金珊珊

［DOI］10.3969/j.issn.1672-0407.2024.06.063

［摘 要］新能源的發(fā)展和智慧變電站在能源結構中的地位日益突顯。智慧變電站通過數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與分析、控制與優(yōu)化以及保護與安全等關鍵技術，能夠實現(xiàn)新能源的有效接入和管理，在新能源并網(wǎng)管理、預測與調度、消納與儲能管理以及與傳統(tǒng)能源的協(xié)調運行等方面發(fā)揮著重要作用。經濟性分析表明，雖然智慧變電站的投資成本較高，但其運行成本較低且具有顯著的經濟效益和環(huán)境效益，因此智慧變電站是實現(xiàn)新能源高效利用和電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

［關鍵詞］智慧變電站；新能源接入；關鍵技術

［中圖分類號］TM7文獻標志碼：A

智慧變電站通過采用先進的信息技術和通信技術，能夠實現(xiàn)對變電站的實時監(jiān)控、故障診斷和預測維護，提高電網(wǎng)的安全性和可靠性。此外，智慧變電站還能夠實現(xiàn)對新能源的有效接入和管理，為新能源的大規(guī)模應用提供有力支持。

1 新能源的發(fā)展以及其在能源結構中的地位

一方面，新能源的發(fā)展是應對全球能源需求增加和化石燃料資源稀缺以及對環(huán)境的影響而采取的一種可持續(xù)的替代方案。新能源，如太陽能、風能、水能等，是取之不竭的自然資源，且不會對環(huán)境產生污染，無溫室氣體排放。在這個意義上，新能源有望改變傳統(tǒng)能源結構，實現(xiàn)能源生產和消費方式的革新。另一方面，新能源在能源結構中的地位日益突顯。目前，傳統(tǒng)能源以煤炭、石油和天然氣為主導，但這些能源的產量有限，且對環(huán)境影響巨大。而新能源作為一種清潔、可再生的能源形式，正在逐漸嶄露頭角。國際能源機構預測：未來幾十年，新能源將逐漸增加在能源生產中的比重，成為能源結構的重要組成部分。

2 智慧變電站的概念及重要性

智慧變電站是指通過先進的信息通信技術與傳感器設備集成，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)各種參數(shù)和設備狀態(tài)的實時監(jiān)測、分析和控制的變電站。智慧變電站能夠智能化管理電力系統(tǒng)運行，提高供電可靠性和安全性，優(yōu)化運行效率，促進新能源接入。在傳統(tǒng)能源體系向清潔能源轉型的背景下，新能源如太陽能和風能不斷增加，但其波動性和間歇性給電力系統(tǒng)帶來一定挑戰(zhàn)。智慧變電站通過實時監(jiān)控和控制技術，可以對新能源發(fā)電機組的輸出和系統(tǒng)負荷進行高效管理，提高供電可靠性。

一方面，智慧變電站能夠實時監(jiān)測各個設備的電量、電流、電壓等參數(shù)。通過智能傳感器的應用，可以精確測量設備狀態(tài)，并及時預警故障。這有助于避免設備的突發(fā)故障，提前進行預防性維護，提高設備的可靠性，避免停電和事故發(fā)生。另一方面，智慧變電站通過智能化的調度和控制系統(tǒng)實現(xiàn)設備的協(xié)同工作，可以根據(jù)電網(wǎng)的負荷變化、新能源的出力波動，智能調整變電站的運行模式，并與上級電網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)互通。借助數(shù)據(jù)分析和大數(shù)據(jù)技術的應用，智慧變電站能夠預測未來電網(wǎng)的負荷需求，合理進行能源分配和調度，提高利用率，降低能源消耗，實現(xiàn)清潔高效的能源供應。

3 智慧變電站在新能源接入中的關鍵技術

3.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸技術

3.1.1 傳感器技術

智慧變電站采用各類傳感器，如電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等，對電力系統(tǒng)的各類參數(shù)和狀態(tài)進行實時監(jiān)測。傳感器需要具備高精度、快速響應和穩(wěn)定可靠的特點。圖1為智能變電站的系統(tǒng)架構圖。

