智能變電站及技術特點分析

陸鎮華

摘 要：變電站作為我國電力系統的重要組成部分，其主要功能是將電壓升高，輸送到用戶附近時再對其進行降壓處理。變電站的重要設備是開關和變壓器，按照規模大小可將小的稱為變電所，大的稱為變電站。隨著科學技術的不斷發展，出現了以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享化為基本要求，能夠自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等功能，并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的智能變電站。

關鍵詞：智能變電站；信息化；網絡化

一、智能變電站的定義

智能變電站是由先進的、可靠的、節能環保的設備組合而成，其特點是通過采用先進的電子設備，以智能化的一次設備和統一的信息平臺為基礎，能夠對變電站實行全景監測、狀態評估、運行控制。智能變電站系統共分為三層：過程層、間隔層、站控層。過程層包括由一次設備和智能控件等組成的智能設備、合并單元以及智能終端；間隔層主要是由繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波等二次設備所組成；至于功能高度集中的站控層，則是由自動化系統、站域控制系統、通信系統以及對時系統等子系統組成。

二、數字化變電站與智能化變電站的區別

數字化變電站的主要組成部分是智能化設備和網絡化二次設備，它的主要功能是可以實現變電站電氣設備的信息共享[1]。數字化變電站與智能化變電站從本質上講都是對變電站的技術改造，二者的區別在于，智能化變電站比數字化變電站多了信息共享以及基于網絡的其他高級功能。從一定意義上講，數字化變電站可看做是從傳統變電站到智能變電站的演進過程，智能化變電站的形成是在數字化變電站的基礎上增加了高級應用。當下我國大多數地方的變電站都還是傳統變電站，不過隨著我國綜合國力的進一步增強，這種狀況已經逐步改善。數字化變電站對比于常規變電站有著高性能、高安全、高可靠性和高經濟性等優勢。它的出現使得傳統變電站從傳輸、處理、采集的信息都由過去的模式轉變成數字信息形式，數字化變電站也逐漸成為我國電力系統的重要組成部分。

三、智能變電站技術特點

（一）智能變電站的組成

由上可知，智能變電站系統主要可分為三層：過程層、間隔層和站控層[2]。過程層的主要作用是完成變電站的電能分配、轉換、傳輸、計量以及保護等功能。間隔層的設備的主要功能是能夠實現與各種遠方器件進行通信。站控層包含了多個系統，主要功能是可以完成數據采集、監視控制、信息保護等多項技術。站控層由于高度化集中的特點，其可在一臺計算機、一部嵌入式裝置或多臺計算機、多部嵌入式裝置中實現。

（二）智能一次設備概述

智能化一次設備技術的發展程度以及速度，對能否實現整個智能變電站結構的最優設計有著很大的決定性意義。一次設備智能化主要包括組件的智能化，發展方向是使得組件實現測量、保護、控制、計量等技術。智能一次設備能夠實現對設備運行狀況的實時監控、能夠對設備的故障部位進行精確定位，并通過分析給出故障最佳解決辦法，相關工作人員利用智能一次設備的功技術就能夠實時掌握設備的狀態，并對設備使用壽命進行預測。電力系統中，智能化一次設備的使用提高了電網運行的穩定性，并由于其布局緊湊的特點，可節省大量占地面積，并根據采集到的數據降低電力系統的運行風險，減少維修人員工作量。根據《高壓開關設備智能化技術條件》以及《油浸式電力智能化技術條件》中對智能設備做出的規定，可以對智能一次設備進行一體化設計，主要包括以下幾個方面：①傳感器或執行器與高壓設備的一體化。②互感器與變壓器、斷路器的一體化。③將智能組件中的測量、控制、計量、保護部分進行一體化。

（三）智能設備與順序控制

對智能化的設備進行一系列的操作時，適宜采用順序控制，這種控制方式的優勢在于可以滿足無人值班以及區域監控中心站管理模式的要求，可以接受來自監控中心、調度中心以及后臺所發出的各種指令。當設備出現突發故障時，可以進行緊急斷電處理，擁有良好的圖形界面設計，可以同時滿足近端和遠端的可視化操作技術。

（四）智能變電站應具備的高級功能

智能變電站除了要具備一些變電站的基本功能之外，還應具備一些更高級的應用功能。例如：能夠對設備的運行狀態進行監測、能夠基于多信息融合技術對設備進行綜合故障診斷、能夠對發生的事故進行預警以及智能處理等。

