智能變電站對電力系統影響的分析

張萬菊，付金生

（國網青海省電力公司黃化供電公司,811200）

0 引言

在日益嚴峻的資源和環境壓力下，電網的發展必須要滿足高效的資源優化配置，提高全天候運行能力以及能源結構調整的需要。在現代科技高速發展的大背景下，世界各國對電網建設發展的研究已經延伸到智能化的領域，尤其是歐美等西方發達國家已經提出了比較成熟的智能電網建設方案，就我國而言，對于智能電網的發展主要是以特高壓為核心，配以新能源發展的思路。智能變電站是電網集中化、自動化以及智能化發展的一個核心環節，主要負責為電網提供數據和控制對象的功能，站內擁有全自動一體化系統平臺，可以同時進行大批量的信息交換。與傳統的變電站相比，智能變電站無論是在安全性、穩定性以及經濟性等方面都有非常明顯的優勢，因此，作為智能電網的核心和骨干，對于智能變電站的研究有著非常重要的意義。

1 智能變電站的基本結構

智能變電站主要是采用先進的電子技術、網絡通信設備以及數字化平臺搭建的，具備自動采集信息、測量、控制以及保護等基本功能，同時還支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動等高級功能。這里所說的自動觀測、控制、數據分析以及保護主要是指采用先進的傳感測量技術，實現對整個電網的準確感知，并且對其進行有效監控；對采集到的信息進行及時的分析處理，提升系統的決策效率，然后根據數據信息的處理結果對系統進行優化調整和故障修復等，因此也可以說，智能變電站是智能電網發展的基礎和動力。智能變電站系統可以分為間設備層、隔層和站控層，各層之間通過光纜相互連接，實現智能變電管理的應用。下面就對智能變電站各層次的特點進行簡要分析：

（1）站控層

智能變電站系統中的站控層，主要包括計算機系統、服務器以及人機交互設備。站控層的主要功能是實現智能變電站系統的實時監測、應急預警、操作鎖閉、自診斷功能以及日志記錄、繼電保護整定值變更、故障自動診斷與分析，以及智能變電站遠程控制操作功能等，站控層通過光纖通訊系統與下一級間隔層保持聯系。

（2）間隔層

間隔層具體包括監控設備以及繼電保護設備兩大類。間隔層設備在橫向上按間隔配置。間隔層設備在本間隔主要實現自動保護、錯誤預警以及錯誤自檢功能。其中，母線保護是使用分散式安裝技術，依照間隔安裝雙重化母線保護間隔層單元，并且通過光纖通訊系統與設備層保持聯系。

（3）設備層

智能變電擁有一系列高級設備，例如斷路器、隔離開關、接地開關、信息處理接口、復合傳感器、分壓形VD以及羅果夫斯基TA等。智能變電站設備層的特點在于復合傳感器、分壓形VD以及羅果夫斯基TA的應用。復合傳感器本身是一個組合體可以理解為一個整體，在這個組合體中，集成了2個及以上的檢測不同物理量的傳感器單元。這些傳感器單元信號可以各自單獨輸出通常為模擬信號，高級的則由組合體中嵌入的處理器測量后按照規定的格式集中輸出；分壓形VD是通過中間電極電位到高阻抗A/D變換單元的方式實現測量電壓及輸出信號的數字化；羅果夫斯基TA實質上是一種原邊為單匝線圈，副邊為躲匝線圈的電流互感器，通過在環形抗磁鐵芯與高阻抗A/D之間的變換來實現輸出信號的數字化。由于羅果夫斯基TA與電流回路只是通過電磁場耦合，因此與主回路有良好的電氣絕緣，再加上這種線圈結構簡單、易于加工和安裝，工作性能可靠，頻帶較寬，自身的上升時間可以做得很小，所以羅果夫斯基TA非常適合于測量脈沖電流。

2 智能變電站的主要技術特點

現階段智能變電站的技術特點主要有數字化、分散式以及集成化三種，以下就對智能變電站的三大技術特點進行詳細分析：

（1）數字化技術

數字化技術是智能變電站的核心要素，該技術融合了現代通信技術以及微電子技術，實現了智能變電站一次設備的自動化控制，將斷路器、電流和電壓傳感器以及隔離開關的重新整合，通過資源與環境信息系統（Geo－Information system，GIS）實現對智能變電站一次設備的在線監控和遠程維護，極大的提升了設備的穩定性、高效性以及可靠性。

（2）分布式技術

智能變電站的分層技術主要體現在站控層、間隔層以及設備層這三個層次上。分布式技術特點在于可以很好地保護整個智能變電站系統，各個層次通過光通信技術和IEC-61850-9-2標準以及GOOSE組網方式進行采樣數據的傳輸，這種方式可以不依賴智能變電站內的信息傳輸網絡，在極大地提升智能變電站系統的穩定性和可靠性的同時，還可以有效縮短設備安裝周期和電纜使用數量。

