變電站自動化系統的功能及其發展

王健

摘要 變電站是智能電網“電力流、信息流、業務流”匯聚的焦點，在電網中具有關鍵地位。變電站自動化系統技術對提高變電站的安全、穩定運行水平具有重要意義;尤其是在智能電網背景下，要實現對電網更加及時、準確地監視和柔性地控制，必須更加關注變電站自動化系統。本文介紹了目前變電站自動化系統具有的功能，并對其未來發展和研究方向提出了看法和建議。

【關鍵詞】智能電網 智能變電站 自動化

1 引言

自20世紀80年代中期變電站自動化系統在我國投運以來，變電站自動化系統己廣泛應用于變電站中。30年的運行實踐表明，變電站自動化系統不僅提高了變電站自身的自動化水平，而且對電網調度的可控性和電網運行的安全性起到了巨大的推動作用。

目前，智能電網是電網未來發展趨勢己成為國內外眾多學者的共同認識。在智能電網背景下，發展智能化的變電站自動化系統是實現電能輸送大容量低損耗、電網運行高穩定高可靠、電能損耗低損耗的技術保證。

基于此，本文介紹了變電站自動化系統的功能，并對建設智能電網背景下的變電站自動化系統需要進一步增加和開展研究的方向提出了一些看法和建議。

2 變電站自動化系統

IEC61850對變電站自動化系統的定義為：“變電站自動化系統是在變電站內提供通信基礎設施在內的自動化”。從定義中可以看出，變電站自動化系統的功能是變電站必須完成全部自動化任務。本節結合我國變電站自動化系統的實際情況，介紹變電站自動化系統具備的功能。

一般來說，變電站自動化系統應具備的功能包括：

（1）監視功能;

（2）自動控制功能;

（3）繼電保護功能;

（4）測量表計功能;

（5）系統功能（當地監控、調度端通信）。

在變電站自動化系統中有不同的子系統負責完成不同的功能，從而實現對變電站的監視和控制。

2.1 監視子系統

監視子系統，即監控與數據采集信息（SCADA， supervlsory control and dataacquisition），完成數據采集與監控的全部功能。SCADA系統的主要功能包括數據采集、數據分類和處理、安全監控、操作與控制四部分。此外，SCADA系統還具有人機聯系、運行記錄、同步對時等功能。

2.2 自動控制子系統

變電站自動化系統應具備保證設備安全運行和提高電能質量的自動控制子系統。典型且常用的自動控制子系統有電壓、無功綜合控制裝置（VOC）、備用電源自投控制裝置、低頻低壓減負荷控制裝置、單相接地自動選線裝置。

2.3 繼電保護子系統

繼電保護子系統是保證電力系統安全穩定運行、減少停電事故、減少事故損失的最直接有效手段，在電力系統中具有重要的作用。繼電保護子系統的基本任務是：

（1）有選擇性地將故障元件從電力系統中快速、自動地切除;

（2）反應電氣設備的異常運行工況;

（3）根據實際情況，盡快自動恢復停電部分的供電。

2.4 電能量計量子系統

電能量包括有功電能和無功電能。電能量的采集和管理是電力系統自動化的重要組成部分。目前的電能量計量子系統采用獨立的主站系統和專門的電能量遠方終端，使用專用通道、專用通信規約進行電能量的采集、計算和統計考核。

2.5 系統功能

除了上述的幾個功能，變電站自動化系統還應具有諸如當地監控、人機交互、調度端通信等功能。

3 變電站自動化系統功能的發展

智能電網是電網未來的發展趨勢。智能電網背景下，變電站自動化系統除了第二節中敘述的功能，今后還需研究開發以下幾方面的功能。

3.1 發展廣域動態實時監控系統

當前，我國電網已經進入特高壓、交直流互聯、大容量遠距離輸電階段，間歇性分布式能源的大量接入及直流輸電等都增加了電網調度管理的復雜性。為了提高對電網的調度水平，必須發展廣域動態實時監控系統。

廣域動態實時監控系統對通過安裝在不同地理位置的相量測量單元（PMU）測量數據，采集點萬眾不同電氣點的動態過程數據，通過通信通道上傳到主站，實現廣域范圍內電網的動態同步監視。相對于監視電網穩態數據的SCADA系統，其最基本的特征是廣域、實時、動態、同步及數據的高速傳輸。

廣域動態實時監控系統涉及多方面的關鍵技術，如PMU單元的性能、遠距離的同步測量技術、對數據的干擾信號過濾問題等。這些問題需要進行更加系統的研究，并在實際應用中發現問題、解決問題。

3.2 研究智能告警及分析決策系統

隨電網規模的擴大、運行方式的多變及電網設備的大量增加，呈現給調度員的告警信息越來越多。當電網發生故障時，Is內會有成白條告警信息進入調度控制中心。真正有用的告警信息被大量的噪聲數據淹沒，不能起到告警系統應有的作用。為了保證調度自動化系統的正常運行，及時發現系統的故障和潛在危險情況并盡快處理，需要智能告警及分析決策系統對大量重復冗余的告警信息進行分層次的智能化處理。

智能告警及分析決策系統的功能主要包括對故障告警信息進行分類和過濾;分析告警信息的優先級;提供事故的原因和故障定位信息等。

3.3 發展電力設備的狀態檢修研究

目前，供電部門對電力設備的維護較多采用計劃檢修和故障檢修。計劃檢修是對設備進行定期的維護;故障檢修是設備故障后對其進行檢修。計劃檢修存在很大的盲目性，造成了人力、物力的浪費，過度檢修對設備的絕緣也存在較大影響;故障檢修不能及時發現設備的故障或缺陷，有時在發現故障時已造成巨大的經濟損失。

發展狀態檢修是智能變電站的重要特點之一。狀態檢修是根據設備的運行狀況進行檢修，是有目的地檢修。實現狀態檢修對提高設備的運行可靠性，減小設備的運行維護成本，延長設備使用壽命都具有重要的現實意義。

3.4 可再生能源接入技術的研究

智能電網中有大量的可再生能源接入，如風能、太陽能、生物質能等。可再生能源的間歇性及出力特性不同，對電網運行的安全性、穩定性及電能質量方面造成了較大的沖擊和影響。變電站作為可再生能源接入智能電網的接口，必須考慮柔性的并網技術。變電站自動化系統應具備對可再生能源的功率預測、實時監控、柔性控制等功能，以減輕可再生能源對電網的沖擊。

3.5 電力市場化對變電站自動化系統的需求

目前，電力系統的經營機制已從行業壟斷變為有競爭的電力市場。在電力市場環境下，發電廠的競價上網、用戶對供電方的選擇都會加劇電網潮流變化，通過變電站的進出線功率方向不確定性增加;為了追求經濟效益，線路和變壓器可能運行在穩定極限附近，減小了電網裕度。這一切都對變電站自動化系統提出了新的要求。

電力市場下，變電站自動系統應具有以下功能：

（1）快速控制聯絡線功率;

（2）電網的事故預防和緊急控制;

（3）實現變電站與用戶、變電站與售電方的交互功能。

4 結語

本文簡要介紹了變電站自動化系統具備的功能，并對變電站自動化系統的發展方向提出了一些看法和建議。智能電網的建設和發展，對電網的監視、控制、調度都提出了更高的要求。建設智能電網背景下的變電站自動化系統不是一朝一夕之事，要研究的問題和涉及的領域很多，需要在建設過程中不斷摸索和前進。隨著相關技術的發展，變電站自動化系統應具備的功能也一定會不斷發展和提高。