智能變電站的電氣自動(dòng)化探討

蔡友龍

摘 要：基于智能電網(wǎng)發(fā)展的背景，文章提出了電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了智能變電站的興建，促進(jìn)了智能化技術(shù)的進(jìn)步。文章首先簡要介紹了智能電網(wǎng)與智能變電站的構(gòu)成，其次從一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備智能化、交直流一體化電源等方面，深入探討了在智能電網(wǎng)發(fā)展背景下智能變電站各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化與智能化變革，分析了智能變電站的電氣自動(dòng)化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能變電站；電氣自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）26-0118-02

近年來，我國建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的進(jìn)程不斷推進(jìn)，以智能化、自動(dòng)化、節(jié)能高效為特征的智能電網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)悄悄來臨。智能電網(wǎng)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了電網(wǎng)的發(fā)輸變配等各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)革新，目前新建變電站中智能變電站占據(jù)了較大比重，基于此，有關(guān)智能變電站的電氣自動(dòng)化和數(shù)字化等問題成為理論界的研究熱點(diǎn)。

1 智能電網(wǎng)與智能變電站

在世界能源危機(jī)背景下，智能電網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。同傳統(tǒng)的電網(wǎng)技術(shù)相比，智能電網(wǎng)以清潔、靈活、自愈為特征，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，成為近年來世界電網(wǎng)發(fā)展的主流方向。

智能電網(wǎng)六大支撐技術(shù)包括：靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)、實(shí)時(shí)通信技術(shù)、先進(jìn)的傳感與測量技術(shù)、智能化繼電保護(hù)、發(fā)達(dá)的故障診斷技術(shù)、科學(xué)的運(yùn)行決策技術(shù)。

智能變電站的建設(shè)與應(yīng)用恰是智能電網(wǎng)技術(shù)的集中體現(xiàn)，在信息的采集、通信、傳遞和輸出的全過程實(shí)現(xiàn)了智能化，以保護(hù)智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)議統(tǒng)一化、管理自動(dòng)化為特征，如圖1所示。

2 智能變電站的電氣自動(dòng)化探討

我國的變電站電氣自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速，經(jīng)歷了電磁式、晶體管型、集成電路等發(fā)展階段后，微機(jī)保護(hù)開始占據(jù)變電站繼電保護(hù)的主流，近年來逐漸成熟的智能化保護(hù)更是成為智能變電站電氣自動(dòng)化的發(fā)展熱門。

2.1 一次設(shè)備的智能化

智能變電站的發(fā)展首先推動(dòng)了一次設(shè)備的智能化，首先是變壓器的自動(dòng)化，主要體現(xiàn)在在線監(jiān)測的自動(dòng)化，包括：對變壓器油的色譜實(shí)時(shí)監(jiān)測、套管絕緣的實(shí)時(shí)監(jiān)測、變壓器油等的實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過對變壓器工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測實(shí)現(xiàn)變壓器的智能化。

此外，包括互感器、開關(guān)、斷路器在內(nèi)的一次設(shè)備普遍實(shí)現(xiàn)了智能化，包括各類測量表計(jì)、PMU、合并單元、智能終端等在內(nèi)的電氣設(shè)備智能化，通過測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的狀態(tài)可視化和功能一體化，從而完成對變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)一次設(shè)備的整體可控制和自動(dòng)化，近年來逐漸向著集成式一次設(shè)備方向發(fā)展和演變，將數(shù)字化測量、智能化控制和狀態(tài)監(jiān)測集成于一體。

同時(shí)，智能變電站的發(fā)展也給光電互感器技術(shù)發(fā)展帶來了巨大機(jī)遇，各類新型的光學(xué)數(shù)字式互感器進(jìn)入變電站，成為智能變電站發(fā)展的重要特征，隨著光電技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，有源光電互感器迅速發(fā)展，通過光纖傳輸節(jié)省了大量的電纜，模擬量的A/D轉(zhuǎn)換直接在互感器內(nèi)部進(jìn)行，降低了敷設(shè)工作的壓力，節(jié)省了投資成本，普通互感器與光學(xué)互感器的對比，如圖2所示。

2.2 二次設(shè)備的智能化

2.2.1 智能化保護(hù)

