有关智能变电站浅析与探讨
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摘要：智能电网的研究建设工作正在世界范围内逐渐展开，智能变电站作为智能电网的基本组成单元，其研究建设工作也在一定范围内展开试点。本文结合智能变电站的研究成果及发展概况，介绍了智能变电站的定义、技术原则、体系结构内容以及对今后智能变电站的试点建设中的一些问题进行了探讨。
关键词 智能变电站技术原则 体系结构 组网方式 探讨
中图分类号：U665文献标识码： A
1引言：
智能电网是当今电力系统发展变革的最新方向，智能电网覆盖电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节。智能变电站是其中的重要组成部分。在国家大力推动智能电网发展的趋势下，我国许多省市已经开始了智能变电站的试点工作，智能变电站取代传统变电站是大势所趋。因此，在建设智能变电站示范工程中开展其理论体系和实现技术的进一步探讨研究，对加快智能变电站技术的推广应用和优化电网运行方式都具有非常重要的现实意义。
2智能变电站的浅析
2.1智能变电站定义：
智能变电站是指能够采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化，通信平台网络化，信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节，在线分析决策，协同互动等高级功能的变电站。
2.2智能变电站主要技术原则：
智能变电站是智能电网的重要组成部分，高可靠性的设备是变电站坚强的基础，综合分析、自动协同控制是变电站智能的关键，设备信息数字化、功能集成化、机构紧凑化、检修状态化是发展方向，运维高效化是最终目标。
1）智能变电站的通信网络包含电网的实时同步运行信息，保护信息、设备状态、电能质量等各种数据的标准化信息模型，保证基础数据的完整性及一致性。
2）智能变电站设备符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求
3）能够实现变电站与调度、相邻变电站、电源、用户之间的系统互动，支撑各级电网的安全稳定经济运行。
4）能够满足变电站的集中控制、远程监视、无人值班的要求。
5）设计、建设、功能满足相关标准、规范要求
6）宜建立站内全景数据的统一信息平台，供系统层各子系统统一数据标准化规范化存取访问以及和调度等其它系统进行标准化交互。
7）遵守安全防护总体方案
2.3智能变电站与数字化变电站（基于IEC61850标准建立的统一数据模型）异同：
1）要了解智能变电站，不得不从大家已经逐渐熟悉的数字化变电站说起。首先，数字化变电站技术是智能变电站的一部分，智能变电站是数字化变电站基础上发展起来的最新技术，是智能电网环境下对变电站技术形态的最新要求。具有更广的实用范围及更好的发展前景，将取代常规变电站和数字化变电站，为智能电网提供标准的、可靠的节点支撑。
2）智能变电站的建设离不开数字化变电站的技术与经验。同时又弥补了数字化变电站建设中的不足。数字化变电站缺乏相关的建设标准和规范；设备接口的不规范、主要局限在自动化系统本身，没有形成整个变电站的信息体系，没有形成智能设备更多的智能应用。
2.4智能变电站体系结构：
智能变电站分为过程层、间隔层和站控层。
过程层包括变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。
间隔层设备一般指继电保护装置、系统测控装置、监测功能组主IED等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。
站控层包括自动化站级监视控制系统、站域控制、通信系统、对时系统等，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。站控层功能宜高度集成，可在一台计算机或嵌入式装置实现，也可分布在多台计算机或嵌入式装置中。
2.5智能变电站组网方式：
2.5.1站控层网络主要有：总线型、环网型和星型结构
1）总线拓扑
o组网方便无冗余链路有丢失数据的风险，另外要充分考虑系统所允许的最大时延
2）环型网络
