【摘 要】變電站自動化系統(tǒng)是電網(wǎng)信息處理的基礎(chǔ)，與能量系統(tǒng)直接耦合。本文首先描述了變電站自動化技術(shù)的演變過程：集中式變電站自動化系統(tǒng)、分散式變電站自動化系統(tǒng)、智能變電站，說明了不同時(shí)期變電站自動化系統(tǒng)的各自特征。重點(diǎn)介紹了智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)，并將常規(guī)變電站與智能變電站進(jìn)行對比分析，闡述了智能變電站的優(yōu)越性。接著，探討了智能變電站自動化系統(tǒng)三層兩網(wǎng)的組織形式。最后，對智能變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；智能變電站；自動化系統(tǒng)；DL/T860

傳統(tǒng)變電站存在多套系統(tǒng)，信息共享困難、設(shè)備之間互操作性差、系統(tǒng)可擴(kuò)展型差、系統(tǒng)可靠性受二次電纜的影響等諸多不足[1]，嚴(yán)重制約了變電站可靠性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性的進(jìn)一步提升。隨著國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略構(gòu)想[2]，將傳統(tǒng)變電站改造成先進(jìn)的智能化變電站就作為智能電網(wǎng)建設(shè)環(huán)節(jié)的重要一環(huán)。一次設(shè)備智能化、電子式互感器與數(shù)字化采樣、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、實(shí)時(shí)系統(tǒng)中高速的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展與成熟， 使得全站信息采集、傳輸、處理和輸出等過程完全數(shù)字化。未來變電站的建設(shè)將朝著綜合自動化、數(shù)字化的方向發(fā)展。

一、變電站自動化技術(shù)的演變

自20世紀(jì)90年代起，隨著信息技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速提升，促進(jìn)了變電站綜合自動化系統(tǒng)的快速發(fā)展[3]，先后經(jīng)歷了集中式變電站綜合自動化系統(tǒng)、分散變電站綜合自動化系統(tǒng)、智能變電站三種形式。變電站自動化系統(tǒng)通信發(fā)展主要體現(xiàn)在：智能電子設(shè)備（IED）越來越分散，過程層通信逐步以數(shù)字通信取代模擬電纜，功能逐漸軟件化等方面。此外，隨著硬件水平的提高，二次設(shè)備的安裝位置逐步發(fā)展到開關(guān)柜和小室，取代了原來集中布置的控制室。

（一）集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，集中式變電站自動化系統(tǒng)一般具有大量輸入/輸出接口的遠(yuǎn)方終端單元（RTU），將變電站一次設(shè)備的模擬、開關(guān)量等信息進(jìn)行集中采集，并對采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，同時(shí)將信息向上傳送。調(diào)度中心通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)與RTU組成監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對變電設(shè)備的自動控制和繼電保護(hù)等功能。作為集中式系統(tǒng)運(yùn)行平臺的計(jì)算機(jī)一般具有較強(qiáng)的功能，其中前置計(jì)算機(jī)的功能有：信息傳輸、監(jiān)測、控制及保護(hù)，后臺計(jì)算機(jī)的功能有：數(shù)據(jù)顯示、處理、打印及上傳。集中式系統(tǒng)的組織形式不靈活，對于不同的變電站，其規(guī)模及主接線往往不同，軟硬件都必須重新設(shè)計(jì)。

圖1 集中式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)

（二）分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2所示的分布式變電站自動化系統(tǒng)按系統(tǒng)功能或監(jiān)控對象劃分，由多個分散的二次裝置采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成統(tǒng)一的自動化系統(tǒng)，不同裝置之間既可獨(dú)立工作又能相互協(xié)調(diào)，在通信規(guī)約一致的條件下實(shí)現(xiàn)對變電站監(jiān)視及控制。

圖2 分布式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)

分散分布式結(jié)構(gòu)以一次主設(shè)備，如變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等為安裝單位，將數(shù)據(jù)采集、控制、保護(hù)等單元就地分散安裝在一次設(shè)備本體上或其附近，不同單元間相互獨(dú)立。變電站級測控單元通過網(wǎng)絡(luò)與各一次設(shè)備通信，并利用以太網(wǎng)與上位機(jī)及調(diào)度中心通信。分散分布式的自動化系統(tǒng)具有靈活多樣化的突出優(yōu)點(diǎn)，光纖通信技術(shù)及光電傳感器的不斷發(fā)展也為其研究及應(yīng)用提供了保障?？梢灶A(yù)測，未來智能變電站將朝著分散分布式結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。

（三）智能變電站

1.智能變電站的技術(shù)特征

（1）全站信息數(shù)字化。對一次設(shè)備和二次設(shè)備的控制更加便捷高效，其間的通信可同時(shí)交互進(jìn)行，通過電力信息網(wǎng)進(jìn)行管理，整個變電站設(shè)備信息的采集、傳輸、處理、輸出過程完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。

（2）通信平臺網(wǎng)絡(luò)化。通信平臺采用了基于國際IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)約在我國轉(zhuǎn)換后的DL/T860電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]，實(shí)現(xiàn)了全站信息的網(wǎng)絡(luò)化傳輸、設(shè)備間的無縫連接。變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、過程層組網(wǎng)方案等需按實(shí)際需要靈活選擇。