智能化保護(hù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。通過光學(xué)互感器或電子式互感器采集一次設(shè)備的電壓、電流等模擬量，并經(jīng)過合并單元對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總，通過多路采集器來將模擬量進(jìn)行匯總并上送，從而節(jié)省了大量的電力電纜，達(dá)到了變電站一次與二次系統(tǒng)的隔離，提升了模擬量的測試精度。變電站內(nèi)間隔層與過程層之間通過IEC61850-9-2協(xié)議進(jìn)行通信，將各類信息上送到智能化保護(hù)，在保護(hù)中完成邏輯的運(yùn)算，隨著近年來DSP和單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能化保護(hù)在計(jì)算速度、指令周期、運(yùn)算效率等方面的性能不斷提升，保護(hù)輸出的GOOSE跳閘指令能夠?qū)崟r(shí)下發(fā)，控制斷路器的跳合閘。

2.2.2 電力系統(tǒng)廣域保護(hù)

電力系統(tǒng)廣域保護(hù)也是近年來電網(wǎng)電氣自動(dòng)化技術(shù)的研究熱點(diǎn)問題，為電網(wǎng)后備保護(hù)的發(fā)展提供了新的思路。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)必須依靠系統(tǒng)的單端電氣量或雙端電氣量，而電力系統(tǒng)廣域保護(hù)則立足于廣域電氣量的采集，將各區(qū)域電網(wǎng)視為一體，實(shí)時(shí)采集廣域量，并通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測和高速數(shù)據(jù)運(yùn)算，來實(shí)現(xiàn)保護(hù)邏輯的判斷，最終動(dòng)作于告警和跳閘。

目前，廣域保護(hù)包括集中式、IED分布式、集中和分布式相配合這三種模式，與傳統(tǒng)保護(hù)相比，廣域保護(hù)能夠更好的適應(yīng)不同的負(fù)荷工況和系統(tǒng)運(yùn)行方式、保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)對定值整定的依賴程度低、提升了系統(tǒng)躲過負(fù)荷限制的能力。

同時(shí)，由于廣域保護(hù)需要采集眾多的電網(wǎng)內(nèi)部廣域數(shù)據(jù)，因此需要的信息交互延時(shí)較長，一定程度上影響了其動(dòng)作速度，因此，可以作為后備保護(hù)應(yīng)用于電網(wǎng)。

2.3 各類人工智能技術(shù)的應(yīng)用

隨著智能電網(wǎng)的推進(jìn)，電力系統(tǒng)逐漸向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化方向發(fā)展，各類人工智能技術(shù)在變電站電氣自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、進(jìn)化規(guī)劃、模糊邏輯、小波理論等新型技術(shù)獲得推廣應(yīng)用，繼電保護(hù)技術(shù)逐步向著保護(hù)、控制、測量、通信集成的方向發(fā)展。

在此推動(dòng)下，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)不僅能夠存儲(chǔ)更大容量的故障信息，還能有更快的數(shù)據(jù)處理功能和更大的存放空間，保護(hù)的通信能力更強(qiáng)，能夠更加智能化的與其它的保護(hù)和控制設(shè)備通訊，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)與信息的資源共享。

以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，電力系統(tǒng)內(nèi)部存在很多非線性元件，包括電容、電感、電力電子元件等，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，能夠克服傳統(tǒng)保護(hù)方法的特點(diǎn)，很好的解決包括配電箱線損較高、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)分析等非線性難題。

2.4 交直流一體化電源

智能變電站能夠通過調(diào)控一體和運(yùn)維一體化實(shí)現(xiàn)無人值守，無人值守變電站需要配備交直流一體化的電源，通過統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一集中控制、統(tǒng)一進(jìn)行生產(chǎn)和調(diào)試，來達(dá)到對分散數(shù)據(jù)的采集和集中管控，同時(shí)在變電站內(nèi)，能夠?qū)崟r(shí)查閱各交直流電源的參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，并同步修改系統(tǒng)的參數(shù)、運(yùn)行方式，發(fā)出相應(yīng)的遙控開關(guān)命令，從而實(shí)現(xiàn)對智能變電站一體化交直流電源的狀態(tài)檢修和智能化管理，降低日常巡視、管理、維護(hù)的工作量。

3 結(jié) 語

智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展在全世界范圍內(nèi)掀起了一場技術(shù)革新的浪潮，變電站作為電網(wǎng)的基本組成部分，包括一次設(shè)備、二次設(shè)備、輔助電源等在內(nèi)的電氣設(shè)備逐步自動(dòng)化和智能化，電網(wǎng)處于不斷的發(fā)展和變革之中，電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也將更加的多元化、多維度、高精度，經(jīng)過持續(xù)不斷的技術(shù)探索，我國智能變電站的發(fā)展前景持續(xù)向好，電氣自動(dòng)化程度將不斷提升。

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