智能变电站的技术分析

摘要：变电站作为电网的核心和枢纽具有非常重要的作用。本文介绍了智能变电站的组成，探讨了只能变电站与数字化变电站的差别，还分析了智能变电站的模式。

关键词：智能电网 智能变电站 技术特点

中图分类号： TM411+.4 文献标识码： A

前言

智能变电站是以数字化变电站为依托,通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术,建立信息采集、传输、分析、处理的综合自动化应用平台,实现变电站的自动运行控制、设备状态监测、运行状态自适应、分布协同控制、智能分析决策等高级应用功能,提高管理和运行维护水平。智能变电站作为智能电网的重要组成部分,起着衔接发电、输电、变电、配电、用电和调度各环节的关键作用,随着智能变电站技术的日臻成熟、标准的完善、造价的降低,其建设进度将逐渐加快。但是,从目前国内已完成和投入运行的项目来看,与传统的常规变电站相比,智能变电站在项目设计、施工建设及运行管理等方面还存在着诸多问题,在技术上还需进一步完善和规范。本文将从技术角度分析智能变电站建设中遇到的问题,探讨并提出相应的解决意见和建议。

一、智能变电站的基本构成

智能变电站项目国际通用标准IEC61850将变电站自动化系统从结构上分为变电站层、间隔层、过程层[1]。

变电站中数据网络结构分为变电站层网络、过程层GOOSE网络、过程层SMV采样值网络[2]。电子式互感器主要分为有源式和无源式,有源式包括罗氏线圈(无铁芯)和低功耗线圈(LPCT,含铁芯);无源式包括磁光玻璃和光纤等纯光学原理。合并单元是电子式互感器的重要组成部分,其作用是将电子式互感器数据规范处理,供保护、测控、计量等装置使用。合并单元按功能可分为间隔合并单元和电压合并单元。

二、智能化变电站与数字化变电站的区别

数字化变电站技术与智能化变电站技术的区别主要体现在智能化变电站的智能设备和智能功能上，智能变电站在数字化变电站的基础上，实现了诸多智能功能，具有更多的智能特征，如智能变电站可实现监控管理的一体化，充分利用大量的数字信息来完成一些分布功能、自动控制功能。智能变电站是数字化变电站的更进一步推进，从本质上讲，数字化变电站实现了变电站内一、二次设备的数字化，而智能变电站实现了变电站内一、二次设备的智能化，管理的自动化和监控、操作的人工神经智能化。智能变电站和数字化变电站的主要区别体现在以下几个方面：

（1）智能变电站一次设备状态监视与一次设备智能化。采用状态监视智能组件和传感器与一次设备组合，实现一次设备状态监测；采用测量、控制、状态监测等智能组件与主设备就地安装，实现一次设备智能化。

（2）一体化的信息平台、智能高级应用功能。建立变电站全景数据统一信息平台，实现设备状态可视化、智能告警及分析决策、远端维护等功能。

三、智能化变电站的模式

为了尽快实现智能化变电站的智能化的性能，智能化变电站所应具有的结构特点是：同综合自动化变电站一样，以面向对象设计为主，面向功能设计为辅，采用按对象设计的分层分布式模式，通信以以太网为主，现场总线和串口通信为辅，全开放式，所有智能电子设备通信接入。各智能单元及网络、监控后台基于IEC61850设计，以适应未来技术的进一步发展。

1.智能变电站的架构

智能化变电站的系统层面将面向全站或数个一次电气设备的相关信息，通过智能化的组件获取并综合处理，协调完成智能化变电站中相关联智能设备的综合信息，以智能化变电站和智能电网的安全稳定运行要求为指导，协调控制各个电气设备层以同时完成多种功能。电气设备层主要包括智能的一次设备、合并单元、智能终端等智能组件，其主要的功能是完成实时的运行电气量等相关参数的采集、设备相关运行状态的监测和控制以及使电气二次设备执行相关命令等。

