關(guān)于智能變電站功能架構(gòu)分析

喻延澤 吳晶晶

摘 ? 要：智能變電站是未來的必然趨勢(shì)，現(xiàn)階段電網(wǎng)公司對(duì)于智能變電站的探索是不遺余力的，目前也形成了比較可行的技術(shù)方案，在目前的智能變電站當(dāng)中主要將變電站的功能架構(gòu)劃分為三個(gè)層次，包括站控層、間隔層和過程層，并且對(duì)數(shù)字化技術(shù)的不斷研究，實(shí)現(xiàn)了過程層的全部網(wǎng)絡(luò)化，在本文當(dāng)中作出了討論。

關(guān)鍵詞：智能變電站 ?功能架構(gòu) ?站控層 ?間隔層 ?過程層

中圖分類號(hào)：TM762 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）08（a）-0036-02

智能電網(wǎng)是目前電力系統(tǒng)技術(shù)革新的主要方向，而智能變電站是智能電網(wǎng)當(dāng)中非常重要的一環(huán)，其主要是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳環(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)完成信息的采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量、檢測(cè)等功能，并支持按需自動(dòng)控制，智能調(diào)節(jié)，在線分析決策，協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能?，F(xiàn)階段智能變電站的雛形基本上已經(jīng)確定，整個(gè)系統(tǒng)的功能架構(gòu)，分三個(gè)層級(jí)，在技術(shù)的演進(jìn)上也是圍繞這三個(gè)層級(jí)來實(shí)現(xiàn)新技術(shù)、新材料等方面的應(yīng)用。

1 ?智能變電站的發(fā)展

變電站當(dāng)中有一次系統(tǒng)，和二次系統(tǒng)，變電站二次系統(tǒng)是一種低電壓、小電流的控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這個(gè)二次系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)變電站信息數(shù)字化的關(guān)鍵，其本質(zhì)是一個(gè)信息交換系統(tǒng)，也是一次系統(tǒng)的鏡像，主要的作用是收集一次設(shè)備的信息，根據(jù)負(fù)荷對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行控制以及根據(jù)一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)做出相應(yīng)的反應(yīng)。這其中常規(guī)的方式使用電量信息進(jìn)行信息交換，使用電纜作為信息傳輸載體，電纜這種媒介傳輸信息要求每根電纜芯傳輸一個(gè)信息量，因此。在構(gòu)建二次系統(tǒng)時(shí)，安裝工作量大，這種方式下，所有信息都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，可靠性很高但還是結(jié)構(gòu)非常臃腫復(fù)雜，而且因?yàn)槊扛娎|都要承受一定的電壓或者是電流，這里邊就存在一個(gè)絕緣問題，和外界磁場(chǎng)干擾問題，而且二次系統(tǒng)的接線非常復(fù)雜，維護(hù)難度非常高。

在早期的變電站自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中，站控層和間隔層采用IEC61850-MMS網(wǎng)絡(luò)，過程層依然采用常規(guī)的互感器和一次設(shè)備，間隔層IED采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息建模，間隔層和站控層之間采用映射到MMS的方法來實(shí)現(xiàn)信息交互。此后發(fā)展出過程層，采用非常規(guī)的互感器和常規(guī)一次設(shè)備，這是因?yàn)樾畔⒌臄?shù)字化進(jìn)程涉及到了過程層，互感器通常采用數(shù)字輸出的互感器，數(shù)字量輸出采用IEC61850-9-1幀格式，用電纜硬接線來實(shí)現(xiàn)與常規(guī)一次設(shè)備的連接，也就是上文提到的二次系統(tǒng)的接線。因此這個(gè)系統(tǒng)存在非常大的缺陷，于是將過程層進(jìn)一步優(yōu)化，使用非常規(guī)互感器和智能化的一次設(shè)備。這個(gè)在一定程度上可以稱之為智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的最終結(jié)構(gòu)形式，不過現(xiàn)在一次設(shè)備的智能化研究還相對(duì)滯后，所以現(xiàn)階段主要采用一種替代方案，即常規(guī)一次設(shè)備+智能終端的形式來實(shí)現(xiàn)非常規(guī)的一次設(shè)備，采用的樣值傳輸，標(biāo)準(zhǔn)為IEC61850-9-2，過程層實(shí)現(xiàn)全面的網(wǎng)絡(luò)化。

2 ?智能變電站的層級(jí)結(jié)構(gòu)

2.1 智能變電站系統(tǒng)架構(gòu)

從上述發(fā)展歷程當(dāng)中，可以明顯看到智能變電站的發(fā)展實(shí)際上結(jié)構(gòu)形式的功能層級(jí)沒有變化，主要就是站控層、間隔層和過程層。其中站控層中主要包括GPS校時(shí)裝置、UPS、工程師站、操作員站、五防工作站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等，利用交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）來連接主控中心當(dāng)中的上傳調(diào)度通信裝置，工廠DCS，在這個(gè)部分下聯(lián)PA300-L、PA300-T、PA300-CZ等二次設(shè)備，過程層則主要是變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等設(shè)備及其附屬的智能終端，合并單元以及在線監(jiān)測(cè)裝置。

