浅谈智能变电站的优越性
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作者: 张灵娟 杨梦丽
摘要：智能变电站的发展是智能电网建设的基础，智能变电站是变电站自动化技术发展的必然趋势。本文介绍了国内智能变电站发展的驱动力以及智能变电站的定义和结构，并对智能变电站与传统变电站、数字化变电站的特点进行了比较、分析。
关键词：智能变电站 IEC61850 自动化
0 引言
在智能电网系统中，智能变电站属于整个系统的重要枢纽，支撑着电网系统的正常运营，主要负责接收由高压电网输送的电源以及新能源的接入，分配相连变电站及大用户所需的电源，执行上级调度中心关于在线分析、智能调节、自动控制和信息传递等指令。
1 智能变电站发展的驱动力
当前，我国变电环节包括两种模式，即数字化变电站和常规变电站。由于常规变电站采用重复的资源，系统结构及厂站设计比较复杂，不利于厂站调试，互操作性不好，不符合设计要求。未来变电站的发展将融合智能化一次设备及网络化二次设备，涵盖站控层、间隔层、过程层方面的全新的变电站自动化标准―IEC61850，加快了“数字化变电站”的发展进程。我国在这个方面进行了大量的实践研究，并取得了一定的成效，目前已投入使用的数字化变电站就有200多座。但有些问题也不容乐观，如尚不具备统一的行业标准、评估体系和方法措施，而且过程层设备是否稳定可靠尚待进一步验证。这些问题可能会破坏变电站的安全、稳定地运行。
目前，特高压电网建设已进入实用化环节，智能电网系统逐步接入了一些新能源电力，这就要求系统运行以及支撑电网运行的变电站提出了更高的要求。鉴于此，我们必须合理安排电网资源，加强智能设备之间的联通，采取相应的措施控制系统正常运行，提升其应用水平，实现与相邻变电站、电源、调度和大用户之间协作。同时，变电站自动化领域也实现了技术性突破，大大促进了计算机信息及通信技术的发展。另外，国际上即将颁布IEC61850第二版，以上措施都能够有效促进智能变电站的进一步发展。
2 智能变电站的概念
2.1 智能变电站的含义
智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
2.2 智能变电站的系统结构
从物理角度来分析，智能变电站的系统结构可分为智能化的一次设备及网络化的二次设备；从逻辑结构层面分析，该系统包括过程层、间隔层、站控层三个层次。
2.2.1 过程层
过程层由独立的智能电子装置和一次设备及其所属的智能组件构成，其中，一次设备主要包括隔离开关、断路器、电流/电压互感器、变压器等。
以下简要介绍过程层的功能：
①电力运行过程中实时检测电气量；
主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测。
②运行设备的状态参数检测。
③操作控制执行与驱动。
2.2.2 间隔层
间隔层设备主要由二次设备组成。这些二次设备主要有监测功能组的主智能电子装置、系统测控装置、继电保护装置等。间隔层只采用一个间隔的数据作用于该间隔一次设备的功能，也就是和控制器、传感器以及远方的输入、输出设备实现通信。
间隔层的功能介绍如下：
①优先控制统计运算、数据采集等控制指令的发出；
②实时汇总本间隔过程层的数据；
③实现本间隔操作的闭锁功能；
④实现上下结构的通信功能；
⑤保护并控制一次设备的运行；
⑥实现操作同期和其他控制功能。
2.2.3 站控层
站控层包括自动化站级通信系统、对时系统、站域控制、监控系统等，对整个变电站的设备进行监控、报警以及信息的传递，主要用于数据、同步相量和电能量的采集，负责管理保护信息，具有监控、操作闭锁等功能。
站控层的功能如下：
①利用两级高速网络实现全站数据信息的实时汇总，刷新实时数据库，在设定的时间点登录历史数据库；
②接收控制中心或调度中心的控制指令，同时将其传输至过程层和间隔层；
③在线维护过程层和间隔层的设备运行，对参数实施在线修改；
④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；
⑤自动分析变电站故障，可进行操作培训；
⑥根据规定将相关数据传输至控制中心或调度中心；
⑦可实现站内监控和人机联系。
3 智能变电站与传统变电站、数字化变电站比较
3.1 传统变电站
网络――监控系统由间隔层和站控层两层网络组成。没有统一建模，实行多种规约，变电站包括多个网络，如PMU、保护和监控等。
设备――一次设备和互感器，采用常规控制电缆硬接线的途径，与站控层交换数据信息。
间隔层――间隔层主要包括变电站的保护、测控、计量等二次设备。
站控层――远方通信接口、操作员工作站、带数据库的计算机等设备共同构成了站控层网络。
3.2 数字化变电站
数字化变电站自动化系统包括过程层、间隔层和站控层，其中间隔层和站控层的设备构成大致等同于一般的变电站监控系统。从外延上分析，它和目前非IEC61850 技术变电站采用的都是以太网，且可以达到“四遥”功能的要求。而IEC61850技术变电站可根据统一的数据模型，使各类智能装置及设备之间相互联通。
3.3 智能变电站
①内涵：智能变电站站内的所有环节都达到了数字化的工作要求，包括数据的采集、传递和控制等，此类变电站能够支撑整个智能电网的安全运行；采用了“数字化变电站”的工作形式；采用高度集成化的设备，实现了二次设备的一体化应用、在线监测应用一体化智能设备应用以及高级应用。
②智能变电站的主要优点：互操作性。
智能变电站的过程层（设备层）由电子互感器、智能单元、合并单元等远方I/O、智能传感器和执行器等构成，采用GOOSE网络跳合闸机制，使厂家实现了对设备的互操作；解决了二次回路复杂以及由控制电缆造成的电磁干扰问题；实现了变电站电气一、二次设备状态检修，以确保变电站更加安全稳定地运行，减少了全寿命周期内工程总体投资。
4 结语
作为复杂的智能化系统，智能变电站需经过多阶段、多目标发展才能完成。改造原有的变电站需要应用上的平稳过渡和重点技术突破，逐步达到完善。智能变电站的发展必将为智能电网的建设奠定坚实的基础。
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