智能電網系統中智能變電站的架構研究

王鑫（青州益能電力工程有限公司，山東濰坊，262500）

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智能電網系統中智能變電站的架構研究

王鑫
（青州益能電力工程有限公司，山東濰坊，262500）

智能電網中最關鍵的一個組成部分就是智能變電站。本文基于智能電網的發展趨勢，提出了一種以智能電力設備為依托的智能變電站架構模式；針對變電站內各種設備的智能化、集成化發展趨勢，提出了新的系統集成化架構設計構思，并且詳細闡述了智能變電站的具體架構及其組網途徑等。

智能電網；智能變電站；架構研究

引言

未來電網的發展趨勢是智能電網，具有高度集成性、安全性、協調性、高效性、交互性等功能，它也是自動化管理、需求響應控制、實時監控與自協調等于一體的強大電網。而變電站作為電力網絡的“中繼”、“續航”的節點，能夠起到連接線路、補償損耗等作用，是獲得電網運行狀態及相關信息的關鍵來源，是電網運行管理的“中節點”；除此之外，它也是廣域傳輸、保護的支撐力量。所以說，推動變電站的智能化建設是構筑智能電網的關鍵內容之一［1］。

1　智能電網中智能電力設備

要想更有效地達成智能變電站的自動化、協調性及高效性，必須從信息交換的時效性、運行操作的自動化、數字控制的協調性等內容出發［2］。在這當中，設備的集成與智能化是最為重要的手段之一。

1.1智能電力變壓器

以前電力部門對于變壓器要進行大規模的定期停電檢修，但僅僅是以時間周期為依據進行檢修；目前已經改變停電檢修工程，實施帶電維護，因為工業運行時，停電將帶來巨大影響。

電力部門想要在電網運行狀態中，獲取更加準確、全面、及時的信息，搜集到更多有效信息，對線路中的變壓器就需要實時監控、在線診斷以及遙控和遙感等技術的支持，這給變壓器的狀態檢修工作帶來了便利。然而，目前還存在很多問題，如參數不全、標準不統一、兼容性不高等［3］。

設計、制造電力變壓器的環節中，前期系統方案規劃非常關鍵。全系統要協調運行，信息標準要統一，運行狀態的定義要規范，給設備提供二次保護、網上監測與診斷服務的傳感器件要明確指標。除此之外，還需要為其配備統一化的光纖以太網接口，借助站內光纖局域網和站控層實現通信功能，包括分接頭的控制、以負荷為基礎的冷卻控制系統、負載自適應保護及遠程監控等。目的是為了達到電網中的相關設備高度融合，并且擁有狀態檢測、診斷、管理等功能的目的。

1.2智能斷路器

智能斷路器定義是在現有斷路器的前提下引進智能控制單元，其由信息收集、智能辨別以及調控裝置三個單元模塊組成，令斷路器設備可以在不借助站控層控制系統的前提下，獨立完成某些功能，還能夠實現斷路器的智能監視功能。

現階段，世界各大開關制造商積極研發斷路器智能化的關鍵技術，目的是更好地實現斷路器的智能操作和實時狀態檢測等功能。近期不斷推出有關智能斷路器的技術，如ABB高壓技術公司新推出的插接式開關系統PASS，日本三菱電機研發的550KV開關產品MITS，以及西門子的HIS等。

但是，在智能斷路器的研究開發環節中，二次保護設備以及智能監測設備的開發通常為獨立于斷路器制造之外進行的。例如，我國廣東地區500KV的MITS系統，它的二次保護配置是從南瑞繼保、北京四方廠家提供的。要想更好地滿足智能電網的發展需求，就必須提升智能斷路器的集成化程度，也就是說把斷路器和二次設備進行重組，同時經由統一的以太網接口和其余智能單元進行通信。

1.3智能FACTS設備

盡管電力系統智能運營帶來了不少優勢，但也出現了像潮流控制、穩定性不強、電網協調性差等各種各樣的難題。引進FACTS技術，即通過在電力系統中加裝電力電子裝置，增強電壓、電流和功率的可控性，增大電力傳輸能力的技術。根據相關研究顯示：FACTS技術是解決電力系統動態特性不穩定的關鍵性技術。在各個變電站里配備FACTS設備除了能夠優化系統潮流問題外，還能夠在出現意外事故的時候保持電力系統的完整性，是廣域保護的關鍵構成部分之一。

2　智能變電站的基本架構分析

2.1以智能電力設備為基礎的變電站體系

面向智能化電力裝置的智能變電站依然采用分層分布式結構，但是在一二次電力裝置高度集成的前提下，完成過程層和間隔層的融合，那么變電站可被分成智能設備層及站控層兩個方面。如圖1所示，裝置間和過程層同站控層間的通訊借助統一化的光纖以太網來完成：

