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【摘 要】站用电源是变电站安全运行的根本，跟随者变电站综自化程度的越来越高以及大量无人值班站投运，提高站用电源整体的运行管理水平是至关重要的。文章主要从变电站交、直流电源系统集成的方法，通过一体化、数字化的思想研究更好的详细方案，做出对站用电源一体化、数字化的有效方法，为变电站应用统一配置、智能化、数字化的站用电源系统提供理论技术支持。
【关键词】一体化；数字化；变电
变电站站用交、直流电源包括：站用交流电源、站用直流电源、站用不问断电源和站用通信电源。传统的交、直流电源各部分都是分散配置，分散管理，运行维护不便，难以实现系统管理和协调。鉴于常规站用电源存在的缺点，本文提出了站用电源一体化、数字化的思路 ，即：将站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源统一设计、生产；通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，建立数字化电源硬件平台；一体化监控模块通过以太网口，采用IEC61850规约与监控系统通信，使站用电源成为智能、开放的系统。
1.站用电源一体化
1.1站用电源现状及存在问题
1）配置分散，即站用电源的各部分独立配置，通常由不同的供应商提供；2）管理分散：站用电源的各部分由运行单位的不同部门管理。这也使得站用电系统存在以下的问题：运行维护不方便。现有变电站站用电源分配不同专业人员进行管理。交流系统和直流系统由变电站人员进行运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配。通信电源、UPS没有纳入变电站严格的巡检范围，可靠性得不到保障；2）难以实现系统管理。由不同供应商提供的交流系统和直流系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化系统管理，自动化程度较低；3）提高系统稳定性、协调性的各种技术方案难以实施。站用电源的低压减载、蓄电池自动核容、节能应用等技术方案，在站用电源整体没有实现网络智能化的基础上难以实施；4）经济性较差。直流系统配置一套蓄电池组，UPS不间断电源系统、通信电源系统各自分别配置独立的蓄电池，浪费严重；5）系统二次接线较多，跨屏二次电缆较多；6）涉及跨子系统联动方案难以实施。
为了解决常规站用电源存在的缺點，提出了站用电源一体化的思路。所谓一体化就是：将站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源统一设计、生产；通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，建立数字化电源硬件平台。
1.2实现站用电源一体化实现的具体措施
针对现有站用电源存在的主要问题，我们认为站用电源一体化的实现，可以采用以下的措施，其主要的组成模块和配置如图1所示。
集中布置：一体化站用电源屏在继电器室集中组屏布置，蓄电池组布置于专用蓄电池室内。
一体化监控模块；配置一体化监控模块，用于采集站用电源各子系统信息。模块支持IEC--61850，通过以太网口和站控层网络连接，实现与监控后台通信。
开关智能模块化；采用“开关+传感器+智能电路”的方式实现智能交流进线模块。智能模块集进线开关、ATS开关、电流互感器、智能电路于一体。主要功能包括：电量采集、电源智能切换、与站用变保护配合的接地保护、过负荷保护、遥控、遥调定值、对时、事件记录等。
交流、直流馈线模块。
集开关、电流传感器、智能电路于一体。主要功能包括：开关位置及事故跳闸报警、电流采集、漏电流采集及越限告警、通信、遥控、对时、事件记录等。
共享直流蓄电池组。
共享直流蓄电池组，取消传统UPS电源、通信直流电源的蓄电池和充电设备。UPS电源逆变模块和通信电源DC／DC模块由站用直流电源馈线提供直流电源。
对防雷、联动功能进行统一设计。
由于一体化电源系统集中组屏，各子系统均实现了模块化，可以对整个系统的防雷和子系统间联动进行统一设计。
2.站用电源数字化
2.1站用电源的物理设备划分
