智能變電站技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)勢及應(yīng)用

王 燦，楊 瓅

（重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶 400053）

0 引 言

智能化變電站是采用先進、可靠、集成及環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化及信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量及檢測等基本功能，同時具備支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策及協(xié)同互動等高級功能的變電站[1]。智能變電站就是把人工智能技術(shù)和傳統(tǒng)變電站有機結(jié)合，把人工智能技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)變電站技術(shù)中，通過對變電站各個技術(shù)環(huán)節(jié)設(shè)計加工、安裝傳感器及引入自動化技術(shù)來實現(xiàn)智能發(fā)電。智能化變電站是變電站發(fā)展的里程碑，也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然。本文采用文獻研究法、實證研究法、定量分析法及定性分析法等多種研究方法，對智能變電站技術(shù)做了較為系統(tǒng)地研究，從智能變電站系統(tǒng)的概念、現(xiàn)狀分析其創(chuàng)新點。

1 智能變電站技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀90年代以來，國內(nèi)電力產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展，變電站技術(shù)最初全部依靠電纜繼電器完成控制，即保護和控制環(huán)節(jié)完全由繼電器串聯(lián)回路構(gòu)成。但是繼電器本身的可靠性不強，加之二次電纜有弊病，長期使用容易引發(fā)安全問題。此時的變電站測量控制主要是觀察中央信號屏。在計算機技術(shù)尤其是單片機技術(shù)的發(fā)展下，由沈國榮院士等一批技術(shù)骨干發(fā)展出了微機繼電保護裝置，使精確繼電保護得以實現(xiàn)。隨著我國計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，變電技術(shù)不斷進步，實現(xiàn)了依靠484或者422串行總線完成通信。這時的變電站基本可以實現(xiàn)自動化作業(yè)，其途徑是通過遙信、遙測、遙脈及遙控的方式。隨著計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，以太網(wǎng)的通信速率得到了很大提升，此時的變電站通信技術(shù)可以通過間隔層來完成通信，利用對等式的網(wǎng)絡(luò)傳輸，發(fā)展出一系列像間隔五防等利用網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)多臺裝置協(xié)作完成某一功能。這時的變電站自動化系統(tǒng)開始采用分層分布式的概念，把保護和測控等裝置劃歸間隔層，把監(jiān)控、遠動系統(tǒng)劃歸站控層[2]。網(wǎng)絡(luò)方式的控制系統(tǒng)中，各個變電站自動化廠家采用的通信規(guī)約都不相同，導(dǎo)致變電站實踐過程中規(guī)約轉(zhuǎn)換成為一大難題。此時題為“一個世界，一個標準”的61850規(guī)約應(yīng)運而生，最初采用61850規(guī)約的變電站被成為“61850變電站”。“61850變電站”具有諸多特點和優(yōu)點，納入電子式互感器成為其最大特點，并在此基礎(chǔ)上建立了數(shù)字化變電站。此外，為了實現(xiàn)分布式采樣和就地控制，引入了“過程層”的概念。過程層放棄了電纜聯(lián)系，利用光纜聯(lián)系，最大限度地實現(xiàn)了裝置與裝置之間，裝置與主控室之間的電氣隔離。智能變電站技術(shù)是當(dāng)今社會主流變電站技術(shù)之一[3]。據(jù)資料顯示，目前全國已投入運行的10 kV變電站約2萬多座，而且每年新增變電站的數(shù)量為3%～5%。

2 智能變電站技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)勢

智能變電站涉及變電站信息采集技術(shù)、智能傳感技術(shù)、實時監(jiān)測技術(shù)、狀態(tài)診斷技術(shù)、自適應(yīng)和自優(yōu)化保護技術(shù)、廣域保護技術(shù)、協(xié)調(diào)控制技術(shù)及站內(nèi)智能一次設(shè)備技術(shù)等各種專業(yè)技術(shù)[4]。對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行采集，最終建立變電站的模型，可以對變電站實現(xiàn)實時全景模擬。智能變電站技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)勢是AI+大數(shù)據(jù)的使用。人工智能（AI）是研究、開發(fā)模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能可以理解為模擬人的智能、人的思維活動及認知能力，有時甚至超過人的智能，對外界環(huán)境做出判斷，對程序做出選擇，讓技術(shù)變得更加自動化、智能化。人工智能的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理及專家系統(tǒng)等[5]?，F(xiàn)代變電站技術(shù)中，人工智能被廣泛應(yīng)用，與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)核心要件一起，采用表計識別、熱成像測溫診斷及機器人智能巡檢等各類智能化技術(shù)，形成符合標準規(guī)范、滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用的智能變電站解決方案，有效防護電網(wǎng)安全，保障智能電網(wǎng)平穩(wěn)運行。

