水电站数字化励磁系统设计方案.doc

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1、水电站数字化励磁系统设计方案摘要：励磁系统是水电站的关键设备，也是水电站相对于变电站的主要区别之一，本文提出了一种满足IEC-61850通信标准的数字化励磁系统设计方案，并列表分析了相对传统水电站，在数字化励磁系统设计中需要解决的关键点，为数字化水电站的整体建设打下了基础。关键词：IEC-61850通信标准；数字化水电站；数字化励磁系统；具体实施方案近年来，国家电网已明确提出建设坚强智能电网的发展目标，并大力发展水电、抽水蓄能等清洁能源项目。数字化变电站建设则是其中重要的组成部分。在国内电网大力推广已建设

2、并运行的数字化变电站[1]中，IEC-61850[2]通信标准的应用、完善也得到很大发展，变电站的数字化技术（满足IEC-61850通信标准）已趋于成熟，变电站内各类满足该标准的设备均已投入运行，设备性能安全稳定，相关设备厂家也有了响应特定需求的成熟产品，并具备研究开发新产品的实力，目前已具备建设数字化水电站的基础。1数字化水电站励磁系统设计概述5学海无涯相对于数字化变电站，水电站领域则暂未出现完整且成熟的数字化解决方案。参考数字化变电站的设计方案，依据《DL/T1547-2016智能水电厂技术导则》[3

3、-4]，基于“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850通信标准”的思路，数字化水电站网络结构分为“过程层”、“单元层”、“站控层”，采用过程层网络（GOOSE网、SV网）、站控层网络（MMS网）的3层2网结构层次。数字化水电站的所有电气设备均应满足IEC-61850通信规约。励磁系统[5]是水电站发电机的重要组成部分，它通常由励磁功率单元、励磁调节单元和灭磁单元3部分构成，通过励磁系统中的励磁调节器对励磁功率单元进行控制，达到调节发电机无功功率和电压的效果。励磁调节系统应能够满足系统在正常和事

4、故情况下的调节需要。在数字化水电站中，励磁系统除完成水轮发电机组的开机、停机、增减无功功率、紧急停机等任务外，还应能满足IEC61850数据建模及通信功能，全面支持与站控层网（MMS网）、过程层网（GOOSE网和SV网）两网通信。同时，应能接受监控系统提供无功功率给定值，完成无功功率的闭环控制。为满足实际应用需求，励磁系统在逻辑上被划分为许多个可以独立访问和处理的逻辑设备。励磁系统装置布置在数字化水电站系统结构上的单元层，合并单元[6]、智能终端[7]、辅控单元等装置或智能设备布置在过程层（图1）。数字化

5、电站站控层的上位机满足IEC61850通信标准的要求，通过MMS网将励磁系统的信号上送监控系统上位机。数字化励磁系统应满足可与GOOSE网及SV网交换机相连接，采集过程层的数据。过程层的数字化则要求CT、PT及现地元件输出的数据均为数字化形式，CT、PT与合并单元相连接（电子式互感器[8]通过光缆连接，电磁式互感器通过电缆连接），电流、电压数据数字化后通过光缆与SV网交换机连接，现地元件则要求经电缆连接至智能终端，将开关量或模拟量信号转化为数字信号并经光缆传输至GOOSE网交换机。参考数字化变电站的设计模

6、式，电流、电压模拟量数据的传输方式有组网模式（网采）和点对点模式（直采）两种，基于最大化精简电缆或者光纤数量及利用网络安全、快速、数据共享等的传输优势原则，本文推荐SV网采用组网模式进行采样。2水电站励磁系统数字化具体实施方案5学海无涯励磁系统主要分3个部分：励磁调节器、功率单元以及灭磁单元。功率单元主要输入交流电源，通过接受调节器的控制量控制可控硅整流桥工作，最后对发电机转子回路输出励磁电流，同时功率柜还向调节柜反馈其实时运行状态信息。因功率柜大多布置与调节柜相邻，且功率柜与外部数据交换很少，没有进行数

7、字化的必要，功率单元与励磁调节器之间采用直连，通过硬接线方式进行数据交换，通信量包括：可控硅状态监视、快熔监视、功率柜温度、各桥臂电流监视、风机状态、脉冲检测等信息、启停风机等。经过对现阶段国内外主流励磁系统厂家的调研发现，至今为止，电站励磁系统行业中暂无实际投入运行的成熟产品能支持IEC61850GOOSE网和SV网，励磁产品由于励磁灭磁柜及调节器技术发展的限制，暂无可全面支持IEC-61850标准的励磁设备。针对励磁设备现状，为满足数字化整体要求，如何实现励磁系统3个主要部分的数字化功能是整个实施方案

8、的关键及技术重点、难点。本文提出的数字化励磁系统实施方案主要包含励磁调节器的数字化和灭磁单元的数字化2部分。2.1数字化励磁调节器的实现。数字化励磁调节器的功能实现可以通过在调节器装置背板上增加GOOSE插件、SV采样插件的方式来实现GOOSE、SV采样功能；也可以采用支持GOOSE、SV服务的智能控制板方式实现。励磁调节器需接收并处理发电机机端电压、电流，励磁电流等模拟量以及开机、停机、并网等开关量信号，实现励磁系统的自动控