張帆

摘 要：變電站是電網(wǎng)的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，加快變電站智能化建設(shè)布局是推動(dòng)電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)的重要一環(huán)。我國是能源消耗大國，對(duì)于各種能源尤其是電力這一基礎(chǔ)性能源的需求更是十分巨大，積極做好電網(wǎng)建設(shè)布局對(duì)于保障電力的合理、正常供應(yīng)有著極為重要的意義。變電站作為電網(wǎng)建設(shè)中的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)優(yōu)化布局并積極做好智能化建設(shè)，以變電站自動(dòng)化、智能化來推動(dòng)電網(wǎng)智能化進(jìn)程，提高電力運(yùn)行管理的效率與質(zhì)量。新時(shí)期，智能變電站建設(shè)面臨著新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，面對(duì)新的需求應(yīng)當(dāng)積極研究并設(shè)計(jì)一套智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)新方案，新方案中將著重采用間隔縱向集成技術(shù)用以更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)于變電站監(jiān)控、保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化程度。

關(guān)鍵詞：智能變電站；電網(wǎng)；間隔縱向集成技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）27-0081-02

Abstract： Substation is the basic node of power grid. Speeding up the intelligent construction layout of substation is an important link in promoting the automation construction of power grid. China is a big energy consumer. For all kinds of energy， especially power， the demand of this basic energy is very huge， and actively do a good job in power grid construction layout is of great significance to ensure the reasonable and normal supply of electricity. Substation as the focus of power grid construction should optimize the layout and actively do intelligent construction， substation automation， intelligent to promote the process of grid intelligence， improve the efficiency and quality of power operation and management. In the new era， the construction of intelligent substation is faced with new opportunities and challenges. In the face of new demands， we should actively study and design a new scheme of intelligent substation automation system. The new scheme will focus on the use of interval vertical integration technology， in order to better achieve the substation monitoring， protection， and improve the degree of automation and intelligence of the system.

Keywords： smart substation； power grid； spacer vertical integration technology

前言

智能變電站建設(shè)是推進(jìn)電網(wǎng)智能化建設(shè)的重要途徑與方式之一，智能變電站建設(shè)將以變電站自動(dòng)化為基礎(chǔ)，輔助以信息監(jiān)控、管理系統(tǒng)用以保障電網(wǎng)能夠更好的對(duì)各智能變電站進(jìn)行調(diào)度、管理。在智能變電站系統(tǒng)的建設(shè)中將以自動(dòng)化系統(tǒng)作為建設(shè)的核心，著重對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的功能分布、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及調(diào)度間的信息交互方式等進(jìn)行勾畫和建設(shè)，以間隔縱向集成技術(shù)為應(yīng)用重點(diǎn)來進(jìn)行智能變電站的建設(shè)。