2.2 智能變電站的二次設(shè)備連接變化

實(shí)際在發(fā)展歷程當(dāng)中變化最大的是網(wǎng)絡(luò)，如上文所述早期的傳輸介質(zhì)是電纜，而現(xiàn)在傳輸介質(zhì)是光纖，光纖可以從根本上解決上文提到的一些問題，但二次動(dòng)力電纜除外。這其中可以看出信息數(shù)字化使變電站二次結(jié)構(gòu)更加清晰，設(shè)備功能更加轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)可以共享，安裝強(qiáng)度也大大地簡化。但這只是實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，因?yàn)殡娮邮交ジ衅鞯膽?yīng)用擴(kuò)大了數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用范圍，并且簡化了采集源，而IEC61850解決了信息建模和互操作的問題。

2.3 智能變電站的設(shè)計(jì)問題

從使用設(shè)備上來看，要實(shí)現(xiàn)智能變電站首先要有智能化的一次設(shè)備，一次設(shè)備從信號(hào)繼電器到控制回路，統(tǒng)一采用微處理控制下的智能開關(guān)和無源光CT來進(jìn)行設(shè)計(jì)，用光纖來替代電纜實(shí)現(xiàn)數(shù)字量信號(hào)的傳輸。在一次設(shè)備當(dāng)中要考慮信息處理部分和電氣操作部分，其中信息處理部分由智能單元和智能組件構(gòu)成，電氣操作部分則是以控制器、操作機(jī)構(gòu)和一次設(shè)備的本體構(gòu)成，這實(shí)際是要將現(xiàn)在常用的常規(guī)一次設(shè)備+智能終端的模式進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)智能化的一次設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)，相對(duì)來說還是難度實(shí)際不高，關(guān)鍵是集成這個(gè)難度比較高，現(xiàn)階段，可以利用電子傳感器、互感器采集一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，然后在智能組件當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算分析，并對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

其次要有網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，常規(guī)的二次設(shè)備是為了實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)、測(cè)量孔子、防誤閉鎖、故障錄波、無功控制等功能，需要在各個(gè)功能裝置之間建立起對(duì)應(yīng)的連接，早期是用電纜進(jìn)行一對(duì)一的連接，在IEC61850當(dāng)中則要求是采用高速網(wǎng)絡(luò)通信，于是演進(jìn)到SDH光纖通信，乃至現(xiàn)在常用的光纖通信技術(shù)。在智能變電站當(dāng)中，變化最大的就在這個(gè)地方，網(wǎng)絡(luò)連接完全區(qū)別于電纜回路，在網(wǎng)絡(luò)連接當(dāng)中IED（智能電子設(shè)備）之間全部是虛擬連接，沒有直接的物理聯(lián)系，而是直接通過交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一收集和發(fā)送，這個(gè)在很大程度上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享，這方便后臺(tái)大數(shù)據(jù)分析的運(yùn)用，云計(jì)算的運(yùn)用，乃至未來可能的智能化技術(shù)的應(yīng)用。

第三是要有自動(dòng)化的監(jiān)控管理系統(tǒng)，目前主要的是SCADA，目前在國內(nèi)已經(jīng)形成了以SCADA為主的自動(dòng)化系統(tǒng)，包括RTU服務(wù)器（前置機(jī)服務(wù)器）、SCADA服務(wù)器、MMI（調(diào)度工作站）、報(bào)表工作站、DA服務(wù)器、GIS服務(wù)器等和NAP。在里邊如果加入大數(shù)據(jù)分析軟件，或者是可能的智能化分析技術(shù)，就可以根據(jù)當(dāng)前變電站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。比如有一個(gè)關(guān)于智能變電站的宣傳視頻在一定程度上點(diǎn)出了未來智能變電站的形式，整個(gè)變電站只有1名站長，變電站無人值守，完全依靠AI來進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，當(dāng)變電站出現(xiàn)問題之后，通過網(wǎng)絡(luò)向站長的移動(dòng)終端發(fā)布告警信息，站長到站內(nèi)查看AI列舉的故障詳情，并基于自動(dòng)駕駛的無人機(jī)檢測(cè)、紅外檢測(cè)等技術(shù)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)，明確故障類型，隨后站長進(jìn)入故障現(xiàn)場(chǎng)，這個(gè)過程當(dāng)中通過一些智能可穿戴設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)上與專家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行互動(dòng)，明確檢修方案，智能機(jī)器人管家對(duì)站長是否安全作業(yè)進(jìn)行監(jiān)督，并對(duì)檢修成果進(jìn)行驗(yàn)收。

3 ?結(jié)語

綜上所述，智能變電站作為智能電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中的重要一環(huán)，要實(shí)現(xiàn)真正的智能化還需要走一段路，在可以預(yù)見的未來，隨著人工智能技術(shù)的成熟，智能變電站就能夠真正實(shí)現(xiàn)無人化，而現(xiàn)階段的智能變電站還處在初級(jí)階段，但也確定的智能變電站的雛形，功能架構(gòu)基本也確定了，關(guān)鍵就是智能化技術(shù)尚未成熟，但可以用大數(shù)據(jù)等技術(shù)來代替，從而實(shí)現(xiàn)一定程度的智能化。

參考文獻(xiàn)

[1] 安永帥，李剛，樊占峰，等.新一代智能變電站控制保護(hù)一體化智能終端研究與開發(fā)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（8）：138-146.

[2] 劉俊紅，鄧兆云，李澤科，等.基于即插即用的智能變電站信息自動(dòng)校核技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2018，46（2）：137-143.

[3] 劉洋，馬進(jìn)，張籍，等.考慮繼電保護(hù)系統(tǒng)的新一代智能變電站可靠性評(píng)估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（8）：147-154.