智能變電站自動化系統(tǒng)的設計與優(yōu)化

張帆

摘 要：變電站是電網(wǎng)的基礎節(jié)點，加快變電站智能化建設布局是推動電網(wǎng)自動化建設的重要一環(huán)。我國是能源消耗大國，對于各種能源尤其是電力這一基礎性能源的需求更是十分巨大，積極做好電網(wǎng)建設布局對于保障電力的合理、正常供應有著極為重要的意義。變電站作為電網(wǎng)建設中的重點應當優(yōu)化布局并積極做好智能化建設，以變電站自動化、智能化來推動電網(wǎng)智能化進程，提高電力運行管理的效率與質量。新時期，智能變電站建設面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)，面對新的需求應當積極研究并設計一套智能變電站自動化系統(tǒng)新方案，新方案中將著重采用間隔縱向集成技術用以更好的實現(xiàn)對于變電站監(jiān)控、保護的實現(xiàn)，提高系統(tǒng)的自動化、智能化程度。

關鍵詞：智能變電站；電網(wǎng)；間隔縱向集成技術

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0081-02

Abstract： Substation is the basic node of power grid. Speeding up the intelligent construction layout of substation is an important link in promoting the automation construction of power grid. China is a big energy consumer. For all kinds of energy， especially power， the demand of this basic energy is very huge， and actively do a good job in power grid construction layout is of great significance to ensure the reasonable and normal supply of electricity. Substation as the focus of power grid construction should optimize the layout and actively do intelligent construction， substation automation， intelligent to promote the process of grid intelligence， improve the efficiency and quality of power operation and management. In the new era， the construction of intelligent substation is faced with new opportunities and challenges. In the face of new demands， we should actively study and design a new scheme of intelligent substation automation system. The new scheme will focus on the use of interval vertical integration technology， in order to better achieve the substation monitoring， protection， and improve the degree of automation and intelligence of the system.

Keywords： smart substation； power grid； spacer vertical integration technology

前言

智能變電站建設是推進電網(wǎng)智能化建設的重要途徑與方式之一，智能變電站建設將以變電站自動化為基礎，輔助以信息監(jiān)控、管理系統(tǒng)用以保障電網(wǎng)能夠更好的對各智能變電站進行調度、管理。在智能變電站系統(tǒng)的建設中將以自動化系統(tǒng)作為建設的核心，著重對變電站自動化系統(tǒng)中的功能分布、網(wǎng)絡結構以及調度間的信息交互方式等進行勾畫和建設，以間隔縱向集成技術為應用重點來進行智能變電站的建設。

