智能變電站技術研究分析

摘?要：本文從對比智能變電站與傳統變電站的區別出發，介紹了智能變電站的技術特點與優勢。然后淺析了智能變電站中使用的通用通信標準IEC61850，研究了該標準的優點以及在智能變電站中所解決的問題。最后，研究剖析了智能變電站的幾個高級應用。

關鍵詞：智能變電站;IEC61850;高級應用技術

1?緒論

隨著我國科學技術、工業、經濟等各方面的全面發展，電力系統的容量、可靠性、安全性都需要進行大幅度的提升，對于提高電力系統的自動化水平的要求也就愈加強烈，對系統的控制也更加困難。傳統的變電站可靠性差、實操性不強等缺陷明顯，很難再適用飛速發展的電網需求。因此，為解決這一問題，以IEC61850為標準的智能變電站應運而生，并獲得了快速發展。本文主要研究了智能變電站的技術特點、通信標準以及一些高級應用技術。

2?智能變電站的技術特點

圖1為傳統變電站與智能變電站構架對比圖。可以看到傳統變電站內采用的都是一些常規設備，信號的采集、傳輸、控制需要使用數量龐大的二次電纜，成本高，接線復雜，不但信息數據采集煩瑣，而且信息對象沒有統一建模，裝置之間也沒有搭建信息通信平臺，各子系統之間采集的數據、功能配置可能重復而造成浪費。二次電纜的大量使用也不利于提高系統的可靠性，且易對通信系統造成干擾。

相對于傳統變電站，智能變電站在以下幾個方面進行了創新：

（1）不再對傳統的一、二次電氣設備進行嚴格明確的劃分，“智能設備”在完成傳輸、分配電能的任務的同時還具備了測量、保護、控制等一系列在傳統變電站中由二次設備完成的功能。傳統的二次設備的功能整合在智能設備中并以智能組件的形式體現出來。換句話說智能設備就是一次設備與智能組件的有機結合。智能組件可能具有一個功能單元，也可能是多個，比如RCS測控、RCS保護、PMU、MU或是一些其他的IED（Intelligent?Electric?Device）。當然也可能是多個裝置的組合，如屏柜、GIS智能匯控柜等。

（2）傳統變電站只有兩層結構，站控層和間隔層[1]。而智能變電站創新性的增加了過程層，通過過程層完成對運行電網中各電氣量（電壓、頻率波形等）的采集，實現對各主要電氣設備的保護式監測，如高壓開關設備或是變壓器的溫度、壓力、絕緣等。過程層設備還能夠接收并完成站控層主機或是間隔層設備發來的控制指令，實現遙控、遙調等功能。智能變電站站控層功能包括站域保護、遠動系統、對時系統、通信系統、自動化系統、SCADA、PDC、操作閉鎖、全站備自投、集中故障錄波、低頻/低壓解列、保護信息管理[2]。

（3）智能變電站的站域保護是在變電站授權下采集實時信息。在這些采集的實時信息的基礎上進行分布協同或者是集中分析的方法來判定是否發生了故障，進而自動決策是否做出調整或是使繼電保護裝置動作。

3?IEC61850標準分析

變電站中的電氣設備繁多，多來自不同的生產廠家，他們之間沒有統一的通信標準，雖然各廠家也為之努力過，想要制定一個統一的協議，因此出現了103協議，但是各生產商對該標準理解不一、實施不得力，最終導致他們建立的標準雖是以103協議為基礎，但仍是五花八門，沒能達到完全統一。因此同一變電站內使用不同廠家的電氣設備甚至同一廠家不同設備在需要進行相互通信時必須進行復雜煩瑣且價格昂貴的規約轉換。而IEC61850通信協議的橫空出世，使以上問題得到完美的解決。

IEC61850系列標準標準體系很是龐大，內容非常豐富，并沒有局限于單純的通信規約，目前基本所有的智能電氣設備的建模都是基于IEC61850?SCL。

IEC61850采用的是分層的通信結構，將的通信網絡劃分為三層結構，即站控層、間隔層、過程層[3]。對變電站綜合自動化系統中的信息對象進行統一建模，將底層通信和上層抽象服務分離開，再映射到相應的不同通信協議棧[45]。

IEC61850系列標準有以下幾個特點：

（1）開放性。該標準基于一系列原有的標準，如IEEE/IEC/OSI/ISO，對此進行總結歸納，取其精華，吸收先進的新技術，內容豐富，體量大。

（2）先進性。①采用的技術先進，如：抽象通信服務接口、特定通信服務映射。②站控層網絡采用抽象的MMS進行通信。③變電站的配置是通過基于XML1.0的SCL語言來進行描述的。④具有自我描述、在線讀取和修改參數配置的功能，使更改配置更加方便快捷。

