探究智能變電站技術(shù)

李超 黃昀思 董南 楊曉東

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們的生活水平獲得了穩(wěn)步提升，使得實(shí)際的電力需求愈大起來(lái)。為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)電網(wǎng)高效環(huán)保、節(jié)能穩(wěn)定的可持續(xù)發(fā)展，加快智能電網(wǎng)的建設(shè)步伐是至關(guān)重要的。

關(guān)鍵詞：變電站；技術(shù)；智能電網(wǎng)

一、智能變電站及其定義

智能電網(wǎng)中的智能化變電站是采用先進(jìn)的、可靠的、節(jié)能的、環(huán)保的、集成的設(shè)備組合而成的，以高速網(wǎng)絡(luò)通信的平臺(tái)為信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，自動(dòng)地完成信息的采集功能、測(cè)量功能、控制功能、保護(hù)功能、計(jì)量功能和監(jiān)測(cè)功能等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)產(chǎn)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線(xiàn)分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用功能。智能化變電站的特點(diǎn)是通過(guò)采用先進(jìn)的電子式傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術(shù)，以智能化的一次設(shè)備和統(tǒng)一的信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)變電站的實(shí)時(shí)全景監(jiān)測(cè)、自動(dòng)運(yùn)行控制、設(shè)備狀態(tài)的檢修、運(yùn)行狀態(tài)的自適應(yīng)、智能分析決策等功能，對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行安全狀態(tài)評(píng)估、預(yù)警和控制，優(yōu)化智能系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)新能源的實(shí)時(shí)接入和退出，并與調(diào)度中心、電源及相關(guān)變電站能夠協(xié)同互動(dòng)提供支撐。

二、智能化變電站與數(shù)字化變電站的區(qū)別

數(shù)字化變電站技術(shù)與智能化變電站技術(shù)的區(qū)別主要體現(xiàn)在智能化變電站的智能設(shè)備和智能功能上，智能變電站在數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了諸多智能功能，具有更多的智能特征，如智能變電站可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理的一體化，充分利用大量的數(shù)字信息來(lái)完成一些分布功能、自動(dòng)控制功能。智能變電站是數(shù)字化變電站的更進(jìn)一步推進(jìn)，從本質(zhì)上講，數(shù)字化變電站實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)一、二次設(shè)備的數(shù)字化，而智能變電站實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)一、二次設(shè)備的智能化，管理的自動(dòng)化和監(jiān)控、操作的人工神經(jīng)智能化。智能變電站和數(shù)字化變電站的主要區(qū)別體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

智能變電站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視與一次設(shè)備智能化。采用狀態(tài)監(jiān)視智能組件和傳感器與一次設(shè)備組合，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)；采用測(cè)量、控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等智能組件與主設(shè)備就地安裝，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備智能化。

（1）一體化的信息平臺(tái)、智能高級(jí)應(yīng)用功能。建立變電站全景數(shù)據(jù)統(tǒng)一信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警及分析決策、遠(yuǎn)端維護(hù)、順序控制功能，也可選配故障信息綜合分析決策、站域控制及大用戶(hù)等外部系統(tǒng)互動(dòng)等功能。

（2）信息建模和通信的標(biāo)準(zhǔn)化。站控層、間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化，取消協(xié)議互換設(shè)備；間隔層設(shè)備與過(guò)程層設(shè)備采用電纜直接連接。輔助系統(tǒng)相關(guān)信息可以通過(guò)智能接口機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)建立相應(yīng)數(shù)據(jù)模型，接入統(tǒng)一的信息平臺(tái)。

（3）輔助系統(tǒng)智能化。實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視、安防系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)視系統(tǒng)智能化，全站電源一體化設(shè)計(jì)，并將輔助系統(tǒng)告警信號(hào)、測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)站內(nèi)智能接口機(jī)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)后，接入一體化信息平臺(tái)，視頻監(jiān)控可與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)備操作、事故處理時(shí)給予GOOSE信息協(xié)同聯(lián)動(dòng)。

三、智能化變電站的模式

為了盡快實(shí)現(xiàn)智能化變電站的智能化的性能，智能化變電站所應(yīng)具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：同綜合自動(dòng)化變電站一樣，以面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)為主，面向功能設(shè)計(jì)為輔，采用按對(duì)象設(shè)計(jì)的分層分布式模式，通信以以太網(wǎng)為主，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和串口通信為輔，全開(kāi)放式，所有智能電子設(shè)備通信接入。各智能單元及網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控后臺(tái)基于IEC61850設(shè)計(jì)，以適應(yīng)未來(lái)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

