智能變電站對電力系統(tǒng)影響的分析

張萬菊，付金生

（國網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司,811200）

0 引言

在日益嚴(yán)峻的資源和環(huán)境壓力下，電網(wǎng)的發(fā)展必須要滿足高效的資源優(yōu)化配置，提高全天候運(yùn)行能力以及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要。在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的大背景下，世界各國對電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的研究已經(jīng)延伸到智能化的領(lǐng)域，尤其是歐美等西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)提出了比較成熟的智能電網(wǎng)建設(shè)方案，就我國而言，對于智能電網(wǎng)的發(fā)展主要是以特高壓為核心，配以新能源發(fā)展的思路。智能變電站是電網(wǎng)集中化、自動化以及智能化發(fā)展的一個核心環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)為電網(wǎng)提供數(shù)據(jù)和控制對象的功能，站內(nèi)擁有全自動一體化系統(tǒng)平臺，可以同時進(jìn)行大批量的信息交換。與傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站無論是在安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性等方面都有非常明顯的優(yōu)勢，因此，作為智能電網(wǎng)的核心和骨干，對于智能變電站的研究有著非常重要的意義。

1 智能變電站的基本結(jié)構(gòu)

智能變電站主要是采用先進(jìn)的電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及數(shù)字化平臺搭建的，具備自動采集信息、測量、控制以及保護(hù)等基本功能，同時還支持電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級功能。這里所說的自動觀測、控制、數(shù)據(jù)分析以及保護(hù)主要是指采用先進(jìn)的傳感測量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對整個電網(wǎng)的準(zhǔn)確感知，并且對其進(jìn)行有效監(jiān)控；對采集到的信息進(jìn)行及時的分析處理，提升系統(tǒng)的決策效率，然后根據(jù)數(shù)據(jù)信息的處理結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和故障修復(fù)等，因此也可以說，智能變電站是智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)和動力。智能變電站系統(tǒng)可以分為間設(shè)備層、隔層和站控層，各層之間通過光纜相互連接，實(shí)現(xiàn)智能變電管理的應(yīng)用。下面就對智能變電站各層次的特點(diǎn)進(jìn)行簡要分析：

（1）站控層

智能變電站系統(tǒng)中的站控層，主要包括計算機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器以及人機(jī)交互設(shè)備。站控層的主要功能是實(shí)現(xiàn)智能變電站系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測、應(yīng)急預(yù)警、操作鎖閉、自診斷功能以及日志記錄、繼電保護(hù)整定值變更、故障自動診斷與分析，以及智能變電站遠(yuǎn)程控制操作功能等，站控層通過光纖通訊系統(tǒng)與下一級間隔層保持聯(lián)系。

（2）間隔層

間隔層具體包括監(jiān)控設(shè)備以及繼電保護(hù)設(shè)備兩大類。間隔層設(shè)備在橫向上按間隔配置。間隔層設(shè)備在本間隔主要實(shí)現(xiàn)自動保護(hù)、錯誤預(yù)警以及錯誤自檢功能。其中，母線保護(hù)是使用分散式安裝技術(shù)，依照間隔安裝雙重化母線保護(hù)間隔層單元，并且通過光纖通訊系統(tǒng)與設(shè)備層保持聯(lián)系。

