淺談智能電網(wǎng)與智能變電站

郭美林

（國網(wǎng)四川射洪縣供電有限責(zé)任公司，四川 射洪 629200）

智能電網(wǎng)指的就是電網(wǎng)的智能化，其也被稱作“電網(wǎng)2.0”時代。智能電網(wǎng)作為于集成高速的雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上結(jié)合以先進的技術(shù)和控制方法構(gòu)建而成的新型技術(shù)，能夠保證電網(wǎng)在可靠安全的環(huán)境中運行。智能電網(wǎng)所具有的特征主要包含自愈、激勵以及抵御攻擊等。智能電網(wǎng)中包含有智能變電站，本文將針對傳統(tǒng)變電站、數(shù)字化變電站以及智能變電站的差異進行闡釋，再對智能變電站的技術(shù)展開全面分析，望對智能電網(wǎng)的建設(shè)提供參考。

1 智能變電站與傳統(tǒng)變電站的差異

（1）傳統(tǒng)變電站特點。傳統(tǒng)變電站與智能變電站的物理結(jié)構(gòu)大致相同，但雖然兩者結(jié)構(gòu)相似，但二者的功能、接口結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)運行方面卻呈現(xiàn)出不同的特質(zhì)。傳統(tǒng)的變電站的特點在于傳統(tǒng)變電站的監(jiān)控系統(tǒng)主要分為站控層和間隔層兩層網(wǎng)絡(luò)，并且未經(jīng)過統(tǒng)一建模，而采用多種規(guī)約。傳統(tǒng)變電站當(dāng)中不僅僅擁有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，還具備保護以及PUM 等多種網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)變電站中的互感器和一次設(shè)備可以由常規(guī)控制電纜硬接模式實現(xiàn)與站控層之間的信息交換。傳統(tǒng)變電站的站控層設(shè)備主要由擁有數(shù)據(jù)庫的計算機和遠方通信接口等共同構(gòu)成。間隔層則起到保護、測量以及計量等作用。

（2）數(shù)字化變電站特點。數(shù)字化變電站的自動化系統(tǒng)主要分為三層，分別是站控層、間隔層以及過程層。智能變電站的站控層設(shè)備和間隔層設(shè)備的構(gòu)成基本與傳統(tǒng)變電站的常規(guī)監(jiān)控系統(tǒng)類似。僅從外延來看，與當(dāng)前非IEC61580 技術(shù)變電站之間并沒有明顯的差異。二者均通過使用以太網(wǎng)實現(xiàn)“四遙”功能。但從本質(zhì)來看，這兩者之間存在有巨大的差異。其差異主要體現(xiàn)于信息模型和互操作性之上。從信息模型上來看，IEC61850 能夠按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型連通各設(shè)備。從互操作性上看，不同廠家的IED 裝置之間都存在一定的互操作性。數(shù)字化變電站的過程層由電子互感器、智能單元以及智能傳感器等裝置構(gòu)成，除此之外，該層還使用了GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳合閘機制。傳統(tǒng)變電站與數(shù)字化變電站之間的差異如圖1。

圖1

（3）智能變電站特點。智能變電站的數(shù)據(jù)采集、傳輸以及控制等過程均已實現(xiàn)數(shù)字化，該技術(shù)的實現(xiàn)主要源于“數(shù)字化變電站”。智能變電站主要是為了滿足智能電網(wǎng)對變電站所提出的要求，并且智能變電站不僅能夠滿足智能電網(wǎng)所提出的要求，還兼顧了堅強、安全、可靠和集成等高級的互動功能。智能變電站所具備的優(yōu)點主要體現(xiàn)于其既能夠?qū)崿F(xiàn)不同廠家設(shè)備之間的相互操作還能夠有效地處理傳統(tǒng)電磁式互感器磁飽和狀況，并對二次回路問題進行解決。除此之外，智能變電站還可以處理由控制電纜所造成的電磁干擾問題，實現(xiàn)變電站電氣一二次設(shè)備狀態(tài)檢修。上述特點能夠有效的保證變電站的安全運行，還能夠有效地節(jié)約智能變電站全壽命周期內(nèi)的總投資。智能變電站的具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)變電站與數(shù)字智能化變電站的差別在于數(shù)字化變電站的智能終端就地化，并使用光纜替代變電站中的二次電纜，從而減少二次電纜使用量。跳閘方式也進行了改變，保護裝置出口改用軟壓板進行投退。除此之外，由于應(yīng)用了IEC61850，使得保護等二次設(shè)備能夠進行遠程操作。數(shù)字化變電站的二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化以及相關(guān)的安全措施與傳統(tǒng)變電站也存在差異。自動化以及保護專業(yè)也與二次系統(tǒng)專業(yè)進行有效的融合，運行檢修規(guī)范也出現(xiàn)了改動。