1.智能變電站的架構(gòu)

智能化變電站的系統(tǒng)層面將面向全站或數(shù)個(gè)一次電氣設(shè)備的相關(guān)信息，通過(guò)智能化的組件獲取并綜合處理，協(xié)調(diào)完成智能化變電站中相關(guān)聯(lián)智能設(shè)備的綜合信息，以智能化變電站和智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求為指導(dǎo)，協(xié)調(diào)控制各個(gè)電氣設(shè)備層以同時(shí)完成多種功能。電氣設(shè)備層主要包括智能的一次設(shè)備、合并單元、智能終端等智能組件，其主要的功能是完成實(shí)時(shí)的運(yùn)行電氣量等相關(guān)參數(shù)的采集、設(shè)備相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和控制以及使電氣二次設(shè)備執(zhí)行相關(guān)命令等。

2.智能化變電站的結(jié)構(gòu)模式

智能化變電站系統(tǒng)將在IEC61850的通信技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，以分層分布式為基準(zhǔn)，最大限度地實(shí)現(xiàn)智能化變電站內(nèi)的智能電氣一次設(shè)備和智能電氣二次設(shè)備間的信息共享性和互操作性。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類(lèi)，即構(gòu)架中的設(shè)備層和系統(tǒng)層，而在邏輯上可分為三層，根據(jù)IEC61850通信協(xié)議草案定義，這三個(gè)層次分別為過(guò)程層、間隔層和站控層。目前智能變電站設(shè)計(jì)模式主要有三種：

（1）基于站控層IEC61850模式。此模式與傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)類(lèi)似，是采用IEC61850協(xié)議的過(guò)渡型數(shù)字化變電站。間隔層智能電子設(shè)備IED仍可被安裝在間隔層設(shè)備上或集中組屏。過(guò)程單元與間隔單元之間的關(guān)系將保持原來(lái)的模式，IEC61850的銜接將在間隔層單元和智能變電站層單元間展開(kāi)，按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備建模和信息交換。這種模式比較方便地解決了傳統(tǒng)變電站中智能設(shè)備的互聯(lián)及信息互操作問(wèn)題，可以在不改變電氣一次設(shè)備本體結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的智能控制，實(shí)時(shí)性強(qiáng)且可靠性高，比現(xiàn)有的變電站數(shù)字化程度高。

（2）基于傳統(tǒng)互感器及過(guò)程層信息交換模式。這種模式在前一種模式的基礎(chǔ)上將在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能集成于一次設(shè)備本體，這就增加了網(wǎng)絡(luò)信息交換過(guò)程中的信息量，但同時(shí)也利用了過(guò)程層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息的交換。可以利用單個(gè)間隔配置過(guò)程層的設(shè)備合并單元，在每個(gè)間隔內(nèi)同時(shí)配置過(guò)程層的智能操作箱，這樣就能將常規(guī)的一次電氣設(shè)備的信息操作數(shù)字化和規(guī)范化，且與之相關(guān)的過(guò)程層智能電子的IED設(shè)備可以通過(guò)光纖以太網(wǎng)的對(duì)應(yīng)間隔進(jìn)行合并單元和智能操作箱的銜接。相關(guān)設(shè)備既可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式連接，也可以采用網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)的方式連接。這種模式的特點(diǎn)是用通信光纜代替了原來(lái)的基于傳統(tǒng)的銅芯的電纜，建立了過(guò)程層的采樣數(shù)據(jù)和被不同裝置共享的通信數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了接線(xiàn)的模式，使過(guò)程層的網(wǎng)絡(luò)智能化。

（3）全信息交換的模式。這種模式是智能化開(kāi)關(guān)設(shè)備的理想工作模式，這種工作模式最大的優(yōu)點(diǎn)是采用先進(jìn)的電子式互感器代替了原有的傳統(tǒng)電磁互感器，由于電子式互感器的優(yōu)勢(shì)，這種工作模式必將在高壓及超高壓、特高壓智能化變電站的發(fā)展中占據(jù)一席之地。在現(xiàn)階段前兩種模式的實(shí)時(shí)性是很強(qiáng)的，根據(jù)相關(guān)的技術(shù)導(dǎo)則：對(duì)于傳統(tǒng)的保護(hù)功能、測(cè)控功能、通信功能、狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能與一次電氣設(shè)備的集成，要充分考慮到傳統(tǒng)的二次電氣設(shè)備與一次電氣設(shè)備融合的技術(shù)難度與復(fù)雜性。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)安慶供電公司）