探究智能變電站技術

李超 黃昀思 董南 楊曉東

摘 要：隨著經濟的迅猛發展，人們的生活水平獲得了穩步提升，使得實際的電力需求愈大起來。為了實現我國電網高效環保、節能穩定的可持續發展，加快智能電網的建設步伐是至關重要的。

關鍵詞：變電站；技術；智能電網

一、智能變電站及其定義

智能電網中的智能化變電站是采用先進的、可靠的、節能的、環保的、集成的設備組合而成的，以高速網絡通信的平臺為信息傳輸的基礎，自動地完成信息的采集功能、測量功能、控制功能、保護功能、計量功能和監測功能等基本功能，并可根據需要支持電網產時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級應用功能。智能化變電站的特點是通過采用先進的電子式傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術，以智能化的一次設備和統一的信息平臺為基礎，實現變電站的實時全景監測、自動運行控制、設備狀態的檢修、運行狀態的自適應、智能分析決策等功能，對智能電網進行安全狀態評估、預警和控制，優化智能系統的運行，實現新能源的實時接入和退出，并與調度中心、電源及相關變電站能夠協同互動提供支撐。

二、智能化變電站與數字化變電站的區別

數字化變電站技術與智能化變電站技術的區別主要體現在智能化變電站的智能設備和智能功能上，智能變電站在數字化變電站的基礎上，實現了諸多智能功能，具有更多的智能特征，如智能變電站可實現監控管理的一體化，充分利用大量的數字信息來完成一些分布功能、自動控制功能。智能變電站是數字化變電站的更進一步推進，從本質上講，數字化變電站實現了變電站內一、二次設備的數字化，而智能變電站實現了變電站內一、二次設備的智能化，管理的自動化和監控、操作的人工神經智能化。智能變電站和數字化變電站的主要區別體現在以下幾個方面：

智能變電站一次設備狀態監視與一次設備智能化。采用狀態監視智能組件和傳感器與一次設備組合，實現一次設備狀態監測；采用測量、控制、狀態監測等智能組件與主設備就地安裝，實現一次設備智能化。

（1）一體化的信息平臺、智能高級應用功能。建立變電站全景數據統一信息平臺，實現設備狀態可視化、智能告警及分析決策、遠端維護、順序控制功能，也可選配故障信息綜合分析決策、站域控制及大用戶等外部系統互動等功能。

（2）信息建模和通信的標準化。站控層、間隔層設備實現通信協議標準化，取消協議互換設備；間隔層設備與過程層設備采用電纜直接連接。輔助系統相關信息可以通過智能接口機按標準建立相應數據模型，接入統一的信息平臺。

（3）輔助系統智能化。實現視頻監視、安防系統、環境監視系統智能化，全站電源一體化設計，并將輔助系統告警信號、測量數據通過站內智能接口機轉換為標準模型數據后，接入一體化信息平臺，視頻監控可與站內監控系統在設備操作、事故處理時給予GOOSE信息協同聯動。

三、智能化變電站的模式

為了盡快實現智能化變電站的智能化的性能，智能化變電站所應具有的結構特點是：同綜合自動化變電站一樣，以面向對象設計為主，面向功能設計為輔，采用按對象設計的分層分布式模式，通信以以太網為主，現場總線和串口通信為輔，全開放式，所有智能電子設備通信接入。各智能單元及網絡、監控后臺基于IEC61850設計，以適應未來技術的進一步發展。

1.智能變電站的架構

智能化變電站的系統層面將面向全站或數個一次電氣設備的相關信息，通過智能化的組件獲取并綜合處理，協調完成智能化變電站中相關聯智能設備的綜合信息，以智能化變電站和智能電網的安全穩定運行要求為指導，協調控制各個電氣設備層以同時完成多種功能。電氣設備層主要包括智能的一次設備、合并單元、智能終端等智能組件，其主要的功能是完成實時的運行電氣量等相關參數的采集、設備相關運行狀態的監測和控制以及使電氣二次設備執行相關命令等。

2.智能化變電站的結構模式

智能化變電站系統將在IEC61850的通信技術規范的基礎上，以分層分布式為基準，最大限度地實現智能化變電站內的智能電氣一次設備和智能電氣二次設備間的信息共享性和互操作性。變電站自動化系統的結構在物理上可分為兩類，即構架中的設備層和系統層，而在邏輯上可分為三層，根據IEC61850通信協議草案定義，這三個層次分別為過程層、間隔層和站控層。目前智能變電站設計模式主要有三種：

（1）基于站控層IEC61850模式。此模式與傳統的變電站自動化系統類似，是采用IEC61850協議的過渡型數字化變電站。間隔層智能電子設備IED仍可被安裝在間隔層設備上或集中組屏。過程單元與間隔單元之間的關系將保持原來的模式，IEC61850的銜接將在間隔層單元和智能變電站層單元間展開，按IEC61850標準進行設備建模和信息交換。這種模式比較方便地解決了傳統變電站中智能設備的互聯及信息互操作問題，可以在不改變電氣一次設備本體結構的前提下，實現一次設備的智能控制，實時性強且可靠性高，比現有的變電站數字化程度高。

（2）基于傳統互感器及過程層信息交換模式。這種模式在前一種模式的基礎上將在線監測功能集成于一次設備本體，這就增加了網絡信息交換過程中的信息量，但同時也利用了過程層進行網絡信息的交換?？梢岳脝蝹€間隔配置過程層的設備合并單元，在每個間隔內同時配置過程層的智能操作箱，這樣就能將常規的一次電氣設備的信息操作數字化和規范化，且與之相關的過程層智能電子的IED設備可以通過光纖以太網的對應間隔進行合并單元和智能操作箱的銜接。相關設備既可以采用點對點的方式連接，也可以采用網絡總線的方式連接。這種模式的特點是用通信光纜代替了原來的基于傳統的銅芯的電纜，建立了過程層的采樣數據和被不同裝置共享的通信數據，簡化了接線的模式，使過程層的網絡智能化。

（3）全信息交換的模式。這種模式是智能化開關設備的理想工作模式，這種工作模式最大的優點是采用先進的電子式互感器代替了原有的傳統電磁互感器，由于電子式互感器的優勢，這種工作模式必將在高壓及超高壓、特高壓智能化變電站的發展中占據一席之地。在現階段前兩種模式的實時性是很強的，根據相關的技術導則：對于傳統的保護功能、測控功能、通信功能、狀態監測功能與一次電氣設備的集成，要充分考慮到傳統的二次電氣設備與一次電氣設備融合的技術難度與復雜性。

參考文獻

[1]李紀勇.智能化變電站運行維護技術研究[J].科技創業家，2013，12（25）：98.

[2]李濤.智能化變電站運行維護技術研究[J].中國高新技術企業，2013，21（26）：127-128.

（作者單位：國網安慶供電公司）