智能變電站原理分析及發展前景預測

盧卓群，陳祝新，王 濤

（國網朝陽供電公司，遼寧 朝陽 122000）

智能變電站原理分析及發展前景預測

盧卓群，陳祝新，王 濤

（國網朝陽供電公司，遼寧 朝陽 122000）

主要介紹了智能變電站的研究背景、發展方向、與常規變電站的區別以及智能變電站與智能電網的關系。根據目前智能變電站建設情況，分析新一代智能變電站的研究與建設必要性，對未來智能變電站的發展趨勢進行了預測。

智能電網；智能變電站；智能設備；新能源

國家電網公司一直高度關注國際電網技術發展方向，對世界電網智能化發展趨勢高度關注和連續跟蹤。而智能變電站是智能電網的關鍵，是建設堅強智能電網的核心平臺之一。智能變電站作為統一堅強智能電網的重要基礎和節點支撐，是必不可少的建設內容。

2009年7月，國家電網公司開始啟動智能變電站2批試點工程。2011年全面推廣建設智能變電站。但智能變電站技術仍有較大的優化提升空間。目前，智能變電站、數字化變電站對于IEC61850與61970標準的綜合協調問題解決不充分，智能化的實施主要局限在自動化系統本身，對于計量部分沒有充分考慮。變電站沒有形成更多的智能應用，缺乏檢驗、試驗評估體系，生產上主要依賴設備生產廠家，總體上處于試驗階段［1］。

2012年初，國家電網公司啟動新一代智能變電站的研究工作，在公司科技部的統一安排下，歷時8個月，提出了新一代智能變電站概念設計方案［2］。方案以“系統高度集成、結構布局合理、裝備先進適用、經濟節能環保、支撐調空一體”為目標，以功能需求為導向，遠近結合，既有創新，又具有可操作性。從被動的選擇已有產品轉為主動引導設備研制，構建了以集成化智能設備、一體化業務系統及站內統一信息流為特征的新一代智能變電站［3］。

1 智能變電站研究背景

伴隨全球能源、資源日益緊張，化石能源日漸枯竭，霧霾等重度污染天氣越來越多，采用一種新的模式，將互聯網技術和可再生能源結合起來。智能電網、新能源、大型能源基地以及分布式電源的出現，構建了能源互聯網，而智能變電站則為智能電網的建設提供了有力支撐。

2 未來變電站發展方向

a.靈活可控、友好互動。新的清潔能源的出現，越來越多的電動汽車以及分布式電源等多元化用戶將大量接入，電力流和信息流也將由傳統的單向流動模式向雙向互動模式轉變。

b.更加安全可靠。隨著電能在終端能源消費中的比例日益提高，對電網依賴程度大大增加。大電網運行與控制的復雜程度高，發生連鎖性事故和大面積停電的風險日益加大［4］。

未來變電站在現有智能變電站基礎上，進一步梳理、整合、挖掘、提升功能性需求。實現智能變電站設計、建設、運維的理念、技術、設備、管理等全方位的重大突破與創新，實現高度集成、融合的變電站全新建設與管理模式。

3 智能變電站設備功能要求

3.1 一次設備

智能變電站要求高可靠性、盡可能免維護的一次設備，電子互感器必須集成到一次設備。

3.2 智能組件基本功能要求

智能變電站要求智能組件必須測量數字化、控制網絡化、狀態可視化，可集成計量、保護功能；就地安置在宿主設備旁邊；支持在線調試［6］。

3.3 測量單元

二是逆周期監管中通過確定最低資本充足率水平來緩釋順周期性。資本充足率是指一個金融機構在運營過程中的資本總額對其風險加權資產的比率，是保證金融機構在市場中正常運營和發展所必需的資本比率。在經濟運行過程中，各國金融監管部門都會根據經濟形勢的變化運用自由裁量權來確定金融機構資本充足率的管制，以緩釋監管中帶來的順周期性。在經濟下行時監管部門會降低金融機構的最低資本充足率,在經濟上行時監管機構會提高資本充足率。最低資本充足率的確定，直接影響著金融運行中的安全與周期性問題。

智能變電站要求測量單元統一斷面實時數據同步采集，帶精確的絕對時標基于三態數據（穩態、暫態、動態）的綜合測控，進行全站數據的統一采集及標準方式輸出。

3.4 控制單元

智能變電站要求控制單元具有全站防止電氣誤操作閉鎖功能，具有本間隔程序化操作功能。

3.5 保護單元

智能變電站要求保護單元遵守繼電保護基本原則，雙重化配置的雙套保護，其信息輸入輸出環節應完全獨立，采用電子式互感器時，應優化保護原理判據，提高性能［7］。

3.6 監測單元

智能變電站要求監測單元擴展自診斷范圍，提高準確性和時效性，具有通過傳感器自動采集和從生產管理系統自動復制獲取設備狀態信息的能力。傳感器可外置、內置，傳感器的接入應不影響高壓設備的安全運行。

3.7 計量單元

智能變電站要求計量單元必須準確、完整、可靠、及時、保密，另外分時段、需量電能量自動采集、處理、傳輸、存儲，針對不同計量單元特點制定各方認可的檢定和溯源規程。

3.8 通信單元

智能變電站要求通信單元具有完全自描述的通信信息與模型，報文丟包及數據完整性甄別功能，能夠按照優先級傳送網絡數據，流量可控，并采用信息安全技術。

4 智能變電站系統功能要求

4.1 系統功能

智能變電站的系統功能應高度集成一體化，數據源應統一、標準化、網絡共享，智能設備之間應實現進一步的互聯互通，支持采用系統級的運行控制策略［8］。

4.2 源端維護

智能變電站源端維護時，要求在變電站利用統一配置工具進行配置，生成標準配置文件。監控系統與調度、集控系統可自動獲得變電站標準配置文件，并自動導入到自身系統數據庫中。

