智能变电站与关键技术研究

摘要：智能变电站内可应用的关键技术和智能变电站建设所需的主要技术手段入手，全面阐述了智能变电站的构建方式。目前，智能变电站的研究工作刚刚起步，集成的统一信息平台的构建尚未完成，硬件的集成技术以及软件的构件技术仅处于初步应用阶段。由于通信方式以及通信实时性、可靠性要求的制约，开放的控制策略的研究还有待时日。因此，未来智能变电站的研究工作任务繁重。作为智能电网的重要组成部分，智能变电站必须打破以往的专业壁垒，将先进的电力电子、通信、计算机、控制技术互相融合，才能最终达到资源优化配置的目标，实现智能变电站易集成、易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。

关键词：智能变电站；智能控制；信息安全；分布式电源；构件

中图分类号： TM63文献标识码： A

1 智能变电站关键技术

随着全球市场经济社会的飞速发展,世界各国的变电站规模不断扩大与融合,影响电力系统安全运行的不确定因素和潜在风险随之增加,而用户对电力供应的安全可靠性和质量要求越来越高。智能化变电站可以将先进的现代科学技术融入变电站自动化系统的应用中，通过对变电站内各种实时状态信息的获取和共享，高度集成了变电站内的各种功能，实现各种功能的灵活分布和重构。智能变电站中所应用到的各种先进技术不仅改变了变电站的传统架构，加强了变电站与电网内其他设备之间的信息交互共享，而且更好地实现了分层分布的控制管理方式，优化了站内的资源，进一步提高了变电站运行的可靠性和安全性。

1.1 硬件的集成技术

传统变电站中信息的采集和处理过程是通过中央处理器与芯片或设备的配合来完成的，大量数据计算和逻辑分析过程以及一些高级应用功能的实现都集中于中央处理器中，中央处理器性能的高低决定了各种功能实现的速度与质量，这里使用的中央处理器可以是DSP（Digital Signal Processing），ARM（Advanced RISC Machines）或CPU（Central

硬件的集成技术在智能变电站内的应用将会打破传统变电站设备的硬件设计理念，改变变电站硬件设备的布置格局，从而翻开变电站硬件设备设计新的一页。

1.2 软件的构件技术

智能变电站内的软件系统不仅能够实现传统的测控、信息管理等功能，而且还要将PMU、录波等功能进行集成，实现站内状态估计、区域集控、在线状态监测、远程维护、电能质量评估以及智能管理等高级功能，并且能够根据工程配置文件生成系统工程数据，实现变电站系统和设备系统模型的自动重构等功能。要实现上述功能，软件的构件技术的应用必不可少。

1.3 信息的管理存储技术

智能变电站采用具有自恢复能力的高速局域网构建全站统一的数字化信息平台，信息平台应具有自愈性故障恢复机制，有效保证智能变电站采集信息的服务质量。统一的数字化信息平台的构建体现了智能变电站信息集中管理的设计思想，信息的集中管理不仅为实现各种信息模型的集成、转换、调用和冗余等功能提供了方便，而且为一些简单的调度功能向变电站系统的下放提供了基础信息支撑和技术实现支撑。

1.4 标准的融合

智能电网内信息的数量和种类很多，采集渠道复杂。由于智能电网对于信息采集的设计理念的不同、算法的不同、模型的不同，导致网络内的信息差异巨大，难以充分交互利用。为了实现与智能电网的无缝通信连接，智能变电站内各种信息模型之间的转换与映射不可避免，这里就要进行标准融合。

1.5 分布式电源的保护控制技术

分布式电源的接入提高了智能电网的灵活性、效率和安全性，改变了配电系统单向潮流的特点，使传统的单电源辐射网络变成了一个多源网络。这使得智能变电站内保护设备之间建立起来的配合关系被打破，保护的动作行为和动作性能都将会受到较大的影响。针对大容量的分布式电源接入智能电网的保护算法的研究也是智能变电站继电保护的关键内容。