1 智能變電站建設的核心需求

智能變電站是智能電網(wǎng)的構建基礎同時也是智能電網(wǎng)運行管理的重要節(jié)點。智能變電站在運行過程中應當滿足智能電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運行的核心需求，以無人值守和設備全壽命周期內(nèi)易于運行維護為建設的重點，支撐調控一體化運行保障智能電網(wǎng)自動化運行的安全性與可靠性。智能變電站自動化運行的核心依靠的是運行系統(tǒng)的監(jiān)控、保護功能，在現(xiàn)今應用于智能變電站中的保護、監(jiān)控功能實現(xiàn)需要較多的環(huán)節(jié)，其主要有智能終端、間隔層保護、測控裝置以及通信環(huán)節(jié)等幾大部分所組成，各層級之間相互協(xié)助共同做好對于智能變電站的監(jiān)控、保護。保護層級的增多也會帶來極大的冗余，導致智能變電站監(jiān)控、保護所需要的整體響應時間較長致使智能變電站的可靠性和速動性相較于傳統(tǒng)的保護方式有所降低，且各層級之間需要做好各功能部分的橫向耦合，加大了智能變電站實現(xiàn)的難度與復雜性。在智能變電站的建設中需要從減少功能實現(xiàn)環(huán)節(jié)和功能解耦的角度出發(fā)探討智能變電站內(nèi)各功能裝置的布局用以提高智能變電站內(nèi)各裝置功能實現(xiàn)的可靠性和快速性。智能變電站的安全穩(wěn)定運行離不開良好的通信，在智能變電站內(nèi)通信的實現(xiàn)與布設上多采用的是獨立雙網(wǎng)實現(xiàn)冗余，以更好的增強智能變電站通信系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。智能變電站自動化控制依靠的是大量的信息傳輸與共享，智能變電站通過與上位控制系統(tǒng)相連接通過智能變電站對自身所運行的相關數(shù)據(jù)進行采集并將其反饋至上位控制終端用以實現(xiàn)對智能變電站運行情況的實時動態(tài)監(jiān)控。在智能變電站與上位控制終端的信息交互中受制于遠動通信規(guī)約傳輸容量和調度系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量的限制，智能變電站在數(shù)據(jù)傳輸中無法囊括其所有的數(shù)據(jù)，而是需要在眾多的數(shù)據(jù)中有選擇性的進行傳輸。在智能變電站的開發(fā)傳輸中需要積極做好主子站系統(tǒng)之間通信能力的研究，提高兩者之間的信息通信與交互能力從而使得智能變電站能夠向調度站傳輸更多、更全面的信息用以方便電力調度站的工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)信息來對智能變電站進行調度控制。智能變電站是智能電網(wǎng)中的重要分支，長期以來智能變電站與智能電網(wǎng)之間所采用的分立建設模式使得智能變電站與智能電網(wǎng)之間缺乏統(tǒng)一的設計、規(guī)劃使得分布式應用的應用策略、交互接口等未能進行良好的統(tǒng)一，致使智能變電站現(xiàn)有應用無法與上位調度主站的應用實現(xiàn)廣域協(xié)同，智能變電站通過優(yōu)化設計將傳統(tǒng)變電站中所需要的大量電纜回路轉換為網(wǎng)絡虛回路使得變電站的可控性和效率大幅提高，但是由于缺乏直觀有效的展示手段對智能變電站的運行管理維護帶來了極大的不便，在智能變電站進行改擴建或是設備更換時，需要對智能變電站中的配置描述文件進行更新。為簡化智能變電站的維修，提高智能變電站的故障處理效率需要對智能變電站的運行系統(tǒng)進行簡化、優(yōu)化，用以更好、更方便的服務于現(xiàn)今的運行維護體系，減少智能變電站中的控制裝置與控制端子的數(shù)量，降低虛端子關聯(lián)復雜度以使得智能變電站的控制系統(tǒng)具有更高的維護和擴建能力。

2 智能變電站控制系統(tǒng)的架構與優(yōu)化

智能變電站系統(tǒng)要求具有較高的集成性，在傳統(tǒng)智能變電站自動化控制系統(tǒng)的基礎上通過將線路間隔的部分間隔層設備與過程層設備進行縱向整合，用以簡化、優(yōu)化設備之間的通信層級，提高設備的控制效率。對智能變電站的網(wǎng)絡架構構建冗余層采用雙網(wǎng)控制模式，用以有效的提高智能變電站監(jiān)控、控制的穩(wěn)定性與可靠性，并對智能變電站的監(jiān)控功能采用面向服務的統(tǒng)一設計。在具體的設計中將對功能實現(xiàn)環(huán)節(jié)和虛端子數(shù)量進行優(yōu)化，簡化層級并降低功能實現(xiàn)環(huán)節(jié)和虛端子的數(shù)量，用以使得網(wǎng)絡冗余性和變電站對各級調控主站的支撐能力得到大幅的提升。某220kV智能變電站自動化系統(tǒng)結構如下圖1所示。

在新型的智能變電站自動化架構中，通過提高智能變電站自動化控制系統(tǒng)間隔層和過程層功能的集成度將能夠使得智能變電站自動化控制的設備數(shù)量、功能實現(xiàn)環(huán)節(jié)以及配置工作量等得到大幅度的降低和簡化，從而使得智能變電站自動化系統(tǒng)的可靠性和可維護性得到較大幅度的提高。優(yōu)化后的智能變電站自動化所采用的PRP協(xié)議能夠實現(xiàn)雙網(wǎng)信息的無縫切換以使得雙網(wǎng)通信能夠更快、更好的實現(xiàn)。智能變電站中的站控設備層主要用以對主站提供支撐服務，與調控主站相配合共同構建起面向服務的體系架構SOA，用以使得智能變電站自動化系統(tǒng)對于主站具有良好的支撐能力。

