智能變電站淺析

【摘 要】智能變電站作為未來變電站的發(fā)展方向，已經(jīng)成為構(gòu)建智能電網(wǎng)的一個(gè)不可或缺的組成部分。本文介紹了智能變電站的概念，對(duì)其技術(shù)特點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行了說明，并對(duì)其發(fā)展情況進(jìn)行了分析展望。

【關(guān)鍵詞】智能變電站；IEC61850；技術(shù)特征；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的不斷發(fā)展，電力能源的需求及新能源的發(fā)展朝著智能、環(huán)保、安全、高效的智能電網(wǎng)方向發(fā)展。作為建設(shè)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐，智能變電站的發(fā)展已經(jīng)成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，其相關(guān)的理論及技術(shù)都在快速的發(fā)展中。在現(xiàn)代輸電網(wǎng)中，大部分傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等一次設(shè)備，以及保護(hù)、測(cè)量、控制等二次設(shè)備皆安裝于變電站中。作為銜接智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，智能變電站是智能電網(wǎng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調(diào)整電壓的重要電力設(shè)施，是智能電網(wǎng)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”三流匯集的焦點(diǎn)，對(duì)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)具有極為重要的作用。

一、智能變電站的定義

智能變電站是指采用先進(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、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)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。

技術(shù)上，智能變電站是由智能化一次設(shè)備（電子式互感器、智能化開關(guān)等）和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層（過程層、間隔層、站控層）構(gòu)建，建立在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行操作自動(dòng)化、變電站信息共享化、變電站分區(qū)統(tǒng)一管理、利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化電網(wǎng)調(diào)度和控制的基礎(chǔ)單元。

二、智能變電站的技術(shù)特征

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，設(shè)備信息數(shù)字化、功能集成化、機(jī)構(gòu)緊湊化、檢修狀態(tài)化是智能變電站的發(fā)展方向，運(yùn)維高效化是最終目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)智能變電站的高可靠性、綜合分析及自動(dòng)協(xié)同控制的功能，智能變電站需要具備以下技術(shù)特征：

（一）各類數(shù)據(jù)從源頭實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，真正實(shí)現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)共享。在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用智能化電氣測(cè)量系統(tǒng)，如光電/電子式互感器，實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的智能化應(yīng)用，并實(shí)現(xiàn)了由常規(guī)變電站的裝置冗余向智能化變電站的信息冗余的轉(zhuǎn)變，為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。它打破常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護(hù)、故障錄波、量測(cè)與計(jì)量等功能單一、相互獨(dú)立的裝置模式、改變了硬件重復(fù)配置、信息不共享、投資成本大的困局，實(shí)現(xiàn)了變電站由原來分散的二次系統(tǒng)裝置，轉(zhuǎn)變成為信息集成和功能合理優(yōu)化、整合的智能化設(shè)備。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，數(shù)字化電氣量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，可以有效地集成在智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中，按變電站機(jī)電一體化 設(shè)計(jì)理念進(jìn)行功能優(yōu)化組合和設(shè)備布置。對(duì)一、二次設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一建模，資源采用全局統(tǒng)一命名規(guī)則，變電站內(nèi)及變電站與控制中心之間實(shí)現(xiàn)了無縫通信，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)維護(hù)、配置和工程實(shí)施。

（三）變電站設(shè)備實(shí)現(xiàn)廣泛在線監(jiān)測(cè)，使得設(shè)備狀態(tài)檢修更加科學(xué)可行。在智能化變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、各種智能電子裝置IED（Intelligent ElectronicDevice）的故障和動(dòng)作信息及信號(hào)回路狀態(tài)。智能化變電站中將幾乎不再存在未被監(jiān)視的功能單元，在設(shè)備狀態(tài)特征量的采集上沒有盲區(qū)。設(shè)備檢修策略可以從常規(guī)變電站設(shè)備的”定期檢修”變成”狀態(tài)檢修”，這將大大提高系統(tǒng)的可用性。

三、智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在變電站自動(dòng)化領(lǐng)域中，智能化電氣的發(fā)展，特別是智能開關(guān)、光電式互感器機(jī)電一體化設(shè)備的出現(xiàn)使變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字化的新階段。智能化變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，根據(jù)IEC61850通信協(xié)議定義，這三個(gè)層次分別稱為“過程層”、“間隔層”、“站控層”。

所謂“過程層”就是由數(shù)字化變電站技術(shù)引進(jìn)的合并單元和智能終端組成。包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流 /電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨(dú)立的智能電子裝置。

間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)測(cè)控裝置、監(jiān)測(cè)功能組主 IED等二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，即與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出、傳感器和控制器通信。

站控層包括自動(dòng)化站級(jí)監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)面向全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。站控層功能宜高度集成 ，可在一臺(tái)計(jì)算機(jī)或嵌入式裝置實(shí)現(xiàn)，也可分布在多臺(tái)計(jì)算機(jī)或嵌入式裝置中。

四、結(jié)語(yǔ)

智能變電站是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐。在設(shè)備層面，其智能化主要體現(xiàn)在智能一次設(shè)備以及設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視等；在系統(tǒng)層面，其智能化主要表現(xiàn)為采集“全站、唯一、標(biāo)準(zhǔn)、同步”的全景信息、獲得基于全景信息的優(yōu)化控制結(jié)果并最終滿足智能電網(wǎng)的運(yùn)行要求。

智能變電站的智能化不僅僅體現(xiàn)在運(yùn)行、維護(hù)環(huán)節(jié)，還體現(xiàn)在工程實(shí)施環(huán)節(jié)，變電站建設(shè)模式也將獲得巨大改變。

目前，智能變電站的建設(shè)工作才剛剛開始，需要開展大量的研究與試點(diǎn)工作。完善的信息基礎(chǔ)設(shè)施是變電站智能化的重要保障。為此，需在變電站基礎(chǔ)信息的標(biāo)準(zhǔn)化、時(shí)間同步系統(tǒng)、高可用自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)等方面開展基礎(chǔ)性研究工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]胡學(xué)浩.智能電網(wǎng)-未來電網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（14）：1-5.

[3]趙虹霞，王震，鞏娜.智能變電站的發(fā)展現(xiàn)狀探討[J].大眾用電，2014，（7）：23-24.

作者簡(jiǎn)介：

沈煜強(qiáng)（1984.08）：男，漢族，福建詔安人，大學(xué)本科學(xué)歷，詔安縣供電有限公司，助理工程師，主要從事變電運(yùn)維工作。