智能化背景下多功能變電站的構(gòu)建及運(yùn)用

摘要：主要對(duì)變電站系統(tǒng)進(jìn)行研究，在變電設(shè)備、功能融合基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化布置，提升多功能變電站運(yùn)行效益。尤其是借助物聯(lián)網(wǎng)手段，將多元需求與技術(shù)手段完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)模式的調(diào)整和轉(zhuǎn)變，有效解決了傳統(tǒng)變電站只能輸配電問題，實(shí)現(xiàn)了資源的高效利用，為我國(guó)多功能變電站的建設(shè)和發(fā)展創(chuàng)造了新的契機(jī)。

關(guān)鍵詞：變電站;多功能;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);構(gòu)建;運(yùn)用

0 ? ?引言

作為我國(guó)電網(wǎng)的核心部分，變電站直接決定著輸配電的運(yùn)行效果和經(jīng)濟(jì)效益，是影響用電質(zhì)量的關(guān)鍵。傳統(tǒng)變電站建設(shè)過程中主要結(jié)合輸配電開展，并未對(duì)資源、功能等進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，導(dǎo)致變電站整體功能效益受到嚴(yán)重影響。多功能變電站在傳統(tǒng)模式基礎(chǔ)上，增加了供熱、供冷等增值服務(wù)需求，做到了“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”多元整合，實(shí)現(xiàn)了變電站向綜合能源服務(wù)商的深度轉(zhuǎn)型。

1 ? ?智能化背景下多功能變電站的構(gòu)建

1.1 ? ?傳統(tǒng)變電站結(jié)構(gòu)

當(dāng)前我國(guó)變電站主要依照ICE 61850標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置一、二次智能化設(shè)備，通過上述設(shè)備實(shí)現(xiàn)一次側(cè)和二次側(cè)電力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互并對(duì)系統(tǒng)中的二次回路數(shù)據(jù)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，提升系統(tǒng)的智能控制效果。而在變電站系統(tǒng)設(shè)置中主要形成“三層兩網(wǎng)”架構(gòu)，即在一次設(shè)備和二次設(shè)備基礎(chǔ)上構(gòu)建站控層、間隔層、過程層，形成前三者之間的數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡(luò)，完成傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交互及實(shí)時(shí)測(cè)控。

1.2 ? ?多功能變電站結(jié)構(gòu)

多功能變電站構(gòu)建的過程中要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，在物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上做好系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建，形成完整的云平臺(tái)、云應(yīng)用等，為用戶提供更多的綜合體驗(yàn)。與此同時(shí)，還需要做好多站融合體系的構(gòu)建，在傳統(tǒng)變電站架構(gòu)基礎(chǔ)上做好增值服務(wù)的設(shè)計(jì)，如形成緊湊的3+X模型，其具體狀況如圖1所示。

上述模型中將站控層中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)體系單獨(dú)建設(shè)成獨(dú)立的數(shù)據(jù)中心站，從數(shù)據(jù)中心站中構(gòu)建用戶需求數(shù)據(jù)、輸配電數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)服務(wù)數(shù)據(jù)單元，形成對(duì)應(yīng)的能源流、數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流，為變電站運(yùn)作提供有效數(shù)據(jù)支撐，完成一、二次設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換;在確定上述基礎(chǔ)功能后，由儲(chǔ)能站直接完成輸配電任務(wù)，結(jié)合多站融合目標(biāo)合理實(shí)現(xiàn)站內(nèi)變、儲(chǔ)能電站、站內(nèi)系統(tǒng)的多元整合。

這種運(yùn)行模式是當(dāng)前多功能變電站的主要模式，對(duì)上述各個(gè)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建時(shí)應(yīng)在具體需求基礎(chǔ)上實(shí)施相應(yīng)調(diào)整。如儲(chǔ)能站構(gòu)建時(shí)需強(qiáng)調(diào)發(fā)電側(cè)、配網(wǎng)側(cè)利用率狀況，在變電站接納能力范圍內(nèi)設(shè)置儲(chǔ)能比例，并結(jié)合利用率數(shù)據(jù)完成削峰填谷，即在用電低谷時(shí)期進(jìn)行儲(chǔ)能，在用電高峰時(shí)期進(jìn)行供能，減少多功能變電站可能出現(xiàn)的資源浪費(fèi)，提升其整體經(jīng)濟(jì)效益;在數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的過程中需對(duì)云計(jì)算和邊緣計(jì)算模式進(jìn)行運(yùn)用，從根本上提升數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理效益。我國(guó)已經(jīng)在2012年開始使用云端系統(tǒng)和海邊系統(tǒng)集成的新型云計(jì)算體系，在該基礎(chǔ)上對(duì)引入電力情況進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測(cè)，有效提升了數(shù)據(jù)分析的可靠性、準(zhǔn)確性，避免了數(shù)據(jù)中心由信息不匹配、數(shù)據(jù)計(jì)算不準(zhǔn)確等導(dǎo)致的系統(tǒng)問題，為我國(guó)多功能變電站建設(shè)打下了良好的根基。

2 ? ?智能化背景下多功能變電站的運(yùn)用分析

本次研究過程中主要以某區(qū)域多功能變電站項(xiàng)目為例，對(duì)其建設(shè)情況、運(yùn)營(yíng)效益等進(jìn)行分析，深入挖掘多功能變電站的實(shí)際應(yīng)用效果，確定其建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中的難重點(diǎn)。