（1）對智能變電站的設備實現廣泛的在線監測，能夠讓設備的檢修更加科學合理，也可以有效的獲得電網運行狀態數據，實現對二次設備狀態特征量的有效采集。但目前的技術水平不足以實現對變電站內所有設備實行在線監測，因此對變電站內的主要一次設備實行在線監測比較切合實際。例如：主變、HGIS/GIS、避雷器等設備。

（2）信息融合的目的是對信息獲取、信息表示及信息內部聯系進行綜合處理和優化的技術。多信息融合技術的含義是指通過對信息進行多角度處理，進而得到各種信息的內在聯系和規律，利用這些最終實現信息優化。對設備進行狀態監測，可以及時獲得被監測設備的狀態信息，相關人員結合所獲得的信息，如所檢測設備的參數、結構、運行狀態以及運行信息等，可以對監測設備的壽命進行評估。

（3）智能預警及智能處理。在智能變電站的監控系統上安裝智能預警及事故信息綜合分析決策系統，可以實現信息分類及處理，并能夠提取故障報警信息，幫助相關人員對故障發生原因進行合理判斷。利用變電站邏輯以及推理模型實現對預警信息的分類以及分類處理，相關人員通過對變電站運行狀態進行在線分析和推理，可以針對變電站的異常提出進一步的解決措施，也可以為主站提供智能預警，并為主站分析解決故障提供一定的數據支持。

四、智能化變電站的模式簡介

為了進一步實現智能化變電站的智能化性能，其應具有的結構特點為：①重點應放在面向對象，功能化的設計是其次；②采用按對象設計的分層分布式模式，通信主要采用的是以太網，其次采用的是現場總線和串口通信；③各個智能化單元、監控后臺以及網絡都是基于IEC61850設計的，方便未來技術的進一步發展。

智能化變電站的系統可以將變電站的多個一次設備信息進行收集，并利用智能化的組件對其進行綜合處理。智能化變電站系統是在IEC61850的通信技術規范的基礎上，實現智能化變電站內各種一次設備和二次設備間的信息共享，變電站自動化系統在物理上可分為設備層和系統層，在邏輯上可分為過程層、間隔層和站控層。當下我國電網中的智能化變電站設計模式主要分為以下三種：

（1）IEC61850模式，此模式是基于站控層并與傳統變電站中的自動化系統相似。這種模式不僅可以解決傳統變電站中智能設備之間互聯和信息互操作問題，還能夠實現對一次設備的智能控制。這種模式的優勢在于實時性高、可操作性強。

（2）基于傳統互感器和過程層的信息交換模式，這種模式實質上是在IEC61850模式的基礎上增加了在線監測功能，但這種方式無形中增加了網絡信息交換過程中的信息量。電網采用這種設計模式的優勢在于它采用通信光纜代替了傳統的銅芯，不僅能夠實現對過程層的數據采樣，并具有共享性的通信數據，還能夠簡化接線模式，使過程層網絡更加智能化。

（3）全信息交換模式，這種模式最大的優勢在于采用先進的電子式互感器代替原先的電磁互感器，這種工作模式在高壓及超高壓、特高壓智能化變電站中有著廣泛的應用。

當下，前兩種工作模式的實用性比第三種強，而面對現階段智能化技術尚未成熟的現狀，相關人員應加強智能化變電站試點的技術規范，以便未來智能化變電站的大規模推廣。

五、智能變電站發展前景

隨著科學技術的不斷發展，電網的智能化趨勢越發明顯，我國對于智能化變電站的投入也越來越大。智能化變電站的廣泛推廣，一方面是因其可以為電網建設提供有力支撐，另一方面是因其在構建互聯網方面發揮著巨大的作用。根據《中國智能變電站行業前瞻與投資戰略規劃分析報告》分析，智能化變電站的優勢主要體現在以下三個方面：①更加靈活，可控性強；②更加安全可靠；③更加節能高效。在未來，重點是要加強智能化變電站的推廣力度，從目前科技發展水平來看，智能化變電站擁有很好的發展前景以及推廣前景。

六、結語

綜上所述，智能變電站不僅是變電站的發展方向，而且是未來電網的重要組成部分。現階段，我國針對智能變電站的相關技術出臺了一系列的技術規范，隨著智能化變電站相關技術的日益成熟，將實現我國國家電網更加穩定，持續的運行。

參考文獻：

[1]李孟超，王允平，李獻偉，王峰，蔡衛鋒.智能變電站及技術特點分析[J].電力系統保護與控制，2010，38（18）：59-62+79.

[2]杜小平.智能變電站及技術特點分析[J].科技與創新，2016，（07）：141.