2.智能化变电站的结构模式

智能化变电站系统将在IEC61850的通信技术规范的基础上，以分层分布式为基准，最大限度地实现智能化变电站内的智能电气一次设备和智能电气二次设备间的信息共享性和互操作性。变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即构架中的设备层和系统层，而在逻辑上可分为三层，根据IEC61850通信协议草案定义，这三个层次分别为过程层、间隔层和站控层。目前智能变电站设计模式主要有三种：

（1）基于站控层IEC61850模式。此模式与传统的变电站自动化系统类似，是采用IEC61850协议的过渡型数字化变电站。间隔层智能电子设备IED仍可被安装在间隔层设备上或集中组屏。过程单元与间隔单元之间的关系将保持原来的模式，IEC61850的衔接将在间隔层单元和智能变电站层单元间展开，按IEC61850标准进行设备建模和信息交换。

这种模式比较方便地解决了传统变电站中智能设备的互联及信息互操作问题，可以在不改变电气一次设备本体结构的前提下，实现一次设备的智能控制，实时性强且可靠性高，比现有的变电站数字化程度高。由于变电站智能设备的通信及功能被约束在IEC61850标准范围内，信息和通信符合国际标准，这使得整个通信系统中存在的每一个电气设备节点的信息量传输都将被标准化和常规化，具有理想的操作性，便于整个系统的维护和运行，系统的可扩充性能也将大幅度提高。相关二次电气设备会在现有的比较成熟的电气设备基础上完成改造，这就具有较高的实用性，特别适用于现阶段智能化变电站的推广和一些老站的改造。但其具有过程层仍是模拟信号设备，数字化不完整的缺点。

（2）基于传统互感器及过程层信息交换模式。这种模式在前一种模式的基础上将在线监测功能集成于一次设备本体，这就增加了网络信息交换过程中的信息量，但同时也利用了过程层进行网络信息的交换。可以利用单个间隔配置过程层的设备合并单元，在每个间隔内同时配置过程层的智能操作箱，这样就能将常规的一次电气设备的信息操作数字化和规范化，且与之相关的过程层智能电子的IED设备可以通过光纤以太网的对应间隔进行合并单元和智能操作箱的衔接。相关设备既可以采用点对点的方式连接，也可以采用网络总线的方式连接。这种模式的特点是用通信光缆代替了原来的基于传统的铜芯的电缆，建立了过程层的采样数据和被不同装置共享的通信数据，简化了接线的模式，使过程层的网络智能化。

（3）全信息交换的模式。这种模式是智能化开关设备的理想工作模式，这种工作模式最大的优点是采用先进的电子式互感器代替了原有的传统电磁互感器，由于电子式互感器的优势，这种工作模式必将在高压及超高压、特高压智能化变电站的发展中占据一席之地。

在现阶段前两种模式的实时性是很强的，根据相关的技术导则：对于传统的保护功能、测控功能、通信功能、状态监测功能与一次电气设备的集成，要充分考虑到传统的二次电气设备与一次电气设备融合的技术难度与复杂性，在现阶段，智能化技术尚未成熟，在变电站建设中仍然应是遥控装置与保护装置独立建设，状态监测的组件外挂在一次电气设备的附件中。现阶段的智能变电站试点工程的设备智能化宜尽量采用集成化的方案提出的设计思路和规范，而将来智能变电站大规模推广时，可采用不同的集成方案。

结束语

智能化变电站建设是智能电网建设的重要组成部分，随着国家电网公司相关智能化变电站试点工程的建设实施，智能变电站相关的技术将逐步成熟，大规模智能变电站的建设已为期不远。加强智能变电站技术的研究，对建设坚强的智能电网有重要的意义。

参考文献：

[1] 陈宏 . 智能变电站培训教材 [M]. 北京 : 中国电力出版社 ,2010.

[2] 钟连宏 , 梁异先 . 智能变电站技术与应用 [M]. 北京 : 中国电力出版社 ,2010.

[3]黄文化,李勇.IEC61850标准的技术及应用研究[J].现代电子技术,2010(21): 55 -58.

[4]王显平.变电站综合自动化系统运行技术[M].北京:中国电力出版社,2012.