（3）設(shè)備層

智能變電擁有一系列高級設(shè)備，例如斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、信息處理接口、復(fù)合傳感器、分壓形VD以及羅果夫斯基TA等。智能變電站設(shè)備層的特點(diǎn)在于復(fù)合傳感器、分壓形VD以及羅果夫斯基TA的應(yīng)用。復(fù)合傳感器本身是一個組合體可以理解為一個整體，在這個組合體中，集成了2個及以上的檢測不同物理量的傳感器單元。這些傳感器單元信號可以各自單獨(dú)輸出通常為模擬信號，高級的則由組合體中嵌入的處理器測量后按照規(guī)定的格式集中輸出；分壓形VD是通過中間電極電位到高阻抗A/D變換單元的方式實(shí)現(xiàn)測量電壓及輸出信號的數(shù)字化；羅果夫斯基TA實(shí)質(zhì)上是一種原邊為單匝線圈，副邊為躲匝線圈的電流互感器，通過在環(huán)形抗磁鐵芯與高阻抗A/D之間的變換來實(shí)現(xiàn)輸出信號的數(shù)字化。由于羅果夫斯基TA與電流回路只是通過電磁場耦合，因此與主回路有良好的電氣絕緣，再加上這種線圈結(jié)構(gòu)簡單、易于加工和安裝，工作性能可靠，頻帶較寬，自身的上升時間可以做得很小，所以羅果夫斯基TA非常適合于測量脈沖電流。

2 智能變電站的主要技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)階段智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)主要有數(shù)字化、分散式以及集成化三種，以下就對智能變電站的三大技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析：

（1）數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)是智能變電站的核心要素，該技術(shù)融合了現(xiàn)代通信技術(shù)以及微電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能變電站一次設(shè)備的自動化控制，將斷路器、電流和電壓傳感器以及隔離開關(guān)的重新整合，通過資源與環(huán)境信息系統(tǒng)（Geo－Information system，GIS）實(shí)現(xiàn)對智能變電站一次設(shè)備的在線監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)，極大的提升了設(shè)備的穩(wěn)定性、高效性以及可靠性。

（2）分布式技術(shù)

智能變電站的分層技術(shù)主要體現(xiàn)在站控層、間隔層以及設(shè)備層這三個層次上。分布式技術(shù)特點(diǎn)在于可以很好地保護(hù)整個智能變電站系統(tǒng)，各個層次通過光通信技術(shù)和IEC-61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以及GOOSE組網(wǎng)方式進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的傳輸，這種方式可以不依賴智能變電站內(nèi)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，在極大地提升智能變電站系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的同時，還可以有效縮短設(shè)備安裝周期和電纜使用數(shù)量。

（3）集成化技術(shù)

集成顧名思義就是將若干個孤立的個體集中在一起，產(chǎn)生聯(lián)想，從而構(gòu)成一個有機(jī)整體。集成化技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用主要是通過集成化的智能組件，承擔(dān)變電站保護(hù)、控制、監(jiān)測以及測量等基本功能，在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的同時，還可以節(jié)約占地面積，縮短設(shè)備安裝周期。此外，傳統(tǒng)變電站測控/保護(hù)裝置內(nèi)部繁瑣的A/D變換回路，而是采用更加先進(jìn)的光電信號進(jìn)行互聯(lián)，促使測控/保護(hù)裝置更加緊湊、合理，在減少設(shè)備造價的同時還可以極大的提升智能變電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

3 智能變電站對電力系統(tǒng)的影響

2009年5月，國家電網(wǎng)公司正式提出了“建設(shè)堅強(qiáng)電網(wǎng)”的新概念，并且計劃在2020年基本建成堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，從此，便拉開了我國智能電網(wǎng)研究與建設(shè)的序幕。智能變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對電力系統(tǒng)有著非常重要的影響，以下就對智能變電站對電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行深入研究：

（1）電磁式和電子式互感器

互感器(instrument transformer)是按比例變換電壓或電流的設(shè)備。電磁式互感器的工作原理類似于變壓器，主要由鐵心和原、副繞組構(gòu)成，具有容量小、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但是電磁式互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。智能變電站并沒有使用傳統(tǒng)變電站的電磁式互感器，而是采用更加先進(jìn)的電子式互感器。電子互感器具有傳感單元和合并單元，傳感單元的作用是進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對變電站的高壓信號進(jìn)行收集整理，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號進(jìn)行傳輸；合并的單元則主要負(fù)責(zé)對傳感單元傳輸來的信號進(jìn)行同步合并處理。這種電子式互感器主要是由多個電流、電壓互感器組成，其信息傳輸量和被測量量成正比，因此在數(shù)據(jù)傳輸以及信息處理方面具有很高的精確度，很好地解決了電磁式互感器常見的“飽和”問題。

