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。世界各國的能源發(fā)展動因不同，對電抗器的研究側重點各異。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、能量轉換裝置、相關負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型的發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網并網運行，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”的思想和總體技術標準，全面覆蓋電抗器的監(jiān)控、保護、運行控制等技術領域，旨在根據用戶的需求，提供quan方位的電抗器技術服務。
該系統(tǒng)既可以用于電抗器領域，實現電抗器內能量的管理與調度，也適用于分布式發(fā)電的能源管理平臺，提高了分布式風能、光伏發(fā)電的穩(wěn)定性及運行效率，實現了高效、穩(wěn)定運用新能源的設計理念，該系統(tǒng)已經在海島投入運行。
一、系統(tǒng)架構
系統(tǒng)基于IEC61850架構，對電抗器系統(tǒng)模型、二次功能模型進行描述，對應用與通信技術進行分層處理，由過程層、間隔層、站控層3個層次構成。系統(tǒng)結構所示。
1、過程層
系統(tǒng)過程層設備即合并單元(合并單元和單元一體設備)按系統(tǒng)內一次設備配置，就地加裝在主變、斷路器、分布式發(fā)電設備、儲能設備等處，采集現場數字通過點對點光纖光纖網上送交換服務器，單臺交換服務器滿足接入45臺合并單元的數據處理要求，交換服務器集成全站數據信息后通過工業(yè)以太網，實現分布式采集數據到間隔層裝置---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對風機、光伏、儲能等設備的監(jiān)測和控制。
為了提高過程層通信的可靠性，過程層設備合并單元通過光纖A、B雙網和交換服務器A、B進行數據交換，交換服務器A、B則由*獨立的工業(yè)以太網絡和間隔層設備通信，光纖網絡A和B發(fā)送的間隔信息*相同，避免一套系統(tǒng)故障導致的全系統(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時鐘服務器，GPS時鐘服務器按照12800次/S要求等間隔地產生同步信號，并傳遞給一個或多個交換服務器，交換服務器根據鏈路長度產生新的同步信號啟動合并單元的數據采集。正常運行時，交換服務器A和B分別接收來自GPS時鐘服務器的同步信號，保證與GPS信號的同步;當GPS同步信號故障時，交換服務器之間通過同步光纖控制，保證交換服務器A和交換服務器B的同步，因此，連接在光纖雙網的所有合并單元實現了高精度數據同步采樣(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、控制元件負責該間隔的測量、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，保護元件負責該間隔線路、變壓器等設備的保護、故障記錄等。
間隔層設備與過程層設備之間、間隔層設備之間取消常規(guī)電抗器硬接點信號交互的方式，變?yōu)榛贗EC61850標準的對等通信模式，也就是，A、B間隔層電抗器中央控制器通過各自的以太網絡從過程層獲取模擬量、開關量和其他設備的實時數據信息，經邏輯判斷和相關電氣聯(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網的實時數據，中央控制器B則接收光纖B網的實時數據，過程層設備按“或”邏輯實現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，利用過程層傳輸的實時數據，采用插值法(1024點)進行時域積分，實現全站各間隔的電能計量，其精度達到0.5級。
②全系統(tǒng)故障錄波器，根據多種啟動條件，記錄全系統(tǒng)實時數據，波形文件為標準COMTRADE格式。
3、站控層
站控層采用工業(yè)以太網通信，完成系統(tǒng)內間隔層設備、一次設備的控制及與遠方控制中心、工程師站、操作員站及人機界面通信的功能，也可經過協(xié)議轉換設備與第三方裝置進行數據交換。
站控層設備跨硬件平臺(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
間隔層設備通過交換服務器獲取到了全系統(tǒng)jing確同步采樣的全景數據，并且能實時控制接入到系統(tǒng)內的各裝置、設備。在間隔層設備上，根據對象的類型性質配置所需的保護、測量、控制、故障錄波等模塊，實現電抗器全系統(tǒng)所需的功能。
1、間隔層設備提供兩種故障錄波的實現方式：
?、匐娍蛊髦醒肟刂破鳎寒斚到y(tǒng)運行異?；蚬收蠒r啟動全系統(tǒng)故障錄波。
?、诠收箱洸ㄆ?選配)：同時采集兩臺交換服務器的數據，當系統(tǒng)運行異?；蚬收?、開關變位、量值突變、能量管理系統(tǒng)下發(fā)控制調節(jié)指令等時，長時間記錄系統(tǒng)運行的數據。