站用电源包括了站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源等多个部分。从物理的角度看，是由多个物理设备组成的。但是，一体化的电源系统采用了一体化的监控模块，各子系统的信息统一由一体化监控模块采集处理，并通过以太网口与站控层网络通信，也就是说，整个电源系统对外只提供一个接口与外界通信。因此，按照IEC61850建模的思想，我们把整个系统视为一个物理设备。
2.2站用电源的逻辑设备划分和逻辑节点
在IEC61850标准中，逻辑设备的划分没有严格的规定，可以将整个系统视为一个逻辑设备，也可以按各个子系统划分为多个逻辑设备。在对站用电源系统进行数字化建模的过程中，最重要的是逻辑节点的建立。站用电源系统重要的逻辑节点包括：开关、电池、互感器、充电装置、逆变装置等。对于开关、电池、互感器这些逻辑节点，在IEC一61850—7—4（兼容的逻辑节点类和数据类）中有明确的规定。而对于充电装置、逆变装置这些逻辑节点，在一7—4中没有定义，可以按照一7—4中对扩充逻辑节点的规定进行定义。
2.3抽象通信服务接口和特定通信服务映射
完成了站用电源系统数据模型的建立，下一步就是按照IEC一61850—7—2（抽象通信服务接口ACSDI）的规定建立模型的抽象通信服务接口。然后，采用IEC一61850—8—1（特定通信服务映射到MMS）的方法，将模型数据映射到站控层网络的MMS[4][5]，实现站用电源系统信息与监控后台的通信。
3.环保、经济效益分析
3.1一体化电源对环保的贡献
站用电源系统中的蓄电池是对环境造成污染的主要因素。减少蓄电池的用量可以大大减轻对环境的污染。一体化电源的一个重要措施就是共享蓄电池。取消了通信电源的专用蓄电池组，通信电源的DC／DC模块输入由站用直流系统馈线来。共享蓄电池大大减少了变电站蓄电池的用量，对环境的污染得到了有效的降低。
3.2一体化电源经济效益分析
在数字化变电站中，采用站用电源一体化设计将取得的经济效益主要体现在以下几方面：1）集中统一配置，一体化电源采用集中统一配置，可以避免设备的重复配置带来的浪费；2）共享蓄电池：减少了蓄电池用量，节约了投资；3）取消了通信电源充电设备。通信电源的DC／DC模块输入由站用直流系统馈线来，减少了全站充电设备用量，节约了投资；4）集中管理，现有变电站站用电源分配不同专业人员进行管理。交流系统和直流系统由变电站人员进行运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配。采用一体化电源后，系统为运行人员提供了站用电源的统一的信息软件和硬件平台，为实现集中管理，减少运行维护人员提供了可能。
【关键词】一体化；数字化；变电
变电站站用交、直流电源包括：站用交流电源、站用直流电源、站用不问断电源和站用通信电源。传统的交、直流电源各部分都是分散配置，分散管理，运行维护不便，难以实现系统管理和协调。鉴于常规站用电源存在的缺点，本文提出了站用电源一体化、数字化的思路 ，即：将站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源统一设计、生产；通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，建立数字化电源硬件平台；一体化监控模块通过以太网口，采用IEC61850规约与监控系统通信，使站用电源成为智能、开放的系统。
1.站用电源一体化
1.1站用电源现状及存在问题
1）配置分散，即站用电源的各部分独立配置，通常由不同的供应商提供；2）管理分散：站用电源的各部分由运行单位的不同部门管理。这也使得站用电系统存在以下的问题：运行维护不方便。现有变电站站用电源分配不同专业人员进行管理。交流系统和直流系统由变电站人员进行运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配。通信电源、UPS没有纳入变电站严格的巡检范围，可靠性得不到保障；2）难以实现系统管理。由不同供应商提供的交流系统和直流系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化系统管理，自动化程度较低；3）提高系统稳定性、协调性的各种技术方案难以实施。站用电源的低压减载、蓄电池自动核容、节能应用等技术方案，在站用电源整体没有实现网络智能化的基础上难以实施；4）经济性较差。直流系统配置一套蓄电池组，UPS不间断电源系统、通信电源系统各自分别配置独立的蓄电池，浪费严重；5）系统二次接线较多，跨屏二次电缆较多；6）涉及跨子系统联动方案难以实施。
