關(guān)于智能變電站功能架構(gòu)分析

喻延澤 吳晶晶

摘 ? 要：智能變電站是未來的必然趨勢，現(xiàn)階段電網(wǎng)公司對于智能變電站的探索是不遺余力的，目前也形成了比較可行的技術(shù)方案，在目前的智能變電站當(dāng)中主要將變電站的功能架構(gòu)劃分為三個層次，包括站控層、間隔層和過程層，并且對數(shù)字化技術(shù)的不斷研究，實現(xiàn)了過程層的全部網(wǎng)絡(luò)化，在本文當(dāng)中作出了討論。

關(guān)鍵詞：智能變電站 ?功能架構(gòu) ?站控層 ?間隔層 ?過程層

中圖分類號：TM762 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0036-02

智能電網(wǎng)是目前電力系統(tǒng)技術(shù)革新的主要方向，而智能變電站是智能電網(wǎng)當(dāng)中非常重要的一環(huán)，其主要是采用先進、可靠、集成、低碳環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化，通信平臺網(wǎng)絡(luò)化，信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息的采集、測量、控制、保護、計量、檢測等功能，并支持按需自動控制，智能調(diào)節(jié)，在線分析決策，協(xié)同互動等高級功能。現(xiàn)階段智能變電站的雛形基本上已經(jīng)確定，整個系統(tǒng)的功能架構(gòu)，分三個層級，在技術(shù)的演進上也是圍繞這三個層級來實現(xiàn)新技術(shù)、新材料等方面的應(yīng)用。

1 ?智能變電站的發(fā)展

變電站當(dāng)中有一次系統(tǒng)，和二次系統(tǒng)，變電站二次系統(tǒng)是一種低電壓、小電流的控制、調(diào)節(jié)、保護和監(jiān)測系統(tǒng)。這個二次系統(tǒng)是實現(xiàn)變電站信息數(shù)字化的關(guān)鍵，其本質(zhì)是一個信息交換系統(tǒng)，也是一次系統(tǒng)的鏡像，主要的作用是收集一次設(shè)備的信息，根據(jù)負(fù)荷對一次設(shè)備進行控制以及根據(jù)一次設(shè)備的運行狀態(tài)做出相應(yīng)的反應(yīng)。這其中常規(guī)的方式使用電量信息進行信息交換，使用電纜作為信息傳輸載體，電纜這種媒介傳輸信息要求每根電纜芯傳輸一個信息量，因此。在構(gòu)建二次系統(tǒng)時，安裝工作量大，這種方式下，所有信息都是點對點傳輸，可靠性很高但還是結(jié)構(gòu)非常臃腫復(fù)雜，而且因為每根電纜都要承受一定的電壓或者是電流，這里邊就存在一個絕緣問題，和外界磁場干擾問題，而且二次系統(tǒng)的接線非常復(fù)雜，維護難度非常高。

在早期的變電站自動控制系統(tǒng)當(dāng)中，站控層和間隔層采用IEC61850-MMS網(wǎng)絡(luò)，過程層依然采用常規(guī)的互感器和一次設(shè)備，間隔層IED采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進行信息建模，間隔層和站控層之間采用映射到MMS的方法來實現(xiàn)信息交互。此后發(fā)展出過程層，采用非常規(guī)的互感器和常規(guī)一次設(shè)備，這是因為信息的數(shù)字化進程涉及到了過程層，互感器通常采用數(shù)字輸出的互感器，數(shù)字量輸出采用IEC61850-9-1幀格式，用電纜硬接線來實現(xiàn)與常規(guī)一次設(shè)備的連接，也就是上文提到的二次系統(tǒng)的接線。因此這個系統(tǒng)存在非常大的缺陷，于是將過程層進一步優(yōu)化，使用非常規(guī)互感器和智能化的一次設(shè)備。這個在一定程度上可以稱之為智能變電站自動化系統(tǒng)的最終結(jié)構(gòu)形式，不過現(xiàn)在一次設(shè)備的智能化研究還相對滯后，所以現(xiàn)階段主要采用一種替代方案，即常規(guī)一次設(shè)備+智能終端的形式來實現(xiàn)非常規(guī)的一次設(shè)備，采用的樣值傳輸，標(biāo)準(zhǔn)為IEC61850-9-2，過程層實現(xiàn)全面的網(wǎng)絡(luò)化。

2 ?智能變電站的層級結(jié)構(gòu)

2.1 智能變電站系統(tǒng)架構(gòu)

從上述發(fā)展歷程當(dāng)中，可以明顯看到智能變電站的發(fā)展實際上結(jié)構(gòu)形式的功能層級沒有變化，主要就是站控層、間隔層和過程層。其中站控層中主要包括GPS校時裝置、UPS、工程師站、操作員站、五防工作站、網(wǎng)絡(luò)打印機等，利用交換機網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)）來連接主控中心當(dāng)中的上傳調(diào)度通信裝置，工廠DCS，在這個部分下聯(lián)PA300-L、PA300-T、PA300-CZ等二次設(shè)備，過程層則主要是變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等設(shè)備及其附屬的智能終端，合并單元以及在線監(jiān)測裝置。