以上兩種方式均生成標準的COMTRADE格式，并提供波形分析軟件。
2、電度計量功能(選配)
間隔層設備集成電度計量裝置上通過配置電度計量模塊，可實現全系統(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、當地監(jiān)控功能(站控層)
基本功能：數據采集與處理、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、數據查詢服務工具、掛牌操作、集控功能、可視化顯示、圖形編輯功能、數據庫編輯軟件、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)、設備管理、監(jiān)視功能、報表功能、數據的備份功能、可視化數據庫模式編輯、饋線自動化、WEB數據整合和安全發(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)數據共享
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備的操作都是就地實現，數據在交換服務器匯總并在網絡上實時發(fā)布，實現全系統(tǒng)數據共享及全網故障錄波。
2、可靠性
過程層與間隔層的通信網絡全部采用光纖介質，無電磁兼容性問題。站控層的通信采用雙以太網，能自動平衡網絡負載，實現功能及網絡的冗余，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標準規(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)調控制與間隔層和站控層三層之間及三層內部的信息交換采用嚴格的CRC校驗措施，防止由于數據傳輸錯誤導致的裝置誤動作。交換服務器對來自間隔層的網絡控制報文進行分析，過濾任何未經授權的網絡訪問，硬件實現的網絡防火墻既保證安全又不影響系統(tǒng)實時性。
B 設備安全性
協(xié)調控制與間隔層設備采用虛擬存儲管理和嚴格的存儲隔離技術，應用程序和配置文件分類存放、互不影響。協(xié)調控制與間隔層設備為各種保護、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，當內存出錯時做出相應的保護處理。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
滿足電抗器全網數據同步采樣的要求，同步精度達到納秒級。du創(chuàng)的鏈路補償技術，保證數據同步傳輸不受距離的影響，可滿足2m—2000m的數據交換和對時的要求。中央控制器采用搶先式硬實時多任務操作系統(tǒng)，對高優(yōu)先級突發(fā)任務的響應時間達到微秒級;應用軟件具備完善的異步事件觸發(fā)響應機制，保證了上行運行信息和下行控制命令都能在2個采樣間隔內完成，因此，就地合并單元和中央控制器之間的數據交換就能在在320μS之內實現。
四、系統(tǒng)的現場運行
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。目前，砣磯島內電源為大唐聯(lián)凱12MW風電場、柴油發(fā)電機，島內平均負荷500kW，主要依靠長島電網供電。
在本期工程中能量管理系統(tǒng)主要包括儲能電池(電容)、并網變流裝置、并網接入裝置、以及相關監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)將與柴油發(fā)電機系統(tǒng)、風電、光伏、配電網自動化系統(tǒng)以及電抗器能量管理系統(tǒng)協(xié)調配合，在砣磯島內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標準的電力需求，實現砣磯島電抗器在并網及孤島狀態(tài)下的安全穩(wěn)定運行，保障島內工業(yè)、居民、海產養(yǎng)殖以及軍事設施的持續(xù)性供電。集裝箱式混合儲能電站主要用于砣磯島電網在并網/孤島兩種運行狀態(tài)下的平滑切換，平滑風光功率輸出;此外，還將具備暫態(tài)有功出力緊急響應、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、風電機組改造等分布式電源建設，同時進行低壓配網負荷控制，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)控等實現砣磯島供電系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定、經濟的供電;建設電抗器系統(tǒng)的數據采集、運行監(jiān)控、穩(wěn)定運行控制、能量管理、遠程監(jiān)控等內容，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)控等技術領域，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。
更新時間：2020-11-28 
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