摘 要：簡(jiǎn)述了智能變電站的定義及特點(diǎn)，從智能變電站關(guān)鍵技術(shù)，包括硬件集成技術(shù)（智能合并單元應(yīng)用，智能終端應(yīng)用，電子互感器應(yīng)用）、軟件構(gòu)件技術(shù)、共網(wǎng)傳輸技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)融合等方面分析了智能變電站所涉及的一些關(guān)鍵技術(shù)，說(shuō)明了不同領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，以及對(duì)智能變電站建設(shè)的技術(shù)滲透；并對(duì)智能變電站新技術(shù)應(yīng)用所產(chǎn)生的新問(wèn)題進(jìn)行了研究。這對(duì)智能變電站的建設(shè)有應(yīng)用參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能變電站；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用問(wèn)題

引言

近幾年來(lái)，隨著電力需求的不斷增長(zhǎng)，國(guó)網(wǎng)調(diào)控一體化的不斷調(diào)整?？蛻?hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求也是愈來(lái)愈高，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足。智能變電站是從數(shù)字化變電站發(fā)展而來(lái)，經(jīng)過(guò)近幾年的不斷進(jìn)步發(fā)展，它充分考慮了智能電網(wǎng)的應(yīng)用及發(fā)展需求，從自身特點(diǎn)出發(fā)，改革現(xiàn)有的技術(shù)，以滿足電力供應(yīng)的節(jié)能環(huán)保等發(fā)展需要。智能變電站，是智能電網(wǎng)的重要組成部分。智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展應(yīng)用，已成為必然趨勢(shì)。文章描述了智能變電站的組成結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)，對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究[1]。

1 智能變電站的定義與特點(diǎn)

智能變電站，意思是在沒(méi)有人的特殊情況下，使其像有人在調(diào)節(jié)控制一樣，并且可以在運(yùn)行的過(guò)程中，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能，提高效率。智能變電站由相應(yīng)的智能設(shè)備組成，這些設(shè)備且具有先進(jìn)、集成、低碳、可靠、環(huán)保等特點(diǎn)。可根據(jù)需要而具有很多高級(jí)功能：承擔(dān)電網(wǎng)的自動(dòng)控制功能，智能告警功能，智能調(diào)節(jié)功能，順序控制功能，互動(dòng)協(xié)調(diào)功能等等。一次設(shè)備的智能化和二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化是其核心內(nèi)容。智能變電站具有保證電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性，為未來(lái)的智能電網(wǎng)完成自愈功能。智能變電站技術(shù)具有三個(gè)特點(diǎn)：（1）控制端的引入[3]；（2）設(shè)備集成化和光釬技術(shù)的應(yīng)用；（3）局部和全局智能控制的實(shí)現(xiàn)。智能變電站具有高可靠性、強(qiáng)交互性、高集成度、易升級(jí)改造的特點(diǎn)，還可以適應(yīng)智能電網(wǎng)的信息化和自動(dòng)化以及互動(dòng)化的技術(shù)特征[2]。

2 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)

2.1 硬件的集成技術(shù)

硬件技術(shù)就是將由原來(lái)軟件可以實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在轉(zhuǎn)化為由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的功能。即將固定數(shù)據(jù)處理過(guò)程，在智能設(shè)備的內(nèi)部進(jìn)行固化。由于硬件描述語(yǔ)言的大量出現(xiàn)，使得硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有：（1）模型化；（2）集成化；（3）自動(dòng)化這三種特點(diǎn)[4]。

這些特點(diǎn)讓硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)具體功能的模塊化設(shè)計(jì)，而這種硬件集成技術(shù)：（1）保證了數(shù)據(jù)邏輯處理的實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)邏輯處理的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)邏輯處理的可靠性；（2）有效的解決了信息數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，所出現(xiàn)的各種問(wèn)題，從而提高了智能設(shè)備的集成度[5]。

