智能變電站建設的探討

宋培軍

（國網江蘇省電力有限公司常州供電公司，江蘇 常州 213200）

1 智能變電站的簡介

通過運用先進且綠色環保的集成性智能設施，組成智能變電站，可使全站信息走向數字化，信息共享和通信平臺分別趨向標準化與網絡化[1]。此外，智能變電站還具有采集信息、對信息進行保護測量和檢測、控制電網以及實現調節自動化與智能化的功能[2]。

1.1 智能變電站特性

（1）可靠性。在智能電網中應用智能變電站，最根本且最重要的條件是可靠性。由于變電站本身存有一定危險性，需要保證變電站本身和變電站內的機械設施皆具有高度可靠性。此外，變電站具備自主診斷功能和自主治理功能，可以降低機械設備故障所導致的供電虧損。

（2）高集成度。智能變電站將很多先進的技術融合于自身技術之中，包括現代通信網絡技術、傳感測量技術和電子電力技術等[1]。為建立統一標準的電網信息支撐平臺，應升級變電站采集數據的模式，采取與微網虛擬電廠技術的兼容的方式，為實時、智能控制以及調節電網等高級功能作出有力支撐。

（3）交互性。智能變電站的一大任務是為智能電網提供足夠多的可靠、及時且精準的信息。這要求智能變電站在采集信息時做到站內信息共享，并與其他應用中的相關目標項進行信息互動，從而提供基本的信息保障，滿足各級電網的安穩實施和經濟網絡的運行。

（4）低碳環保。傳統變電站內部采用電纜接線，設備的落后導致變電站內部產生電磁污染、噪音污染以及電磁輻射，帶來極大危害。智能變電站改用光纖，在性能上優化升級，站內電子設備中的電子元件也選擇了功耗低且集成度高的類型[3]。同時，互感器也進行了更新，淘汰沖油式而改用電子式，不僅減少污染，也大大縮減變電站的建造成本和資源使用。

1.2 智能變電站優勢

（1）電纜被光纖代替體現出的最明顯優勢是銅材料的大量減少。同時，大大降低了二次接線的技術難度，敷設工作量隨之減少。而且采用數字信號進行傳輸處理，增大了測量的精確度[4]；

（2）一次設備和二次設備之間存在聯系，使得集控室不會受到一次設備的電磁干擾；

（3）變電站集控室面積縮小，二次設備也達到了小型與集成的標準，布置十分靈活；

（4）智能變電站通過結合遠動、源監控和保護信息子站等功能，實現一體化監控，建立全站性信息數據平臺，既有助于共享信息，也減少資源的浪費和重復；

（5）諸多高級功能運用減少了操作人員工作負擔，降低操作失誤率，也簡化了變電站的后期擴建工程。

2 智能變電站構成

2.1 過程層

過程層是由電子式互感器、智能及合并單元等具有自動化特性的設施組成，并結合一次設備和二次設備的層面。其主要任務是實現一次設備相關功能。

2.2 間隔層

間隔層主要指二次設備，包括繼監測功能組、安全穩定裝置、電保護裝置、系統測控裝置、備用電源自投以及故障錄波裝置。間隔層主要用于實現各種遠程輸入和輸出與控制器和傳感器的通信功能。

2.3 站控層

站控層主要由站域控制、通信、對時系統和自動化站級監視控制系統組成，能夠對全站的設備進行控制、告警、監視以及信息交互[5]。站控層功能的實現依賴其高度集成性，可以通過計算機嵌入式裝置來實現，主要的嵌入式裝置有監控系統和遠東通信服務器。

2.4 合并單元與電子式互感器

電子互感器包括有源式和無源式兩種。其中，羅氏線圈和低功耗線圈屬于有源式，而光纖與磁光玻璃屬于無源式，他們皆依靠純光學原理工作。合并單元是電子式互感器的重要組成部分，按功能可分成間隔型與電壓型兩種，主要用于保證對電子式互感器數據的處理滿足規范化要求，同時在保護、計量和測控之類的裝置中也會有所應用。

2.5 智能單元

智能單元即是一次設備的信息化終端，安裝位置通常在一次設備上，可實現間隔設備和光纜之間的連接。智能單元主要用于接受間隔層下達的命令、反映設備狀態、控制開關以及主變分接頭。

3 智能變電站關鍵技術

3.1 硬件集成

傳統變電站通過中央處理器配合外圍芯片或外圍設備實現信息的采集和處理。中央處理器不僅負責大數量的數據計算與邏輯分析，還要負荷部分高級應用功能。因此，變電器多數功能的運行速度和實施效果都取決于中央處理器的性能優劣。然而，中央處理器所能集成的資源并非取之不盡，無法負荷不斷增加的智能變電站需要實時處理的信息，對智能變電站技術的發展造成阻隔[6]。此外，中央處理器中的硬件資源無法匹配智能變電站的標準，造成資源浪費。當前，在電子學迅猛發展的背景下，硬件系統可通過硬件描述語言，使設計具備模型自動化與集成化特性。真正意義上針對功能的模塊化設計就是在智能設備內部固化部分固定邏輯分析處理過程，部分軟件功能也可以轉化為硬件來完成。這種設計在實現實時、可靠且準確的邏輯處理、排除信息傳輸瓶頸的同時，減少了硬件資源的消耗，提升了設備的集成程度。

