變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能及其發(fā)展

王健

摘要 變電站是智能電網(wǎng)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”匯聚的焦點(diǎn)，在電網(wǎng)中具有關(guān)鍵地位。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)對(duì)提高變電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行水平具有重要意義;尤其是在智能電網(wǎng)背景下，要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)更加及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)視和柔性地控制，必須更加關(guān)注變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。本文介紹了目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)具有的功能，并對(duì)其未來發(fā)展和研究方向提出了看法和建議。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng) 智能變電站 自動(dòng)化

1 引言

自20世紀(jì)80年代中期變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在我國投運(yùn)以來，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)己廣泛應(yīng)用于變電站中。30年的運(yùn)行實(shí)踐表明，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)不僅提高了變電站自身的自動(dòng)化水平，而且對(duì)電網(wǎng)調(diào)度的可控性和電網(wǎng)運(yùn)行的安全性起到了巨大的推動(dòng)作用。

目前，智能電網(wǎng)是電網(wǎng)未來發(fā)展趨勢(shì)己成為國內(nèi)外眾多學(xué)者的共同認(rèn)識(shí)。在智能電網(wǎng)背景下，發(fā)展智能化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電能輸送大容量低損耗、電網(wǎng)運(yùn)行高穩(wěn)定高可靠、電能損耗低損耗的技術(shù)保證。

基于此，本文介紹了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，并對(duì)建設(shè)智能電網(wǎng)背景下的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)需要進(jìn)一步增加和開展研究的方向提出了一些看法和建議。

2 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

IEC61850對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的定義為：“變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是在變電站內(nèi)提供通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動(dòng)化”。從定義中可以看出，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能是變電站必須完成全部自動(dòng)化任務(wù)。本節(jié)結(jié)合我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際情況，介紹變電站自動(dòng)化系統(tǒng)具備的功能。

一般來說，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備的功能包括：

（1）監(jiān)視功能;

（2）自動(dòng)控制功能;

（3）繼電保護(hù)功能;

（4）測(cè)量表計(jì)功能;

（5）系統(tǒng)功能（當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、調(diào)度端通信）。

在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中有不同的子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成不同的功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的監(jiān)視和控制。

2.1 監(jiān)視子系統(tǒng)

監(jiān)視子系統(tǒng)，即監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集信息（SCADA， supervlsory control and dataacquisition），完成數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的全部功能。SCADA系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分類和處理、安全監(jiān)控、操作與控制四部分。此外，SCADA系統(tǒng)還具有人機(jī)聯(lián)系、運(yùn)行記錄、同步對(duì)時(shí)等功能。

2.2 自動(dòng)控制子系統(tǒng)

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備保證設(shè)備安全運(yùn)行和提高電能質(zhì)量的自動(dòng)控制子系統(tǒng)。典型且常用的自動(dòng)控制子系統(tǒng)有電壓、無功綜合控制裝置（VOC）、備用電源自投控制裝置、低頻低壓減負(fù)荷控制裝置、單相接地自動(dòng)選線裝置。

2.3 繼電保護(hù)子系統(tǒng)

繼電保護(hù)子系統(tǒng)是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、減少停電事故、減少事故損失的最直接有效手段，在電力系統(tǒng)中具有重要的作用。繼電保護(hù)子系統(tǒng)的基本任務(wù)是：

（1）有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中快速、自動(dòng)地切除;

（2）反應(yīng)電氣設(shè)備的異常運(yùn)行工況;

（3）根據(jù)實(shí)際情況，盡快自動(dòng)恢復(fù)停電部分的供電。

2.4 電能量計(jì)量子系統(tǒng)

電能量包括有功電能和無功電能。電能量的采集和管理是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要組成部分。目前的電能量計(jì)量子系統(tǒng)采用獨(dú)立的主站系統(tǒng)和專門的電能量遠(yuǎn)方終端，使用專用通道、專用通信規(guī)約進(jìn)行電能量的采集、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)考核。

2.5 系統(tǒng)功能

除了上述的幾個(gè)功能，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)還應(yīng)具有諸如當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、人機(jī)交互、調(diào)度端通信等功能。

3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能的發(fā)展

智能電網(wǎng)是電網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢(shì)。智能電網(wǎng)背景下，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)除了第二節(jié)中敘述的功能，今后還需研究開發(fā)以下幾方面的功能。

3.1 發(fā)展廣域動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

當(dāng)前，我國電網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入特高壓、交直流互聯(lián)、大容量遠(yuǎn)距離輸電階段，間歇性分布式能源的大量接入及直流輸電等都增加了電網(wǎng)調(diào)度管理的復(fù)雜性。為了提高對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度水平，必須發(fā)展廣域動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

