張萬菊，付金生

（國網(wǎng)青海省電力公司黃化供電公司,811200）

0 引言

在日益嚴(yán)峻的資源和環(huán)境壓力下，電網(wǎng)的發(fā)展必須要滿足高效的資源優(yōu)化配置，提高全天候運(yùn)行能力以及能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要。在現(xiàn)代科技高速發(fā)展的大背景下，世界各國對(duì)電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的研究已經(jīng)延伸到智能化的領(lǐng)域，尤其是歐美等西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)提出了比較成熟的智能電網(wǎng)建設(shè)方案，就我國而言，對(duì)于智能電網(wǎng)的發(fā)展主要是以特高壓為核心，配以新能源發(fā)展的思路。智能變電站是電網(wǎng)集中化、自動(dòng)化以及智能化發(fā)展的一個(gè)核心環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)為電網(wǎng)提供數(shù)據(jù)和控制對(duì)象的功能，站內(nèi)擁有全自動(dòng)一體化系統(tǒng)平臺(tái)，可以同時(shí)進(jìn)行大批量的信息交換。與傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站無論是在安全性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性等方面都有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，因此，作為智能電網(wǎng)的核心和骨干，對(duì)于智能變電站的研究有著非常重要的意義。

1 智能變電站的基本結(jié)構(gòu)

智能變電站主要是采用先進(jìn)的電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備以及數(shù)字化平臺(tái)搭建的，具備自動(dòng)采集信息、測(cè)量、控制以及保護(hù)等基本功能，同時(shí)還支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能。這里所說的自動(dòng)觀測(cè)、控制、數(shù)據(jù)分析以及保護(hù)主要是指采用先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的準(zhǔn)確感知，并且對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)控；對(duì)采集到的信息進(jìn)行及時(shí)的分析處理，提升系統(tǒng)的決策效率，然后根據(jù)數(shù)據(jù)信息的處理結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和故障修復(fù)等，因此也可以說，智能變電站是智能電網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力。智能變電站系統(tǒng)可以分為間設(shè)備層、隔層和站控層，各層之間通過光纜相互連接，實(shí)現(xiàn)智能變電管理的應(yīng)用。下面就對(duì)智能變電站各層次的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：

（1）站控層

智能變電站系統(tǒng)中的站控層，主要包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、服務(wù)器以及人機(jī)交互設(shè)備。站控層的主要功能是實(shí)現(xiàn)智能變電站系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急預(yù)警、操作鎖閉、自診斷功能以及日志記錄、繼電保護(hù)整定值變更、故障自動(dòng)診斷與分析，以及智能變電站遠(yuǎn)程控制操作功能等，站控層通過光纖通訊系統(tǒng)與下一級(jí)間隔層保持聯(lián)系。

（2）間隔層

間隔層具體包括監(jiān)控設(shè)備以及繼電保護(hù)設(shè)備兩大類。間隔層設(shè)備在橫向上按間隔配置。間隔層設(shè)備在本間隔主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)、錯(cuò)誤預(yù)警以及錯(cuò)誤自檢功能。其中，母線保護(hù)是使用分散式安裝技術(shù)，依照間隔安裝雙重化母線保護(hù)間隔層單元，并且通過光纖通訊系統(tǒng)與設(shè)備層保持聯(lián)系。

（3）設(shè)備層

智能變電擁有一系列高級(jí)設(shè)備，例如斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、信息處理接口、復(fù)合傳感器、分壓形VD以及羅果夫斯基TA等。智能變電站設(shè)備層的特點(diǎn)在于復(fù)合傳感器、分壓形VD以及羅果夫斯基TA的應(yīng)用。復(fù)合傳感器本身是一個(gè)組合體可以理解為一個(gè)整體，在這個(gè)組合體中，集成了2個(gè)及以上的檢測(cè)不同物理量的傳感器單元。這些傳感器單元信號(hào)可以各自單獨(dú)輸出通常為模擬信號(hào)，高級(jí)的則由組合體中嵌入的處理器測(cè)量后按照規(guī)定的格式集中輸出；分壓形VD是通過中間電極電位到高阻抗A/D變換單元的方式實(shí)現(xiàn)測(cè)量電壓及輸出信號(hào)的數(shù)字化；羅果夫斯基TA實(shí)質(zhì)上是一種原邊為單匝線圈，副邊為躲匝線圈的電流互感器，通過在環(huán)形抗磁鐵芯與高阻抗A/D之間的變換來實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的數(shù)字化。由于羅果夫斯基TA與電流回路只是通過電磁場(chǎng)耦合，因此與主回路有良好的電氣絕緣，再加上這種線圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工和安裝，工作性能可靠，頻帶較寬，自身的上升時(shí)間可以做得很小，所以羅果夫斯基TA非常適合于測(cè)量脈沖電流。

2 智能變電站的主要技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)階段智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)主要有數(shù)字化、分散式以及集成化三種，以下就對(duì)智能變電站的三大技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析：

（1）數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)是智能變電站的核心要素，該技術(shù)融合了現(xiàn)代通信技術(shù)以及微電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能變電站一次設(shè)備的自動(dòng)化控制，將斷路器、電流和電壓傳感器以及隔離開關(guān)的重新整合，通過資源與環(huán)境信息系統(tǒng)（Geo－Information system，GIS）實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站一次設(shè)備的在線監(jiān)控和遠(yuǎn)程維護(hù)，極大的提升了設(shè)備的穩(wěn)定性、高效性以及可靠性。

（2）分布式技術(shù)

