電力系統(tǒng)中智能變電站的核心技術(shù)

黃帥

【摘 ?要】電力系統(tǒng)中，任何電力元件不得在無繼電保護(hù)的狀態(tài)下運(yùn)行，保證電力元件安全運(yùn)行的基本裝備稱為變電站繼電保護(hù)裝置，智能變電站中的繼電保護(hù)設(shè)備是智能電網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有十分重要的地位。文章對(duì)智能變電站進(jìn)行了簡(jiǎn)單的概述，接著分析了對(duì)智能變電站繼電保護(hù)的基本要求以及智能變電站繼電保護(hù)的配置，最后重點(diǎn)探討了智能變電站繼電保護(hù)配置的未來展望。文章首先針對(duì)智能變電站技術(shù)結(jié)構(gòu)做出必要分析，指出智能變電站系統(tǒng)的三個(gè)主要層次，而后就其應(yīng)用特征給出說明，指出成本的降低和工作效率的提升是主要的應(yīng)用特征。

【關(guān)鍵詞】智能;變電站;技術(shù);應(yīng)用;特征

目前經(jīng)濟(jì)和社會(huì)飛速發(fā)展，對(duì)于電力的需求也隨之出現(xiàn)了新的特征。諸多大規(guī)模用電單位拔地而起，并且在生活和工作環(huán)境中，電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備的逐步增多，信息化時(shí)代的不斷深入，都將電力的供給服務(wù)放置于一個(gè)更為重要的位置之上。當(dāng)前的社會(huì)對(duì)于電力的有效和連續(xù)供給，已經(jīng)存在明顯的依賴，由此可見，如何更為有效地展開電力供給服務(wù)，是當(dāng)前供電組織面臨的一個(gè)重要問題。在這樣的環(huán)境之下，智能變電站系統(tǒng)的應(yīng)運(yùn)而生，成為供電領(lǐng)域被廣泛認(rèn)可的重要技術(shù)系統(tǒng)之一。

1 智能變電站的技術(shù)結(jié)構(gòu)分析

從概念上看，智能變電站并不存在十分明確的定義，目前常見的幾種概念表達(dá)方式，都只是對(duì)智能變電站職能和特征的描述。綜合當(dāng)前常見的幾種概念，可以將智能變電站表述成為采用先進(jìn)、可靠、集成和環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和檢測(cè)等基本功能，同時(shí)，具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。

從構(gòu)成角度看，智能變電站包括智能電氣設(shè)備以及智能信息系統(tǒng)。其中前者具體包括智能變壓器、智能高壓開關(guān)設(shè)備、電子式互感器等負(fù)責(zé)保持整個(gè)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的電氣設(shè)備，此類設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備的最大不同在于能夠?qū)⒐╇娋W(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化并能夠及時(shí)提交給相應(yīng)的信息端口，傳輸?shù)叫畔⑾到y(tǒng)中作為智能決策的基礎(chǔ)出現(xiàn)。而后者則負(fù)責(zé)從整個(gè)系統(tǒng)的眾多方面收集到相應(yīng)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，加以整理，對(duì)于出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出告警，綜合相應(yīng)的數(shù)據(jù)給出維護(hù)和維修建議等決策支持工作。

從智能變電站系統(tǒng)的邏輯角度看，自下而上可以大致劃分為三個(gè)主要層面，即設(shè)備層、間隔層和站控層。設(shè)備層由智能變電站系統(tǒng)中的一次設(shè)備和二次設(shè)備共同構(gòu)成，即能夠支持供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的電氣設(shè)備集合，其分布于相應(yīng)設(shè)備的各個(gè)工作場(chǎng)所中。從職責(zé)角度看，智能變電站設(shè)備層需要確保電力供給系統(tǒng)運(yùn)行過程數(shù)據(jù)的采集，具體應(yīng)當(dāng)包括設(shè)備工作參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的操作動(dòng)作信息等多方面數(shù)據(jù)。間隔層又稱為連接層，其處于設(shè)備層和站控層中間，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)二者的順暢通信。其主要職責(zé)在于匯集當(dāng)前設(shè)備層的實(shí)時(shí)工作數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行必要的統(tǒng)計(jì)和整理，此外還對(duì)相應(yīng)設(shè)備層的設(shè)備負(fù)有監(jiān)視職責(zé)。從構(gòu)成角度看，間隔層通常由通信設(shè)備構(gòu)成，也包括必要的數(shù)據(jù)傳輸線路，并且隨著集成芯片技術(shù)的日益成熟，分布式數(shù)據(jù)處理在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也隨之達(dá)到新的高度，因此在智能變電站系統(tǒng)領(lǐng)域中，間隔層也承擔(dān)起越來越多的初級(jí)數(shù)據(jù)處理職能，通常對(duì)于一些本地?cái)?shù)據(jù)，會(huì)在間隔層做基本處理而后再傳輸?shù)礁叩恼究貙?。而站控層通常只是存在?jì)算機(jī)等相關(guān)信息處理設(shè)備，其主要職能則在于將多個(gè)方面?zhèn)鬏斶^來信息進(jìn)一步地收集整理，最終完成決策支持的目的。隨著人工智能以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)的信息技術(shù)不斷進(jìn)步，決策支持系統(tǒng)所采用的技術(shù)以及支持效果也必然越來越成熟并不斷提高。

