統(tǒng)眾多問題的一個重要手段,。各國都依據(jù)本國電力系統(tǒng)實際問題提出了各自的電抗器概念和發(fā)展目標(biāo),。世界各國的能源發(fā)展動因不同,，對電抗器的研究側(cè)重點各異。在中國,，發(fā)展電抗器的zui大動力是充分利用可再生能源滿足未來能源多元需求,，zui大化接納可再生分布式能源，從而促進綠色能源的高效利用,，提高能效,。
電抗器系統(tǒng)是由分布式電源、儲能裝置,、能量轉(zhuǎn)換裝置,、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型的發(fā)配電系統(tǒng),，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制,、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行,，也可以孤立運行。本文介紹的電抗器能量管理和穩(wěn)定控制系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))遵循“清潔,、高效,、自治,、安全”的思想和總體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，全面覆蓋電抗器的監(jiān)控,、保護,、運行控制等技術(shù)領(lǐng)域，旨在根據(jù)用戶的需求,，提供quan方位的電抗器技術(shù)服務(wù),。
該系統(tǒng)既可以用于電抗器領(lǐng)域，實現(xiàn)電抗器內(nèi)能量的管理與調(diào)度,，也適用于分布式發(fā)電的能源管理平臺,，提高了分布式風(fēng)能、光伏發(fā)電的穩(wěn)定性及運行效率,，實現(xiàn)了高效,、穩(wěn)定運用新能源的設(shè)計理念，該系統(tǒng)已經(jīng)在海島投入運行,。
一,、系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)基于IEC61850架構(gòu)，對電抗器系統(tǒng)模型,、二次功能模型進行描述,，對應(yīng)用與通信技術(shù)進行分層處理，由過程層,、間隔層,、站控層3個層次構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所示,。
1,、過程層
系統(tǒng)過程層設(shè)備即合并單元(合并單元和單元一體設(shè)備)按系統(tǒng)內(nèi)一次設(shè)備配置，就地加裝在主變,、斷路器,、分布式發(fā)電設(shè)備、儲能設(shè)備等處,，采集現(xiàn)場數(shù)字通過點對點光纖光纖網(wǎng)上送交換服務(wù)器,，單臺交換服務(wù)器滿足接入45臺合并單元的數(shù)據(jù)處理要求，交換服務(wù)器集成全站數(shù)據(jù)信息后通過工業(yè)以太網(wǎng),，實現(xiàn)分布式采集數(shù)據(jù)到間隔層裝置---電抗器中央控制器的通訊傳輸,，同時合并單元接收中央控制器控制命令實現(xiàn)對風(fēng)機、光伏,、儲能等設(shè)備的監(jiān)測和控制,。
為了提高過程層通信的可靠性，過程層設(shè)備合并單元通過光纖A、B雙網(wǎng)和交換服務(wù)器A,、B進行數(shù)據(jù)交換,，交換服務(wù)器A、B則由*獨立的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)和間隔層設(shè)備通信,，光纖網(wǎng)絡(luò)A和B發(fā)送的間隔信息*相同,，避免一套系統(tǒng)故障導(dǎo)致的全系統(tǒng)失去保護和控制功能。
電抗器能量管理系統(tǒng)配置一個全局同步裝置---GPS時鐘服務(wù)器,，GPS時鐘服務(wù)器按照12800次/S要求等間隔地產(chǎn)生同步信號,，并傳遞給一個或多個交換服務(wù)器，交換服務(wù)器根據(jù)鏈路長度產(chǎn)生新的同步信號啟動合并單元的數(shù)據(jù)采集,。正常運行時,，交換服務(wù)器A和B分別接收來自GPS時鐘服務(wù)器的同步信號，保證與GPS信號的同步;當(dāng)GPS同步信號故障時,，交換服務(wù)器之間通過同步光纖控制,，保證交換服務(wù)器A和交換服務(wù)器B的同步，因此,，連接在光纖雙網(wǎng)的所有合并單元實現(xiàn)了高精度數(shù)據(jù)同步采樣(同步誤差小于200ns),。
2、間隔層
間隔層具有測量,、控制元件和繼電保護元件,。測量、控制元件負(fù)責(zé)該間隔的測量,、監(jiān)視,、斷路器的操作控制和電氣聯(lián)鎖，以及時間順序記錄等,，保護元件負(fù)責(zé)該間隔線路,、變壓器等設(shè)備的保護、故障記錄等,。