2.2 智能變電站的二次設(shè)備連接變化

實際在發(fā)展歷程當(dāng)中變化最大的是網(wǎng)絡(luò)，如上文所述早期的傳輸介質(zhì)是電纜，而現(xiàn)在傳輸介質(zhì)是光纖，光纖可以從根本上解決上文提到的一些問題，但二次動力電纜除外。這其中可以看出信息數(shù)字化使變電站二次結(jié)構(gòu)更加清晰，設(shè)備功能更加轉(zhuǎn)移，數(shù)據(jù)可以共享，安裝強度也大大地簡化。但這只是實現(xiàn)了數(shù)字化，因為電子式互感器的應(yīng)用擴大了數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用范圍，并且簡化了采集源，而IEC61850解決了信息建模和互操作的問題。

2.3 智能變電站的設(shè)計問題

從使用設(shè)備上來看，要實現(xiàn)智能變電站首先要有智能化的一次設(shè)備，一次設(shè)備從信號繼電器到控制回路，統(tǒng)一采用微處理控制下的智能開關(guān)和無源光CT來進行設(shè)計，用光纖來替代電纜實現(xiàn)數(shù)字量信號的傳輸。在一次設(shè)備當(dāng)中要考慮信息處理部分和電氣操作部分，其中信息處理部分由智能單元和智能組件構(gòu)成，電氣操作部分則是以控制器、操作機構(gòu)和一次設(shè)備的本體構(gòu)成，這實際是要將現(xiàn)在常用的常規(guī)一次設(shè)備+智能終端的模式進行集成，實現(xiàn)智能化的一次設(shè)備，要實現(xiàn)，相對來說還是難度實際不高，關(guān)鍵是集成這個難度比較高，現(xiàn)階段，可以利用電子傳感器、互感器采集一次設(shè)備的運行狀態(tài)信息，然后在智能組件當(dāng)中進行計算分析，并對設(shè)備實現(xiàn)自動控制。

其次要有網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，常規(guī)的二次設(shè)備是為了實現(xiàn)繼電保護、測量孔子、防誤閉鎖、故障錄波、無功控制等功能，需要在各個功能裝置之間建立起對應(yīng)的連接，早期是用電纜進行一對一的連接，在IEC61850當(dāng)中則要求是采用高速網(wǎng)絡(luò)通信，于是演進到SDH光纖通信，乃至現(xiàn)在常用的光纖通信技術(shù)。在智能變電站當(dāng)中，變化最大的就在這個地方，網(wǎng)絡(luò)連接完全區(qū)別于電纜回路，在網(wǎng)絡(luò)連接當(dāng)中IED（智能電子設(shè)備）之間全部是虛擬連接，沒有直接的物理聯(lián)系，而是直接通過交換機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一收集和發(fā)送，這個在很大程度上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享，這方便后臺大數(shù)據(jù)分析的運用，云計算的運用，乃至未來可能的智能化技術(shù)的應(yīng)用。

第三是要有自動化的監(jiān)控管理系統(tǒng)，目前主要的是SCADA，目前在國內(nèi)已經(jīng)形成了以SCADA為主的自動化系統(tǒng)，包括RTU服務(wù)器（前置機服務(wù)器）、SCADA服務(wù)器、MMI（調(diào)度工作站）、報表工作站、DA服務(wù)器、GIS服務(wù)器等和NAP。在里邊如果加入大數(shù)據(jù)分析軟件，或者是可能的智能化分析技術(shù)，就可以根據(jù)當(dāng)前變電站內(nèi)設(shè)備的運行狀況，實現(xiàn)狀態(tài)檢修。比如有一個關(guān)于智能變電站的宣傳視頻在一定程度上點出了未來智能變電站的形式，整個變電站只有1名站長，變電站無人值守，完全依靠AI來進行狀態(tài)監(jiān)控，當(dāng)變電站出現(xiàn)問題之后，通過網(wǎng)絡(luò)向站長的移動終端發(fā)布告警信息，站長到站內(nèi)查看AI列舉的故障詳情，并基于自動駕駛的無人機檢測、紅外檢測等技術(shù)對故障點進行實際檢驗，明確故障類型，隨后站長進入故障現(xiàn)場，這個過程當(dāng)中通過一些智能可穿戴設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)上與專家團隊進行互動，明確檢修方案，智能機器人管家對站長是否安全作業(yè)進行監(jiān)督，并對檢修成果進行驗收。

3 ?結(jié)語

綜上所述，智能變電站作為智能電網(wǎng)建設(shè)當(dāng)中的重要一環(huán)，要實現(xiàn)真正的智能化還需要走一段路，在可以預(yù)見的未來，隨著人工智能技術(shù)的成熟，智能變電站就能夠真正實現(xiàn)無人化，而現(xiàn)階段的智能變電站還處在初級階段，但也確定的智能變電站的雛形，功能架構(gòu)基本也確定了，關(guān)鍵就是智能化技術(shù)尚未成熟，但可以用大數(shù)據(jù)等技術(shù)來代替，從而實現(xiàn)一定程度的智能化。

參考文獻

[1] 安永帥，李剛，樊占峰，等.新一代智能變電站控制保護一體化智能終端研究與開發(fā)[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2017，45（8）：138-146.

[2] 劉俊紅，鄧兆云，李澤科，等.基于即插即用的智能變電站信息自動校核技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2018，46（2）：137-143.

[3] 劉洋，馬進，張籍，等.考慮繼電保護系統(tǒng)的新一代智能變電站可靠性評估[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2017，45（8）：147-154.