（3）信息共享標(biāo)準(zhǔn)化。在信息一體化系統(tǒng)下，全站的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一格式、統(tǒng)一編號存放在一起，應(yīng)用時(shí)按照統(tǒng)一檢索方式、統(tǒng)一存取機(jī)制進(jìn)行，避免了不同功能應(yīng)用時(shí)對相同信息的重復(fù)建設(shè)。

（4）高級應(yīng)用互動化。一體化信息平臺覆蓋了變電站內(nèi)所有信息資源，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的信息采集渠道，變電站各子系統(tǒng)可進(jìn)行信息采集共享，信息的利用率和互動性得到了提高，系統(tǒng)的集成性和可靠性也得到了提高。

2.智能變電站的優(yōu)越性

圖3為智能變電站與常規(guī)變電站的結(jié)構(gòu)對比。從圖中可知智能變電站的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）一次設(shè)備智能化。通過采用電子式互感器配置合并單元、一次設(shè)備配置智能終端，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的測量數(shù)字化、采樣值信息就地?cái)?shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化；通過傳感器與設(shè)備的一體化安裝，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)可視化；通過各類狀態(tài)監(jiān)測后臺的集成，建立了一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

（2）采用電子式互感器。電子式互感器具有常規(guī)互感器的全部功能，且具有絕緣結(jié)構(gòu)簡單、無磁飽和、暫態(tài)相應(yīng)范圍大、體積小等優(yōu)點(diǎn)[5]，在電力系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用潛力。

（3）光纜取代電纜。少量光纜替代大量電纜，不但從根本上解決抗干擾問題，提高了傳輸可靠性，而且間接使得繼電器小室的數(shù)量減少，優(yōu)化了設(shè)備布置和建筑結(jié)構(gòu)。

（4）通信規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)化。智能變電站采用了DL/T860電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由此建立的智能設(shè)備信息模型與通信接口，使常規(guī)變電站不同設(shè)備間無需進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了全站設(shè)備間的無縫連接，信息完全共享。變電站信息采集、傳輸和執(zhí)行等不同功能的系統(tǒng)無需重復(fù)建設(shè)，變電站建設(shè)的成本減少了，建設(shè)的復(fù)雜性也降低了。

（5）精簡場地配置，優(yōu)化場地布置。智能變電站應(yīng)以先進(jìn)技術(shù)、安全穩(wěn)定運(yùn)行、合理投資為前提，遵循資源節(jié)約、環(huán)境友好的技術(shù)原則進(jìn)行部署，結(jié)合新設(shè)備、新技術(shù)的使用條件，實(shí)現(xiàn)建筑物布置和配電裝置場地優(yōu)化。

二、智能變電站自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

變電站自動化系統(tǒng)基于DL/T860標(biāo)準(zhǔn)，采取如圖4所示的開放式分層分布結(jié)構(gòu)，三層兩網(wǎng)設(shè)計(jì)。其中“三層”指站控層、間隔層、過程層；“兩網(wǎng)”指站控層/間隔層網(wǎng)絡(luò)、過程層網(wǎng)絡(luò)。

過程層由智能設(shè)備、合并單元和智能終端構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備的數(shù)字化接口，完成電氣量的采集和檢測、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、操作控制命令執(zhí)行等與一次設(shè)備相關(guān)的功能。

間隔層由繼電保護(hù)、測控、計(jì)量、故障錄波、網(wǎng)絡(luò)記錄分析、相量測量等若干二次設(shè)備構(gòu)成，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的情況下，也能獨(dú)立完成一次設(shè)備保護(hù)控制、本間隔層閉鎖控制、匯總實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息等監(jiān)控功能。站控層由主機(jī)兼操作員站、遠(yuǎn)動通信裝置、繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)子站、一體化信息平臺、智能設(shè)備接口及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。站控層通信基于互聯(lián)互操作的DL/T860標(biāo)準(zhǔn)，功能高度集成，能夠提供變電站運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，記錄變電站內(nèi)的所有信息，形成變電站監(jiān)控管理中心，還可與遠(yuǎn)方監(jiān)控調(diào)度中心通信。

三、結(jié)語

變電站綜合自動化技術(shù)深化了電力系統(tǒng)自動化水平，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性，將現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行管理及維護(hù)提高到新的水平。隨著國家電網(wǎng)公司對智能電網(wǎng)的建設(shè)步伐不斷推進(jìn)，特高壓電網(wǎng)的分布面積日益增加，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式將愈加復(fù)雜[6]，對自動化程度的要求愈加提高，同時(shí)也促使變電站自動化技術(shù)的不斷發(fā)展?？傊S著智能電網(wǎng)通信體系的建立，智能化程度的不斷深入，未來變電站可實(shí)現(xiàn)更多、更復(fù)雜的功能，自動化水平也將不斷深化。

參考文獻(xiàn)：

[1]王宗山.智能變電站若干關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[D]. 上海：上海交通大學(xué)， 2012.

[2]余貽鑫，欒文鵬.智能電網(wǎng)述評[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2009，29（34）：1-7.

[3]曹楠，李剛，王冬青. 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)及其構(gòu)建方式的探討[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（5）：63-67.

[4]DL/T 860-2006，變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)[S]. 2006.

[5]方瓊，張會建，付艷華等. 電子式互感器概述及工程應(yīng)用分析[J]. 華北電力技術(shù)，2008，（11）：22-27.

[6]杜至剛，牛林，趙建國. 發(fā)展特高壓交流輸電，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的國家電網(wǎng)[J]. 電力自動化設(shè)備，2007，27（5）：1-5.