（3）完整性。適應對象全面，幾乎包含了變電站中所有的智能電氣設備。

IEC61850系列標準的幾個顯著優點：

（1）互操作性。解決了通信障礙，使互操性更好，允許同一站內來自不同的生產廠家的電氣設備進行通信，共享數據。

（2）自由配置。允許不同的變電站根據各自的特點和功能需求進行靈活自由的配置。

（3）長期穩定性。該標準立足當下并面向未來，縱使電網的發展日新月異，對安全可靠性的要求越來越高，它仍能很好地適用。此外，它還能夠適用迅速發展的通信技術。

4?智能變電站的高級應用技術

變電站高級應用的功能主要是著眼于建立同步、實時的基礎信息采集技術，并對大量的基礎信息的分布、預處理等信息架構進行搭建，以各種通信技術為基礎在系統中進行整合和布局。智能變電站以需求為導向，允許電網應用實時智能控制、在線分析決策、協同互動等一系列高級功能[6]。

4.1?設備可視化

設備可視化就是對主要的電氣設備的狀態參數進行采集并以直觀可見的形式通過調度中心的分析數據網絡上傳至上級系統。比如說將采集到的斷路器、變壓器的溫度、壓力等狀態信息以圖形、圖像的形式。便于對運行中的設備進行監測、管理與實時控制。

4.2?智能控制

智能控制是智能變電站實現一系列高級應用程序的基礎[7]，站內廣泛使用的順序控制、智能操作票、圖像聯動等都是智能控制的重要組成部分。順序控制又稱程序化操作，智能變電站中所有操作都是有一系列的標準、章程的，順序控制就是以變電站規定的操作標準、操作順序為基礎，能夠接收本地系統、監控中心以及調度中心的指令，然后由自動化系統按照相應的操作票規程程序化地執行所接受到的指令[8]。程序化、順序化的操作大大降低了操作失誤的可能性。

4.3?智能告警及分析決策

傳統告警系統模式單一，采用的告警分類方式不能夠準確的描述站內的具體信息，使運行人員不能夠在第一時間準確地把握故障信息。

智能告警及分析決策系統能夠多維度、多方式的反應告警信息，按照發生源以及嚴重程度對告警信息進行區分并以不同的形式發出告警。通過建立站內故障信息的邏輯和推理模型來實現對各種告警信息進行分類、過濾，并對變電站的運行狀態情況進行在線的分析和推理，自動地對站內的出現的異常狀況做出相應的告警，并能夠同時根據不同的情況給出相應的處理方式指導。

4.4?經濟運行與優化控制

智能變電站通過無功補償裝置的自動調節來實現對電壓的調整從而達到經濟運行與優化控制的目的。依靠變電站中的數據采集與監視控制（SCADA）系統采集運行數據，分析電網中的無功狀態，并以此為依據采取相應地措施進行電壓調整，具體方式有調節變壓器分接頭、投切電容器組等，以此減小電壓波動，降低網損。

4.5?與大用戶互動

智能變電站具有與外部系統進行信息交互的高級功能，既能實現電源間的互動，也能與大用戶進行交流通信。大用戶可以實時接收并顯示變電站主動傳輸過來的各種信息，如電能質量、電能實時價格、電網負荷信息等等，使電能的交易更加公開透明，易于工作的開展，同時還能夠刺激廣大用戶對電網安全進行監督與管理。

5?結論

通過分析，智能變電站優勢明顯，無疑將是我國變電站現階段以及未來很長一段時間的主要發展方向，因此我國智能變電站的數量近年來也呈現出爆發式的增長趨勢，技術方面也取得了快速的突破。但在不斷發展的同時，在工程化應用中也有更多的技術問題和應用難題浮出水面，亟待我們進一步解決，比如說運維管理中存在的種種問題，IED全壽命周期資產管理問題等。智能變電站的發展如此迅速，這些問題在不久的將來都將會被很好地解決。

參考文獻：

[1]田成鳳.智能變電站相關技術研究及應用[D].天津大學，2010.

[2]張曉華，劉躍新，劉永欣，孫嘉，邱俊宏.智能變電站二次設備的狀態監測技術研究[J].電氣技術，2011（04）：4144.

[3]曹俊琳.杭州地區110kV智能變電站的設計方案及應用研究[D].華北電力大學，2015.

[4]吳宏斌.智能變電站技術工程應用的研究與實踐[D].浙江大學，2010.

[5]趙妍.基于IEC61850保護測控裝置的建模與通信[D].南京郵電大學，2013.

[6]郭世波.內蒙古包頭東河110kV變電站狀態檢修改造方案[D].天津大學，2017.

[7]葉剛進.IEC?61850標準在智能化變電站工程化應用研究[D].華北電力大學，2012.

[8]楊銳.智能變電站中繼電保護配置現狀及分析[J].河南科技，2014（10）：160161.

作者簡介：張登義（1970—?），男，漢族，山西朔州人，碩士，高級工程師，研究方向：電氣自動化。