智能電網(wǎng)及數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)分析

黃亮+田瑞芳

摘 要：如今我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速改革發(fā)展，內(nèi)部電力需求空間持續(xù)擴(kuò)張，電力工業(yè)同步獲得新生機(jī)遇，特別是在面對(duì)我國(guó)能源、資源分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)失衡，以及大跨距和大容量輸電等狀況，電網(wǎng)企業(yè)開始主張創(chuàng)建智能化電網(wǎng)，至此承擔(dān)起能源科學(xué)化應(yīng)用和發(fā)展，以及創(chuàng)新化產(chǎn)業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)推廣使命。筆者的任務(wù)，便是針對(duì)智能電網(wǎng)概念、數(shù)字化變電站和傳統(tǒng)變電站的差異性，以及數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容，加以有序論證，希望能夠?yàn)槿蘸笪覈?guó)智能電網(wǎng)可持續(xù)改良發(fā)展前景綻放，奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；數(shù)字化；變電站；關(guān)鍵技術(shù)

前言：如今我國(guó)電力系統(tǒng)和內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施信息的自動(dòng)化操作水平大幅度提升，而變電站作為智能電網(wǎng)體系中的關(guān)鍵組成單元，必須結(jié)合該類電網(wǎng)規(guī)劃發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行切實(shí)意義上的數(shù)字化改良。畢竟傳統(tǒng)變電站模式已經(jīng)和現(xiàn)代電力系統(tǒng)全方位監(jiān)督管理訴求產(chǎn)生強(qiáng)烈沖突，日后要做的就是透過創(chuàng)新調(diào)試途徑，令其過渡轉(zhuǎn)化為中轉(zhuǎn)、變換和輸配單元，進(jìn)一步發(fā)揮其可靠、安全性運(yùn)行效果。而這一切目標(biāo)的達(dá)成，都要以關(guān)鍵技術(shù)要素妥善化梳理整合為基礎(chǔ)。

一、智能電網(wǎng)的概念

所謂智能電網(wǎng)，顧名思義便是電網(wǎng)的智能化，主要是構(gòu)建在集成、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)前提條件下，配合高端傳感、測(cè)量、設(shè)備、決策支持系統(tǒng)等技術(shù)，以及高端處理手段，貫徹落實(shí)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、高效率應(yīng)用等規(guī)范指標(biāo)的行為流程。其核心功用便是激勵(lì)輔助用戶抵御外部攻擊行為，并為各類用戶提供更高質(zhì)量的電能，其間準(zhǔn)許多元化發(fā)電模式的接入結(jié)果，進(jìn)一步為后期合理規(guī)模的電力市場(chǎng)開拓和資產(chǎn)的高效率運(yùn)行，做充分的過渡準(zhǔn)備工作。

二、數(shù)字化和傳統(tǒng)形式變電站之間的差異性

盡管說數(shù)字化和傳統(tǒng)樣式的變電站，在物理結(jié)構(gòu)上幾乎一致，但是彼此功能、接口結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行原理等則存在限制差異。相比傳統(tǒng)變電站信息傳遞、設(shè)備連接、物理結(jié)構(gòu)等限定特性，數(shù)字化變電站可以完全利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息實(shí)時(shí)性交換和分配，基于工程建設(shè)和設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)管理的便利性層面考慮，數(shù)字化變電站值得在現(xiàn)代大力推廣沿用。經(jīng)過全方位對(duì)比校驗(yàn)和提煉整理，涉及數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特征將具體表現(xiàn)為：

（一）數(shù)據(jù)收集、傳輸?shù)臄?shù)字化

數(shù)字化變電站在開展電壓、電流等數(shù)據(jù)信息的收集、整合、傳輸工作中，不單單達(dá)成了一、二次有效性電氣隔離目的，同時(shí)還令測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍和精度得以持續(xù)擴(kuò)展，一時(shí)間令我國(guó)變電站信息共享和應(yīng)用集成化控制理念轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)實(shí)。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布的緊湊化

數(shù)字化變電站內(nèi)部設(shè)置包含過程、間隔、站控等不同結(jié)構(gòu)層次，同步狀況下當(dāng)中電器、斷路器等一次設(shè)備集成了許多創(chuàng)新型器件，至此變電站整體占地面積也逐漸縮減，布置全局顯得愈加縝密精細(xì)一些。

（三）系統(tǒng)建模的標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)字化變電站主張配合IEC61850技術(shù)，針對(duì)一、二次設(shè)備加以同步建模，特別是在設(shè)備、信息模型，以及模型創(chuàng)建語(yǔ)言等資源上，都采取全局式規(guī)范準(zhǔn)則予以命名劃分，為日后變電站和控制中心之間無(wú)縫通信，以及信息共享等目標(biāo)貫徹，奠定基礎(chǔ)。