为了解决常规站用电源存在的缺點，提出了站用电源一体化的思路。所谓一体化就是：将站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源统一设计、生产；通过一体化监控模块将站用电源各子系统通信网络化，实现站用电源信息共享，建立数字化电源软件平台；通过将站用电源所有开关智能模块化，建立数字化电源硬件平台。
1.2实现站用电源一体化实现的具体措施
针对现有站用电源存在的主要问题，我们认为站用电源一体化的实现，可以采用以下的措施，其主要的组成模块和配置如图1所示。
集中布置：一体化站用电源屏在继电器室集中组屏布置，蓄电池组布置于专用蓄电池室内。
一体化监控模块；配置一体化监控模块，用于采集站用电源各子系统信息。模块支持IEC--61850，通过以太网口和站控层网络连接，实现与监控后台通信。
开关智能模块化；采用“开关+传感器+智能电路”的方式实现智能交流进线模块。智能模块集进线开关、ATS开关、电流互感器、智能电路于一体。主要功能包括：电量采集、电源智能切换、与站用变保护配合的接地保护、过负荷保护、遥控、遥调定值、对时、事件记录等。
交流、直流馈线模块。
集开关、电流传感器、智能电路于一体。主要功能包括：开关位置及事故跳闸报警、电流采集、漏电流采集及越限告警、通信、遥控、对时、事件记录等。
共享直流蓄电池组。
共享直流蓄电池组，取消传统UPS电源、通信直流电源的蓄电池和充电设备。UPS电源逆变模块和通信电源DC／DC模块由站用直流电源馈线提供直流电源。
对防雷、联动功能进行统一设计。
由于一体化电源系统集中组屏，各子系统均实现了模块化，可以对整个系统的防雷和子系统间联动进行统一设计。
2.站用电源数字化
2.1站用电源的物理设备划分
站用电源包括了站用交流电源、站用直流电源、站用不间断电源和站用通信电源等多个部分。从物理的角度看，是由多个物理设备组成的。但是，一体化的电源系统采用了一体化的监控模块，各子系统的信息统一由一体化监控模块采集处理，并通过以太网口与站控层网络通信，也就是说，整个电源系统对外只提供一个接口与外界通信。因此，按照IEC61850建模的思想，我们把整个系统视为一个物理设备。
2.2站用电源的逻辑设备划分和逻辑节点
在IEC61850标准中，逻辑设备的划分没有严格的规定，可以将整个系统视为一个逻辑设备，也可以按各个子系统划分为多个逻辑设备。在对站用电源系统进行数字化建模的过程中，最重要的是逻辑节点的建立。站用电源系统重要的逻辑节点包括：开关、电池、互感器、充电装置、逆变装置等。对于开关、电池、互感器这些逻辑节点，在IEC一61850—7—4（兼容的逻辑节点类和数据类）中有明确的规定。而对于充电装置、逆变装置这些逻辑节点，在一7—4中没有定义，可以按照一7—4中对扩充逻辑节点的规定进行定义。
2.3抽象通信服务接口和特定通信服务映射
完成了站用电源系统数据模型的建立，下一步就是按照IEC一61850—7—2（抽象通信服务接口ACSDI）的规定建立模型的抽象通信服务接口。然后，采用IEC一61850—8—1（特定通信服务映射到MMS）的方法，将模型数据映射到站控层网络的MMS[4][5]，实现站用电源系统信息与监控后台的通信。
3.环保、经济效益分析
3.1一体化电源对环保的贡献
站用电源系统中的蓄电池是对环境造成污染的主要因素。减少蓄电池的用量可以大大减轻对环境的污染。一体化电源的一个重要措施就是共享蓄电池。取消了通信电源的专用蓄电池组，通信电源的DC／DC模块输入由站用直流系统馈线来。共享蓄电池大大减少了变电站蓄电池的用量，对环境的污染得到了有效的降低。
3.2一体化电源经济效益分析
在数字化变电站中，采用站用电源一体化设计将取得的经济效益主要体现在以下几方面：1）集中统一配置，一体化电源采用集中统一配置，可以避免设备的重复配置带来的浪费；2）共享蓄电池：减少了蓄电池用量，节约了投资；3）取消了通信电源充电设备。通信电源的DC／DC模块输入由站用直流系统馈线来，减少了全站充电设备用量，节约了投资；4）集中管理，现有变电站站用电源分配不同专业人员进行管理。交流系统和直流系统由变电站人员进行运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配。采用一体化电源后，系统为运行人员提供了站用电源的统一的信息软件和硬件平台，为实现集中管理，减少运行维护人员提供了可能。