2.1 ? ?項(xiàng)目建設(shè)情況

某多功能變電站主要服務(wù)于區(qū)域用電、供暖、供冷等“一站式”需求，構(gòu)建過程中采用國(guó)家電網(wǎng)公司2017版通用設(shè)計(jì)220-A3-4方案。建設(shè)中主要包括變電站、數(shù)據(jù)中心站、綜合能源站（儲(chǔ)能、光伏、充電）三部分，其中變電站采用戶內(nèi)布置，設(shè)置220 kV和110 kV輸配變裝置;數(shù)據(jù)中心站采用融合布置，設(shè)置在系統(tǒng)集控層一層;綜合能源站采用融合布置，位于區(qū)域北側(cè)，分別設(shè)置儲(chǔ)能、光伏和充電三部分獨(dú)立單元，保證各系統(tǒng)之間不會(huì)相互影響。其布置平面圖如圖2所示。

（1）變電站構(gòu)建：變電站系統(tǒng)建設(shè)過程中采用傳統(tǒng)變電站“三層兩網(wǎng)”架構(gòu)，分別設(shè)置220 kV、110 kV、10 kV主變，配置對(duì)應(yīng)架空線、保護(hù)裝置、絕緣管母線等，設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置、運(yùn)行監(jiān)測(cè)裝置、過電流保護(hù)裝置、繼電保護(hù)裝置等。為進(jìn)一步提升多功能變電站的經(jīng)濟(jì)性，在配電布置上選用220 kV與110 kV配電聯(lián)合布置，取消進(jìn)出線側(cè)隔離開關(guān)，選用快速接地開關(guān)代替。

（2）數(shù)據(jù)中心構(gòu)建：數(shù)據(jù)中心主要包括中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)傳輸電纜、通信裝置等。在設(shè)計(jì)的過程中嚴(yán)格依照國(guó)家規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)房進(jìn)行布置，遠(yuǎn)距離傳輸選用光纖實(shí)現(xiàn);智能電表采用RS485總線或載波傳輸;監(jiān)控裝置依照實(shí)際狀況合理選用光纖、網(wǎng)線等。數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)構(gòu)建中嚴(yán)格依照內(nèi)外業(yè)務(wù)隔離標(biāo)準(zhǔn)開展，避免出現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)泄露、用電數(shù)據(jù)泄露等。

（3）綜合能源站構(gòu)建：綜合能源站中分別設(shè)置對(duì)應(yīng)單元，各單元之間獨(dú)立運(yùn)作，其主要包括儲(chǔ)能集裝箱、光伏板、充電樁。儲(chǔ)能模塊由2個(gè)電池集裝箱和1個(gè)逆變升壓一體倉(cāng)構(gòu)成，必要時(shí)可以適當(dāng)增加，以提升儲(chǔ)能模塊的儲(chǔ)能效益;光伏板設(shè)置中需要對(duì)安裝角度進(jìn)行嚴(yán)格控制。本次施工過程中依照經(jīng)緯度情況選用5°傾角分散平鋪在配電裝置樓樓頂、10 kV配電裝置預(yù)制艙艙頂、儲(chǔ)能電池艙和PCS集裝箱箱頂、儲(chǔ)能站預(yù)留二層平臺(tái)以及充電樁車位頂棚上，其整體儲(chǔ)能達(dá)到光伏0.6 MW;充電樁采用島式布置，配置儲(chǔ)能模塊及線纜。

2.2 ? ?運(yùn)用效益分析

從整體角度來(lái)看，多功能變電站依照各站點(diǎn)定位對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行拓展和完善，實(shí)現(xiàn)了增值服務(wù)與傳統(tǒng)輸配電的高效融合，使我國(guó)變電站建設(shè)邁上了一個(gè)嶄新的臺(tái)階。

以區(qū)域工業(yè)用電價(jià)格為例，在多功能變電站投入使用前后，其工業(yè)峰谷平用電價(jià)格均出現(xiàn)明顯下降，為區(qū)域用戶用電帶來(lái)了便利。而綜合建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本、運(yùn)營(yíng)收入三方面數(shù)據(jù)，對(duì)總體凈收入進(jìn)行計(jì)算后，其10年運(yùn)營(yíng)期的凈收入約為3 348萬(wàn)元，具體如表1所示。

從上述經(jīng)濟(jì)收益結(jié)果來(lái)看，多功能內(nèi)容的整合是提升多功能變電站構(gòu)建效益的重中之重。為此，必須對(duì)多站融合中的各項(xiàng)綜合體系進(jìn)行整體考慮，如如何選用盈利模式，針對(duì)不同充電服務(wù)、邊緣數(shù)據(jù)、用戶使用情況等開發(fā)新型業(yè)務(wù)體系;如何做好邊緣數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享，借助新型智能化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)部的透明、公開，打破信息壁壘，提升多功能變電站的橫向管理成效等。這些都是在內(nèi)容整合中需要考慮的重點(diǎn)問題，只有保證供需一致，在該基礎(chǔ)上最大限度減少不必要的內(nèi)耗和投入，形成效益服務(wù)和精品服務(wù)，才能夠從根本上改善多功能變電站經(jīng)濟(jì)成效，推動(dòng)其全面建設(shè)和發(fā)展。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

多功能變電站構(gòu)建的過程中需要緊密結(jié)合用戶需求，從區(qū)域?qū)嶋H出發(fā)做好功能設(shè)計(jì)，在統(tǒng)籌規(guī)劃、多元參與、效益優(yōu)先、試點(diǎn)先行等基礎(chǔ)上合理構(gòu)建，這樣才能保證經(jīng)濟(jì)效益最大化。本項(xiàng)目建設(shè)過程中就積極采納用戶意見，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況進(jìn)行變電站各功能單元的設(shè)計(jì)，減少了不必要的資源投入和浪費(fèi)，達(dá)到了多功能變電站建設(shè)與區(qū)域需求完美融合的效果。

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收稿日期：2020-02-21

作者簡(jiǎn)介：黎嘉樂（1985—），男，廣東東莞人，中級(jí)技師，工程師，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與工程管理。