（四）信息交互過程的網(wǎng)絡(luò)和集成化

數(shù)字化不同結(jié)構(gòu)層次中的設(shè)備在開展信息交換工作流程中，高速化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)揮著十分可靠的過渡轉(zhuǎn)接作用，其可以說是系統(tǒng)內(nèi)部不同類型電子裝置，及其余系統(tǒng)之間信息實(shí)時(shí)性交換的關(guān)鍵性載體。與此同時(shí)，對(duì)于保留變電站監(jiān)控、維護(hù)和故障錄波登功能且分散的二次系統(tǒng)裝置，變電站亦可在合理時(shí)間范圍內(nèi)加以信息集成化和功能優(yōu)化控制。

（五）設(shè)備檢修的狀態(tài)化

須知在數(shù)字化變電站系統(tǒng)內(nèi)部，包括電壓和電流數(shù)據(jù)的收集整理、二次系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況、各類操作指令的發(fā)布執(zhí)行等信息，都可以借助高端化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)加以細(xì)致化監(jiān)測(cè)認(rèn)證，如此內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等特征量信息收集工作便不再遺留盲區(qū)，設(shè)備檢修戰(zhàn)略亦能夠透過常規(guī)變電站設(shè)備定期檢修過渡轉(zhuǎn)化為狀態(tài)檢修形式，最終大幅度改善系統(tǒng)實(shí)用性價(jià)值。

（六）設(shè)備操作的智能化

智能一次設(shè)備的存在意義，便是針對(duì)系統(tǒng)和關(guān)聯(lián)設(shè)備，以及內(nèi)部電磁溫度、機(jī)械動(dòng)作等狀態(tài)加以細(xì)致化校驗(yàn)評(píng)估，而經(jīng)過我國(guó)電子數(shù)控技術(shù)持續(xù)革新拓展之后，尤其是在創(chuàng)新型傳感器、電子控制方式等支持作用下，不管是參數(shù)構(gòu)建和反應(yīng)動(dòng)作的快捷靈敏性，以及智能操作回路調(diào)控測(cè)試的實(shí)時(shí)性，等得以成為現(xiàn)實(shí)。

三、智能電網(wǎng)下數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)

（一）數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)技術(shù)

數(shù)字化變電站技術(shù)基礎(chǔ)的表現(xiàn)形式，便是透過信息及時(shí)性獲取、調(diào)試、傳輸?shù)裙ば蛄鞒讨С肿饔孟拢顑?nèi)部各類設(shè)備運(yùn)行達(dá)到智能化規(guī)范要求，網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)接口則同步過渡轉(zhuǎn)化為數(shù)字、標(biāo)準(zhǔn)化，至于管理和操作內(nèi)容便須達(dá)到自動(dòng)化形式。保留上述內(nèi)涵機(jī)理的變電站，便可以被認(rèn)定是保留數(shù)字化技術(shù)特征。面對(duì)該類數(shù)字化變電站，其技術(shù)基礎(chǔ)將主要細(xì)化為以下內(nèi)容：

1.信號(hào)收集、回路驅(qū)動(dòng)和控制的數(shù)字化

為了順利貫徹落實(shí)預(yù)設(shè)的信號(hào)收集和驅(qū)動(dòng)數(shù)字化改良目標(biāo)，便需要在全面引入微處理器和光電技術(shù)要素基礎(chǔ)上，將可編程控制器貫穿應(yīng)用在邏輯控制和繼電器回路之中。在此類環(huán)境下，想要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息傳輸目標(biāo)，則須在有線信號(hào)載體之上沿用光電轉(zhuǎn)換線纜和光纖等媒介。

2.二次設(shè)備運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)化

二次設(shè)備彼此間在開展信息交流、保護(hù)和分布式協(xié)調(diào)化控制工序流程中，衍生出特定規(guī)格樣式的網(wǎng)絡(luò)體系，同時(shí)針對(duì)變電站系統(tǒng)中的各類保護(hù)、檢測(cè)、無(wú)功控制結(jié)構(gòu)單元，沿用標(biāo)準(zhǔn)化微機(jī)設(shè)計(jì)模式搭建起高速網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)架構(gòu)，確保二次設(shè)備至此在該類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)環(huán)境支持作用下，獲取十分可靠的資源共享和信息集成化等技術(shù)條件支撐。

