浅谈智能变电站

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中图分类号：TM63 文献标识码：A

摘要：本文从智能变电站的架构体系出发分析其关键技术，对智能变电站重要技术进行了简单分析。从构成变电站的架构体系来看，建设智能变电站的基础在于实现变电站的数字化和站内控制的智能化。其关键技术主要包括非常规互感器的应用，IEC61850通信规约的实施，电气设备的智能化和针对电力系统新兴问题的控制策略改进。

关键词：智能变电站；IEC61850；智能电气设备；状态检修；智能电网

引言

智能变电站是坚强智能电网建设中实现能源转换和控制的核心平台之一，是智能电网的重要组成部分，也是实现风能、太阳能等新能源接入电网的重要支撑。智能变电站是衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键。

智能变电站的现状及概念特征

数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备按过程层、间隔层、站控层三层结构体系分层构建，建立在符合国际标准的IEC61850通信规范基础之上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站使传统变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。

智能变电站是以高速网络通信平台为信息传输基础，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、协同互动等高级应用功能的变电站。

智能变电站体系结构

智能变电站系统分为3层：过程层、间隔层、站控层。

1.过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，其主要功能分3类：运行设备的状态参数检测；电力运行实时的电气量检测；操作控制执行与驱动。

2.间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置、故障录波等二次设备，其主要功能是汇总过程层实时数据信息；实施对一次设备保护控制功能；实施操作闭锁功能、同期及其他控制功能；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。

3.站控层包含自动化系统、站域控制系统、通信系统、对时系统等子系统，其主要任务是通过2级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；接收调度域控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；具有站内当地监控，人机联系功能；具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能；具有变电站故障自动分析和操作培训功能。

智能化电气设备在智能变电站中的应用

智能电气设备：主要包括测量数字化，设备信息化，控制网络智能化，设备状态可视化，功能集成化，内部结构及其参数可检测，检修状态化。目前，信息交互化和控制的智能化已经在电气设备的得到了初步的试验与应用。

1.智能断路器

传统的断路器提供的内部参数和内部机构的信息量小，状态不够直观等缺点。对此，智能断路器进行改进。智能断路器配有传感器、电子控制决策装置，执行器，具有较高的性能，能够完成更高的控制要求。针对传统断路器在检测和诊断方面的问题，智能断路器通过装置设计实现了重合闸的智能操作。一方面，能够实现分、合闸相角控制，实现断路器选相合闸和同步分断。另一方面，根据检测系统的信息判断故障是永久性的还是瞬时性的，进而确定断路器是否重合，以提高重合闸的成功率，减少对断路器的短路合闸冲击以及对电网的冲击。

2.智能变压器

智能变压器实现变压器运行状态的综合数据分析和数据处理，为变压器的状态维护提供可靠依据。一方面，智能变压器内部植入的各类传感器和执行器在智能化单元的管理下，保证变压器在安全、可靠、经济条件下运行。变压器在出厂时将该产品的各种特性参数和结构信息植入智能化单元中，运行过程中利用传感器收集到实时信息，自动分析目前的工作状态。另一方面，智能变压器具有通讯和数据处理能力，将变压器的各种工况数据、位置信号经处理后发送至数据网络，并能够接受各种对变压器操作的数字指令。

智能变电站的测控技术应用

在测控网络方面，智能变电站也广泛地采用非常规互感器；在通信规约方面，引进IEC61850通信规约。在实现了两大技术应用的前提下，智能变电站采用先进的工业以太网通信网络和高可靠的通信媒介，构建变电站内部层次分明、安全可靠的站内测控与通信网络。

1.非常规互感器在智能变电站中的应用

传统的互感器具有不便于安装、饱和会造成输出失真、二次测存在短路或开路问题、需要采用ADC模块才能与微机系统连接等一系列问题，这些问题对电力系统中各种测量、保护、计量等功能的实现具有诸多不利的影响。随着光电技术的发展和光纤通信技术的进步，先进的非常规互感器在智能变电站中得到应用。非常规互感器的应用能够实现变电站运行信息的全数字化实时采集，能够实现电气量的精准测量，提高了电力系统内部信号采集系统的抗干扰能力，对提高电网状态估计的水平、改进继电保护性能等具有重要作用。

2.IEC61850通信规约的应用

传统变电站存在系统自我封闭，各个系统之间信息交互能力差等问题，由各子系统构成的“信息孤岛”。上述问题主要由不同厂家之间设备采用的通信规约复杂繁冗，各系统之间信息交互接口没有统一标准等因素造成。为此，智能变电站在信息交换和传输方面采用IEC 61850通信网络规约，对变电站内的IED和测控装置进行统一的信号传输建模，实现变电站内信息量的全景采集和交换，形成基于一致性基础信息的信息平台系统。通过一体化监控平台，智能变电站实现了监视控制、数据采集、“五防”闭锁、同步向量采集、电能量采集、故障录波、保护信息管理、备用电源自投入、低频解列、安全稳定控制等多种功能的集成，能够满足测控、保护等各种智能装置的无缝通信，支持功能自由分配和重构，满足装置互换性要求，支持信息智能分析、综合处理，满足变电站安全操作和与用户互动需求。

3.智能组件

智能组件承担宿主设备的测量、控制、计量、监测和保护等基本功能，作为各功能单元的结合，智能组件可以实现灵活配置。每一个智能组件都可以根据电气设备在功能上的要求进行合理的选择和配置；智能组件可以实现集成化设计，也可以根据设备特点分散独立实现；作为电力控制系统通信网络中的节点，智能组件的通信包括过程层通信和站控层的通信。

小结

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、结构紧凑化是发展方向。

智能变电站是变电站整体技术的跨越和未来变电站发展的方向。智能变电站建设将为智能电网的发展奠定坚实的基础。

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