3.1.2 通信技術

智慧變電站通過網(wǎng)絡通信技術，將采集的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心或其他關鍵設備，并進行共享和分析。通信技術需要具備高速、穩(wěn)定性和低時延的特點，以確保數(shù)據(jù)的及時傳輸和可靠性。

3.2 數(shù)據(jù)處理與分析技術

3.2.1 數(shù)據(jù)預處理技術

對采集的數(shù)據(jù)進行濾波、校正等處理，去除噪聲和異常數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)質量和準確性。此外，還需要進行數(shù)據(jù)壓縮和降采樣等技術，以減少數(shù)據(jù)傳輸和存儲的成本。

3.2.2 數(shù)據(jù)挖掘與分析技術

對采集的大量數(shù)據(jù)進行建模、分類、聚類、關聯(lián)分析等，從中提取有用的信息。通過數(shù)據(jù)分析，可以實現(xiàn)對變電站的負荷預測、故障預警和設備狀態(tài)評估等功能，提高電網(wǎng)的安全性和經濟性。

3.3 控制與優(yōu)化技術

3.3.1 智能控制算法

智慧變電站采用先進的智能控制算法，配合各類執(zhí)行機構和設備，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的精確控制和調節(jié)。智能控制算法需要具備強大的適應性、魯棒性和實時性能。

3.3.2 優(yōu)化調度策略

根據(jù)電力系統(tǒng)的實時負荷和電網(wǎng)結構，采用優(yōu)化調度算法進行運行模式和工作參數(shù)的優(yōu)化配置，以實現(xiàn)電網(wǎng)的最佳性能和高效運行［1］。

3.4 保護與安全技術

3.4.1 故障診斷與定位技術

通過對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行分析和比對，可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)故障的診斷和定位。包括對電力設備的故障診斷和位置定位，以及對電網(wǎng)的故障區(qū)域的定位。

3.4.2 安全防護措施

智慧變電站還需要配備安全防護措施，包括防火、防爆、防雷擊等技術，以保障電力系統(tǒng)的安全運行和操作人員的人身安全。

4 智慧變電站在新能源接入中的應用

4.1 新能源并網(wǎng)管理

4.1.1 并網(wǎng)策略與控制

新能源并網(wǎng)需要考慮電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經濟性。智慧變電站通過實時監(jiān)測新能源的出力情況，結合電網(wǎng)的負荷需求和運行狀態(tài)，制定合理的并網(wǎng)策略和控制方案。包括對新能源的功率預測、并網(wǎng)點的選擇、并網(wǎng)方式的確定等。通過優(yōu)化并網(wǎng)策略和控制，降低新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響，提高新能源的利用率。

4.1.2 并網(wǎng)穩(wěn)定性分析

新能源并網(wǎng)可能會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產生影響，如電壓波動、頻率偏差等。智慧變電站通過對新能源并網(wǎng)的穩(wěn)定性進行分析，可以評估新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響程度，為并網(wǎng)策略和控制提供依據(jù)。此外，智慧變電站還可以通過對電網(wǎng)的動態(tài)響應特性進行分析，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供保障。

4.2 新能源預測與調度

4.2.1 新能源出力預測

新能源出力受天氣、季節(jié)等因素的影響，具有較強的不確定性。智慧變電站通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，建立新能源出力的預測模型，實現(xiàn)對新能源出力的準確預測。這對于電網(wǎng)的調度和運行具有重要意義，可以提高電網(wǎng)對新能源的接納能力，降低棄風、棄光等問題的發(fā)生概率。

