数字化变电站系统可靠性与可用性研究

数字化变电站系统可靠性与可用性研究

李灿1周子琦2

1昆明长水国际机场；2昆明诺仕达企业(集团)有限公司

摘要：随着科学技术的发展，数字化变电站出现在人们生活中，随着数字化变电站的运用，有效增强了电力系统的可靠性与可用性，然而，为进一步满足人们对变电站可靠性与可用性的需求，如何有效提升数字化变电站可靠性与可用性也成为重要研究课题，基于此，本文将从数字化变电站系统基本情况着手，分析其可靠性与可用性，并提出提升其可靠性与可用性的方式方法。

关键词：数字化变电站；可靠性；可用性

前言：在数字化变电站系统被应用到智能电网中以后，在一定程度上强化了电网智能建设与数字化建设，但近年来，电网规模与电压等级不断提升，对现有数字化系统提出了更高要求，因此，有必要对数字化变电站系统可靠性与可用性展开研究。

一、数字化变电站系统概述

所谓的数字化变电站系统实际上就是囊括了智能一次设备与网络二次设备的系统，它是在IEC61850标准与通信规范基础上发展起来的，由于该变电站中融合了智能技术与网络技术，所以，使得其在工作中存在一定好处。通过对数字化变电系统的分析可以了解到，其具有以下几大特征：第一，数据采集特征。在数字化变电站系统中应用了先进理念，更有效强化了系统隔离，这样一来使得电气量动态测量结果相对于以往要精准很多[1]。第二，系统分层特征。通过对数字化变电站系统的研究可以发现，其中不仅应用了以太网技术，还应用了软件复用与嵌入式技术，这些技术的应用在一定程度上为分层分布式变电站自动化的实现奠定了基础。

二、数字化变电站系统可靠性与可用性

数字化变电站系统之所以能够在电力系统中占有重要地位，主要是由于其可靠性与可用性较好，但近年来，电网规模不断扩大，现有数字化变电站系统已经无法满足实际要求，这就需要优化现有系统的可靠性与可用性。要进一步了解数字化变电站系统的可靠性与可用性应按照以下方式进行：

第一，可靠性。对于数字化变电站系统的可靠性来说，应通过可靠度来体现，而其可靠度则是指设备与系统在既定条件与时间中完成功能的概率，为掌握数字化变电站系统的可靠性，就需要按照以下公式进行计算：

，（t0）

其中代表的是系统发生故障的几率。

根据这一公式就可以了解到数字化变电站系统的可靠度，R值越大，意味着数字化变电站系统的可靠性越强，越能满足电网需求。同时，在研究中得知，数字化变电站系统的可靠性受冗余技术与网络拓扑结构的影响较大，所以，要提升数字化变电站系统的可靠性应加大这两点的关注[2]。

第二，可用性。数字化变电站系统的可用性受可靠性的影响较大，它是对系统可靠性指标的再次展现，也就是阐述数字化变电站系统能否处于正常工作的稳态几率，要了解数字化变电站系统的可用性应借助以下公式：

根据该公式便可计算出数字化变电站系统处于稳态下的几率，如果要了解系统的不可用性，只需要用q=1-A实现运算即可，这样便可获得不可用度。

一般来讲，数字化变电站系统所传输的数据信息安全度越高，意味着系统的可用性越强，系统受外界因素的影响也就越小。

在分析数字化变电站系统的可用性时，还需要加大对各个子系统的关注，只有保证各个系统能够正常运转，才能有效保证系统可用性，更可以防止不良事件的出现。

另外，在对数字化变电站可靠性与可用性研究的过程中可以发现，其中还应用了一定数量的光学传感设备，这些设备不仅测量精度较好，线性度也很强，最重要的是能够应对各种电磁干扰，提升其稳定性与整体性，这也是使得数字化变电系统可靠性与可用性得到保障的重要举措[3]。

