智能變電站關鍵技術的應用

摘 要：簡述了智能變電站的定義及特點，從智能變電站關鍵技術，包括硬件集成技術（智能合并單元應用，智能終端應用，電子互感器應用）、軟件構件技術、共網傳輸技術、標準融合等方面分析了智能變電站所涉及的一些關鍵技術，說明了不同領域的先進技術，以及對智能變電站建設的技術滲透；并對智能變電站新技術應用所產生的新問題進行了研究。這對智能變電站的建設有應用參考價值。

關鍵詞：智能變電站；關鍵技術；應用問題

引言

近幾年來，隨著電力需求的不斷增長，國網調控一體化的不斷調整。客戶對電能質量的要求也是愈來愈高，傳統的電力網絡已經遠遠不能滿足。智能變電站是從數字化變電站發展而來，經過近幾年的不斷進步發展，它充分考慮了智能電網的應用及發展需求，從自身特點出發，改革現有的技術，以滿足電力供應的節能環保等發展需要。智能變電站，是智能電網的重要組成部分。智能電網的建設和發展應用，已成為必然趨勢。文章描述了智能變電站的組成結構及主要特點，對一些關鍵技術進行了深入的研究[1]。

1 智能變電站的定義與特點

智能變電站，意思是在沒有人的特殊情況下，使其像有人在調節控制一樣，并且可以在運行的過程中，以實現節能，提高效率。智能變電站由相應的智能設備組成，這些設備且具有先進、集成、低碳、可靠、環保等特點。可根據需要而具有很多高級功能：承擔電網的自動控制功能，智能告警功能，智能調節功能，順序控制功能，互動協調功能等等。一次設備的智能化和二次設備的網絡化是其核心內容。智能變電站具有保證電網的安全性和穩定性，為未來的智能電網完成自愈功能。智能變電站技術具有三個特點：（1）控制端的引入[3]；（2）設備集成化和光釬技術的應用；（3）局部和全局智能控制的實現。智能變電站具有高可靠性、強交互性、高集成度、易升級改造的特點，還可以適應智能電網的信息化和自動化以及互動化的技術特征[2]。

2 智能變電站關鍵技術

2.1 硬件的集成技術

硬件技術就是將由原來軟件可以實現的功能，現在轉化為由硬件來實現的功能。即將固定數據處理過程，在智能設備的內部進行固化。由于硬件描述語言的大量出現，使得硬件系統設計具有：（1）模型化；（2）集成化；（3）自動化這三種特點[4]。

這些特點讓硬件設計，實現了針對具體功能的模塊化設計，而這種硬件集成技術：（1）保證了數據邏輯處理的實時性，數據邏輯處理的準確性，數據邏輯處理的可靠性；（2）有效的解決了信息數據傳輸過程中，所出現的各種問題，從而提高了智能設備的集成度[5]。

2.2 智能合并單元應用

在間隔層和過程層之間，合并單元需要交換采樣值，合并單元的作用是將互感器與變電站自動化相互連接起來，以便為二次設備及系統提供時間同步的電壓和電流信號。目前大部分智能變電站均采用“直采直跳”的方式。在合并單元與二次設備之間大部分都是通過光纖連接，按照IEC61850-9-1/2或IEC60044-8規范通信。合并單元為互感器提供電源，并實時監視應激光器及取能回路。實時反映輸出采樣數據的品質標志的自檢狀態[6]。

2.3 智能終端應用

智能終端是一種智能組件，主要插件包括CPU插件、智能開出插件、模擬量采集插件、智能跳合閘插件、智能開入插件、智能操作回路插件等。它通過電纜與一次設備連接，而一次設備比如斷路器、主變壓器等，以實現對其的測量和控制功能；它通過光纖與二次設備（如保護、測控等）連接[8]。

2.4 電子互感器應用

電子式互感器體積小、絕緣結構簡單、造價低，且消除了鐵磁諧振、磁飽和等問題，暫態響應范圍較大，并運用高低壓電磁隔離的方式，從而有利于實現變電站數字化、智能化和光纖化。電子式互感器由兩部分構成：傳感器模塊和合并單元。傳感器模塊置于遠端，主要負責采集前端所測量、保護、取能等線圈測得的采樣數據，并將處理后的數據結果傳送給合并單元。合并單元通過激光電源的方式，為高壓側遠端傳感器提供電源。合并單元具有三方面的功能作用：（1）采集多路傳感器模塊的光信號；（2）為遠端模塊通過激光形式提供工作電源；（3）接收站級或繼電保護裝置的同步指令，從而實現與傳感器模塊間的采樣實時同步[7]。如圖1所示。