1 智能變電站建設(shè)的核心需求

智能變電站是智能電網(wǎng)的構(gòu)建基礎(chǔ)同時(shí)也是智能電網(wǎng)運(yùn)行管理的重要節(jié)點(diǎn)。智能變電站在運(yùn)行過程中應(yīng)當(dāng)滿足智能電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的核心需求，以無人值守和設(shè)備全壽命周期內(nèi)易于運(yùn)行維護(hù)為建設(shè)的重點(diǎn)，支撐調(diào)控一體化運(yùn)行保障智能電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行的安全性與可靠性。智能變電站自動(dòng)化運(yùn)行的核心依靠的是運(yùn)行系統(tǒng)的監(jiān)控、保護(hù)功能，在現(xiàn)今應(yīng)用于智能變電站中的保護(hù)、監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)需要較多的環(huán)節(jié)，其主要有智能終端、間隔層保護(hù)、測控裝置以及通信環(huán)節(jié)等幾大部分所組成，各層級(jí)之間相互協(xié)助共同做好對(duì)于智能變電站的監(jiān)控、保護(hù)。保護(hù)層級(jí)的增多也會(huì)帶來極大的冗余，導(dǎo)致智能變電站監(jiān)控、保護(hù)所需要的整體響應(yīng)時(shí)間較長致使智能變電站的可靠性和速動(dòng)性相較于傳統(tǒng)的保護(hù)方式有所降低，且各層級(jí)之間需要做好各功能部分的橫向耦合，加大了智能變電站實(shí)現(xiàn)的難度與復(fù)雜性。在智能變電站的建設(shè)中需要從減少功能實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)和功能解耦的角度出發(fā)探討智能變電站內(nèi)各功能裝置的布局用以提高智能變電站內(nèi)各裝置功能實(shí)現(xiàn)的可靠性和快速性。智能變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行離不開良好的通信，在智能變電站內(nèi)通信的實(shí)現(xiàn)與布設(shè)上多采用的是獨(dú)立雙網(wǎng)實(shí)現(xiàn)冗余，以更好的增強(qiáng)智能變電站通信系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。智能變電站自動(dòng)化控制依靠的是大量的信息傳輸與共享，智能變電站通過與上位控制系統(tǒng)相連接通過智能變電站對(duì)自身所運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并將其反饋至上位控制終端用以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能變電站運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。在智能變電站與上位控制終端的信息交互中受制于遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約傳輸容量和調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)容量的限制，智能變電站在數(shù)據(jù)傳輸中無法囊括其所有的數(shù)據(jù)，而是需要在眾多的數(shù)據(jù)中有選擇性的進(jìn)行傳輸。在智能變電站的開發(fā)傳輸中需要積極做好主子站系統(tǒng)之間通信能力的研究，提高兩者之間的信息通信與交互能力從而使得智能變電站能夠向調(diào)度站傳輸更多、更全面的信息用以方便電力調(diào)度站的工作人員根據(jù)數(shù)據(jù)信息來對(duì)智能變電站進(jìn)行調(diào)度控制。智能變電站是智能電網(wǎng)中的重要分支，長期以來智能變電站與智能電網(wǎng)之間所采用的分立建設(shè)模式使得智能變電站與智能電網(wǎng)之間缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、規(guī)劃使得分布式應(yīng)用的應(yīng)用策略、交互接口等未能進(jìn)行良好的統(tǒng)一，致使智能變電站現(xiàn)有應(yīng)用無法與上位調(diào)度主站的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)廣域協(xié)同，智能變電站通過優(yōu)化設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)變電站中所需要的大量電纜回路轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)虛回路使得變電站的可控性和效率大幅提高，但是由于缺乏直觀有效的展示手段對(duì)智能變電站的運(yùn)行管理維護(hù)帶來了極大的不便，在智能變電站進(jìn)行改擴(kuò)建或是設(shè)備更換時(shí)，需要對(duì)智能變電站中的配置描述文件進(jìn)行更新。為簡化智能變電站的維修，提高智能變電站的故障處理效率需要對(duì)智能變電站的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行簡化、優(yōu)化，用以更好、更方便的服務(wù)于現(xiàn)今的運(yùn)行維護(hù)體系，減少智能變電站中的控制裝置與控制端子的數(shù)量，降低虛端子關(guān)聯(lián)復(fù)雜度以使得智能變電站的控制系統(tǒng)具有更高的維護(hù)和擴(kuò)建能力。

2 智能變電站控制系統(tǒng)的架構(gòu)與優(yōu)化

智能變電站系統(tǒng)要求具有較高的集成性，在傳統(tǒng)智能變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過將線路間隔的部分間隔層設(shè)備與過程層設(shè)備進(jìn)行縱向整合，用以簡化、優(yōu)化設(shè)備之間的通信層級(jí)，提高設(shè)備的控制效率。對(duì)智能變電站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)構(gòu)建冗余層采用雙網(wǎng)控制模式，用以有效的提高智能變電站監(jiān)控、控制的穩(wěn)定性與可靠性，并對(duì)智能變電站的監(jiān)控功能采用面向服務(wù)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)。在具體的設(shè)計(jì)中將對(duì)功能實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)和虛端子數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化，簡化層級(jí)并降低功能實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)和虛端子的數(shù)量，用以使得網(wǎng)絡(luò)冗余性和變電站對(duì)各級(jí)調(diào)控主站的支撐能力得到大幅的提升。某220kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

在新型的智能變電站自動(dòng)化架構(gòu)中，通過提高智能變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)間隔層和過程層功能的集成度將能夠使得智能變電站自動(dòng)化控制的設(shè)備數(shù)量、功能實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)以及配置工作量等得到大幅度的降低和簡化，從而使得智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性得到較大幅度的提高。優(yōu)化后的智能變電站自動(dòng)化所采用的PRP協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)雙網(wǎng)信息的無縫切換以使得雙網(wǎng)通信能夠更快、更好的實(shí)現(xiàn)。智能變電站中的站控設(shè)備層主要用以對(duì)主站提供支撐服務(wù)，與調(diào)控主站相配合共同構(gòu)建起面向服務(wù)的體系架構(gòu)SOA，用以使得智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于主站具有良好的支撐能力。