（二）數(shù)字化變電站內(nèi)部的一次智能化設(shè)備類型

數(shù)字變電站主要依靠智能化一次設(shè)備和信息共享等途徑獲取穩(wěn)固的技術(shù)基礎(chǔ)支持條件，如此一來(lái)，其測(cè)控工作便會(huì)同步彰顯出高精準(zhǔn)和可靠性特征，確保后續(xù)二次設(shè)備及時(shí)獲取精準(zhǔn)化信息。至于當(dāng)中的一次智能化設(shè)備類型則包括：

1.智能化開關(guān)

其可以被視為在配置傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)前提下，額外提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字接口并可以自由進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的開關(guān)設(shè)備，特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制范圍下，能夠快速轉(zhuǎn)化成為數(shù)字化監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)單元，并且保留可靠的自我診斷和評(píng)估功能特性。至于其運(yùn)行的特征將表現(xiàn)為：監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)且可靠，有助于貫徹落實(shí)預(yù)設(shè)的智能和順序化控制指標(biāo)，并且結(jié)合數(shù)字化或是轉(zhuǎn)換后的接口銜接在總線、控制網(wǎng)絡(luò)之上。

2.智能化變壓器

這類設(shè)備在智能電網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)字化變電站之中，可謂是最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元，現(xiàn)實(shí)存在意義便是針對(duì)不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)實(shí)施可靠性能量轉(zhuǎn)換。其和智能開關(guān)存在一定的共通點(diǎn)，就是都會(huì)配備傳感和控制器，擁有執(zhí)行機(jī)構(gòu)和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)接口。與此同時(shí)，其在囊括了一般變壓器功能前提下，提供設(shè)備狀態(tài)精確化監(jiān)測(cè)、科學(xué)化評(píng)估和協(xié)調(diào)化維護(hù)等功能。特別是和傳統(tǒng)樣式的一次設(shè)備相互對(duì)比校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，智能化設(shè)備在接收相關(guān)指令過程中響應(yīng)速度非常之快，動(dòng)作精準(zhǔn)之余更保留合理程度的自適應(yīng)性。

（三）數(shù)字變電站的管理操作技術(shù)

涉及自動(dòng)化的操作和管理技術(shù)，一直是我國(guó)數(shù)字變電站建設(shè)工程中的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，特別是在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)支持作用下，可以針對(duì)變電站相關(guān)設(shè)備運(yùn)行細(xì)節(jié)鑒定、歷史數(shù)據(jù)信息解析、系統(tǒng)精確化模擬等工序流程加以統(tǒng)一監(jiān)管，使得變電站之中一切操作和管理流程實(shí)效性得以改善。尤其是經(jīng)過自動(dòng)化技術(shù)推廣貫穿之后，對(duì)于變電站內(nèi)部供電可靠性、設(shè)備維修和數(shù)據(jù)分析實(shí)效性等目標(biāo)達(dá)成，有著積極輔助效用。

而狀態(tài)監(jiān)測(cè)和檢修，則是快速預(yù)測(cè)相關(guān)事故并達(dá)成設(shè)備科學(xué)管理的關(guān)鍵性技術(shù)。與此同時(shí)，其還可處理好批量化原始數(shù)據(jù)歸納和分析工作，為后續(xù)變電站系統(tǒng)內(nèi)部各類故障分析和診斷，提供豐富的指導(dǎo)性線索。當(dāng)然，為了確保日后設(shè)備檢修和維護(hù)工作得到妥善化指導(dǎo)，方便快速校驗(yàn)評(píng)估電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，相關(guān)工作人員仍需設(shè)計(jì)沿用狀態(tài)評(píng)估體系，目的是針對(duì)電網(wǎng)一切風(fēng)險(xiǎn)加以評(píng)估克制。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，數(shù)字化變電站是當(dāng)前我國(guó)智能化電網(wǎng)的關(guān)鍵性支持結(jié)構(gòu)單元，相信經(jīng)過各類高端創(chuàng)新化技術(shù)融入之后，勢(shì)必令變電站功能發(fā)展空間得以持續(xù)拓寬，進(jìn)一步為日后電網(wǎng)整體安全、經(jīng)濟(jì)和可靠性運(yùn)行，提供應(yīng)有的保障條件。

參考文獻(xiàn)

[1]陳明.數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)展望[J].中國(guó)電力教育，2011，13（06）：88-97.

[2]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，2011，13（05）：137-160.

[3]翟子楠.構(gòu)建智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)體系[J].電工電氣，2011，19（03）：79-86.

[4]邢孔苗.智能電網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].科技資訊，2011，12（08）：124-156.

作者簡(jiǎn)介：

黃亮，1984年出生，工程師，碩士研究生，天津送變電工程公司調(diào)試分公司。

田瑞芳，1984年出生，助理研究員，碩士研究生，天津農(nóng)學(xué)院人文學(xué)院，教學(xué)秘書。