4.3 設備狀態可視化要求

應采集主要一次設備（變壓器、斷路器等）狀態信息，進行可視化展示并發送到上級系統，為電網實現基于狀態監測的設備全壽命周期綜合優化管理提供基礎數據支撐。智能告警及分析決策，故障信息綜合分析決策。支撐經濟運行與優化控制、站域控制，利用對站內信息的集中處理、判斷，實現站內安全自動控制裝置（如備自投、母線分合運行）的協調工作，適應系統運行方式的需要。與外部系統信息交互，具有與大用戶、電源等外部系統進行信息交換的功能，能轉發相關設備在線運行狀況等相關信息［9］。

4.4 設備狀態監測

監測范圍：主變、220 kV及以上電壓等級GIS、避雷器及斷路器。

監測參量：主變壓器及高壓并聯電抗器——油中溶解氣體分析、溫度；GIS—SF6氣體密度、微水；避雷器——泄漏電流、動作次數。

主變壓器、220 kV及以上GIS、220 kV斷路器局部放電，應通過技術經濟比較后確定。對監測范圍及參量應結合技術的成熟度與經濟性、不同電壓等級設備的重要性以及實際需求選擇。

5 智能變電站其它要求

a.輔助設施。智能變電站輔助設施應包含配置視頻監控、安防系統；照明系統提倡太陽能、地熱、風能等清潔能源供電；站用電源（直流、交流、逆變、UPS）一體化考慮、一體化設計、一體化監控；溫度、濕度等環境因素都盡可能監控。

b.變電站設計的優化、節約、高效和環保。

c.調試與驗收的設備調試工具和手段。

d.運行維護的智能化、安全性。

e.監測評估的智能化測試和評估。

6 遼寧地區智能變電站發展情況

2012年國家電網公司提出開展新一代智能變電站研究和建設工作，先后完成了變電站技術發展路線、頂層設計方案，新一代智能變電站近期概念設計方案。“十二五”期間，遼寧電網預計投入670億元，全面打造堅強智能電網［10］。未來5年，遼寧電網不僅骨架“堅強有力”，也將大步邁向智能化。屆時，遼寧電網將會集信息化、自動化、互動化于一體，全省人民都將享受到堅強智能電網帶來的優越生活體驗。

在保證電網運行安全可靠的前提下，未來5年，遼寧將建成智能用電體系，在沈陽、大連等城市新建100個智能小區，全省范圍內新建177座智能化變電站，用電信息采集覆蓋率達到100%。220 kV馬山智能變電站和220 kV何家智能變電站也于2012年順利投入運行，3年來穩定運行，經歷多次故障考驗，均正確動作。

7 結束語

智能變電站與常規變電站相比，實現了設備狀態可視化，通過智能告警、智能防誤等智能化高級應用，減少了檢修停電和故障停電時間，主要設備的使用周期得以延長，同時占地面積減少，技術優勢明顯［11］。今后隨著智能化技術的進步、智能設備的大規模生產應用以及智能設備集中采購帶來的規模效應，智能變電站的投資將不斷下降，智能變電站的投資將和常規變電站的投資基本持平，具有較好的經濟性和推廣前景。

［1］高 濤，鄧 玲.智能電網及其國內外發展概述［J］.東北電力技術，2012，33（2）：5－10.

［2］劉 嬌，劉斯佳，王 剛.智能變電站建設方案的研究［J］.華東電力，2010，38（7）：974－977.

［3］宋璇坤，李敬如，肖智宏，等.新一代智能變電站整體設計方案［J］.電力建設，2012，33（11）：1－6.

［4］王學超，李文鵬.智能變電站二次系統集成測試工作淺析［J］.東北電力技術，2014，35（10）：33－36.

［5］代紅才，李瓊慧，汪曉露.新能源與智能電網協調發展評價指標體系研究［J］.能源技術經濟，2011，23（5）：18－23.

［6］常 康，薛 峰，楊衛東.中國智能電網基本特征及其技術進展評述［J］.電力系統自動化，2009，33（17）：10－15.

［7］邵寶珠，王優胤，宋 丹.智能電網對繼電保護發展的影響［J］.東北電力技術，2010，31（2）：11－13.

［8］李孟超，王允平，李獻偉，等.智能變電站及技術特點分析［J］.電力系統保護與控制，2010，38（18）：59－62，79.

［9］曹 楠，李 剛，王冬青.智能變電站關鍵技術及其構建方式的探討［J］.電力系統保護與控制，2011，39（5）：63－68.

［10］魯 剛，魏 玢，馬 莉.智能電網建設與電力市場發展［J］.電力系統自動化，2010，34（9）：1－6，22.

［11］陳文升，錢唯克，樓曉東.智能變電站實現方式研究及展望［J］.華東電力，2010，38（10）：1 570－1 573.

Development Prospect Forecast and Principle Analysis of Intelligent Substation

LU Zhuo?qun，CHEN Zhu?xin，WANG Tao
（State Grid Chaoyang Power Electric Supply Company，Chaoyang，Liaoning 122000，China）

This paper mainly introduces the research background，development direction，the difference and the relationship between smart grid.According to the intelligent substation construction situation，a new generation of intelligent substation research and con?struction necessity is analyzed.The paper forecasts the future development trend of intelligent substation.

Smart grid；Intelligent substation；Intelligent devices；New energy

TM63；TM76

A

1004－7913（2016）03－0013－03

盧卓群（1986—），男，學士，助理工程師，從事繼電保護、智能變電站關鍵技術研究。

2015－11－26）