2 智能变电站的构建

2.1 体系架构

与传统变电站的体系架构相比，智能变电站的体系架构结构紧凑、功能完善，更加符合变电站技术今后的发展趋势。

智能变电站将传统一次、二次设备进行融合，由高压设备和智能组件构成其设备层，完成变电站内的测量、控制、保护、检测、计量等相关功能。设备层的设备采用高度集成的模块化硬件设计方式，很大程度上改变了变电站内信息采集、共享的模式。分散控制的设计思路保证了设备内各模块相互之间具有独立性，既可以分工合作，也可以独立完成一项功能，从而从最大程度上保证了硬件系统的可靠性。

2.2 智能设备

智能设备的概念是为了适应智能电网建设的需求而提出的，是满足智能电网一体化要求的技术基础。智能设备取消了传统一次、二次设备的划分，不但对传统变电站过程层和间隔层设备所具有的部分功能进行了集成，而且还能够利用实时状态监测手段、可靠的评价手段和寿命的预测手段在线判断智能设备的运行状态，根据分析诊断结果识别故障的早期征兆，并视情况对其进行在线处理维修等。

2.3 保护控制策略

传统的继电保护以“事先整定、实时动作、定期检验”为特征，这种保护控制策略越来越难以满足参数状态在不断变化的智能电网的要求。尤其是分布式能源的接入，动态改变了电力系统的运行方式和运行状态，传统保护控制方式很难适应这种多变的运行状态。为了解决这些问题，智能变电站必需采用开放的保护控制策略。

开放的保护控制策略指的是保护控制策略不再

事先固定，而是根据一定的原则随着电网运行参数的变化，动态调整保护控制策略，以满足智能电网在不同状态下的安全运行需求。开放的保护控制策略的制定需要针对不同粒度的控制系统来完成，策略的制定和执行客观上在智能变电站内部形成了一个分层分布式的控制系统。分层分布式的控制系统与分层分布的信息系统相对应，在不同层次上控制协调变电站系统运行，提高对变电站系统内故障与扰动的快速反应和决策能力，分散由控制所带来的系统风险。

2.4 测试仿真

智能变电站内的大多数自动化功能都需要通过网络传输的方式来实现，这就对变电站内的调试和运行检测设备提出了新要求，需要研究新的试验方式、手段，制定智能变电站技术相关试验及检测标准等。智能变电站的测试活动应贯穿于变电站开发的整个生命周期内。

智能变电站的测试包括系统测试和设备测试两个方面，系统测试主要是对监控系统、通信网络系统、对时系统、远动系统、保护信息管理系统、电能量信息管理系统、网络记录分析系统、不间断电源系统等子系统的测试；设备测试主要是对测量、控制、保护、检测、计量等相关功能的测试。

2.5 信息安全策略

信息安全问题是智能电网安全的核心问题之一，智能变电站作为智能电网的重要组成部分，其自身的信息安全与防护面临着来自多方面的严峻考验。对智能变电站内部以及其与电网内交互信息进行全面、系统的安全防护，利用有效的信息安全防护方法和策略消除安全隐患，合理规避信息安全风险，是保证智能变电站乃至智能电网安全稳定运行的关键问题之一。

智能变电站内部大量应用网络技术传输信息，其信息安全防御的策略的制定是一个系统性的问题，仅凭借单一的防御手段是不能有效解决问题的。因此，智能变电站需要构建一个以评估为基础，以策略为核心，以防护、监测、响应和恢复为技术手段和工具，以安全管理为落实手段的动态的多层次的网络安全架构，用来确保变电站内信息以及各种资源的实时性、可靠性、保密性、完整性、可用性等。

3 结语

综上所述，变电站是坚强电网的重要节点，是连接发电、输电和配电等环节的纽带，具有至关重要的作用。变电站涵盖了大量的电力系统一次及二次设备，是形成电力系统坚强网架的基础，探讨了智能变电站的体系架构、智能设备、保护控制策略、测试仿真和信息安全策略等方面的问题，总结了智能变电站实现的主要技术手段，并对智能变电站的应用前景进行了展望。

参考文献

[1] 曹楠，李刚，王冬青.智能变电站关键技术及其构建方式的探讨[J].电力系统保护与控制，2011，39（5）.

[2] 李瑞生，李燕斌，周逢权.智能变电站功能架构及设计原则[J].电力系统保护与控制，2010，38（21）.