智能變電站自動化系統的設計與優化

張帆

摘 要：變電站是電網的基礎節點，加快變電站智能化建設布局是推動電網自動化建設的重要一環。我國是能源消耗大國，對于各種能源尤其是電力這一基礎性能源的需求更是十分巨大，積極做好電網建設布局對于保障電力的合理、正常供應有著極為重要的意義。變電站作為電網建設中的重點應當優化布局并積極做好智能化建設，以變電站自動化、智能化來推動電網智能化進程，提高電力運行管理的效率與質量。新時期，智能變電站建設面臨著新的機遇與挑戰，面對新的需求應當積極研究并設計一套智能變電站自動化系統新方案，新方案中將著重采用間隔縱向集成技術用以更好的實現對于變電站監控、保護的實現，提高系統的自動化、智能化程度。

關鍵詞：智能變電站；電網；間隔縱向集成技術

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0081-02

Abstract： Substation is the basic node of power grid. Speeding up the intelligent construction layout of substation is an important link in promoting the automation construction of power grid. China is a big energy consumer. For all kinds of energy， especially power， the demand of this basic energy is very huge， and actively do a good job in power grid construction layout is of great significance to ensure the reasonable and normal supply of electricity. Substation as the focus of power grid construction should optimize the layout and actively do intelligent construction， substation automation， intelligent to promote the process of grid intelligence， improve the efficiency and quality of power operation and management. In the new era， the construction of intelligent substation is faced with new opportunities and challenges. In the face of new demands， we should actively study and design a new scheme of intelligent substation automation system. The new scheme will focus on the use of interval vertical integration technology， in order to better achieve the substation monitoring， protection， and improve the degree of automation and intelligence of the system.

Keywords： smart substation； power grid； spacer vertical integration technology

前言

智能變電站建設是推進電網智能化建設的重要途徑與方式之一，智能變電站建設將以變電站自動化為基礎，輔助以信息監控、管理系統用以保障電網能夠更好的對各智能變電站進行調度、管理。在智能變電站系統的建設中將以自動化系統作為建設的核心，著重對變電站自動化系統中的功能分布、網絡結構以及調度間的信息交互方式等進行勾畫和建設，以間隔縱向集成技術為應用重點來進行智能變電站的建設。

1 智能變電站建設的核心需求

智能變電站是智能電網的構建基礎同時也是智能電網運行管理的重要節點。智能變電站在運行過程中應當滿足智能電網安全、穩定、高效運行的核心需求，以無人值守和設備全壽命周期內易于運行維護為建設的重點，支撐調控一體化運行保障智能電網自動化運行的安全性與可靠性。智能變電站自動化運行的核心依靠的是運行系統的監控、保護功能，在現今應用于智能變電站中的保護、監控功能實現需要較多的環節，其主要有智能終端、間隔層保護、測控裝置以及通信環節等幾大部分所組成，各層級之間相互協助共同做好對于智能變電站的監控、保護。保護層級的增多也會帶來極大的冗余，導致智能變電站監控、保護所需要的整體響應時間較長致使智能變電站的可靠性和速動性相較于傳統的保護方式有所降低，且各層級之間需要做好各功能部分的橫向耦合，加大了智能變電站實現的難度與復雜性。在智能變電站的建設中需要從減少功能實現環節和功能解耦的角度出發探討智能變電站內各功能裝置的布局用以提高智能變電站內各裝置功能實現的可靠性和快速性。智能變電站的安全穩定運行離不開良好的通信，在智能變電站內通信的實現與布設上多采用的是獨立雙網實現冗余，以更好的增強智能變電站通信系統的安全性與穩定性。智能變電站自動化控制依靠的是大量的信息傳輸與共享，智能變電站通過與上位控制系統相連接通過智能變電站對自身所運行的相關數據進行采集并將其反饋至上位控制終端用以實現對智能變電站運行情況的實時動態監控。在智能變電站與上位控制終端的信息交互中受制于遠動通信規約傳輸容量和調度系統數據容量的限制，智能變電站在數據傳輸中無法囊括其所有的數據，而是需要在眾多的數據中有選擇性的進行傳輸。在智能變電站的開發傳輸中需要積極做好主子站系統之間通信能力的研究，提高兩者之間的信息通信與交互能力從而使得智能變電站能夠向調度站傳輸更多、更全面的信息用以方便電力調度站的工作人員根據數據信息來對智能變電站進行調度控制。智能變電站是智能電網中的重要分支，長期以來智能變電站與智能電網之間所采用的分立建設模式使得智能變電站與智能電網之間缺乏統一的設計、規劃使得分布式應用的應用策略、交互接口等未能進行良好的統一，致使智能變電站現有應用無法與上位調度主站的應用實現廣域協同，智能變電站通過優化設計將傳統變電站中所需要的大量電纜回路轉換為網絡虛回路使得變電站的可控性和效率大幅提高，但是由于缺乏直觀有效的展示手段對智能變電站的運行管理維護帶來了極大的不便，在智能變電站進行改擴建或是設備更換時，需要對智能變電站中的配置描述文件進行更新。為簡化智能變電站的維修，提高智能變電站的故障處理效率需要對智能變電站的運行系統進行簡化、優化，用以更好、更方便的服務于現今的運行維護體系，減少智能變電站中的控制裝置與控制端子的數量，降低虛端子關聯復雜度以使得智能變電站的控制系統具有更高的維護和擴建能力。

