張可佳

（四川省電力公司內(nèi)江電業(yè)局，四川 內(nèi)江 641003）

2009年，國(guó)家電網(wǎng)公司首次提出了建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的戰(zhàn)略目標(biāo)和發(fā)展思路。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)被認(rèn)為是21世紀(jì)電力系統(tǒng)變革和發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是21世紀(jì)人類將現(xiàn)代高科技實(shí)用化的重大科技創(chuàng)新。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，必將對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的功能、形態(tài)和作用做出重大甚至是本質(zhì)的改變，深刻改變世界能源生產(chǎn)和利用格局，深刻影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和人們生活方式，在現(xiàn)代社會(huì)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用[1-3]。而在智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展中，作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能變電站的設(shè)計(jì)建設(shè)及投入使用至關(guān)重要。

智能變電站以現(xiàn)代先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、高效的信息化技術(shù)和快速的分析技術(shù)為基礎(chǔ)，高效高質(zhì)的完成對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量、控制和保護(hù)等基本功能，能夠提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)對(duì)于保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和提高對(duì)用戶的供電質(zhì)量和可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。實(shí)現(xiàn)對(duì)各種資源的靈活高效的優(yōu)化配置[4-5]。

本文探討了智能變電站的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，總結(jié)了智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及智能變電站各個(gè)部分的功能。在此基礎(chǔ)上，研究了智能變電站的具有的功能要求。最后，歸納了智能變電站的設(shè)計(jì)原則和及實(shí)際建設(shè)過(guò)程中注意事項(xiàng)。

1 智能變電站

智能變電站通過(guò)先進(jìn)、高效可靠和環(huán)保的智能設(shè)備集合而成，采用高速的通信網(wǎng)絡(luò)為載體，能夠自動(dòng)的完成電力系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量、控制和保護(hù)等基本功能。并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站[3]。

智能變電站與數(shù)字化變電站更加強(qiáng)調(diào)目的，即更加強(qiáng)調(diào)變電站具有的功能和目標(biāo)，因此智能變電站概念中包含兩個(gè)方面的集成[6-10]：物理集成和邏輯集成，如圖1所示。

堅(jiān)強(qiáng)智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。而高可靠性設(shè)備的大量投入則可以保證是變電站的堅(jiān)強(qiáng)性。變電站的自動(dòng)化分析、綜合和協(xié)調(diào)控制、設(shè)備信息的數(shù)字化、各種基本功能的集成化是智能變電站的關(guān)鍵，也是智能變電站發(fā)展的必然趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)信息共享智能化和是最終目標(biāo)。智能化變電站相對(duì)與傳統(tǒng)變電站的創(chuàng)新點(diǎn)主要在以下四個(gè)方面。

圖1 智能變電站的物理集成和邏輯集成

1）一次設(shè)備智能化。即綜合具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)與診斷、狀態(tài)檢修及資產(chǎn)評(píng)估等智能化功能。

2）互動(dòng)。實(shí)現(xiàn)與大用戶、其他變電站及調(diào)度中心的交流互動(dòng)。

3）協(xié)調(diào)控制。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制、變壓器電壓/無(wú)功廣域協(xié)調(diào)控制，保證全站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4）智能應(yīng)用。高速采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成相應(yīng)存儲(chǔ)分析，并做出智能決策以提高變電站智能應(yīng)用水平。

2 智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能是控制和監(jiān)視，以及一次設(shè)備和電網(wǎng)的繼電保護(hù)和監(jiān)視[4]。根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，從功能邏輯上，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分為3層：變電站層、間隔層和過(guò)程層。圖2給出了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖。

圖2 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

1）過(guò)程層

過(guò)程層包括遠(yuǎn)方的輸入輸出設(shè)備，智能化的傳感器和智能化的執(zhí)行器（如隔離開(kāi)關(guān)，變壓器和斷路器）等新智能組件，具體負(fù)責(zé)模擬量和開(kāi)關(guān)量的實(shí)時(shí)采集，并向間隔層和變電站層發(fā)送控制指令，可實(shí)現(xiàn)發(fā)送控制指令，可實(shí)現(xiàn)變電站電能分配、傳輸及其測(cè)量、控制、保護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等基本功能。