（3）集成化技術

集成顧名思義就是將若干個孤立的個體集中在一起，產生聯想，從而構成一個有機整體。集成化技術在智能變電站中的應用主要是通過集成化的智能組件，承擔變電站保護、控制、監測以及測量等基本功能，在滿足相關標準要求的同時，還可以節約占地面積，縮短設備安裝周期。此外，傳統變電站測控/保護裝置內部繁瑣的A/D變換回路，而是采用更加先進的光電信號進行互聯，促使測控/保護裝置更加緊湊、合理，在減少設備造價的同時還可以極大的提升智能變電站設備運行的可靠性和穩定性。

3 智能變電站對電力系統的影響

2009年5月，國家電網公司正式提出了“建設堅強電網”的新概念，并且計劃在2020年基本建成堅強智能電網，從此，便拉開了我國智能電網研究與建設的序幕。智能變電站是智能電網的關鍵環節，對電力系統有著非常重要的影響，以下就對智能變電站對電力系統的影響進行深入研究：

（1）電磁式和電子式互感器

互感器(instrument transformer)是按比例變換電壓或電流的設備。電磁式互感器的工作原理類似于變壓器，主要由鐵心和原、副繞組構成，具有容量小、穩定性高等特點。但是電磁式互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。智能變電站并沒有使用傳統變電站的電磁式互感器，而是采用更加先進的電子式互感器。電子互感器具有傳感單元和合并單元，傳感單元的作用是進行遠程控制，對變電站的高壓信號進行收集整理，并轉化成數字信號進行傳輸；合并的單元則主要負責對傳感單元傳輸來的信號進行同步合并處理。這種電子式互感器主要是由多個電流、電壓互感器組成，其信息傳輸量和被測量量成正比，因此在數據傳輸以及信息處理方面具有很高的精確度，很好地解決了電磁式互感器常見的“飽和”問題。

（2）智能組件帶來的強大功能

智能組件是智能變電站的核心部件，主要由智能設備構成，可以實現對電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策和協同互動等高級功能。例如對于智能開關的應用，由于其具有智能控制、選相位分閘、機械儲能以及電容儲能間的相互轉換等功能，因此可以有效地提升變電站的在線監測和診斷。在具體應用過程中，可以將二次技術與現有的開關設備相結合，對于室內的資源與環境信息系統采用GOOSE組網方式和智能開關柜相結合的方法，GOOSE組網方式可以直接將變電站的數據信息傳輸到網絡鏈路層上，可以有效的確保重要數據優先傳輸。此外，GOOSE組網方式還可以使用廣播地址的方式進行信息傳輸。

（3）光纖通信技術的應用

光纖通信技術是對傳統變電站通信的一次重大升級，通過光纖通信技術可以簡化傳統光纜通信的接線模式，減小對電纜的依賴程度，在降低投資成本的同時，還有效地解決了電磁兼容的環境問題。在智能變電站的各間隔層中使用的GOOSE組網方式有效地實現了間隔的閉鎖、過負荷聯切以及母線失靈等保護功能。

（4）IEC61850標準通信規約的應用

現階段在電力系統的建設過程中，對變電站自動化以及智能化的要求越來越高，為了方便變電站中各種IED的管理以及設備之間的互聯，就需要一種通用的通信方式來實現。而IEC61850標準通信規約的應用，無疑有效地解決了這一問題，IEC61850標準通信規約是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一國際標準，通過對設備的一系列規范化，使其形成一個規范的輸出，實現系統的無縫連接。可以說，IEC61850標準通信規約的應用給智能電網的發展提供了科學的技術操作規范，同時也為智能變電站的標準建設提供了理論支持。

4 結束語

綜上所述，電網發展直接關系到一個國家的經濟命脈，在資源日益緊缺、環境逐漸惡化的影響下，電網發展遭到了前所未有的挑戰，因此，迫切要求智能電網的研究和發展。智能變電站是在數字化的基礎上，結合現代電網發展的需要，對其進行自動化升級和技術改造，以實現變電站智能化、高效化等特點。文章對智能變電站的核心結構進行了詳細介紹，然后就智能變電站對電力系統的影響進行深入探討，得出智能變電站研究與發展的核心是要滿足我國經濟發展的實際需求，全面體現電網信息化、數字化、自動化等特征。

[1]代文章.智能變電站建設對電力系統影響分析[J].電氣技術，2012-02-15.

[2]朱健.智能變電站電網安全穩定控制裝置的采樣值處理與研究[J].南京郵電大學，2013-02-01.

[3]張躍麗.智能變電站二次系統可靠性及相關問題研究[J].上海交通大學，2013-01-01.

[4]李靜.智能變電站全場景試驗系統仿真與測試軟件平臺研制[J].電子科技大學，2012-04-01.

[5]劉益青.智能變電站站域后備保護原理及實現技術研究[J].山東大學，2012-10-15.