廣域動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通過安裝在不同地理位置的相量測(cè)量單元（PMU）測(cè)量數(shù)據(jù)，采集點(diǎn)萬眾不同電氣點(diǎn)的動(dòng)態(tài)過程數(shù)據(jù)，通過通信通道上傳到主站，實(shí)現(xiàn)廣域范圍內(nèi)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)同步監(jiān)視。相對(duì)于監(jiān)視電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的SCADA系統(tǒng)，其最基本的特征是廣域、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、同步及數(shù)據(jù)的高速傳輸。

廣域動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)涉及多方面的關(guān)鍵技術(shù)，如PMU單元的性能、遠(yuǎn)距離的同步測(cè)量技術(shù)、對(duì)數(shù)據(jù)的干擾信號(hào)過濾問題等。這些問題需要進(jìn)行更加系統(tǒng)的研究，并在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

3.2 研究智能告警及分析決策系統(tǒng)

隨電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大、運(yùn)行方式的多變及電網(wǎng)設(shè)備的大量增加，呈現(xiàn)給調(diào)度員的告警信息越來越多。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，Is內(nèi)會(huì)有成白條告警信息進(jìn)入調(diào)度控制中心。真正有用的告警信息被大量的噪聲數(shù)據(jù)淹沒，不能起到告警系統(tǒng)應(yīng)有的作用。為了保證調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的故障和潛在危險(xiǎn)情況并盡快處理，需要智能告警及分析決策系統(tǒng)對(duì)大量重復(fù)冗余的告警信息進(jìn)行分層次的智能化處理。

智能告警及分析決策系統(tǒng)的功能主要包括對(duì)故障告警信息進(jìn)行分類和過濾;分析告警信息的優(yōu)先級(jí);提供事故的原因和故障定位信息等。

3.3 發(fā)展電力設(shè)備的狀態(tài)檢修研究

目前，供電部門對(duì)電力設(shè)備的維護(hù)較多采用計(jì)劃檢修和故障檢修。計(jì)劃檢修是對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù);故障檢修是設(shè)備故障后對(duì)其進(jìn)行檢修。計(jì)劃檢修存在很大的盲目性，造成了人力、物力的浪費(fèi)，過度檢修對(duì)設(shè)備的絕緣也存在較大影響;故障檢修不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障或缺陷，有時(shí)在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)已造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

發(fā)展?fàn)顟B(tài)檢修是智能變電站的重要特點(diǎn)之一。狀態(tài)檢修是根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢修，是有目的地檢修。實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修對(duì)提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性，減小設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.4 可再生能源接入技術(shù)的研究

智能電網(wǎng)中有大量的可再生能源接入，如風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等?？稍偕茉吹拈g歇性及出力特性不同，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性及電能質(zhì)量方面造成了較大的沖擊和影響。變電站作為可再生能源接入智能電網(wǎng)的接口，必須考慮柔性的并網(wǎng)技術(shù)。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)可再生能源的功率預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控、柔性控制等功能，以減輕可再生能源對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

3.5 電力市場(chǎng)化對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的需求

目前，電力系統(tǒng)的經(jīng)營機(jī)制已從行業(yè)壟斷變?yōu)橛懈?jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)。在電力市場(chǎng)環(huán)境下，發(fā)電廠的競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、用戶對(duì)供電方的選擇都會(huì)加劇電網(wǎng)潮流變化，通過變電站的進(jìn)出線功率方向不確定性增加;為了追求經(jīng)濟(jì)效益，線路和變壓器可能運(yùn)行在穩(wěn)定極限附近，減小了電網(wǎng)裕度。這一切都對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)提出了新的要求。

電力市場(chǎng)下，變電站自動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：

（1）快速控制聯(lián)絡(luò)線功率;

（2）電網(wǎng)的事故預(yù)防和緊急控制;

（3）實(shí)現(xiàn)變電站與用戶、變電站與售電方的交互功能。

4 結(jié)語

本文簡(jiǎn)要介紹了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)具備的功能，并對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向提出了一些看法和建議。智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)視、控制、調(diào)度都提出了更高的要求。建設(shè)智能電網(wǎng)背景下的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)不是一朝一夕之事，要研究的問題和涉及的領(lǐng)域很多，需要在建設(shè)過程中不斷摸索和前進(jìn)。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備的功能也一定會(huì)不斷發(fā)展和提高。