智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)分析

王青山

（四川省電力公司內(nèi)江電業(yè)局，四川 內(nèi)江 641100）

隨著電力技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)在一些方面呈現(xiàn)出新的問(wèn)題，為解決這些問(wèn)題，智能電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)被人們提出。我國(guó)在"十二五"發(fā)展規(guī)劃中也提出發(fā)展中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略。

一、智能變電站的定義及其特點(diǎn)

定義：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)完成信息采集、測(cè)量等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)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)功能的變電站。

從《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》給出的智能變電站的定義我們可以看出：智能變電站建立在變電站數(shù)字化的基礎(chǔ)之上，以變電站的數(shù)字化為硬件基礎(chǔ)。智能變電站在數(shù)字化方面，通過(guò)采用先進(jìn)的非常規(guī)傳感器和高速安全的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)變電站保護(hù)、控制、調(diào)度、狀態(tài)等信息的全景采集，繼而建立基于全站全景信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)運(yùn)行，設(shè)備狀態(tài)檢修、運(yùn)行狀態(tài)自尋優(yōu)、智能分析決策等高級(jí)應(yīng)用功能，從而在最大程度上提高電網(wǎng)的自適應(yīng)能力和管理運(yùn)行水平。

二、智能變電站的測(cè)控技術(shù)應(yīng)用

1 非常規(guī)互感器在智能變電站中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的互感器具有不便于安裝、飽和會(huì)造成輸出失真、二次側(cè)存在短路或開(kāi)路問(wèn)題、需要采用ADC模塊才能與微機(jī)系統(tǒng)連接等一系列問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)電力系統(tǒng)中各種測(cè)量、保護(hù)、計(jì)量等功能的實(shí)現(xiàn)具有諸多不利的影響。隨著光電技術(shù)的發(fā)展和光纖通信技術(shù)的進(jìn)步，先進(jìn)的非常規(guī)互感器在智能變電站中得到應(yīng)用。非常規(guī)互感器的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)變電站運(yùn)行信息的全數(shù)字化實(shí)時(shí)采集，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣量的精準(zhǔn)測(cè)量，提高了電力系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)采集系統(tǒng)的抗干擾能力，對(duì)提高電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)的水平、改進(jìn)繼電保護(hù)性能等具有重要作用。2IEC61850通信規(guī)約的應(yīng)用

傳統(tǒng)變電站存在系統(tǒng)自我封閉，各個(gè)系統(tǒng)之間信息交互能力差等問(wèn)題，由各子系統(tǒng)構(gòu)成的"信息孤島"。上述問(wèn)題主要由不同廠家之間設(shè)備采用的通信規(guī)約復(fù)雜繁冗，各系統(tǒng)之間信息交互接口沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等因素造成。為此，智能變電站在信息交換和傳輸方面采用IEC 61850通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)約，對(duì)變電站內(nèi)的IED和測(cè)控裝置進(jìn)行統(tǒng)一的信號(hào)傳輸建模，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)信息量的全景采集和交換，形成基于一致性基礎(chǔ)信息的信息平臺(tái)系統(tǒng)，滿足裝置互換性要求，滿足變電站安全操作和與用戶互動(dòng)需求。

2 智能組件

智能組件承擔(dān)宿主設(shè)備的測(cè)量、控制、計(jì)量、監(jiān)測(cè)和保護(hù)等基本功能，作為各功能單元的結(jié)合，智能組件可以實(shí)現(xiàn)靈活配置。每一個(gè)智能組件都可以根據(jù)電氣設(shè)備在功能上的要求進(jìn)行合理的選擇和配置；智能組件可以實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)，也可以根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)分散獨(dú)立實(shí)現(xiàn)；而在智能組件的安裝問(wèn)題上，智能組件可以置于主設(shè)備本體之外，也可以內(nèi)嵌于主設(shè)備本體之間。這一系列的特征使得智能組件靈活、可靠、形式多變，能和電氣設(shè)備達(dá)到有機(jī)的結(jié)合。智能組件通信功能的設(shè)置使得電氣設(shè)備成為系統(tǒng)中的通信節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備的信息化，提升了系統(tǒng)內(nèi)部各電氣設(shè)備之間和外部其他系統(tǒng)的聯(lián)系，使得變電站內(nèi)的控制系統(tǒng)系統(tǒng)成為有機(jī)統(tǒng)一的整體。

三、智能化電氣設(shè)備在智能變電站中的應(yīng)用

智能電氣設(shè)備從技術(shù)特征來(lái)看：主要包括測(cè)量數(shù)字化，設(shè)備信息化，控制網(wǎng)絡(luò)智能化等。若從智能電氣設(shè)備在發(fā)展方面的特點(diǎn)來(lái)看，信息交互化和控制的智能化已經(jīng)在電氣設(shè)備的得到了初步的試驗(yàn)與應(yīng)用。

1 智能斷路器

傳統(tǒng)的斷路器在完成其本體功能上存在一系列的不足之處，如許多低電壓電力網(wǎng)中采用機(jī)構(gòu)三相聯(lián)動(dòng)的斷路器，這種斷路器無(wú)法實(shí)現(xiàn)類似綜合重合閘或交流電流過(guò)零點(diǎn)最優(yōu)時(shí)刻切斷電流等技術(shù)要求。而從斷路器內(nèi)部參數(shù)的檢測(cè)和內(nèi)部機(jī)構(gòu)的觀測(cè)來(lái)看，傳統(tǒng)斷路器也存在提供的信息量小，狀態(tài)不夠直觀等缺點(diǎn)。由此，智能斷路器對(duì)傳統(tǒng)斷路器在這些方面的不足進(jìn)行改進(jìn)。智能斷路器配有傳感器、電子控制決策裝置，執(zhí)行器，具有較高的性能，能夠完成更高的控制要求。

