智能變電站原理分析及發(fā)展前景預(yù)測(cè)

盧卓群，陳祝新，王 濤

（國(guó)網(wǎng)朝陽(yáng)供電公司，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

智能變電站原理分析及發(fā)展前景預(yù)測(cè)

盧卓群，陳祝新，王 濤

（國(guó)網(wǎng)朝陽(yáng)供電公司，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

主要介紹了智能變電站的研究背景、發(fā)展方向、與常規(guī)變電站的區(qū)別以及智能變電站與智能電網(wǎng)的關(guān)系。根據(jù)目前智能變電站建設(shè)情況，分析新一代智能變電站的研究與建設(shè)必要性，對(duì)未來(lái)智能變電站的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

智能電網(wǎng)；智能變電站；智能設(shè)備；新能源

國(guó)家電網(wǎng)公司一直高度關(guān)注國(guó)際電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展方向，對(duì)世界電網(wǎng)智能化發(fā)展趨勢(shì)高度關(guān)注和連續(xù)跟蹤。而智能變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵，是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的核心平臺(tái)之一。智能變電站作為統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和節(jié)點(diǎn)支撐，是必不可少的建設(shè)內(nèi)容。

2009年7月，國(guó)家電網(wǎng)公司開始啟動(dòng)智能變電站2批試點(diǎn)工程。2011年全面推廣建設(shè)智能變電站。但智能變電站技術(shù)仍有較大的優(yōu)化提升空間。目前，智能變電站、數(shù)字化變電站對(duì)于IEC61850與61970標(biāo)準(zhǔn)的綜合協(xié)調(diào)問(wèn)題解決不充分，智能化的實(shí)施主要局限在自動(dòng)化系統(tǒng)本身，對(duì)于計(jì)量部分沒(méi)有充分考慮。變電站沒(méi)有形成更多的智能應(yīng)用，缺乏檢驗(yàn)、試驗(yàn)評(píng)估體系，生產(chǎn)上主要依賴設(shè)備生產(chǎn)廠家，總體上處于試驗(yàn)階段［1］。

2012年初，國(guó)家電網(wǎng)公司啟動(dòng)新一代智能變電站的研究工作，在公司科技部的統(tǒng)一安排下，歷時(shí)8個(gè)月，提出了新一代智能變電站概念設(shè)計(jì)方案［2］。方案以“系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)布局合理、裝備先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支撐調(diào)空一體”為目標(biāo)，以功能需求為導(dǎo)向，遠(yuǎn)近結(jié)合，既有創(chuàng)新，又具有可操作性。從被動(dòng)的選擇已有產(chǎn)品轉(zhuǎn)為主動(dòng)引導(dǎo)設(shè)備研制，構(gòu)建了以集成化智能設(shè)備、一體化業(yè)務(wù)系統(tǒng)及站內(nèi)統(tǒng)一信息流為特征的新一代智能變電站［3］。

1 智能變電站研究背景

伴隨全球能源、資源日益緊張，化石能源日漸枯竭，霧霾等重度污染天氣越來(lái)越多，采用一種新的模式，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和可再生能源結(jié)合起來(lái)。智能電網(wǎng)、新能源、大型能源基地以及分布式電源的出現(xiàn)，構(gòu)建了能源互聯(lián)網(wǎng)，而智能變電站則為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供了有力支撐。

2 未來(lái)變電站發(fā)展方向

a.靈活可控、友好互動(dòng)。新的清潔能源的出現(xiàn)，越來(lái)越多的電動(dòng)汽車以及分布式電源等多元化用戶將大量接入，電力流和信息流也將由傳統(tǒng)的單向流動(dòng)模式向雙向互動(dòng)模式轉(zhuǎn)變。

b.更加安全可靠。隨著電能在終端能源消費(fèi)中的比例日益提高，對(duì)電網(wǎng)依賴程度大大增加。大電網(wǎng)運(yùn)行與控制的復(fù)雜程度高，發(fā)生連鎖性事故和大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)日益加大［4］。

未來(lái)變電站在現(xiàn)有智能變電站基礎(chǔ)上，進(jìn)一步梳理、整合、挖掘、提升功能性需求。實(shí)現(xiàn)智能變電站設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維的理念、技術(shù)、設(shè)備、管理等全方位的重大突破與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)高度集成、融合的變電站全新建設(shè)與管理模式。

3 智能變電站設(shè)備功能要求

3.1 一次設(shè)備

智能變電站要求高可靠性、盡可能免維護(hù)的一次設(shè)備，電子互感器必須集成到一次設(shè)備。

3.2 智能組件基本功能要求

智能變電站要求智能組件必須測(cè)量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化，可集成計(jì)量、保護(hù)功能；就地安置在宿主設(shè)備旁邊；支持在線調(diào)試［6］。