4.2.2 調度策略優(yōu)化

智慧變電站通過對電網(wǎng)的實時監(jiān)測和新能源出力的預測，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)調度策略的優(yōu)化。包括對發(fā)電機組的啟停、負荷的調整、儲能設備的運行等進行優(yōu)化。通過優(yōu)化調度策略，可以提高電網(wǎng)的經濟性和安全性，降低運行成本［2］。

4.3 新能源消納與儲能管理

4.3.1 儲能設備選型與配置

儲能設備是解決新能源消納問題的重要手段。智慧變電站通過對儲能設備的選型和配置進行分析，可以為新能源的消納提供支持。包括對儲能設備的性能、成本、壽命等進行綜合考慮，選擇合適的儲能設備并進行合理配置。

4.3.2 儲能系統(tǒng)的運行與控制

智慧變電站通過對儲能系統(tǒng)的實時監(jiān)測和控制，可以實現(xiàn)對儲能設備的優(yōu)化運行。包括對儲能設備的充放電策略、運行模式等進行優(yōu)化。通過優(yōu)化儲能系統(tǒng)的運行和控制，可以提高儲能設備的效率，降低運行成本，為新能源的消納提供支持。

4.4 新能源與傳統(tǒng)能源的協(xié)調運行

4.4.1 能源互補與優(yōu)化調度

新能源與傳統(tǒng)能源具有互補性，可以實現(xiàn)能源的優(yōu)化調度。智慧變電站通過對新能源和傳統(tǒng)能源的特性進行分析，可以實現(xiàn)能源互補和優(yōu)化調度。包括對新能源和傳統(tǒng)能源的出力、負荷需求等進行綜合考慮，制定合理的調度策略。通過能源互補和優(yōu)化調度，可以提高能源利用效率，降低運行成本。

4.4.2 能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析

新能源與傳統(tǒng)能源的協(xié)調運行對電網(wǎng)的穩(wěn)定性具有重要意義。智慧變電站通過對能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行分析，可以評估新能源與傳統(tǒng)能源協(xié)調運行對電網(wǎng)的影響程度，為調度策略提供依據(jù)。此外，智慧變電站還可以通過對電網(wǎng)的動態(tài)響應特性進行分析，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供保障［3］。

5 智慧變電站的經濟性分析

5.1 投資成本分析

5.1.1 設備投資成本

智慧變電站的設備投資成本主要包括變壓器、斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器、電纜等設備的購置費用。與傳統(tǒng)變電站相比，智慧變電站的設備投資成本有所提高，主要原因是智慧變電站采用先進的自動化設備和通信技術，這些設備的價格相對較高。然而，隨著技術的發(fā)展和市場競爭的加劇，這些設備的價格逐漸降低，使智慧變電站的投資成本逐漸接近傳統(tǒng)變電站。

5.1.2 工程建設成本

智慧變電站的工程建設成本主要包括土建工程、安裝工程、調試工程等方面的費用。由于智慧變電站采用先進的自動化設備和通信技術，其工程建設難度相對較大，因此工程建設成本相對較高。然而，隨著技術的發(fā)展和施工經驗的積累，工程建設成本逐漸降低。此外，智慧變電站的設計更加緊湊，占地面積較小，有利于節(jié)約土地資源，降低土地成本。

5.2 運行成本分析

5.2.1 運維成本

智慧變電站的運維成本主要包括設備維護、檢修、更換等方面的費用。由于智慧變電站采用先進的自動化設備和通信技術，可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和故障診斷，大大降低了運維人員的工作量和運維成本。此外，智慧變電站的設備壽命較長，故障率較低，也有利于降低運維成本［4］。

5.2.2 能耗成本

智慧變電站的能耗成本主要包括電力消耗、冷卻系統(tǒng)消耗等方面的費用。由于智慧變電站采用先進的節(jié)能技術和設備，如高效變壓器、無功補償裝置等，可以有效降低能耗成本。智慧變電站還可以實現(xiàn)對能耗的實時監(jiān)測和管理，有利于進一步降低能耗成本。