2.2 智能合并單元應(yīng)用

在間隔層和過(guò)程層之間，合并單元需要交換采樣值，合并單元的作用是將互感器與變電站自動(dòng)化相互連接起來(lái)，以便為二次設(shè)備及系統(tǒng)提供時(shí)間同步的電壓和電流信號(hào)。目前大部分智能變電站均采用“直采直跳”的方式。在合并單元與二次設(shè)備之間大部分都是通過(guò)光纖連接，按照IEC61850-9-1/2或IEC60044-8規(guī)范通信。合并單元為互感器提供電源，并實(shí)時(shí)監(jiān)視應(yīng)激光器及取能回路。實(shí)時(shí)反映輸出采樣數(shù)據(jù)的品質(zhì)標(biāo)志的自檢狀態(tài)[6]。

2.3 智能終端應(yīng)用

智能終端是一種智能組件，主要插件包括CPU插件、智能開(kāi)出插件、模擬量采集插件、智能跳合閘插件、智能開(kāi)入插件、智能操作回路插件等。它通過(guò)電纜與一次設(shè)備連接，而一次設(shè)備比如斷路器、主變壓器等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的測(cè)量和控制功能；它通過(guò)光纖與二次設(shè)備（如保護(hù)、測(cè)控等）連接[8]。

2.4 電子互感器應(yīng)用

電子式互感器體積小、絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，且消除了鐵磁諧振、磁飽和等問(wèn)題，暫態(tài)響應(yīng)范圍較大，并運(yùn)用高低壓電磁隔離的方式，從而有利于實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)字化、智能化和光纖化。電子式互感器由兩部分構(gòu)成：傳感器模塊和合并單元。傳感器模塊置于遠(yuǎn)端，主要負(fù)責(zé)采集前端所測(cè)量、保護(hù)、取能等線圈測(cè)得的采樣數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果傳送給合并單元。合并單元通過(guò)激光電源的方式，為高壓側(cè)遠(yuǎn)端傳感器提供電源。合并單元具有三方面的功能作用：（1）采集多路傳感器模塊的光信號(hào)；（2）為遠(yuǎn)端模塊通過(guò)激光形式提供工作電源；（3）接收站級(jí)或繼電保護(hù)裝置的同步指令，從而實(shí)現(xiàn)與傳感器模塊間的采樣實(shí)時(shí)同步[7]。如圖1所示。

電子式互感器在智能變電站的應(yīng)用。智能變電站過(guò)程層的功率、電壓、電流等互感器負(fù)責(zé)將采集的數(shù)據(jù)傳輸至間隔層，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。間隔層又將采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，運(yùn)用算法進(jìn)行繼電器保護(hù)控制，并根據(jù)遠(yuǎn)方控制中心的調(diào)度指令實(shí)現(xiàn)指令所要求的功能，并將遠(yuǎn)方控制中心發(fā)出的請(qǐng)求指令送至過(guò)程層的執(zhí)行單元，三者之間交互通信采用通信電纜或光纖[11]。如圖2所示。

2.5 軟件的構(gòu)件技術(shù)

軟件系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的測(cè)控等功能，可以將相量測(cè)量單元等功能進(jìn)行集成，以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能。也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)重構(gòu)功能。軟件構(gòu)件，具體指具有協(xié)調(diào)工作的程序體。軟件系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)構(gòu)件技術(shù)的重要手段，就是使用軟件復(fù)用技術(shù)。構(gòu)件技術(shù)所面臨的關(guān)鍵技術(shù)：（1）如何組裝成系統(tǒng)；（2）如何提取可復(fù)用構(gòu)件；（3）如何實(shí)現(xiàn)互操作[9]。

2.6 共網(wǎng)傳輸技術(shù)

智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建基礎(chǔ)為“三層二網(wǎng)”。共網(wǎng)傳輸結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)的融合

只有進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)融合，才可以實(shí)現(xiàn)與智能電網(wǎng)的無(wú)縫通信連接。標(biāo)準(zhǔn)融合技術(shù)的基礎(chǔ)包括三點(diǎn)：（1）信息模型的標(biāo)準(zhǔn)化；（2）信息模型的規(guī)范化；（3）信息模型的體系化[10]。標(biāo)準(zhǔn)的融合流程具體概括三大步：第一步，構(gòu)建開(kāi)放的通信構(gòu)架，以便進(jìn)行通信；第二步，對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的細(xì)化與擴(kuò)充，并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；到最后一步就是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。實(shí)現(xiàn)信息標(biāo)準(zhǔn)化流程圖如圖4所示。