2）間隔層

間隔層由各間隔的控制、保護(hù)和監(jiān)視單元組成，一般指繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制裝置、主IED等二次設(shè)備，完成與各種遠(yuǎn)方I/O、智能傳感器和控制器通信。

3）變電站層

變電站層由采集儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)、操作工作臺(tái)和遠(yuǎn)方通信等部分組成。基于變電站層，全站將被看成一個(gè)整體，主要分為有關(guān)過(guò)程和接口的兩類變電站層功能。

數(shù)字通信是變電站內(nèi)各層聯(lián)系的基礎(chǔ)。變電站層和間隔層采用的是站級(jí)總線（StationBus）通信，即采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報(bào)文規(guī)范、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)，屬于串行通信方式；在間隔層和過(guò)程層采用的是過(guò)程總線（ProcessBus）通信，即單點(diǎn)向多點(diǎn)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，屬于并行通信方式。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)全站信息快速高效交換，變電站內(nèi)的智能組件及相關(guān)電子設(shè)備（IED設(shè)備，測(cè)控單元和繼電保護(hù)裝置）均采用統(tǒng)一的協(xié)議。最后，全站數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化也是網(wǎng)絡(luò)信息共享的基本要求。

3 系統(tǒng)功能要求

智能變電站系統(tǒng)功能應(yīng)滿足集成化和多樣化的要求，同時(shí)應(yīng)保證數(shù)據(jù)源使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，方便網(wǎng)絡(luò)共享。同時(shí)，智能設(shè)備之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的互聯(lián)互通，支持采用系統(tǒng)級(jí)的運(yùn)行控制策略。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備間的交互性溝通功能，保證系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制及安全高效運(yùn)行也是智能變電站系統(tǒng)功能的基本要求[11-12]。從功能需求層次上來(lái)分，智能變電站系統(tǒng)功能要求可分為一般功能要求和高級(jí)功能要求兩類。

3.1 一般功能要求

主要有：①數(shù)據(jù)采集和處理功能；②實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)功能，采集并存儲(chǔ)通信體系中各層傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)信息；③無(wú)人值班等相關(guān)功能要求；④防誤閉鎖的功能；⑤針對(duì)采集數(shù)據(jù)和各種通信接口獲取數(shù)據(jù)的報(bào)警處理功能；⑥在線計(jì)算及制表功能；⑦遠(yuǎn)動(dòng)通信功能；⑧系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)功能；⑨與其他智能設(shè)備的通信接口功能；⑩變電站內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)具有可視化功能；設(shè)備能夠根據(jù)需求，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的改造之后能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的高級(jí)功能。

3.2 高級(jí)功能要求

除了上述一般功能要求外，為實(shí)現(xiàn)運(yùn)維高效性，針對(duì)智能變電站的特點(diǎn),智能變電站還需滿足設(shè)備狀態(tài)可視化、智能告警及分析決策、故障信息綜合分析決策、集中式處理功能、站域保護(hù)、與外部系統(tǒng)信息交互等高級(jí)功能的要求。

1）設(shè)備狀態(tài)可視化

進(jìn)行變壓器斷路器隔離開(kāi)關(guān)等主要一次設(shè)備狀態(tài)信息的采集，做相應(yīng)可視化處理后上傳到上級(jí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，達(dá)到優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行和各設(shè)備運(yùn)行管理的目的。

2）智能告警及分析決策

針對(duì)變電站內(nèi)故障信息，建立其物理模型，對(duì)報(bào)警信息做初步處理，過(guò)濾掉錯(cuò)誤信息后，全面分析變電站的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)報(bào)警變電站出現(xiàn)的故障并提出相應(yīng)處理策略。同時(shí)，為了提高效率，課更具實(shí)際需求，在主站建立分層分類的故障告警系統(tǒng)。

3）故障信息綜合分析決策

在記錄了故障時(shí)間順序、保護(hù)裝置、故障錄波和相量測(cè)量等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和處理，并將故障分析結(jié)果進(jìn)行人性化的可視化展示。