5.3 經濟效益分析

5.3.1 新能源接入對電網(wǎng)的影響

隨著新能源的快速發(fā)展，如太陽能、風能等，新能源接入對電網(wǎng)的影響越來越大。新能源具有清潔、可再生等優(yōu)點，但其發(fā)電量受天氣等因素影響較大，波動性較強。智慧變電站可以實現(xiàn)對新能源的實時監(jiān)測和管理，有利于提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，智慧變電站還可以實現(xiàn)對新能源的有效利用，如通過儲能設備儲存多余的新能源，以備不時之需。

5.3.2 智慧變電站對電網(wǎng)經濟性的提升

智慧變電站通過對設備的實時監(jiān)測和管理，可以提高設備的運行效率和使用壽命，降低設備的故障率和維修成本，從而提高電網(wǎng)的經濟性。智慧變電站對電網(wǎng)經濟性的提升主要體現(xiàn)在設備運行效率的提高、能耗成本的降低和土地資源的節(jié)約等方面。

5.4 環(huán)境效益分析

5.4.1 新能源接入對環(huán)境的影響

新能源接入對環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在減少化石能源的消耗、降低溫室氣體排放等方面。新能源具有清潔、可再生等優(yōu)點，其發(fā)電過程中幾乎不產生污染物和溫室氣體排放，有利于改善環(huán)境質量。然而，新能源發(fā)電量受天氣等因素影響較大，波動性較強，可能導致電網(wǎng)的不穩(wěn)定。智慧變電站可以實現(xiàn)對新能源的實時監(jiān)測和管理，有利于提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而保證新能源的有效利用。

5.4.2 智慧變電站對環(huán)境保護的貢獻

智慧變電站通過對設備的實時監(jiān)測和管理，可以提高設備的運行效率和使用壽命，降低設備的故障率和維修成本，從而減少能源消耗和污染物排放。智慧變電站對環(huán)境保護的貢獻主要體現(xiàn)在能源消耗的減少、污染物排放的降低和土地資源的節(jié)約等方面［5］。

6 結語

在新能源預測與調度方面，智慧變電站通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，建立新能源出力的預測模型，實現(xiàn)對新能源出力的準確預測。這有助于提高電網(wǎng)對新能源的接納能力，降低棄風、棄光等問題的發(fā)生概率。同時，智慧變電站通過對儲能系統(tǒng)的實時監(jiān)測和控制，可以實現(xiàn)對儲能設備的優(yōu)化運行。在新能源消納與儲能管理方面，智慧變電站通過對儲能設備的選型和配置進行分析，可以為新能源的消納提供支持。此外，智慧變電站通過對能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行分析，可以評估新能源與傳統(tǒng)能源協(xié)調運行對電網(wǎng)的影響程度。總體來說，智慧變電站在新能源接入中的應用有助于提高電網(wǎng)的經濟性、安全性和穩(wěn)定性，也有利于環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展。在未來的發(fā)展中，隨著智能技術的不斷進步和應用，智慧變電站將在新能源接入中發(fā)揮更加重要的作用。

參考文獻

［1］修藝源，張藝博，楊樂，等. 特高壓智慧變電站冗余測控裝置自動測試方法研究［J］. 自動化儀表，2023，44（11）：54-58.

［2］魏崇理，明廷煥，李士垚. 110 kV智能變電站智慧化技術改造分析［J］. 農村電工，2023，31（10）：37.

［3］陳博文，馬超. 人工智能下變電站智慧化數(shù)字化建設與研究［J］. 現(xiàn)代工業(yè)經濟和信息化，2023，13（9）：219-221.

［4］楊金凇，羅明璋，黑創(chuàng). 智慧變電站環(huán)境測控系統(tǒng)設計［J］. 中國教育技術裝備，2023（10）：27-31.

［5］郝向軍，宋曉雨，馬津. 變電站智慧立體巡檢系統(tǒng)關鍵技術應用［J］. 數(shù)字技術與應用，2023，41（5）：23-25.