間隔層設(shè)備與過程層設(shè)備之間,、間隔層設(shè)備之間取消常規(guī)電抗器硬接點信號交互的方式，變?yōu)榛贗EC61850標(biāo)準(zhǔn)的對等通信模式,，也就是,，A、B間隔層電抗器中央控制器通過各自的以太網(wǎng)絡(luò)從過程層獲取模擬量,、開關(guān)量和其他設(shè)備的實時數(shù)據(jù)信息,，經(jīng)邏輯判斷和相關(guān)電氣聯(lián)鎖判斷后，發(fā)出各自的控制命令,。中央控制器A接收光纖A網(wǎng)的實時數(shù)據(jù),，中央控制器B則接收光纖B網(wǎng)的實時數(shù)據(jù),，過程層設(shè)備按“或”邏輯實現(xiàn)兩臺中央控制器的控制;任一臺中央控制器故障時，及時告警,，退出運行,，不影響整個系統(tǒng),。
間隔層同時可選配：
?、偌呻姸扔嬃垦b置，利用過程層傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù),，采用插值法(1024點)進行時域積分,，實現(xiàn)全站各間隔的電能計量，其精度達到0.5級,。
?、谌到y(tǒng)故障錄波器，根據(jù)多種啟動條件,，記錄全系統(tǒng)實時數(shù)據(jù),，波形文件為標(biāo)準(zhǔn)COMTRADE格式。
3,、站控層
站控層采用工業(yè)以太網(wǎng)通信,，完成系統(tǒng)內(nèi)間隔層設(shè)備、一次設(shè)備的控制及與遠(yuǎn)方控制中心,、工程師站,、操作員站及人機界面通信的功能，也可經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備與第三方裝置進行數(shù)據(jù)交換,。
站控層設(shè)備跨硬件平臺(HP,、IBM、SUN,、X86等),、跨操作系統(tǒng)平臺(HP-UNIX，AIX-UNIX,，Solaris-UNIX,，Linux，Windows等),，支持異構(gòu)操作系統(tǒng)混合配置,，具有良好的開放性和可擴展性，方便進行功能擴展以及功能升級,。
二,、系統(tǒng)功能
間隔層設(shè)備通過交換服務(wù)器獲取到了全系統(tǒng)jing確同步采樣的全景數(shù)據(jù)，并且能實時控制接入到系統(tǒng)內(nèi)的各裝置,、設(shè)備,。在間隔層設(shè)備上,，根據(jù)對象的類型性質(zhì)配置所需的保護、測量,、控制,、故障錄波等模塊，實現(xiàn)電抗器全系統(tǒng)所需的功能,。
1,、間隔層設(shè)備提供兩種故障錄波的實現(xiàn)方式：
①電抗器中央控制器：當(dāng)系統(tǒng)運行異?；蚬收蠒r啟動全系統(tǒng)故障錄波,。
②故障錄波器(選配)：同時采集兩臺交換服務(wù)器的數(shù)據(jù),，當(dāng)系統(tǒng)運行異?；蚬收稀㈤_關(guān)變位,、量值突變,、能量管理系統(tǒng)下發(fā)控制調(diào)節(jié)指令等時，長時間記錄系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù),。
以上兩種方式均生成標(biāo)準(zhǔn)的COMTRADE格式,，并提供波形分析軟件。
2,、電度計量功能(選配)
間隔層設(shè)備集成電度計量裝置上通過配置電度計量模塊,，可實現(xiàn)全系統(tǒng)四象限峰、平,、谷的電度計量,，并可通過串口輸出DL645規(guī)約格式的報文，精度為0.5級,。
3,、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控功能(站控層)
基本功能：數(shù)據(jù)采集與處理、控制功能,、通用計算,、強人機界面功能、操作管理,、報警及事件處理,、數(shù)據(jù)查詢服務(wù)工具、掛牌操作,、集控功能,、可視化顯示、圖形編輯功能,、數(shù)據(jù)庫編輯軟件,、事件及事故報警處理,、歷史斷面回顯及事故追憶(PDR)、安全子系統(tǒng),、設(shè)備管理,、監(jiān)視功能、報表功能,、數(shù)據(jù)的備份功能,、可視化數(shù)據(jù)庫模式編輯、饋線自動化,、WEB數(shù)據(jù)整合和安全發(fā)布,、配電工作管理、操作票系統(tǒng)等,。
三、系統(tǒng)特點
1,、全系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享
電抗器能量管理系統(tǒng)采用分布式采集,、集中式處理的系統(tǒng)解決方案，所有模擬量的采集和一次設(shè)備的操作都是就地實現(xiàn),，數(shù)據(jù)在交換服務(wù)器匯總并在網(wǎng)絡(luò)上實時發(fā)布,，實現(xiàn)全系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享及全網(wǎng)故障錄波。
2,、可靠性
過程層與間隔層的通信網(wǎng)絡(luò)全部采用光纖介質(zhì),，無電磁兼容性問題。站控層的通信采用雙以太網(wǎng),，能自動平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,，實現(xiàn)功能及網(wǎng)絡(luò)的冗余，保證任何單一故障不引起重要功能的損失,。所有裝置無需外加抗干擾措施,，其電磁兼容性均可達到IEC61000-4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的zui高等級。過程層與間隔層裝置的工作溫度范圍為-40℃—﹢85℃,，滿足戶外工作的要求,。
