智能變電站建設(shè)對電力系統(tǒng)影響分析

代文章

（寧夏石嘴山供電局，寧夏，石嘴山 753000）

當(dāng)今世界各國電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的最新動向就是智能電網(wǎng)，也是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的重大科技發(fā)展方向，世界各國都提出了不同的智能電網(wǎng)特點和建設(shè)方案，歐美國家主要是針對智能配電網(wǎng)進行建設(shè)，而我國提出建設(shè)以特高壓為骨干的、推動新能源發(fā)展的堅強智能電網(wǎng)。盡管各國對智能電網(wǎng)的定義和建設(shè)思路不同，但智能電網(wǎng)的核心和骨干都是智能變電站，因此智能變電站的建設(shè)在構(gòu)建智能電網(wǎng)中尤為重要。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站在安全性、成本、環(huán)境影響和維護方面都有著絕對的優(yōu)勢，因此，作為變電站的發(fā)展方向和智能電網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)要求，智能變電站建設(shè)對推進智能電網(wǎng)的構(gòu)建具有重要的意義，本文分析了智能變電站建設(shè)對電力系統(tǒng)的影響。

1 智能變電站的建設(shè)模式

智能變電站是采用可靠、先進、低碳、環(huán)保的智能組件，以全站信息的數(shù)字化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化和信息通信的網(wǎng)絡(luò)化作為基本要求，對信息自動完成采集、計量、控制、監(jiān)測、保護并進行控制等功能，并可根據(jù)智能電網(wǎng)的要求配合完成智能調(diào)節(jié)、友好互動、新能源接入和用戶協(xié)同互動的高級變電站?，F(xiàn)階段智能變電站的建設(shè)模式有數(shù)字化智能變電站模式、分散式智能變電站建設(shè)模式和集中式智能變電站建設(shè)模式三種。下面分別介紹各模式的特點。

1.1 數(shù)字化模式

這種模式是以數(shù)字化變電站為核心，實現(xiàn)一次設(shè)備的智能化和二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化為目標(biāo)，構(gòu)建在IEC61850通信規(guī)約的基礎(chǔ)上，在變電站內(nèi)實現(xiàn)信息的共享和互操作功能。通常數(shù)字化智能變電站要求每個間隔完成保護、測量等功能時都需要多臺設(shè)備協(xié)同工作，這種建設(shè)模式雖然實現(xiàn)了智能變電站的基本功能，但由于其造價高、設(shè)備利用率低而急需進一步完善和改進。

1.2 分散式模式

國家電網(wǎng)公司針對不同電壓等級的變電站提出了不同的智能化建設(shè)方案，其中針對110kV及以上的智能變電站采用分散式的模式。這種模式更強調(diào)保護系統(tǒng)的重要性，保護是基于間隔建設(shè)的，采樣數(shù)據(jù)的傳輸基于IEC-61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)并以GOOSE組網(wǎng)的方式傳輸，這樣就使整個保護系統(tǒng)的可靠性大為提高，可不依賴于變電站內(nèi)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，整個自動化系統(tǒng)的間隔被分為了保護間隔和測控間隔兩部分。因此該模式造價高，特別適用于高電壓等級的或重要的變電站。

1.3 集中式模式

由于 35kV及以下變電站對于智能化的要求與高電壓等級變電站不同，因此其智能化的建設(shè)模式也不一樣，35kV及以下變電站宜采用集中式的智能化建設(shè)方式。整體的結(jié)構(gòu)也同樣是三層結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)絡(luò)，同時為節(jié)約資金，在站控層可將監(jiān)控、管理、安防等集約在一起；在間隔層以兩臺主機實施全站保護，同時集約母差保護、備自投、智能后備保護和接地選線等功能；在過程層用智能化的組件代替智能終端、簡單保護、合并單元、狀態(tài)檢測等設(shè)備。

2 智能變電站建設(shè)對電力系統(tǒng)影響

2.1 電磁式和電子式互感器

與傳統(tǒng)變電站的電磁式互感器不同，智能變電站建設(shè)使用了電子式互感器，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群途龋鉀Q了電磁式互感器的“飽和”問題。電子互感器是由多個電流、電壓互感器組成的裝置，其傳輸?shù)男畔⒘颗c被測量量成正比，通常一組電子式互感器與一臺合并單元組合實現(xiàn)其功能。電子式互感器的基本構(gòu)成圖如圖1所示。