3 智能變電站新技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題

3.1 電子互感器問(wèn)題

由上文可知，合并單元通過(guò)激光形式為電子式互感器提供工作電源，但由于互感器以及激光器長(zhǎng)期在室外惡劣的環(huán)境下工作，其壽命將受到溫度、震動(dòng)等因素的影響，甚至直接影響其精度和穩(wěn)定性。而且它采用光電效應(yīng)原理，光電效應(yīng)的載體是晶體，而晶體自身內(nèi)部極易發(fā)生爽折射現(xiàn)象。小功率遠(yuǎn)端模塊（35kV及以下），輸出電壓范圍在75mV～225mV之間，此采樣電壓信號(hào)作為輸入信號(hào)，即保護(hù)和控制的輸入信號(hào)。由于信號(hào)電壓偏低，弱電壓信號(hào)本身又容易迭加干擾，再加上傳輸?shù)男盘?hào)線屏蔽層接觸不好，極易產(chǎn)生誤動(dòng)。這種弱電壓采樣信號(hào)傳輸距離也有一定的局限性。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信相互干擾問(wèn)題

智能變電站完全依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)上存在大量的單播，大量的廣播和大量的組播等報(bào)文，除去MMS（制造報(bào)文系統(tǒng)），SV（采樣值）和GOOSE（報(bào)文通訊）。由于站控層后臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)端裝置數(shù)據(jù)庫(kù)，其間的修改同步；雙機(jī)切換的數(shù)據(jù)同步，這些同步將會(huì)產(chǎn)生突變高網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)載。尤其是大量的不加限制的廣播報(bào)文，會(huì)干擾正常通信，即控制，計(jì)量，保護(hù)裝置的通信。所以對(duì)組播進(jìn)行管理和過(guò)濾，以提高網(wǎng)絡(luò)效率。

3.3 數(shù)字通信同步問(wèn)題

時(shí)鐘同步源在丟失及抖動(dòng)引發(fā)的合并單元不同步的情況下，就可能會(huì)產(chǎn)生保護(hù)閉鎖，這就是數(shù)字保護(hù)通信失步的最主要問(wèn)題。同時(shí)，合并單元已發(fā)送的采樣間隔抖動(dòng)，常會(huì)引發(fā)差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。遠(yuǎn)端模塊的采樣電壓和電流互感器在以下幾個(gè)問(wèn)題的情況下，將會(huì)受到一定的影響。如各類(lèi)電子互感器，各種智能操作箱，各種保護(hù)裝置，各種合并單元會(huì)因?yàn)殡娐返霓D(zhuǎn)換和報(bào)文的處理而引發(fā)的延時(shí)問(wèn)題。進(jìn)而影響采樣實(shí)時(shí)精度、校驗(yàn)和認(rèn)證等。所以鑒于此，這些問(wèn)題都有待解決。在研究智能變電站的時(shí)鐘同步裝置應(yīng)用的同時(shí)，必須在開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)時(shí)間高精度的守時(shí)功能的情況下，才會(huì)避免失去時(shí)鐘同步信號(hào)期間而導(dǎo)致的保護(hù)閉鎖問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章著重闡述了智能變電站可應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)出現(xiàn)的新問(wèn)題進(jìn)行了深入思考。目前，智能變電站的研究工作剛剛起步，硬件的集成技術(shù)以及軟件的構(gòu)件技術(shù)僅處于初步應(yīng)用階段，真正高效有序的集成信息平臺(tái)尚未建成。因此，研究未來(lái)智能變電站的工作任務(wù)是非常繁重。智能變電站的建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)此設(shè)備的相互融合，是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。隨著環(huán)境問(wèn)題的不斷惡化，能源不斷減少，電力系統(tǒng)應(yīng)給所有人民提供環(huán)保、智能的能源。智能變電站既是這個(gè)發(fā)展方向，它的建立將有助于降低成本，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：王芳（1984-），女，漢，畢業(yè)于河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校，電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。

蔣成龍（1987-），男，漢，畢業(yè)于河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校，電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。