（2）智能組件帶來的強(qiáng)大功能

智能組件是智能變電站的核心部件，主要由智能設(shè)備構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級功能。例如對于智能開關(guān)的應(yīng)用，由于其具有智能控制、選相位分閘、機(jī)械儲能以及電容儲能間的相互轉(zhuǎn)換等功能，因此可以有效地提升變電站的在線監(jiān)測和診斷。在具體應(yīng)用過程中，可以將二次技術(shù)與現(xiàn)有的開關(guān)設(shè)備相結(jié)合，對于室內(nèi)的資源與環(huán)境信息系統(tǒng)采用GOOSE組網(wǎng)方式和智能開關(guān)柜相結(jié)合的方法，GOOSE組網(wǎng)方式可以直接將變電站的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)鏈路層上，可以有效的確保重要數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸。此外，GOOSE組網(wǎng)方式還可以使用廣播地址的方式進(jìn)行信息傳輸。

（3）光纖通信技術(shù)的應(yīng)用

光纖通信技術(shù)是對傳統(tǒng)變電站通信的一次重大升級，通過光纖通信技術(shù)可以簡化傳統(tǒng)光纜通信的接線模式，減小對電纜的依賴程度，在降低投資成本的同時，還有效地解決了電磁兼容的環(huán)境問題。在智能變電站的各間隔層中使用的GOOSE組網(wǎng)方式有效地實(shí)現(xiàn)了間隔的閉鎖、過負(fù)荷聯(lián)切以及母線失靈等保護(hù)功能。

（4）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的應(yīng)用

現(xiàn)階段在電力系統(tǒng)的建設(shè)過程中，對變電站自動化以及智能化的要求越來越高，為了方便變電站中各種IED的管理以及設(shè)備之間的互聯(lián)，就需要一種通用的通信方式來實(shí)現(xiàn)。而IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的應(yīng)用，無疑有效地解決了這一問題，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一國際標(biāo)準(zhǔn)，通過對設(shè)備的一系列規(guī)范化，使其形成一個規(guī)范的輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無縫連接?？梢哉f，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的應(yīng)用給智能電網(wǎng)的發(fā)展提供了科學(xué)的技術(shù)操作規(guī)范，同時也為智能變電站的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提供了理論支持。

4 結(jié)束語

綜上所述，電網(wǎng)發(fā)展直接關(guān)系到一個國家的經(jīng)濟(jì)命脈，在資源日益緊缺、環(huán)境逐漸惡化的影響下，電網(wǎng)發(fā)展遭到了前所未有的挑戰(zhàn)，因此，迫切要求智能電網(wǎng)的研究和發(fā)展。智能變電站是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的需要，對其進(jìn)行自動化升級和技術(shù)改造，以實(shí)現(xiàn)變電站智能化、高效化等特點(diǎn)。文章對智能變電站的核心結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，然后就智能變電站對電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行深入探討，得出智能變電站研究與發(fā)展的核心是要滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際需求，全面體現(xiàn)電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、自動化等特征。

[1]代文章.智能變電站建設(shè)對電力系統(tǒng)影響分析[J].電氣技術(shù)，2012-02-15.

[2]朱健.智能變電站電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置的采樣值處理與研究[J].南京郵電大學(xué)，2013-02-01.

[3]張躍麗.智能變電站二次系統(tǒng)可靠性及相關(guān)問題研究[J].上海交通大學(xué)，2013-01-01.

[4]李靜.智能變電站全場景試驗(yàn)系統(tǒng)仿真與測試軟件平臺研制[J].電子科技大學(xué)，2012-04-01.

[5]劉益青.智能變電站站域后備保護(hù)原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[J].山東大學(xué)，2012-10-15.