圖2

2 智能變電站構(gòu)成

傳統(tǒng)變電站當(dāng)中，測量、控制以及保護等功能的二次設(shè)備均分散布置并且獨立運行。一次設(shè)備與二次設(shè)備當(dāng)中通過電纜進行連接。而智能變電站本身通過間隔層對二次設(shè)備進行高度繼承，從而逐步形成一體化的智能組件，隨后借助光纖和一次設(shè)備與站控層設(shè)備進行交流。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的智能變電站將不再存在一次設(shè)備和二次設(shè)備這樣的區(qū)分，而是將所有二次設(shè)備均集成與一次設(shè)備內(nèi)，從而滿足智能變電站自動智能的要求。

（1）一次設(shè)備。智能變電站當(dāng)中通過使用低功率、緊湊型的電流和電壓互感器替代傳統(tǒng)變電站中所使用的常規(guī)CT與PT，并使用光纖以太網(wǎng)實現(xiàn)變電站中數(shù)據(jù)的采集和傳輸，從而對智能變電站的運行狀態(tài)進行監(jiān)測和保護。這些功能能夠滿足智能電網(wǎng)對于電力流、信息流以及業(yè)務(wù)流等多方面的需求。智能變電站當(dāng)中的智能化一次設(shè)備主要包括電子式傳感器、智能開關(guān)以及開關(guān)柜等。與傳統(tǒng)的互感器對比來看，智能變電站中所使用的電子式傳感器能夠?qū)Ω叩蛪哼M行有效的隔離，有著較高的安全性和絕緣性，并且其內(nèi)部不含鐵芯，能夠有效地消除磁飽和以及鐵磁諧振等問題。其抗電磁電網(wǎng)性能也極佳，能夠在壓測中保證無開路高壓危險。除此之外，智能化一次設(shè)備動態(tài)范圍較大，對數(shù)據(jù)的測量也有著較高的精度，運行過程中的頻率也能夠影響更大的范圍。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，也具有較強的抗干擾能力。除此之外，智能化一次設(shè)備的體積小質(zhì)量輕，能夠有效地縮小智能變電站的體積，縮小占地面積，便與規(guī)劃。

（2）二次設(shè)備。智能變電站中的二次設(shè)備主要由保護裝置以及智能終端等設(shè)備構(gòu)成。二次設(shè)備在安裝過程當(dāng)中，通過電壓互感器或是電流互感器連接至一次設(shè)備，并且二次設(shè)備能夠?qū)σ淮卧O(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)，對比傳統(tǒng)的變電站，智能變電站的二次設(shè)備更為集中，布局也合理，所使用的材料更是利于環(huán)保，有效地克服了傳統(tǒng)變電站中各子系統(tǒng)互相獨立，無法有效地共享信息的問題。

3 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)字化變電站不僅實現(xiàn)了一、二次有效的電氣隔離，還對變電站采集和傳輸數(shù)字化電壓電流和電氣量的測量范圍和精度進行了拓展，這使得變電站能夠有效地對信息進行共享。

（1）系統(tǒng)分層更加合理。數(shù)字化變電站應(yīng)用了IEC61850 所提出的三層功能分層結(jié)構(gòu)，即過程層、間隔層以及站控層。

（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。緊湊型的組合電器與智能化斷路器等一次設(shè)備結(jié)合了數(shù)量更多的部件和功能并且體積也相對更小，則就使數(shù)字化變電站所占的面積有效地減小，整體布局也更加緊湊合理。

（3）系統(tǒng)建模更加標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)字化變電站所使用的建模是IEC61850 的一、二次設(shè)備統(tǒng)一建模。該建模對以往的建模語言、設(shè)備模型、信息模型和信息交換模型進行了統(tǒng)一定義。并且對其中的資源使用全局統(tǒng)一規(guī)則為其命名，這使變電站與控制中心之間真正意義上實現(xiàn)了信息共享以及無縫連接。

4 結(jié)語

隨著智能化變電站的不斷發(fā)展革新，電網(wǎng)的功能逐漸增加。在這樣的背景下，加強智能電網(wǎng)的建設(shè)力度不僅能夠使能源資源更好地調(diào)配，還可以保證電力系統(tǒng)的運行安全。電網(wǎng)作為我國能源輸送和配置的重要平臺，不僅對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著重要的作用，還可以為地方經(jīng)濟發(fā)展提供動力，使社會向著低碳道路不斷前進，因此，積極建設(shè)電網(wǎng)既能夠為大眾的生產(chǎn)生活創(chuàng)造出更加穩(wěn)定的環(huán)境，還對社會發(fā)展有著重要的意義。