三、提高数字化变电站可靠性与可用性的途径

为提升数字化变电站系统的可靠性与可用性，应从网络冗余与功能冗余的提升上着手，具体来讲主要体现在以下几方面：

（一）网络冗余

通过对数字化变电站系统可靠性与可用性的研究可以发现，它所面临的环境与普通变电站所面对的环境并不相同，所以，要提升其可靠性与可用性，应加强与现实情况的联系，而在这一过程中最重要的就是加大对网络冗余设计的关注。

在研究中发现，在网络冗余设计中可以将基于PRP系统的冗余网络应用其中，之所以选用该系统主要是由于其中存在双以太网控制设备与双网路端口，在这一过程中将两个相对独立的以太网接入其中，能够有效提升装置通信网络的冗余程度（如下图1所示）[3]。

如果在设计中是根据并行冗余协议开始的，那么在实际设计中应加大对以下几点问题的关注：第一，设置好冗余实体，在该实体的作用下可以将应用层中的数据在双端口的作用下发出，若实体在相同时间内接收到两个数据，这时就可以将保留第一个数据包，若存在重复的情况，那么后进入的数据包便会被剔除。第二，拓扑结构设计。由于数字化变电站系统存在两个网络，所以在提升其可靠性与可用性的过程中可以随意设置拓扑结构[4]。第三，通用交换机。它的应用在一定程度上也可以有效提升数字化变电站系统的可靠性与可用性，所以，在设计中应加大对通用交换机的应用能力。

（二）功能冗余

功能冗余对数字化变电站系统可靠性与可用性的影响也很大，为进一步提升系统的可靠性与可用性，在设计中还需要加大对功能冗余的关注。在利用数字化变电站系统的过程中应多设计几套数据服务，并加大对保护装置的重视，只有这样才能有效强化变电站功能冗余能力（如下图2所示）

图2数字化变电站功能冗余设计图

通过观察上图可以发现，为做好数字化变电站系统设计应用了冗余保护装置，且这些保护系统在设计中呈现独立状态，如果系统在运行中一个保护装置因互感器发生故障而退出，那么另一个保护装置便会自动投入到工作中，这样一来就可以保证数字化变电系统处于可靠与稳定运行中。

以间隔保护系统为例，在分析数字化变电站系统可用性时，不仅需要加大对网络介质的关注，还需要关注同步时钟等多个内容，随着间隔保护系统在数字化变电站系统中的运用不仅有效提升了系统可用性，还实现了功能保护，有效降低了故障发生几率[5]。同样，间隔控制系统的应用也在一定程度上促进了数字化变电站系统可靠性与可用性的提升，随着该系统的应用能够及时发现系统在通信中出现的冗余情况，这样也可以进一步了解系统实际情况，进而提升数字化变电站系统的可靠性与可用性。

另外，为进一步提升数字化变电站系统的可靠性与可用性还可以将铜缆转变为光缆，然后用以太网总线取代二次连接导线，这样不仅可以有效减少系统元件数量，还能有效提升其可靠性与可用性，系统综合性也能不断提升。再者，在这一过程中还需要加大对系统与元件自检与监视的重视，只有这样才能保证各项工作顺利完成，这也是强化系统综合性能的有效措施。

结束语：

通过对数字化变电站系统的研究可以发现，其可靠性与稳定性较好，但无法满足新型电网需求，这就需要进一步提升其可靠性与可用性，因此，文章分析了数字化变电站基本情况及其可靠性与可用性，并联系实际情况提出了提升数字化变电站可靠性与可用性的措施，希望能为相关人士带来有效参考。

参考文献：

[1]徐志超,李晓明,杨玲君,周冬旭,赵云.数字化变电站系统可靠性评估与分析[J].电力系统自动化,2012,05:67-71.

[2]王超,王慧芳,张弛,刘玮,李一泉,何奔腾.数字化变电站继电保护系统的可靠性建模研究[J].电力系统保护与控制,2013,03:8-13.

[3]姜勇.数字化变电站自动化系统可靠性评估分析[J].数字化用户,2013,05:25.

[4]刘辉.数字化变电站系统可靠性及安全性研究[D].华中科技大学,2011.

[5]谭俊.关于数字化变电站继电保护系统可靠性的探究[J].通讯世界,2014,17:16-17.