智能變電站自動(dòng)化的集成優(yōu)化中所采用的縱向間隔主要是通過將智能集成優(yōu)化將間隔層保護(hù)、測控等功能在一套裝置中加以實(shí)現(xiàn)，并對(duì)智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的測控計(jì)算、出口輸出等進(jìn)行保護(hù)。優(yōu)化后的智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)以“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與信號(hào)控制，通過接收變電站其他設(shè)備的GOOSE控制報(bào)文進(jìn)行出口控制，通過這一方式能夠使得保護(hù)、測控功能實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)得到更大的簡化和優(yōu)化，以使得就地保護(hù)速動(dòng)性和可靠性的大幅提升。母線差動(dòng)保護(hù)以“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”方式通過GOOSE或是SV報(bào)文和間隔縱向集成裝置通信。在220kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，需要對(duì)高壓線路進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，其對(duì)于高壓線路的測控和保護(hù)需要在不同的裝置中加以實(shí)現(xiàn)，用以提高智能變電站自動(dòng)化對(duì)高壓線路保護(hù)、測控功能的解耦，在提高線路運(yùn)行管理效率、穩(wěn)定性的同時(shí)更加便于運(yùn)行維護(hù)。

3 智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)需要所使用的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾種：面向間隔的縱向集成裝置實(shí)現(xiàn)技術(shù)，縱向集成裝置將智能終端、保護(hù)、測控等功能模塊進(jìn)行了集成，集成化程度的提高將對(duì)智能變電站自動(dòng)化所使用的硬件設(shè)備提出更高的要求?？刂朴布粌H要求具有更高性能的處理器且要求各功能模塊之間的交換接口更高效，在接口方案中可以選擇同步傳輸技術(shù)或是串行傳輸技術(shù)或是基于以太網(wǎng)的交換式傳輸技術(shù)等。選用何種技術(shù)應(yīng)當(dāng)結(jié)合相應(yīng)的需求進(jìn)行針對(duì)性的選取。針對(duì)220kV及以上智能變電站自動(dòng)化集成，應(yīng)當(dāng)從優(yōu)化智能變電站自動(dòng)化信息流路徑、提高硬件設(shè)備的響應(yīng)速度與可靠性等方面入手用以構(gòu)建高性能的智能變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)。而對(duì)于110kV及以下智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建上應(yīng)當(dāng)做好智能變電站數(shù)據(jù)采集、控制、在線監(jiān)測與控制保護(hù)等功能的集成，通過高精度的測算與整合用以對(duì)智能變電站進(jìn)行高精度的測控與監(jiān)測。

智能變電站最大的優(yōu)勢是無人值守，通過遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)智能變電站的在線監(jiān)測與自動(dòng)調(diào)度。新時(shí)期在智能變電站自動(dòng)化構(gòu)建上需要加強(qiáng)智能變電站遠(yuǎn)方全景觀測技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用提高智能變電站的監(jiān)視水平用以保障智能變電站的安全、高效的運(yùn)行。在智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建上，電網(wǎng)分布式應(yīng)用有助于解決信息分布所帶來的調(diào)度集中應(yīng)用性能不足和可用性的難題，優(yōu)化電網(wǎng)布局與控制性能。電網(wǎng)分布式應(yīng)用相比于傳統(tǒng)的集中式應(yīng)用在系統(tǒng)構(gòu)成上更趨復(fù)雜，通過統(tǒng)一設(shè)計(jì)用以增強(qiáng)智能變電站的數(shù)據(jù)冗余性和快速處理能力，實(shí)現(xiàn)智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中主、從站應(yīng)用之間的相互互補(bǔ)，提高智能變電站自動(dòng)化的性能。

4 結(jié)束語

智能變電站自動(dòng)化性能的提升對(duì)于提高變電站的自動(dòng)化水平、優(yōu)化變電站的管理有著極大的提升。新時(shí)期，應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)對(duì)于智能變電站自動(dòng)化的研究與應(yīng)用，構(gòu)建新型智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與體系，實(shí)現(xiàn)智能變電站自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范、統(tǒng)一。

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