o具有一定的冗余特性（对随机性的数据流效果较好）
o有因为交换机软件bug导致网络风暴的风险
3）星型网络（国内应用较多）
o简单、经济、可靠，无冗余链路不会造成广播风暴
o和变电站的主接线及数据流天然一致
o冗余需采用双套网络设备，且需设备支持
2.5.2过程层网络主要有以下几种方案：
方案一：
方案二：
方案三：
智能变电站是今后变电站试点建设的主要方向之一，但就某些方面还需要进一步探讨，并在智能变电站的试点建设中进一步完善和改进。
3.1系统信息安全隐患及防范
由于传统变电站的监控与数据采集(SCADA)系统和其他控制系统都是独立系统，是厂家的专有产品，其安全性来自于独立性以及专有性。而智能化变电站综合自动化系统基于开放、标准的网络技术之上，所有的供应商都可以开发基于因特网的应用程序来监测、控制或远方诊断，从而可能导致计算机控制系统的安全性降低。对于电力系统这样一个要求高可靠性和安全稳定性的系统而言，信息安全问题尤其突出。随着智能变电站的不断推广应用,如何在技术上、管理上建立安全防线，打造一个安全可靠的运行环境，保障智能变电站系统安全稳定运行成为当前一项紧迫的任务。
3.2站用电源智能化、一体化
一直以来，变电站站用电源分为交流电源系统、直流电源系统、UPS不间断电源系统、通信电源系统，各子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试，供电系统也分配不同的专业人员进行管理。站用电源的分散设计与管理，存在着诸多问题，难以实现变电站电源的网络化系统管理，自动化程度低，不能实现系统数据共享，无法进行站用电源协调联动、状态检修等深层次开发应用。针对站用电源的技术研究与产品创新相对滞后，传统站用电源设计方案已难以适应智能变电站发展的需要。需要针对性的提出站用交直流一体化的设计思路，以实现：第一、建立站用电源统一网络智能平台;第二、消除站用电源隐患;第三、提高站用电源管理水平;第四、进行深层次开发，提高站用电源安全与智能化水平，以标准格式接入当地自动化系统，并上传至远方控制中心。
站用交直流一体化电源系并不是对交流、直流电源系统的简单混装，而是将站用交流电源系统、直流电源系统、逆变电源系统、通信电源系统统一设计、监控、生产、调试、服务，通过网络通信、设计优化、系统联动方法，实现站用电源安全化、网络智能化设计，实现站用电源交钥匙工程，实现效益最大化目标。
3.3变电设备状态检修系统
状态检修，即在设备状态评价的基础上，根据设备状态和分析诊断结果安排检修时间和项目，并主动实施。变电设备状态检修主要功能有设备在线监测、状态分析、对策措施、建议与检修计划生成、故障诊断、安全性评价数据管理以及相应的管理制度等。变电设备状态检修是智能变电站的智能化体现之一。
变电设备状态检修包括变电一次和二次设备的检修。在变电一次设备状态检修方面，就目前而言，特别是在监测数据的准确性、数据的融合和判据效用等方面有待进一步完善；在变电二次设备状态检修方面，主要是二次设备的电磁抗干扰监测问题。由于大量微电子元件、高集成电路在电气二次设备中的广泛应用，电气二次设备对电磁干扰越来越敏感。电磁波对二次设备干扰造成采样信号失真、自动装置异常、保护误动或拒动、甚至元件损坏。对二次设备进行电磁兼容性考核试验与对不同厂站的干扰源、耦合途径、敏感器件进行监测管理，是二次设备状态检修的一项重要工作，也是目前智能变电站的状态检修中需要解决的问题之一。状态检修不仅仅是技术方面的工作，更多的是管理上的工作。
4 结语
本文在介绍了智能电网的概念与发展趋势后，系统地阐述了智能变电站的定义、技术原则、体系结构、与数字化变电站研究成果比较及组网方式，并提出个人对智能变电站发展中的一些问题的认识与思考。智能变电站作为智能电网的重要组成部分，是输电网的重要节点与数据采集源头，是实现智能电网的基础和底层支撑点。目前，智能变电站的建设工作才刚刚开始，需要开展大量的研究与试点工作。在现阶段，对其所遇到问题的探讨与对其优点的认识同等重要。希望本文能对智能变电站的推广及建设以及智能电网的实现有积极的借鉴价值。
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作者：
Hongwen Ran 多年从事发、变电电气设计工作。