2 智能變壓器

智能變壓器是指能夠在智能系統(tǒng)環(huán)境下，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行交互的變壓器。其智能化主要依靠智能變壓器組件來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)和手段，將多種檢測(cè)裝置綜合在一起，實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的綜合數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理，為變壓器的狀態(tài)維護(hù)提供可靠依據(jù)。一方面，智能變壓器內(nèi)部植入的各類傳感器和執(zhí)行器在智能化單元的管理下，保證變壓器在安全、可靠、經(jīng)濟(jì)條件下運(yùn)行。變壓器在出廠時(shí)將該產(chǎn)品的各種特性參數(shù)和結(jié)構(gòu)信息植入智能化單元中，運(yùn)行過(guò)程中利用傳感器收集到實(shí)時(shí)信息，自動(dòng)分析目前的工作狀態(tài)。另一方面，智能變壓器具有通訊和數(shù)據(jù)處理能力，將變壓器的各種工況數(shù)據(jù)、位置信號(hào)經(jīng)處理后發(fā)送至數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并能夠接受各種對(duì)變壓器操作的數(shù)字指令。

四、智能變電站基礎(chǔ)上電網(wǎng)運(yùn)行功能提升

時(shí)下，智能變電站在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)新型問(wèn)題的解決方面將會(huì)發(fā)揮重要作用。在電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，繼電保護(hù)和控制、電力系統(tǒng)試驗(yàn)與檢修等方面，智能電網(wǎng)的投入運(yùn)行將會(huì)帶來(lái)新的變化。

1 自適應(yīng)繼電保護(hù)算法的應(yīng)用

傳統(tǒng)的繼電保護(hù)以"事先整定、實(shí)時(shí)動(dòng)作、定期檢驗(yàn)"為特征。這種保護(hù)控制策略即便在一些傳統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合也無(wú)法滿足系統(tǒng)要求，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)策略本身有著保護(hù)范圍隨運(yùn)行方式變化大，保護(hù)靈敏度受負(fù)荷影響大等一系列自身固有的缺陷。自適應(yīng)繼電保護(hù)雖然在原理上與傳統(tǒng)保護(hù)策略相比并沒(méi)有革命性的變革，但是保護(hù)在整定方式上卻發(fā)生了質(zhì)的變化，得益于現(xiàn)代高速數(shù)據(jù)傳輸處理技術(shù)的進(jìn)步，自適應(yīng)繼電保護(hù)能夠根據(jù)所采集到的電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息，對(duì)電網(wǎng)的狀態(tài)做出判斷，從而在線整定繼電保護(hù)裝置的各種參數(shù)，達(dá)到繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)限，靈敏度和保護(hù)范圍各項(xiàng)指標(biāo)的綜合尋優(yōu)。

2 電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修的發(fā)展

電氣設(shè)備的檢修已經(jīng)經(jīng)歷了事后檢修為主和預(yù)防檢修為主兩個(gè)階段。由于這兩種檢修策略存在檢修停電時(shí)間長(zhǎng)，停電檢測(cè)結(jié)果可能失真，檢修達(dá)不到連續(xù)進(jìn)行等缺點(diǎn)，電氣設(shè)備達(dá)不到當(dāng)修則修的要求。

現(xiàn)在，電氣設(shè)備的檢修策略正向狀態(tài)檢修發(fā)展，而智能變電站中非常規(guī)互感器的應(yīng)用和電氣設(shè)備信息網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展則為實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的狀態(tài)檢修提供了硬件平臺(tái)。狀態(tài)檢修以實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)在線狀態(tài)檢測(cè)和根據(jù)可靠數(shù)據(jù)采集的故障診斷為主。從目前的發(fā)展情況來(lái)看，狀態(tài)檢修仍然有許多應(yīng)當(dāng)改進(jìn)的地方，但是隨著技術(shù)的發(fā)展，它將慢慢普及并發(fā)展起來(lái)。

3 智能變電站具有智能分析決策能力

相較于傳統(tǒng)變電站，智能變電站強(qiáng)調(diào)其具有的智能分析決策能力。根據(jù)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用合適算法構(gòu)造解決問(wèn)題的推理機(jī)，向操作人員操作提出建議。智能變電站的智能分析決策機(jī)制應(yīng)建立變電站故障信息邏輯和推理模型，分類、過(guò)濾故障告警信息，實(shí)時(shí)分析和推理變電站運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)報(bào)告變電站異常并提出故障處理指導(dǎo)意見(jiàn)。對(duì)包括事件順序記錄信號(hào)及保護(hù)裝置、向量測(cè)量、故障錄波等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、多方位綜合分析，并將變電站故障分析結(jié)果以簡(jiǎn)潔明了的可視化界面綜合展示。

結(jié)語(yǔ)

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要支撐節(jié)點(diǎn)，建設(shè)智能變電站具有重大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。作為各項(xiàng)新技術(shù)推動(dòng)下的智能變電站，其發(fā)展必然會(huì)經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期的階段，而隨著智能電網(wǎng)和技術(shù)的進(jìn)步，關(guān)于智能變電站的技術(shù)規(guī)范也會(huì)在實(shí)踐中逐步完善。從而使智能變電站最終成為智能電網(wǎng)的建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]曹楠，李剛，王冬青.智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及其構(gòu)建方式的探討 [J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（5）.

[2]李瑞生，李燕斌，周逢權(quán).智能變電站功能架構(gòu)及設(shè)計(jì)原則[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（21）.