圖1　基于智能單元的變電站體系結構

圖2中顯示的為簡單的變壓器間隔，能夠更為形象地反映出集成化智能變電站的結構，特別IID與一次設備的高度集成組成了智能裝置單元。顯而易見的，選取集成化智能電力裝置令變電站的結構體系更加明了清晰。變電站的一次結構同二次系統的結合推動了自動化變電過程中間隔層和過程層的融合，把智能變電站分成了變電站層與智能設備層兩部分，有助于達到變電站的自動化及功能自治，同時有助于電力設施的監測和診斷；廣域通信變得更加迅速，穩定性、協調性更加良好，這就在很大程度上提升了智能電網的穩定性和自治功能。

圖2　集成化智能變電站基本架構

2.2智能變電站的組網模式分析

一些專家學者提出了以下兩種變電站的組網措施，即獨立的變電站總線與合并的變電站總線、過程總線。過程總線的主要優勢在于間隔層內的IED僅需一套以太網接口，基本架構更加簡便并且方便維護。該作筆者認為智能電力裝置有助于實現一次設備及二次設備的集成，同時配置統一化的光纖以太網接口，站內借助構筑局域網的方式來連接各個智能單元及站控層單元。這種組網方式和過程總線相像，此外因過程層及間隔層的融合，令在線架構更加簡單，有效地加快了新設備的入網效率，減少了網絡維護成本。但是，這一形式的弊端就是很可能造成安全隱患或網絡資源的爭搶。

3　智能變電站平臺的搭建

在工業化與信息化深度融合進程中，電網信息系統的基本情況以及出現的缺陷，一般表現為信息格式及通訊協議的不統一，即標準化工作滯后；信息具有不協調性和重復分散的特點，信息編碼不統一；信息傳送接口的定義不一致，導致互聯互通有困難等。智能電網信息系統實行自動化、規范化、標準化具有重要意義［4，5］。

3.1統一、規范的信息平臺

作為智能電網的節點，智能變電站同時也是智能電網進行電能傳導的重要樞紐，相關信息的獲得渠道。所以說，建立一體化、規范化、自動化的智能變電站信息平臺是構建智能變電站過程中不可替代的關鍵環節之一，其將會成為智能變電站甚至整個智能電網運行、管理和分析的核心。但是，一切站內以及電網的網絡穩定分析和穩定控制策略均可作為以這種自動化信息平臺為基礎的高級應用。

智能變電站的一二次設備的高度集成化給電網信息平臺的搭建提供了十分便利的條件。上述內容中提到的一切智能電力設備均配置了統一化的以太網接口，各種裝置的信息以及基本狀態信息都借助站內高速光纖網傳輸到站控層，進一步完成了信息傳送過程中通信接口標準化、統一化的目的。

3.2實現數字化、智能化控制

自動化、信息化的發展進程是一項工程。專家提出了建立規范化的信息平臺，電網當中各類自動化、控制、狀態編碼等信息都擁有統一時標并完成存儲格式的標準化，才能保障所有信息在智能電網的各個節點中可以順暢流通，同時為各個功能系統無差別地辨別使用。這是智能變電站甚至整個智能電網發展的基本保證。如果考慮到變電站站內數字化系統數據交換類型的多樣性（如預警通知、控制命令、保護閘消息、設備狀態數據等），便無法僅僅借助某一種形式來進行規范。所以說，應當掌握目前的基本情況，對智能電力設備進行適當的分類，同時借助相關技術的有力支持，設定科學、系統、完善的電力信息標準。

4　結束語

綜上所述，本文主要從智能電力設備的概述、智能變電站的基本架構以及智能變電站的信息平臺搭建三個方面進行了論述。我們可以得出如下結論：首先，一二次系統高度集成的智能電力設備實現了系統的交互性，完成了產業結構的調整升級；其次，基于智能化電力設備的智能變電站完成了過程層及間隔層的融合，使整個架構體系更為明晰簡易。另外，建立數字化的信息平臺是智能變電站建設過程中最為關鍵的一個環節。

［1］張虹.基于一體化信息平臺的數字化變電站［J］.電工技術，2008，10:13-15.

［2］申屠剛.智能化變電站架構及標準化信息平臺研究［D］.浙江:浙江大學電機系，2010.

［3］李孟超，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，2010，38（18）:59-62.

［4］鐘金，鄭睿敏，楊衛紅.建設信息時代的智能電網［J］.電網技術，2009， 33（I3）:I2-18.

［5］胡學浩.智能電網一未來電網的發展態勢［J］.電網技術，2009，33（14）:1-5.

王鑫（1987-），男，國家一級、二級建造師，助理工程師職稱，青島理工大學琴島學院大學專科。研究方向：智能變電站工程項目建設及施工管理。

E-mail: 340632366@qq.com

Research on Architecture of Smart Substation Based on Intelligent Powernet

Xin Wang
（Qingzhou Electric Power Engineering Co.， Ltd.， WeiFang， Shandong， 262500， China）

At the present stage， smart substation is one of the most important parts of smart grid. Considering the need of smart grid construction， this paper puts forward a kind of intelligent substation architecture model based on intelligent power equipment. In addition， for all equipment in the transformer substation intelligent integration and its advantages proposed new system integrated architecture design concept， and elaborated on the Smart Substation specific architecture and networking approaches.

Intelligent Powernet； Smart Substation； Architecture Research

TM77

A

2095-8412 （2016） 03-380-04