3.2 信息管理和存儲

智能變電站利用可自動恢復的高速局域網成功建設全變電站統一的數字化信息平臺。該平臺擁有故障自行恢復機制，為智能變電站信息采集的質量提供保障。統一的數字化信息平臺是智能變電站集中收集管理信息設計思想的體現。集中管理信息除能更方便地完成各種信息的集成、冗余、調用和轉換外，還可以提供堅實的基礎信息與技術支持，向變電站下方簡易的調度命令。信息系統的高度集成性和數字化信息平臺的全站統一性在為智能變電站帶來不菲的經濟效益和可觀的擴展空間的同時，也提供了可實現信息的資源共享、分配以及動態擴展的平臺。然而，在實時傳輸信息時，數量巨大的采集信息會造成一定困難[1]。因此，實現優先級傳輸信息和就地存儲信息是十分重要且必要的。其中，優先級傳輸信息可以保障關鍵信息傳輸的實時性、可靠性和準確性，而就地存儲非關鍵信息能夠減輕傳輸網絡的負荷并提供充足的信息依據幫助系統做出決策。

3.3 軟件構件

軟件作為智能變電站的重要組成部分，需要完成多項功能。在傳統層面上，軟件主要負責對信息進行測控管理、對站內的狀態實時預估、對在線時的狀態進行全天監測、對電能的質量進行評促測定以及維護智能化管理，甚至還需要在工程配置文件的指導下，保證系統工程的數據能夠智能自動生成，并再一次自動構造和建設變電站系統與設備系統的模型。

軟件的構件作為一個程序體，既可以獨立完成工作，也可以配合其他構件一起工作。軟件構件技術的實際內涵是為完成一個或多個功能所必須滿足的特殊要求，要在不同粒度上進行一組代碼或類的組裝，產生接口并提供給客戶使用。“分而治之”是軟件構件技術的核心發展思想。當前，軟件復用技術已成為軟件構件技術中的重要操作方式，實現了系統抽象層次高于面向對象技術層次的目標。軟件的構件技術面臨著兩個關鍵問題，即何為提取可重復使用的構件方式與如何組裝好系統并完成互操作。

構建具有靈活性、實時性和彈性的軟件系統，軟件構件技術是重要且必要的基礎。同時，軟件構件技術也是達成嵌入式系統設計的功能集成的重要方式。優質的軟件結構體系是軟件構件技術應用走向成熟的必要倚仗。然而，軟件技術目前并不成熟完善，在軟件體系結構、構件模型、接口、粒度以及獲取、管理、組裝與部署構件方面都存在著問題。在智能變電站中合理應用軟件的構件技術，可以帶來很多優勢，如在智能變電站集成開發功能軟件活動中，應用軟件構建技術可以減少大部分重復性的勞動，降低變電站的開發成本，縮減開發周期，同時可以提高變電站軟件的工作效率和運行靈活性，各系統功能之間的互動操作性也得到強化，系統功能得以靈活分布于智能變電站內，大大增強系統的自愈能力和可靠程度。

4 建設智能變電站過程中存在的問題

智能變電站目前仍處于發展階段，在建設過程中還有很多問題需要被解決，解決這些問題是重要且必要。

4.1 關于電子式互感器的問題

產品質量方面。電子式互感器的安裝一般在室外進行，安裝環境惡劣，外部環境和自身會對電子線路產生電磁干擾。抗電磁干擾水平和抗沖擊電壓水平是電子式互感器可靠性的重要衡量標準。

產品選型方面。鑒于電子式互感器安裝位置的特殊性，在維護檢修時，往往會觸動高壓區的設備，極其不方便。當前發展趨勢是由無源型光學互感器代替電子式互感器[2]。然而，盡管光學互感器具有線性度與測量精度優異以及高壓區不設有電子設備等顯著優勢，且與有源型互感器相比，抗電磁干擾的能力更強，使用壽命更長，但光學材料本身的性質導致運行穩定性不高，難以廣泛應用。

4.2 通信網絡結構設計方面

為保證系統的可靠性，應從簡設計通信網絡的結構。當前，數字化變電站技術以實現總線型網絡結構為發展目標，但由于其在設備性能、網絡速率和軟件編制方面要求極高，現今的數字化技術難以滿足實現需求。此外，當前的數字化變電站的通信網絡結構劃分以分層和獨立式為主，在短期內無法得到改善。

4.3 故障錄波器方面

故障錄波器主要用于接收來自合并器的數字化交流采樣信號，然后對交流量進行錄波。這要求錄波器安裝有能采樣的數據網接口。當前，通常采取常規電纜接線方法采集開關量，大量的電纜可以實時產生錄波數據。而智能變電站中，電纜被光纜代替，由GOOSE網絡記錄開關量信息，減少了電纜的投入量和建設成本，但建設難度相應增加。

5 結 論

首先介紹智能變電站的關鍵技術和建設問題，進而全面概述智能變電站的構件組成和優勢，以期建設單位在進行智能變電站建設時，能從長遠的發展方面綜合考慮，從而促進智能變電站的良性發展。