3.3 測(cè)量單元

二是逆周期監(jiān)管中通過(guò)確定最低資本充足率水平來(lái)緩釋順周期性。資本充足率是指一個(gè)金融機(jī)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的資本總額對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)加權(quán)資產(chǎn)的比率，是保證金融機(jī)構(gòu)在市場(chǎng)中正常運(yùn)營(yíng)和發(fā)展所必需的資本比率。在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行過(guò)程中，各國(guó)金融監(jiān)管部門都會(huì)根據(jù)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變化運(yùn)用自由裁量權(quán)來(lái)確定金融機(jī)構(gòu)資本充足率的管制，以緩釋監(jiān)管中帶來(lái)的順周期性。在經(jīng)濟(jì)下行時(shí)監(jiān)管部門會(huì)降低金融機(jī)構(gòu)的最低資本充足率,在經(jīng)濟(jì)上行時(shí)監(jiān)管機(jī)構(gòu)會(huì)提高資本充足率。最低資本充足率的確定，直接影響著金融運(yùn)行中的安全與周期性問(wèn)題。

智能變電站要求測(cè)量單元統(tǒng)一斷面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步采集，帶精確的絕對(duì)時(shí)標(biāo)基于三態(tài)數(shù)據(jù)（穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動(dòng)態(tài)）的綜合測(cè)控，進(jìn)行全站數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集及標(biāo)準(zhǔn)方式輸出。

3.4 控制單元

智能變電站要求控制單元具有全站防止電氣誤操作閉鎖功能，具有本間隔程序化操作功能。

3.5 保護(hù)單元

智能變電站要求保護(hù)單元遵守繼電保護(hù)基本原則，雙重化配置的雙套保護(hù)，其信息輸入輸出環(huán)節(jié)應(yīng)完全獨(dú)立，采用電子式互感器時(shí)，應(yīng)優(yōu)化保護(hù)原理判據(jù)，提高性能［7］。

3.6 監(jiān)測(cè)單元

智能變電站要求監(jiān)測(cè)單元擴(kuò)展自診斷范圍，提高準(zhǔn)確性和時(shí)效性，具有通過(guò)傳感器自動(dòng)采集和從生產(chǎn)管理系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)制獲取設(shè)備狀態(tài)信息的能力。傳感器可外置、內(nèi)置，傳感器的接入應(yīng)不影響高壓設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.7 計(jì)量單元

智能變電站要求計(jì)量單元必須準(zhǔn)確、完整、可靠、及時(shí)、保密，另外分時(shí)段、需量電能量自動(dòng)采集、處理、傳輸、存儲(chǔ)，針對(duì)不同計(jì)量單元特點(diǎn)制定各方認(rèn)可的檢定和溯源規(guī)程。

3.8 通信單元

智能變電站要求通信單元具有完全自描述的通信信息與模型，報(bào)文丟包及數(shù)據(jù)完整性甄別功能，能夠按照優(yōu)先級(jí)傳送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，流量可控，并采用信息安全技術(shù)。

4 智能變電站系統(tǒng)功能要求

4.1 系統(tǒng)功能

智能變電站的系統(tǒng)功能應(yīng)高度集成一體化，數(shù)據(jù)源應(yīng)統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)共享，智能設(shè)備之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的互聯(lián)互通，支持采用系統(tǒng)級(jí)的運(yùn)行控制策略［8］。

4.2 源端維護(hù)

智能變電站源端維護(hù)時(shí)，要求在變電站利用統(tǒng)一配置工具進(jìn)行配置，生成標(biāo)準(zhǔn)配置文件。監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度、集控系統(tǒng)可自動(dòng)獲得變電站標(biāo)準(zhǔn)配置文件，并自動(dòng)導(dǎo)入到自身系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4.3 設(shè)備狀態(tài)可視化要求

應(yīng)采集主要一次設(shè)備（變壓器、斷路器等）狀態(tài)信息，進(jìn)行可視化展示并發(fā)送到上級(jí)系統(tǒng)，為電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)備全壽命周期綜合優(yōu)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。智能告警及分析決策，故障信息綜合分析決策。支撐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制、站域控制，利用對(duì)站內(nèi)信息的集中處理、判斷，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)安全自動(dòng)控制裝置（如備自投、母線分合運(yùn)行）的協(xié)調(diào)工作，適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的需要。與外部系統(tǒng)信息交互，具有與大用戶、電源等外部系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的功能，能轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)設(shè)備在線運(yùn)行狀況等相關(guān)信息［9］。

4.4 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)范圍：主變、220 kV及以上電壓等級(jí)GIS、避雷器及斷路器。

監(jiān)測(cè)參量：主變壓器及高壓并聯(lián)電抗器——油中溶解氣體分析、溫度；GIS—SF6氣體密度、微水；避雷器——泄漏電流、動(dòng)作次數(shù)。

主變壓器、220 kV及以上GIS、220 kV斷路器局部放電，應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。對(duì)監(jiān)測(cè)范圍及參量應(yīng)結(jié)合技術(shù)的成熟度與經(jīng)濟(jì)性、不同電壓等級(jí)設(shè)備的重要性以及實(shí)際需求選擇。