電子式互感器在智能變電站的應用。智能變電站過程層的功率、電壓、電流等互感器負責將采集的數據傳輸至間隔層，并進行相應的處理。間隔層又將采樣數據進行處理分析，運用算法進行繼電器保護控制，并根據遠方控制中心的調度指令實現指令所要求的功能，并將遠方控制中心發出的請求指令送至過程層的執行單元，三者之間交互通信采用通信電纜或光纖[11]。如圖2所示。

2.5 軟件的構件技術

軟件系統：實現傳統的測控等功能，可以將相量測量單元等功能進行集成，以實現更高級的功能。也可以實現系統的自動重構功能。軟件構件，具體指具有協調工作的程序體。軟件系統。實現構件技術的重要手段，就是使用軟件復用技術。構件技術所面臨的關鍵技術：（1）如何組裝成系統；（2）如何提取可復用構件；（3）如何實現互操作[9]。

2.6 共網傳輸技術

智能變電站自動化系統基于IEC61850標準，構建基礎為“三層二網”。共網傳輸結構如圖3所示。

2.7 標準的融合

只有進行標準融合，才可以實現與智能電網的無縫通信連接。標準融合技術的基礎包括三點：（1）信息模型的標準化；（2）信息模型的規范化；（3）信息模型的體系化[10]。標準的融合流程具體概括三大步：第一步，構建開放的通信構架，以便進行通信；第二步，對模型進行相應的細化與擴充，并對其進行標準化；到最后一步就是技術標準的統一，以實現無縫對接。實現信息標準化流程圖如圖4所示。

3 智能變電站新技術的應用問題

3.1 電子互感器問題

由上文可知，合并單元通過激光形式為電子式互感器提供工作電源，但由于互感器以及激光器長期在室外惡劣的環境下工作，其壽命將受到溫度、震動等因素的影響，甚至直接影響其精度和穩定性。而且它采用光電效應原理，光電效應的載體是晶體，而晶體自身內部極易發生爽折射現象。小功率遠端模塊（35kV及以下），輸出電壓范圍在75mV～225mV之間，此采樣電壓信號作為輸入信號，即保護和控制的輸入信號。由于信號電壓偏低，弱電壓信號本身又容易迭加干擾，再加上傳輸的信號線屏蔽層接觸不好，極易產生誤動。這種弱電壓采樣信號傳輸距離也有一定的局限性。

3.2 網絡通信相互干擾問題

智能變電站完全依賴網絡，其網絡上存在大量的單播，大量的廣播和大量的組播等報文，除去MMS（制造報文系統），SV（采樣值）和GOOSE（報文通訊）。由于站控層后臺的監控系統，遠端裝置數據庫，其間的修改同步；雙機切換的數據同步，這些同步將會產生突變高網絡通信負載。尤其是大量的不加限制的廣播報文，會干擾正常通信，即控制，計量，保護裝置的通信。所以對組播進行管理和過濾，以提高網絡效率。

3.3 數字通信同步問題

時鐘同步源在丟失及抖動引發的合并單元不同步的情況下，就可能會產生保護閉鎖，這就是數字保護通信失步的最主要問題。同時，合并單元已發送的采樣間隔抖動，常會引發差動保護的誤動。遠端模塊的采樣電壓和電流互感器在以下幾個問題的情況下，將會受到一定的影響。如各類電子互感器，各種智能操作箱，各種保護裝置，各種合并單元會因為電路的轉換和報文的處理而引發的延時問題。進而影響采樣實時精度、校驗和認證等。所以鑒于此，這些問題都有待解決。在研究智能變電站的時鐘同步裝置應用的同時，必須在開發出長時間高精度的守時功能的情況下，才會避免失去時鐘同步信號期間而導致的保護閉鎖問題。

4 結束語

文章著重闡述了智能變電站可應用的關鍵技術，并對出現的新問題進行了深入思考。目前，智能變電站的研究工作剛剛起步，硬件的集成技術以及軟件的構件技術僅處于初步應用階段，真正高效有序的集成信息平臺尚未建成。因此，研究未來智能變電站的工作任務是非常繁重。智能變電站的建設是一個長期的過程，實踐發現，實現此設備的相互融合，是未來的一個發展方向。隨著環境問題的不斷惡化，能源不斷減少，電力系統應給所有人民提供環保、智能的能源。智能變電站既是這個發展方向，它的建立將有助于降低成本，節能減排，實現能源的可持續發展。

參考文獻

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[11]周斌，張何.基于電子式互感器的變電站智能設備采樣值接口技術[J].江蘇電機工程，2007，2（26）：37-39.

作者簡介：王芳（1984-），女，漢，畢業于河南機電高等專科學校，電氣自動化專業。

蔣成龍（1987-），男，漢，畢業于河南機電高等專科學校，電氣自動化專業。