淺談智能變電站的優越性

摘要：智能變電站的發展是智能電網建設的基礎，智能變電站是變電站自動化技術發展的必然趨勢。本文介紹了國內智能變電站發展的驅動力以及智能變電站的定義和結構，并對智能變電站與傳統變電站、數字化變電站的特點進行了比較、分析。

關鍵詞：智能變電站 IEC61850 自動化

0 引言

在智能電網系統中，智能變電站屬于整個系統的重要樞紐，支撐著電網系統的正常運營，主要負責接收由高壓電網輸送的電源以及新能源的接入，分配相連變電站及大用戶所需的電源，執行上級調度中心關于在線分析、智能調節、自動控制和信息傳遞等指令。

1 智能變電站發展的驅動力

當前，我國變電環節包括兩種模式，即數字化變電站和常規變電站。由于常規變電站采用重復的資源，系統結構及廠站設計比較復雜，不利于廠站調試，互操作性不好，不符合設計要求。未來變電站的發展將融合智能化一次設備及網絡化二次設備，涵蓋站控層、間隔層、過程層方面的全新的變電站自動化標準—IEC61850，加快了“數字化變電站”的發展進程。我國在這個方面進行了大量的實踐研究，并取得了一定的成效，目前已投入使用的數字化變電站就有200多座。但有些問題也不容樂觀，如尚不具備統一的行業標準、評估體系和方法措施，而且過程層設備是否穩定可靠尚待進一步驗證。這些問題可能會破壞變電站的安全、穩定地運行。

目前，特高壓電網建設已進入實用化環節，智能電網系統逐步接入了一些新能源電力，這就要求系統運行以及支撐電網運行的變電站提出了更高的要求。鑒于此，我們必須合理安排電網資源，加強智能設備之間的聯通，采取相應的措施控制系統正常運行，提升其應用水平，實現與相鄰變電站、電源、調度和大用戶之間協作。同時，變電站自動化領域也實現了技術性突破，大大促進了計算機信息及通信技術的發展。另外，國際上即將頒布IEC61850第二版，以上措施都能夠有效促進智能變電站的進一步發展。

2 智能變電站的概念

2.1 智能變電站的含義

智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站。

2.2 智能變電站的系統結構

從物理角度來分析，智能變電站的系統結構可分為智能化的一次設備及網絡化的二次設備；從邏輯結構層面分析，該系統包括過程層、間隔層、站控層三個層次。

2.2.1 過程層

過程層由獨立的智能電子裝置和一次設備及其所屬的智能組件構成，其中，一次設備主要包括隔離開關、斷路器、電流/電壓互感器、變壓器等。

以下簡要介紹過程層的功能：

①電力運行過程中實時檢測電氣量；

主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測。

②運行設備的狀態參數檢測。

③操作控制執行與驅動。

2.2.2 間隔層

間隔層設備主要由二次設備組成。這些二次設備主要有監測功能組的主智能電子裝置、系統測控裝置、繼電保護裝置等。間隔層只采用一個間隔的數據作用于該間隔一次設備的功能，也就是和控制器、傳感器以及遠方的輸入、輸出設備實現通信。

間隔層的功能介紹如下：

①優先控制統計運算、數據采集等控制指令的發出；

②實時匯總本間隔過程層的數據；

③實現本間隔操作的閉鎖功能；

④實現上下結構的通信功能；

⑤保護并控制一次設備的運行；

⑥實現操作同期和其他控制功能。

2.2.3 站控層

站控層包括自動化站級通信系統、對時系統、站域控制、監控系統等，對整個變電站的設備進行監控、報警以及信息的傳遞，主要用于數據、同步相量和電能量的采集，負責管理保護信息，具有監控、操作閉鎖等功能。

站控層的功能如下：

①利用兩級高速網絡實現全站數據信息的實時匯總，刷新實時數據庫，在設定的時間點登錄歷史數據庫；

②接收控制中心或調度中心的控制指令，同時將其傳輸至過程層和間隔層；

③在線維護過程層和間隔層的設備運行，對參數實施在線修改；

④具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；

⑤自動分析變電站故障，可進行操作培訓；

⑥根據規定將相關數據傳輸至控制中心或調度中心；

⑦可實現站內監控和人機聯系。

3 智能變電站與傳統變電站、數字化變電站比較

3.1 傳統變電站

網絡——監控系統由間隔層和站控層兩層網絡組成。沒有統一建模，實行多種規約，變電站包括多個網絡，如PMU、保護和監控等。

設備——一次設備和互感器，采用常規控制電纜硬接線的途徑，與站控層交換數據信息。

間隔層——間隔層主要包括變電站的保護、測控、計量等二次設備。

站控層——遠方通信接口、操作員工作站、帶數據庫的計算機等設備共同構成了站控層網絡。

3.2 數字化變電站

數字化變電站自動化系統包括過程層、間隔層和站控層，其中間隔層和站控層的設備構成大致等同于一般的變電站監控系統。從外延上分析，它和目前非IEC61850 技術變電站采用的都是以太網，且可以達到“四遙”功能的要求。而IEC61850技術變電站可根據統一的數據模型，使各類智能裝置及設備之間相互聯通。

3.3 智能變電站

①內涵：智能變電站站內的所有環節都達到了數字化的工作要求，包括數據的采集、傳遞和控制等，此類變電站能夠支撐整個智能電網的安全運行；采用了“數字化變電站”的工作形式；采用高度集成化的設備，實現了二次設備的一體化應用、在線監測應用一體化智能設備應用以及高級應用。

②智能變電站的主要優點：互操作性。

智能變電站的過程層（設備層）由電子互感器、智能單元、合并單元等遠方I/O、智能傳感器和執行器等構成，采用GOOSE網絡跳合閘機制，使廠家實現了對設備的互操作；解決了二次回路復雜以及由控制電纜造成的電磁干擾問題；實現了變電站電氣一、二次設備狀態檢修，以確保變電站更加安全穩定地運行，減少了全壽命周期內工程總體投資。

4 結語

作為復雜的智能化系統，智能變電站需經過多階段、多目標發展才能完成。改造原有的變電站需要應用上的平穩過渡和重點技術突破，逐步達到完善。智能變電站的發展必將為智能電網的建設奠定堅實的基礎。

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