5 智能變電站其它要求

a.輔助設(shè)施。智能變電站輔助設(shè)施應(yīng)包含配置視頻監(jiān)控、安防系統(tǒng)；照明系統(tǒng)提倡太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能等清潔能源供電；站用電源（直流、交流、逆變、UPS）一體化考慮、一體化設(shè)計(jì)、一體化監(jiān)控；溫度、濕度等環(huán)境因素都盡可能監(jiān)控。

b.變電站設(shè)計(jì)的優(yōu)化、節(jié)約、高效和環(huán)保。

c.調(diào)試與驗(yàn)收的設(shè)備調(diào)試工具和手段。

d.運(yùn)行維護(hù)的智能化、安全性。

e.監(jiān)測(cè)評(píng)估的智能化測(cè)試和評(píng)估。

6 遼寧地區(qū)智能變電站發(fā)展情況

2012年國(guó)家電網(wǎng)公司提出開展新一代智能變電站研究和建設(shè)工作，先后完成了變電站技術(shù)發(fā)展路線、頂層設(shè)計(jì)方案，新一代智能變電站近期概念設(shè)計(jì)方案。“十二五”期間，遼寧電網(wǎng)預(yù)計(jì)投入670億元，全面打造堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)［10］。未來(lái)5年，遼寧電網(wǎng)不僅骨架“堅(jiān)強(qiáng)有力”，也將大步邁向智能化。屆時(shí)，遼寧電網(wǎng)將會(huì)集信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化于一體，全省人民都將享受到堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)帶來(lái)的優(yōu)越生活體驗(yàn)。

在保證電網(wǎng)運(yùn)行安全可靠的前提下，未來(lái)5年，遼寧將建成智能用電體系，在沈陽(yáng)、大連等城市新建100個(gè)智能小區(qū)，全省范圍內(nèi)新建177座智能化變電站，用電信息采集覆蓋率達(dá)到100%。220 kV馬山智能變電站和220 kV何家智能變電站也于2012年順利投入運(yùn)行，3年來(lái)穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)歷多次故障考驗(yàn)，均正確動(dòng)作。

7 結(jié)束語(yǔ)

智能變電站與常規(guī)變電站相比，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)可視化，通過(guò)智能告警、智能防誤等智能化高級(jí)應(yīng)用，減少了檢修停電和故障停電時(shí)間，主要設(shè)備的使用周期得以延長(zhǎng)，同時(shí)占地面積減少，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯［11］。今后隨著智能化技術(shù)的進(jìn)步、智能設(shè)備的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用以及智能設(shè)備集中采購(gòu)帶來(lái)的規(guī)模效應(yīng)，智能變電站的投資將不斷下降，智能變電站的投資將和常規(guī)變電站的投資基本持平，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和推廣前景。

［1］高 濤，鄧 玲.智能電網(wǎng)及其國(guó)內(nèi)外發(fā)展概述［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（2）：5－10.

［2］劉 嬌，劉斯佳，王 剛.智能變電站建設(shè)方案的研究［J］.華東電力，2010，38（7）：974－977.

［3］宋璇坤，李敬如，肖智宏，等.新一代智能變電站整體設(shè)計(jì)方案［J］.電力建設(shè)，2012，33（11）：1－6.

［4］王學(xué)超，李文鵬.智能變電站二次系統(tǒng)集成測(cè)試工作淺析［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（10）：33－36.

［5］代紅才，李瓊慧，汪曉露.新能源與智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究［J］.能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，23（5）：18－23.

［6］常 康，薛 峰，楊衛(wèi)東.中國(guó)智能電網(wǎng)基本特征及其技術(shù)進(jìn)展評(píng)述［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（17）：10－15.

［7］邵寶珠，王優(yōu)胤，宋 丹.智能電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)發(fā)展的影響［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（2）：11－13.

［8］李孟超，王允平，李獻(xiàn)偉，等.智能變電站及技術(shù)特點(diǎn)分析［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（18）：59－62，79.

［9］曹 楠，李 剛，王冬青.智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及其構(gòu)建方式的探討［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（5）：63－68.

［10］魯 剛，魏 玢，馬 莉.智能電網(wǎng)建設(shè)與電力市場(chǎng)發(fā)展［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（9）：1－6，22.

［11］陳文升，錢唯克，樓曉東.智能變電站實(shí)現(xiàn)方式研究及展望［J］.華東電力，2010，38（10）：1 570－1 573.

Development Prospect Forecast and Principle Analysis of Intelligent Substation

LU Zhuo?qun，CHEN Zhu?xin，WANG Tao
（State Grid Chaoyang Power Electric Supply Company，Chaoyang，Liaoning 122000，China）

This paper mainly introduces the research background，development direction，the difference and the relationship between smart grid.According to the intelligent substation construction situation，a new generation of intelligent substation research and con?struction necessity is analyzed.The paper forecasts the future development trend of intelligent substation.

Smart grid；Intelligent substation；Intelligent devices；New energy

TM63；TM76

A

1004－7913（2016）03－0013－03

盧卓群（1986—），男，學(xué)士，助理工程師，從事繼電保護(hù)、智能變電站關(guān)鍵技術(shù)研究。

2015－11－26）