智能變電站自動化的集成優(yōu)化中所采用的縱向間隔主要是通過將智能集成優(yōu)化將間隔層保護、測控等功能在一套裝置中加以實現(xiàn)，并對智能變電站自動化系統(tǒng)的測控計算、出口輸出等進行保護。優(yōu)化后的智能變電站自動化系統(tǒng)以“點對點”的網(wǎng)絡傳輸方式實現(xiàn)信息的傳輸與信號控制，通過接收變電站其他設備的GOOSE控制報文進行出口控制，通過這一方式能夠使得保護、測控功能實現(xiàn)環(huán)節(jié)得到更大的簡化和優(yōu)化，以使得就地保護速動性和可靠性的大幅提升。母線差動保護以“點對點”方式通過GOOSE或是SV報文和間隔縱向集成裝置通信。在220kV智能變電站自動化系統(tǒng)中，需要對高壓線路進行單獨設置，其對于高壓線路的測控和保護需要在不同的裝置中加以實現(xiàn)，用以提高智能變電站自動化對高壓線路保護、測控功能的解耦，在提高線路運行管理效率、穩(wěn)定性的同時更加便于運行維護。

3 智能變電站自動化系統(tǒng)中的關鍵技術

智能變電站自動化系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)需要所使用的關鍵技術有以下幾種：面向間隔的縱向集成裝置實現(xiàn)技術，縱向集成裝置將智能終端、保護、測控等功能模塊進行了集成，集成化程度的提高將對智能變電站自動化所使用的硬件設備提出更高的要求?？刂朴布粌H要求具有更高性能的處理器且要求各功能模塊之間的交換接口更高效，在接口方案中可以選擇同步傳輸技術或是串行傳輸技術或是基于以太網(wǎng)的交換式傳輸技術等。選用何種技術應當結合相應的需求進行針對性的選取。針對220kV及以上智能變電站自動化集成，應當從優(yōu)化智能變電站自動化信息流路徑、提高硬件設備的響應速度與可靠性等方面入手用以構建高性能的智能變電站自動化控制系統(tǒng)。而對于110kV及以下智能變電站自動化系統(tǒng)的構建上應當做好智能變電站數(shù)據(jù)采集、控制、在線監(jiān)測與控制保護等功能的集成，通過高精度的測算與整合用以對智能變電站進行高精度的測控與監(jiān)測。

智能變電站最大的優(yōu)勢是無人值守，通過遠端實現(xiàn)智能變電站的在線監(jiān)測與自動調度。新時期在智能變電站自動化構建上需要加強智能變電站遠方全景觀測技術的研發(fā)與應用提高智能變電站的監(jiān)視水平用以保障智能變電站的安全、高效的運行。在智能變電站自動化系統(tǒng)的構建上，電網(wǎng)分布式應用有助于解決信息分布所帶來的調度集中應用性能不足和可用性的難題，優(yōu)化電網(wǎng)布局與控制性能。電網(wǎng)分布式應用相比于傳統(tǒng)的集中式應用在系統(tǒng)構成上更趨復雜，通過統(tǒng)一設計用以增強智能變電站的數(shù)據(jù)冗余性和快速處理能力，實現(xiàn)智能變電站自動化系統(tǒng)中主、從站應用之間的相互互補，提高智能變電站自動化的性能。

4 結束語

智能變電站自動化性能的提升對于提高變電站的自動化水平、優(yōu)化變電站的管理有著極大的提升。新時期，應當積極加強對于智能變電站自動化的研究與應用，構建新型智能變電站自動化系統(tǒng)與體系，實現(xiàn)智能變電站自動化標準的規(guī)范、統(tǒng)一。

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