智能變電站的分層技術(shù)主要體現(xiàn)在站控層、間隔層以及設(shè)備層這三個(gè)層次上。分布式技術(shù)特點(diǎn)在于可以很好地保護(hù)整個(gè)智能變電站系統(tǒng)，各個(gè)層次通過光通信技術(shù)和IEC-61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以及GOOSE組網(wǎng)方式進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的傳輸，這種方式可以不依賴智能變電站內(nèi)的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，在極大地提升智能變電站系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的同時(shí)，還可以有效縮短設(shè)備安裝周期和電纜使用數(shù)量。

（3）集成化技術(shù)

集成顧名思義就是將若干個(gè)孤立的個(gè)體集中在一起，產(chǎn)生聯(lián)想，從而構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。集成化技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用主要是通過集成化的智能組件，承擔(dān)變電站保護(hù)、控制、監(jiān)測(cè)以及測(cè)量等基本功能，在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，還可以節(jié)約占地面積，縮短設(shè)備安裝周期。此外，傳統(tǒng)變電站測(cè)控/保護(hù)裝置內(nèi)部繁瑣的A/D變換回路，而是采用更加先進(jìn)的光電信號(hào)進(jìn)行互聯(lián)，促使測(cè)控/保護(hù)裝置更加緊湊、合理，在減少設(shè)備造價(jià)的同時(shí)還可以極大的提升智能變電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

3 智能變電站對(duì)電力系統(tǒng)的影響

2009年5月，國家電網(wǎng)公司正式提出了“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)”的新概念，并且計(jì)劃在2020年基本建成堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，從此，便拉開了我國智能電網(wǎng)研究與建設(shè)的序幕。智能變電站是智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)電力系統(tǒng)有著非常重要的影響，以下就對(duì)智能變電站對(duì)電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行深入研究：

（1）電磁式和電子式互感器

互感器(instrument transformer)是按比例變換電壓或電流的設(shè)備。電磁式互感器的工作原理類似于變壓器，主要由鐵心和原、副繞組構(gòu)成，具有容量小、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但是電磁式互感器本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。智能變電站并沒有使用傳統(tǒng)變電站的電磁式互感器，而是采用更加先進(jìn)的電子式互感器。電子互感器具有傳感單元和合并單元，傳感單元的作用是進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對(duì)變電站的高壓信號(hào)進(jìn)行收集整理，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸；合并的單元?jiǎng)t主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感單元傳輸來的信號(hào)進(jìn)行同步合并處理。這種電子式互感器主要是由多個(gè)電流、電壓互感器組成，其信息傳輸量和被測(cè)量量成正比，因此在數(shù)據(jù)傳輸以及信息處理方面具有很高的精確度，很好地解決了電磁式互感器常見的“飽和”問題。

（2）智能組件帶來的強(qiáng)大功能

智能組件是智能變電站的核心部件，主要由智能設(shè)備構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能。例如對(duì)于智能開關(guān)的應(yīng)用，由于其具有智能控制、選相位分閘、機(jī)械儲(chǔ)能以及電容儲(chǔ)能間的相互轉(zhuǎn)換等功能，因此可以有效地提升變電站的在線監(jiān)測(cè)和診斷。在具體應(yīng)用過程中，可以將二次技術(shù)與現(xiàn)有的開關(guān)設(shè)備相結(jié)合，對(duì)于室內(nèi)的資源與環(huán)境信息系統(tǒng)采用GOOSE組網(wǎng)方式和智能開關(guān)柜相結(jié)合的方法，GOOSE組網(wǎng)方式可以直接將變電站的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)鏈路層上，可以有效的確保重要數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸。此外，GOOSE組網(wǎng)方式還可以使用廣播地址的方式進(jìn)行信息傳輸。

（3）光纖通信技術(shù)的應(yīng)用

光纖通信技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)變電站通信的一次重大升級(jí)，通過光纖通信技術(shù)可以簡(jiǎn)化傳統(tǒng)光纜通信的接線模式，減小對(duì)電纜的依賴程度，在降低投資成本的同時(shí)，還有效地解決了電磁兼容的環(huán)境問題。在智能變電站的各間隔層中使用的GOOSE組網(wǎng)方式有效地實(shí)現(xiàn)了間隔的閉鎖、過負(fù)荷聯(lián)切以及母線失靈等保護(hù)功能。

（4）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的應(yīng)用

現(xiàn)階段在電力系統(tǒng)的建設(shè)過程中，對(duì)變電站自動(dòng)化以及智能化的要求越來越高，為了方便變電站中各種IED的管理以及設(shè)備之間的互聯(lián)，就需要一種通用的通信方式來實(shí)現(xiàn)。而IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的應(yīng)用，無疑有效地解決了這一問題，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一國際標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)設(shè)備的一系列規(guī)范化，使其形成一個(gè)規(guī)范的輸出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無縫連接?？梢哉f，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約的應(yīng)用給智能電網(wǎng)的發(fā)展提供了科學(xué)的技術(shù)操作規(guī)范，同時(shí)也為智能變電站的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提供了理論支持。

4 結(jié)束語

綜上所述，電網(wǎng)發(fā)展直接關(guān)系到一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)命脈，在資源日益緊缺、環(huán)境逐漸惡化的影響下，電網(wǎng)發(fā)展遭到了前所未有的挑戰(zhàn)，因此，迫切要求智能電網(wǎng)的研究和發(fā)展。智能變電站是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的需要，對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)和技術(shù)改造，以實(shí)現(xiàn)變電站智能化、高效化等特點(diǎn)。文章對(duì)智能變電站的核心結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，然后就智能變電站對(duì)電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行深入探討，得出智能變電站研究與發(fā)展的核心是要滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際需求，全面體現(xiàn)電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化等特征。

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