2 智能變電站系統(tǒng)的應(yīng)用特征分析

當(dāng)前在供電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，智能變電站的應(yīng)用已經(jīng)日趨成熟。隨著應(yīng)用的不斷廣泛和深入，其相應(yīng)的工作特征逐步凸現(xiàn)出來。

首先從職能變電站系統(tǒng)構(gòu)建角度看，由于增加了相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸，因此其成本必然會(huì)比傳統(tǒng)單純的變電站系統(tǒng)偏高。并且這種智能變電站還對(duì)當(dāng)?shù)氐耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)完善狀況提出了新的要求，為了保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效高速傳輸，光網(wǎng)絡(luò)的暢通與否，也成為職能變電站能否正常和有效展開工作的重要影響因素。同時(shí)對(duì)通信有所需求的另一個(gè)方面，是整個(gè)變電站系統(tǒng)不僅僅會(huì)依賴于相關(guān)供電設(shè)備，而且會(huì)對(duì)相應(yīng)的通信系統(tǒng)設(shè)備也有所依賴，這樣的情況下，不僅僅供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障會(huì)影響到智能變電站系統(tǒng)的正常運(yùn)行，包括通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在內(nèi)的故障也會(huì)對(duì)智能變電站系統(tǒng)的正常運(yùn)行有所影響。從表面上看，這樣的狀況似乎增加了智能變電站故障發(fā)生的概率，但是從根本上考察，通信屬于變電站系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)之上的附加功能，其故障不會(huì)影響到整體供電的有效性，因此智能變電站系統(tǒng)只會(huì)增加相應(yīng)的安裝和維護(hù)成本，對(duì)于供電服務(wù)質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生不利影響。

其次從應(yīng)用的效果特征角度看，必須承認(rèn)通信和智能決策的參與，能夠從如下幾個(gè)主要方面對(duì)供電服務(wù)質(zhì)量的提升起到積極作用。從成本角度看，雖然在變電站系統(tǒng)建設(shè)的過程中一次性投入有明顯的增加，對(duì)于相應(yīng)的電氣設(shè)備需要選用具備數(shù)據(jù)采集功能和交換接口的設(shè)備，并且需要架設(shè)起相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，智能變電站系統(tǒng)能夠有效獲取整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)中的各種工作數(shù)據(jù)，從狀態(tài)數(shù)據(jù)到電力消費(fèi)端的特征數(shù)據(jù)，因此能夠針對(duì)供電服務(wù)進(jìn)行有針對(duì)性的維修和維護(hù)。

3 智能變電站中的繼電保護(hù)驗(yàn)收方法研究

傳統(tǒng)意義上的變電站一般均采用相關(guān)的繼電保護(hù)測(cè)試儀進(jìn)行相應(yīng)調(diào)試，然后采用不同的技術(shù)對(duì)系統(tǒng)回路的完整進(jìn)行校驗(yàn)和驗(yàn)收。因此智能化的變電站采用數(shù)字信息進(jìn)行傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)信息，所以對(duì)繼電保護(hù)相應(yīng)的驗(yàn)收工作也應(yīng)該通過智能手段進(jìn)行校驗(yàn)和驗(yàn)收[4]。

智能的變電站系統(tǒng)中的繼電保護(hù)中的配備方式與和傳統(tǒng)意義中的一樣，主要去唄為輸入信號(hào)的方式不同，這種新型的驗(yàn)收方式有以下兩種。

（1）采用起初通用的測(cè)試儀與新型的采集數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換裝置對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行校驗(yàn)并驗(yàn)收。這種方式主要是首先通過傳統(tǒng)的測(cè)試儀發(fā)出信號(hào)，然后使用采集裝置來轉(zhuǎn)換信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成一種交流信號(hào)，并提供一種可以用來互相傳輸?shù)男问?，最終進(jìn)行單元合并。綜上，目前的新型驗(yàn)收方案就應(yīng)該結(jié)合傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法，形成一種心事的驗(yàn)收方法。相關(guān)工作人員對(duì)這種方法很容易掌握。具體過程如圖2。

（2）第二種方式采用智能儀器對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行校驗(yàn)和驗(yàn)收，圖2為具體方案示意圖。這種方式實(shí)際上是一種智能的閉合回路測(cè)試系統(tǒng)，通過新開發(fā)研制出的一種基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能化測(cè)試儀，進(jìn)行信號(hào)和數(shù)據(jù)的輸出和接收，進(jìn)行閉合回路控制，然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)校驗(yàn)和驗(yàn)收[5]。這種方式對(duì)儀器的功能和質(zhì)量和精度等要求很高。這種智能的全數(shù)字形式的設(shè)備能夠校驗(yàn)邏輯功能，甚至還能夠?qū)?shù)字和網(wǎng)絡(luò)化方面內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)。

結(jié)語

就目前的狀況看，智能化變電站系統(tǒng)在我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)中不可或缺，并且毋庸置疑地將來未來擁有越來越重要的地位。需要注意的是，對(duì)于智能變電站的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)格外注意數(shù)據(jù)庫的建立和人工智能的應(yīng)用，一切以服務(wù)供電網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展作為準(zhǔn)繩展開工作，唯有如此，才能找準(zhǔn)發(fā)展方向，避免盲目的技術(shù)引入，并且獲取最優(yōu)的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉嬌，王剛.智能變電站建設(shè)方案的研究[J].華東電力，201（7）.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修公司）