2 智能變電站控制系統的架構與優化

智能變電站系統要求具有較高的集成性，在傳統智能變電站自動化控制系統的基礎上通過將線路間隔的部分間隔層設備與過程層設備進行縱向整合，用以簡化、優化設備之間的通信層級，提高設備的控制效率。對智能變電站的網絡架構構建冗余層采用雙網控制模式，用以有效的提高智能變電站監控、控制的穩定性與可靠性，并對智能變電站的監控功能采用面向服務的統一設計。在具體的設計中將對功能實現環節和虛端子數量進行優化，簡化層級并降低功能實現環節和虛端子的數量，用以使得網絡冗余性和變電站對各級調控主站的支撐能力得到大幅的提升。某220kV智能變電站自動化系統結構如下圖1所示。

在新型的智能變電站自動化架構中，通過提高智能變電站自動化控制系統間隔層和過程層功能的集成度將能夠使得智能變電站自動化控制的設備數量、功能實現環節以及配置工作量等得到大幅度的降低和簡化，從而使得智能變電站自動化系統的可靠性和可維護性得到較大幅度的提高。優化后的智能變電站自動化所采用的PRP協議能夠實現雙網信息的無縫切換以使得雙網通信能夠更快、更好的實現。智能變電站中的站控設備層主要用以對主站提供支撐服務，與調控主站相配合共同構建起面向服務的體系架構SOA，用以使得智能變電站自動化系統對于主站具有良好的支撐能力。

智能變電站自動化的集成優化中所采用的縱向間隔主要是通過將智能集成優化將間隔層保護、測控等功能在一套裝置中加以實現，并對智能變電站自動化系統的測控計算、出口輸出等進行保護。優化后的智能變電站自動化系統以“點對點”的網絡傳輸方式實現信息的傳輸與信號控制，通過接收變電站其他設備的GOOSE控制報文進行出口控制，通過這一方式能夠使得保護、測控功能實現環節得到更大的簡化和優化，以使得就地保護速動性和可靠性的大幅提升。母線差動保護以“點對點”方式通過GOOSE或是SV報文和間隔縱向集成裝置通信。在220kV智能變電站自動化系統中，需要對高壓線路進行單獨設置，其對于高壓線路的測控和保護需要在不同的裝置中加以實現，用以提高智能變電站自動化對高壓線路保護、測控功能的解耦，在提高線路運行管理效率、穩定性的同時更加便于運行維護。

3 智能變電站自動化系統中的關鍵技術

智能變電站自動化系統的優化與實現需要所使用的關鍵技術有以下幾種：面向間隔的縱向集成裝置實現技術，縱向集成裝置將智能終端、保護、測控等功能模塊進行了集成，集成化程度的提高將對智能變電站自動化所使用的硬件設備提出更高的要求。控制硬件不僅要求具有更高性能的處理器且要求各功能模塊之間的交換接口更高效，在接口方案中可以選擇同步傳輸技術或是串行傳輸技術或是基于以太網的交換式傳輸技術等。選用何種技術應當結合相應的需求進行針對性的選取。針對220kV及以上智能變電站自動化集成，應當從優化智能變電站自動化信息流路徑、提高硬件設備的響應速度與可靠性等方面入手用以構建高性能的智能變電站自動化控制系統。而對于110kV及以下智能變電站自動化系統的構建上應當做好智能變電站數據采集、控制、在線監測與控制保護等功能的集成，通過高精度的測算與整合用以對智能變電站進行高精度的測控與監測。

智能變電站最大的優勢是無人值守，通過遠端實現智能變電站的在線監測與自動調度。新時期在智能變電站自動化構建上需要加強智能變電站遠方全景觀測技術的研發與應用提高智能變電站的監視水平用以保障智能變電站的安全、高效的運行。在智能變電站自動化系統的構建上，電網分布式應用有助于解決信息分布所帶來的調度集中應用性能不足和可用性的難題，優化電網布局與控制性能。電網分布式應用相比于傳統的集中式應用在系統構成上更趨復雜，通過統一設計用以增強智能變電站的數據冗余性和快速處理能力，實現智能變電站自動化系統中主、從站應用之間的相互互補，提高智能變電站自動化的性能。

4 結束語

智能變電站自動化性能的提升對于提高變電站的自動化水平、優化變電站的管理有著極大的提升。新時期，應當積極加強對于智能變電站自動化的研究與應用，構建新型智能變電站自動化系統與體系，實現智能變電站自動化標準的規范、統一。

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