对变电站自动化系统及其智能化发展体系的探讨

【摘要】智能化变电站自动化是一个系统工程，要实现全部智能化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，智能化的变电站自动化系统是有一个蓬勃的发展期。本文分析了变电站综合自动化技术的主要特点，介绍了变电站系统的演变历程，结合当前兴起的智能变电站技术，阐述了IEC61850对变电站综合自动化技术的推动作用。

【关键词】变电站综合自动化；智能变电站；体系结构

中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号：

随着2009年9月《智能变电站技术导则》通过评审，变电站智能化将成为变电站建设的必然趋势。智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，变电站中所有信息的采集、传输和处理全部数字化。

1、变电站综合自动化系统主要特点

变电站综合自动化系统与一般自动化的区别关键在于自动化系统是否作为一个整体执行保护、监测和控制功能，主要特点体现在：全面代替常规二次设备，在微机保护的软硬件设置方面既与监控系统独立，又相互间协调，具有串行接口或现场总线接口以便为监控系统提供保护动作信息或保护定值等信息。系统功能和配置应满足无人值班的总体要求，利用先进并可靠的通信网络和规约，保证各子系统具有独立的故障自诊断和自恢复功能。系统的可扩展性和适应性要好，充分利用数字通信的优势，实现数据共享。

变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站实施自动监视、测量、控制和协调的一种综合性自动化系统，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的应用。在技术上涉及到自动控制、远动、通信、测量、计量、信号及控制等二次系统，专业上涉及到自动化、继电保护、变电站运行等。采用综合自动化系统的变电站是一个全微机的变电站，通过二次优化设计，实现软硬件资源的合理共享。它取代了常规测量系统，如变送器、录波器、指针式仪表等；取代了常规告警装置，如中央信号系统、光字牌等；以及电磁式、机械式防误闭锁装置；改变了常规的操纵机构，如操纵盘、模拟盘、手动同期及手控无功补偿等，彻底改变了传统二次设备的模式和观念，将变电站自动化水平提高到一个新的高度。

2、变电站自动化系统在电网中的作用

对变电站而言，所有在站内执行的功能都称为当地功能，所有在较高层次上完成的功能成为远方功能。大部分当地功能为远方功能提供辅助支持。

变电站自动化系统最当地化的功能是数据采集和改变状态。前者通过开关上的互感器(或传感器)获取电网数据；后者向可操作的开关(操动机构)下达命令。在传感器和操动机构之间最快的互动是由保护来实现的，这也是变电站系统主要的一个当地化功能，系统在检测到故障时向所在的断路器发出跳闸令。较慢的当地自动功能是能量短缺或存在不稳定风险时的电压调节和就地减载。一般情况下，几乎所有的变电站都是按无人值守和远方控制来运行的，数据和命令会通过与远处网络控制中心的通信来传送。

在对变电站进行远方操作时，变电站自动化系统是电力系统信息的提供者和控制命令的接收者。开关的所有被动和主动的元件都受到监视和保护。大多数的保护功能在变电站中保持自治状态。过程数据在预处理后提供给远方网络控制中心，所有变电站自动化系统可以减轻上层管理系统的沉重负担，并加快对意外事故的反应时间，防止系统受损。

3、变电站综合自动化系统的体系与分层结构

变电站综合自动化系统的体系如下图1所示，与传统二次系统相比，增添了“主计算机系统”和“通信控制管理”；在具体装置和功能实现上，计算机化的二次设备代替和简化了非计算机设备，数字化的处理和逻辑运算代替了模拟运算和继电器逻辑；在信号传递上，数字化信号代替了电压电流模拟信号传递。

图1变电站综合自动化系统的体系

在体系中的各个功能模块，其具体实现可以由变电站系统的分层结构来表示，一个完整的变电站综合自动化系统分为三层：

(1)变电站层：为运行人员提供人机接口，所有的通用硬件、显示打印都集中在该层，UPS为设备运行提供动力保障，为远方电网监控中心提供电网控制、监视和维护的通信接口也位于该层；

(2)间隔层：间隔层通常紧靠开关设备，一个间隔层设备只允许对一个间隔进行操作，而变电站层则可以访问多个间隔或为多个间隔提供数据；

(3)过程层：过程层紧靠或与开关设备集成在一起，过程层只能对单一开关场设备进行操作，并为间隔层和变电站层提供访问接口。

4、变电站智能化发展趋势

自动化变电站是对传统RTU的功能扩展和变电站二次系统的计算机化升级，IEC61850是对变电站自动化技术的总结和规约，在此基础上发展了数字化变电站，将一部分一次设备(如：电压、电流互感器等)纳入数字化的范畴。

国家电网公司提出了建设智能变电站的目标。智能电网中的智能变电站是由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。能变电站分为设备层、系统层。设备层主要由高压设备、智能组件和智能设备构成，实现IEC61850中所提及的变电站测量、控制、保护、检测、计量等过程层和间隔层的功能。系统层相当于变电站的站控层，实现信息共享、设备状态可视化、智能告警、分析决策等高级智能应用，包含智能变电站系统级的先进功能。随着高压设备智能化的不断发展，传统意义上的一、二次设备问的界限也将逐渐模糊，一次设备通过安装和集成智能组件，将成为智能设备。可见，智能变电站对数字化、自动化变电站有向上、向下两个方面的拓展。向上，加入并强调自动分析和决策的智能控制功能；向下，将更多一次设备数字化、智能化。

结束语

为了实现智能变电站的目标，紧密结合智能变电站建设的实施原则和技术路线，开展智能装备研发及装备智能化改造，开展智能变电站综合信息分析，探索全新的变电运行管理模式，推动国家变电站的技术革新和电力事业的发展。

【参考文献：】

[1]韩家辉；变电站的智能化发展[J]．2008年第7期．

[2]冯苗，胡玉霞；智能化变电站发展需求与现状[J]．2010年14期．

[3]窦晓波；基于IEC61850的新型数字化变电站通信网络的研究与实践[D]．2006年．