4）支撐電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制

以站內(nèi)變壓器和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備為調(diào)節(jié)手段，配合堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)綜合調(diào)度體系，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化控制。

5）站域控制

在集中處理判斷站內(nèi)信息的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)站內(nèi)多種自動(dòng)控制裝置（備用自投、母線分和運(yùn)行等），達(dá)到適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的目的。

6）與外部系統(tǒng)交互信息

與其他變電站，上級(jí)調(diào)度中心及各類電源等的信息交換也是智能變電站需要滿足的高級(jí)功能之一。

4 設(shè)計(jì)原則及其注意事項(xiàng)

4.1 基本設(shè)計(jì)原則[2-7]

基本設(shè)計(jì)原則包括：

1）傳感器嵌入設(shè)備采集實(shí)時(shí)信息。

2）采用開(kāi)放性體系架構(gòu)（SOA）。

3）統(tǒng)一建模（UML）。

4）遵循標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化原則。

5）保證可靠性、冗余性。

6）網(wǎng)絡(luò)管理（流量與均衡）。

7）數(shù)據(jù)管理（分層分布式）。

8）具有智能分析及協(xié)調(diào)功能。

9）變電站外的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

10）網(wǎng)絡(luò)安全的保證。

4.2 具體設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

安全可靠是設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型需要滿足的首要原則；其次，盡可能采用結(jié)構(gòu)緊湊型設(shè)備已滿足智能變電站運(yùn)行維護(hù)高效化的要求；最后，優(yōu)化整合所有設(shè)備，以避免重復(fù)配置。

以下是智能變電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)需要著重注意的幾個(gè)方面[2-7]。

1）變電站布置

合理布局變電站內(nèi)電氣主接線設(shè)計(jì)，兼顧電網(wǎng)結(jié)構(gòu)要求和變電站功能需求，協(xié)調(diào)電網(wǎng)架構(gòu)與主接線形式，優(yōu)化電氣總平面布置方案，采用集成化設(shè)備，節(jié)約占地面積與建筑面積[5]。

2）土建與建筑物

優(yōu)化站內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量合并具有相同功能的房間；圍繞節(jié)約占地面積和建筑面積的要求，合理設(shè)計(jì)用來(lái)放置系統(tǒng)層設(shè)備的主控樓或機(jī)房等建筑；使用電纜替代光纖，并合理布置電纜溝位置。

3）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

靈活配置各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，充分考慮經(jīng)濟(jì)性要求，優(yōu)化交換機(jī)的數(shù)量，使網(wǎng)絡(luò)成本降到最低。其次，在搭建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)易擴(kuò)展、以配置的要求；當(dāng)新設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)，如果站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能下降，應(yīng)首先保證變電站自動(dòng)化功能，并滿足相應(yīng)性能指標(biāo)要求；最后，在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)正常運(yùn)行維護(hù)期間，全系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)不受影響仍能正常工作。

5 結(jié)論

電力搶修能保障持續(xù)供電，最大限度的減少電力事故造成的社會(huì)與人民經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。本文介紹了三種配電網(wǎng)電力搶修模式的業(yè)務(wù)流程和特點(diǎn)，隨著電力企業(yè)內(nèi)部管理規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)的提高，傳統(tǒng)的電力搶修模式會(huì)逐漸向以3G無(wú)線視頻監(jiān)控指揮系統(tǒng)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代化搶修模式轉(zhuǎn)變。本文為電力搶修人員提供一些理論參考。

在智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展中，作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能變電站的設(shè)計(jì)建設(shè)及投入使用至關(guān)重要。本文探討了智能變電站的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，總結(jié)了智能變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及智能變電站各個(gè)部分的功能。在此基礎(chǔ)上，研究了智能變電站的具有的功能要求。最后，歸納了智能變電站的設(shè)計(jì)原則和及實(shí)際建設(shè)過(guò)程中注意事項(xiàng)。本文為智能變電站建設(shè)和研究人員提供一些理論參考。

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