3 智能變電站技術(shù)的推廣應(yīng)用

目前，社會生活的方方面面越來越離不開電力的支持。智能變電系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電系統(tǒng)相比有著諸多優(yōu)勢，最明顯的表現(xiàn)是兩者在電力輸送中擔(dān)負的功能不同。智能變電系統(tǒng)可以為社會生產(chǎn)生活提供大量的電能，達到高效的目標。此外，智能變電站由于采用的都是高科技材料，工作原理及工作方法都安全可靠，因此具有極高的安全性，可以達到安全變電的效能，滿足電能生產(chǎn)的安全原則。智能變電站技術(shù)，與傳統(tǒng)的變電站技術(shù)相比，創(chuàng)新之處還在于其智能化水平高，可以通過電子計算機實現(xiàn)精準操控，適應(yīng)生產(chǎn)實踐中各種因素的變化。智能變電站技術(shù)也具有低碳環(huán)保、交互性良好的優(yōu)勢，在當(dāng)前資源日益緊張的社會發(fā)展前景廣闊，易于受到政府、企業(yè)的政策傾斜和資金注入。因此，智能變電站技術(shù)的推廣應(yīng)用尤為重要[6]。目前，智能變電技術(shù)的推廣應(yīng)用中，統(tǒng)一數(shù)字化變電站的信息標準，可以加強變電站的管理水平，實現(xiàn)由變電運行一區(qū)向二區(qū)、三區(qū)、四區(qū)的資源整合；在站控層增加綜合應(yīng)用服務(wù)器、圖形網(wǎng)關(guān)機及通信網(wǎng)關(guān)機等電子信息儀器，能使變電站信息平臺實現(xiàn)一體化。通過視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、智能控制、安全周界、門禁管理及智能巡航等智能化設(shè)備及系統(tǒng)的加載，提高了變電站的運行、管理效率和供電安全，推動了智能化變電站、變電站無人值守以及變電站運行集中監(jiān)控等電網(wǎng)運行模式的應(yīng)用。智能變電站技術(shù)推廣應(yīng)用時，采用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的主動運維管理，提高變電站內(nèi)運維工作效率。網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴抑制功能是智能變電站的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)設(shè)計特點之一，支持變電站內(nèi)設(shè)備的靈活配置，減少交換機數(shù)量，簡化網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，降低變電站的建造和運行成本[7]。在智能變電站設(shè)計時，需要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)的實時性、可靠性、經(jīng)濟性與可擴展性，還應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息流量進行計算和控制，設(shè)立最大節(jié)點數(shù)和最大信息流量，并保持系統(tǒng)冗余。智能變電站技術(shù)推廣應(yīng)用時，應(yīng)該注重系統(tǒng)融合，系統(tǒng)融合集成多個符合標準的子系統(tǒng)，并可按需擴展業(yè)務(wù)功能，充分滿足業(yè)務(wù)需求。此外，采用AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的多維度視角管控，與業(yè)務(wù)管理深度結(jié)合，以促進智能變電站技術(shù)的推廣應(yīng)用[8]。智能變電站技術(shù)的推廣應(yīng)用中，政府應(yīng)出臺支持電力行業(yè)及電網(wǎng)企業(yè)（國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)）的技術(shù)規(guī)范/標準協(xié)議，規(guī)范市場準入規(guī)則，支持采用標準協(xié)議多級級聯(lián)，實現(xiàn)互聯(lián)互通。在智能變電站技術(shù)推廣應(yīng)用的成功實踐中，浙江金華做出典型表率。浙江金華在±800 kV特高壓換流站建立了一套完整的輔助監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時智能化管理，將來自金沙江的磅礴電能分散到經(jīng)濟發(fā)達、供電形勢緊缺的華東地區(qū)。此外，石家莊1 000 kV變電站的輔助監(jiān)控系統(tǒng)，也助力其成為榆橫—濰坊1 000 kV特高壓交流輸電工程中至關(guān)重要的變電站之一。

4 結(jié) 論

電力領(lǐng)域中最顯著的發(fā)明與應(yīng)用就是智能變電站。按照國家電網(wǎng)“十二五”智能電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，在規(guī)劃前期，新建智能變電站進度保持較快增速，在規(guī)劃后期，智能變電站改造占比將逐步提升。智能變電站通過改變電力的輸出和使用環(huán)節(jié)，為人們的生活提供了多樣化的產(chǎn)品、便捷化的服務(wù)，在經(jīng)濟社會發(fā)展中扮演著不可或缺的角色。智能變電站的發(fā)展，加強了電力系統(tǒng)的安全性，提高了輸電效率，提供了精確化管理，直接帶動了國家工業(yè)的發(fā)展，進而帶動人們生活水平的提高和生活質(zhì)量的優(yōu)化。