智能变电站如何实现智能化?

摘要：随着微机保护、计算机、网络以及通信技术的广泛应用，90年代，变电站自动化取得实质性进展，逐渐发展成综合自动化变电站。近年来，数字化技术不断进步，IEC61850标准在国内大范围推广应用，基于IEC61850的数字化变电站快速成长起来。

智能电网是将现代信息系统融入传统能源网络构成的新电网系统，从而使电网具有更好的可控性和可观性，解决传统电力系统能源利用率低、互动性差、安全稳定分析困难等问题，从而实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
  


1.1智能变电站如何实现智能化?

智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信等各个环节。而在上述这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。

智能变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，是实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。智能化一次设备主要包括智能变压器、智能高压开关设备、电子式互感器等。例如：智能变压器与控制系统依靠通信光纤相连，可及时掌握变压器状态参数和运行数据。
  


在实现一次设备实现通讯的基础上，网络化二次设备分层构建还需要一个具有广泛适用性、功能强大的通讯协议，使各种设备能通过协议实现互操作，才能让变电站的智能化变为可能。这个通讯协议就是IEC61850。IEC61850标准实现了智能变电站的工程运作标准化，使得智能变电站的工程实施变得规范、统一和透明。通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。
  


1.2各种设备之间互操作的可靠性

安全和可靠永远是电网系统不可逾越的原则，而众多不同厂家的设备连接到一起，设备之间互操作的可靠性问题也是一个难关。为了保证整个智能变电站系统的可靠性运行及响应速度，必须依靠变电站验收时各种试验及系统联调。由于智能变电站的设备分为过程层、间隔层、站控层3层，因此智能变电站的验收应根据智能变电站的特殊性，在验收时需制定相应验收计划。总的来说，智能变电站的验收项目主要有过程层设备验收、站控层设备验收及主要系统功能验收等项目。
  


作为智能变电站调试、检测最重要的工具之一，DT6000系列智能变电站光数字测试仪，可用于保护测控装置、智能终端、合并单元、互感器等设备的快捷测试。DT6000系列光数字测试仪集多种功能于一体，轻松完成间隔层、过程层的保护测控装置、合并单元、互感器和光功率测试，帮助智能变电站工作人员验证各种设备之间互操作的可靠性。                                       
               
存器中，或直接映射到AMBA结构中(AMBA即高级微控制器总线架构)的能力，避免了循环和电源等待周期。

l 将ADC电源管理特性(内部电源岛等)集成至SoC电源管理系统中的能力

3. 性能分级

本例考虑了这样一种情况：某个传感器的读数所需精度可以根据系统状态而变化。例如，当一个图像传感器检测到没有任何活动时，较低的精度是可以接受的。然而，当有活动被监测到时，可能就需要更高的精度。

这项知识可以被用来降低功率损耗：数据采集速度和ADC性能等级在非活动期间可以降低，而仅在需要更高精度时才升高。

这种技术依赖于以下ADC特性：

l 带有相应功耗降低措施的不同精度选项
l 动态的采样率控制，以及功耗和采样率成比例降低

4. 高输出阻抗传感器

本例考虑了这样一种案例：使用开关电容技术来实现现代的ADC。为了实现一种简化的电路分析，这些ADC的前端采样级可以被简化为一个电容器(采样单元)和一个非线性电阻(开关)。传感器本身可以被简化为一个电压源和一个串联电阻(输出阻抗)(图4)。



图4简化的ADC输入电路和传感器原理图

当电路闭合时，传感器就充当一个加载采样电容的源，时间常数τ=RC。如果传感器输出阻抗很大，那么时间常数也大，可能就没有足够的时间来建立采样电容的电压到一定精度。

避免这种限制的一种方式是在传感器和ADC之间插入一个低输出阻抗的缓冲器。然而，这种解决方案会因为缓冲器本身消耗的电能而导致大量额外功耗。

一种理想的解决方案是延长ADC的采样时间以适应所需的建立时间。如此一来，就不需要缓冲器了，同时功耗也降低了。(图5)。

这种技术依赖于以下ADC特性：

l 可编程的采样时间，它可以根据传感器决定的设置要求而调整，既可以为高阻抗传感器而延长(避免额外的缓冲器)，也可以为低阻抗传感器缩短(使ADC能更早进入关断模式，或开始一个新的转换周期)。



图5延长采样时间以适应高阻抗传感器

总结

了解模拟接口的特性和使用案例，可以帮助设计人员大幅度地降低物联网SoC设计的功耗。

通过集成与传感器连接的ADC，可以实现功耗降低。集成的ADC有如下特性：最低的静态功耗，即随速度的降低而实现功耗最小化;多种性能模式，其中随着性能设置的降低而实现功耗最小化;多种功耗模式，以及在它们之间的快速转换、且不会损失精确度和性能的能力。

设计人员必须重视这些特意提供的使用案例，并利用集成ADC的先进低功耗技术和其它特性，来实现额外的功耗降低，同时满足性能要求。