3、安全性
A 信息安全性
過程層與間隔層,、協(xié)調(diào)控制與間隔層和站控層三層之間及三層內(nèi)部的信息交換采用嚴(yán)格的CRC校驗措施,，防止由于數(shù)據(jù)傳輸錯誤導(dǎo)致的裝置誤動作。交換服務(wù)器對來自間隔層的網(wǎng)絡(luò)控制報文進行分析,，過濾任何未經(jīng)授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)訪問,，硬件實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)防火墻既保證安全又不影響系統(tǒng)實時性。
B 設(shè)備安全性
協(xié)調(diào)控制與間隔層設(shè)備采用虛擬存儲管理和嚴(yán)格的存儲隔離技術(shù),，應(yīng)用程序和配置文件分類存放,、互不影響,。協(xié)調(diào)控制與間隔層設(shè)備為各種保護、測控功能的配置,、定值,、變量和程序等存儲空間配備了完善的自檢措施，當(dāng)內(nèi)存出錯時做出相應(yīng)的保護處理,。過程層與間隔層合并單元實時監(jiān)測模擬量,、開入量、開出量和狀態(tài)信息,，一旦發(fā)生電源失電,、通訊中斷等故障立刻報警。
4,、實時性
滿足電抗器全網(wǎng)數(shù)據(jù)同步采樣的要求,，同步精度達到納秒級。du創(chuàng)的鏈路補償技術(shù),，保證數(shù)據(jù)同步傳輸不受距離的影響,，可滿足2m—2000m的數(shù)據(jù)交換和對時的要求。中央控制器采用搶先式硬實時多任務(wù)操作系統(tǒng),，對高優(yōu)先級突發(fā)任務(wù)的響應(yīng)時間達到微秒級;應(yīng)用軟件具備完善的異步事件觸發(fā)響應(yīng)機制,，保證了上行運行信息和下行控制命令都能在2個采樣間隔內(nèi)完成，因此,，就地合并單元和中央控制器之間的數(shù)據(jù)交換就能在在320μS之內(nèi)實現(xiàn),。
四、系統(tǒng)的現(xiàn)場運行
長島分布式發(fā)電及電抗器接入控制示范工程位于長島縣砣磯島內(nèi),。目前,，砣磯島內(nèi)電源為大唐聯(lián)凱12MW風(fēng)電場、柴油發(fā)電機,，島內(nèi)平均負(fù)荷500kW,，主要依靠長島電網(wǎng)供電。
在本期工程中能量管理系統(tǒng)主要包括儲能電池(電容),、并網(wǎng)變流裝置,、并網(wǎng)接入裝置、以及相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng),，該系統(tǒng)將與柴油發(fā)電機系統(tǒng),、風(fēng)電、光伏,、配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)以及電抗器能量管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合,，在砣磯島內(nèi)建立完整的電抗器運行、監(jiān)控系統(tǒng),，為整個砣磯島提供滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的電力需求,，實現(xiàn)砣磯島電抗器在并網(wǎng)及孤島狀態(tài)下的安全穩(wěn)定運行,，保障島內(nèi)工業(yè)、居民,、海產(chǎn)養(yǎng)殖以及軍事設(shè)施的持續(xù)性供電,。集裝箱式混合儲能電站主要用于砣磯島電網(wǎng)在并網(wǎng)/孤島兩種運行狀態(tài)下的平滑切換，平滑風(fēng)光功率輸出;此外,，還將具備暫態(tài)有功出力緊急響應(yīng),、暫態(tài)電壓緊急支撐功能。
本項目通過進行混合儲能系統(tǒng),、柴油發(fā)電機,、風(fēng)電機組改造等分布式電源建設(shè)，同時進行低壓配網(wǎng)負(fù)荷控制,，并通過電抗器的保護和控制,、能量優(yōu)化管理、后臺運行監(jiān)控等實現(xiàn)砣磯島供電系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定,、經(jīng)濟的供電;建設(shè)電抗器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集,、運行監(jiān)控、穩(wěn)定運行控制,、能量管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控等內(nèi)容,，支撐整個砣磯島供電系統(tǒng)的安全,、穩(wěn)定、優(yōu)化運行,。
五,、結(jié)論
電抗器能量管理和穩(wěn)定控制系統(tǒng)通過了動模試驗和實際現(xiàn)場運行，系統(tǒng)全面覆蓋電抗器的保護,、運行控制,、監(jiān)控等技術(shù)領(lǐng)域，為電抗器的安全,、穩(wěn)定,、高效運行提供了高可靠性的解決方案。