圖1 電子式互感器的基本構(gòu)成圖

通常傳感單元和合并單元共同組成了電子式互感器。其中傳感單元為遠程裝置，安裝在變電站的一次側(cè)，負責(zé)高壓信號的采集和整理，并將高壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。合并單元通常安全在二次側(cè)，負責(zé)同步合并處理傳感單元遠程傳輸?shù)男盘枴?/p>

2.2 智能組件的應(yīng)用

智能組件是由智能設(shè)備組成的，為實現(xiàn)某一功能而應(yīng)用的智能設(shè)備集合。由于智能組件涉及智能設(shè)備較多，本文只分析智能開關(guān)設(shè)備對電力系統(tǒng)的影響。智能開關(guān)設(shè)備是具備了傳統(tǒng)的開關(guān)和控制功能的基礎(chǔ)上，增加了智能化的監(jiān)測、診斷等功能，具體包括：智能控制、選相位分閘、機械儲能和電容儲能間的轉(zhuǎn)換，機械傳動力和電機驅(qū)動力之間的轉(zhuǎn)換等。在具體實施的過程中可利用現(xiàn)有的開關(guān)設(shè)備，結(jié)合已成熟的二次技術(shù)，對于室內(nèi)的GIS系統(tǒng)采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)和智能開關(guān)柜相結(jié)合的方法，對于AIS系統(tǒng)，采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)和智能終端相結(jié)合的方法，GOOSE網(wǎng)絡(luò)可直接將數(shù)據(jù)映射到網(wǎng)絡(luò)鏈路層上，這樣就確保了重要信息的優(yōu)先傳輸，同時可以使用廣播地址對信息進行多路的發(fā)送和傳遞。

2.3 光纖的使用

智能變電站采用光纖的通信介質(zhì)取代了傳統(tǒng)的電纜通信介質(zhì)，通過光纖傳輸采樣值和開關(guān)狀態(tài)至一次設(shè)備，減少了信息傳輸對電纜的依賴程度，簡化了接線模式并降低了施工的成本，很大程度上改善了電磁兼容的環(huán)境問題，各間隔間使用的以太網(wǎng)GOOSE通信實現(xiàn)了間隔的閉鎖、過負荷聯(lián)切和母線失靈保護等功能。

2.4 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的使用

IEC61850是變電站自動化系統(tǒng)通信所采用的國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，采用開放式的IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)有利于實現(xiàn)信息的互操作和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化。IEC61850可使得智能變電站的通信標(biāo)準(zhǔn)化，提供了面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)和適應(yīng)性的操作技術(shù)，適應(yīng)快速發(fā)展的通信技術(shù)，為智能變電站的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提供了保障。

2.5 保護功能的強化

智能變電站采用實用的圖模庫和庫克隆一體化技術(shù)，通過雙網(wǎng)雙工或雙網(wǎng)熱備用的方式冗余實現(xiàn)了提高通信系統(tǒng)可靠性的要求，將保護功能獨立出來，強化了保護的通信結(jié)構(gòu)和通信方式，根據(jù)保護配置原則進行冗余和信息管理系統(tǒng)的結(jié)合，強化了保護功能。同時采用面向間隔的原則合理分配一二次智能設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)，主保護和備用保護分開或雙重化的保護獨立組屏，保證屏幕界限清晰且具有軟硬件隔離的特點，方便了保護設(shè)備的運行和維護。

3 結(jié)論

現(xiàn)階段我國智能變電站的建設(shè)技術(shù)正在高速的儲備和快速的發(fā)展，作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)和核心，智能變電站將推動變電站自動化程度更一步提高，解決電磁兼容問題，減少電纜的使用程度，大幅度降低相應(yīng)的運行和維護成本。智能變電站的建設(shè)應(yīng)從生產(chǎn)上的迫切需求出發(fā)，綜合考慮技術(shù)上和成本上的可能性，積極探索，穩(wěn)步開展。

[1]陳樹勇,宋書芳.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù), 2009,33(8):1-7.

[2]高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國電力出版社, 2008.

[3]郝曉光.智能變電站應(yīng)具有的功能及建設(shè)策略分析[J].河北電力技術(shù), 2009(11): 27-29.

[4]蘇永春,吳素農(nóng).江西電網(wǎng)智能變電站研究及建設(shè)展望[J].江西電力, 2009(5): 1-5.

[5]劉嬌,劉斯佳,王剛.智能變電站建設(shè)方案的研究[J].華東電力, 2010,38(7): 0974-0977.