1、智能变电站构建方式探析摘要：本文主要以智能变电站的优点、与数字化变电站的区别、智能变电站的结构等三个方面为基础，对智能变电站的构建方式做了简要的分析。 关键词：智能变电站 结构模式 构建方式 中图分类号：TM411+.4 文献标识码： A 目前，国家电网公司正在大力推广智能电网的建设，作为智能电网的一个重要组成部分智能变电站正在越来越称为今后电网建设的主流，虽然关于智能变电站的相关技术、规范还处于不断的改进、修订过程中，智能变电站在实际工程中的应用已经在不断的扩大，技术、经验也已经不断的成熟 1 智能变电站及其优点 智能变电站（英文：smartsubstation）是一种采用先进的、可靠的集成
2、智能设备，以信息化、网络化以及信息共享标准化为要求，自动采集信息并进行测量、保护和控制，同时可以根据实际需要对电网进行自动控制和智能调节的变电站。他具有很多优点，比如可以确保电网的运行安全以及可靠等问题，而且还能在很大程度上为以后的智能电网的快速发展提供必要的支持。他的优点具体表现为下面三个方面。 1.1 可靠性 之所以现代化的电网模式采用这种智能的变电站，主要是它具备很好的可靠性能，这种可靠性不仅仅表现为站内自身的设备以及变电站本身必须具备可靠性能，同时还要求变电站要有很好的自我诊断以及自我治愈的功能。 它不仅能够有效地预防设备故障，同时还能有效地将损失控制到最小。 1.2 互动性与集成性
3、它之所以有很好的互动性，具体体现在它不仅能够将信息在站内共享，而且还能高效率的与其他设备互动，在很大程度上确保了电网的可靠安全运行，除此之外，智能化的变电站还能够将各种先进的技术有效的融合到一起，比如网络技术、传感技术等等。不仅把过去繁杂的数据采集模式变得简单，而且组成了一个很高效率的信息平台，在很大程度上确保了现代经济的快速发展。 1.3 低碳环保 它改变了过去的电缆接线的方式，采用的是光纤，采用了能耗较低的电子元件、以电子式互感器取代充油式互感器。这些方面的改良在很大程度上节约了成本，主要的是降低了运行带来的污染，能够有效地与现今的节约型社会要求相吻合，最大程度的保护了环境。 2 智能化变
4、电站与数字化变电站的区别 数字化变电站技术与智能化变电站技术的区别主要体现在智能化变电站的智能设备和智能功能上，智能变电站在数字化变电站的基础上，实现了诸多智能功能，具有更多的智能特征，如智能变电站可实现监控管理的一体化，充分利用大量的数字信息来完成一些分布功能、自动控制功能。智能变电站是数字化变电站的更进一步推进，从本质上讲，数字化变电站实现了变电站内一、二次设备的数字化，而智能变电站实现了变电站内一、二次设备的智能化，管理的自动化和监控、操作的人工神经智能化。智能变电站和数字化变电站的主要区别体现在以下几个方面： 2.1 智能变电站一次设备状态监视与一次设备智能化 采用状态监视智能组件和传
5、感器与一次设备组合，实现一次设备状态监测；采用测量、控制、状态监测等智能组件与主设备就地安装，实现一次设备智能化。 2.2 一体化的信息平台、智能高级应用功能 建立变电站全景数据统一信息平台，实现设备状态可视化、智能告警及分析决策、远端维护、顺序控制功能，也可选配故障信息综合分析决策、站域控制及大用户等外部系统互动等功能。 2.3 信息建模和通信的标准化 站控层、间隔层设备实现通信协议标准化，取消协议互换设备；间隔层设备与过程层设备采用电缆直接连接。辅助系统相关信息可以通过智能接口机按标准建立相应数据模型，接入统一的信息平台。 2.4 辅助系统智能化 实现视频监视、安防系统、环境监视系统智能化
6、，全站电源一体化设计，并将辅助系统告警信号、测量数据通过站内智能接口机转换为标准模型数据后，接入一体化信息平台，视频监控可与站内监控系统在设备操作、事故处理时给予 GOOSE 信息协同联动。 3 智能化变电站的结构模式 智能化变电站系统将在 IEC61850 的通信技术规范的基础上，以分层分布式为基准，最大限度地实现智能化变电站内的智能电气一次设备和智能电气二次设备间的信息共享性和互操作性。变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即构架中的设备层和系统层，而在逻辑上可分为三层，根据 IEC61850 通信协议草案定义，这三个层次分别为过程层、间隔层和站控层。目前智能变电站设计模式主要有三种：
7、 3.1 基于站控层 IEC61850 模式 此模式与传统的变电站自动化系统类似，是采用 IEC61850 协议的过渡型数字化变电站。间隔层智能电子设备 IED 仍可被安装在间隔层设备上或集中组屏。过程单元与间隔单元之间的关系将保持原来的模式，IEC61850 的衔接将在间隔层单元和智能变电站层单元间展开，按IEC61850 标准进行设备建模和信息交换。这种模式比较方便地解决了传统变电站中智能设备的互联及信息互操作问题，可以在不改变电气一次设备本体结构的前提下，实现一次设备的智能控制，实时性强且可靠性高，比现有的变 电站数字化程度高。由于变电站智能设备的通信及功能被约束在IEC61850 标准
8、范围内，信息和通信符合国际标准，这使得整个通信系统中存在的每一个电气设备节点的信息量传输都将被标准化和常规化，具有理想的操作性，便于整个系统的维护和运行，系统的可扩充性能也将大幅度提高。相关二次电气设备会在现有的比较成熟的电气设备基础上完成改造，这就具有较高的实用性，特别适用于现阶段智能化变电站的推广和一些老站的改造。但其具有过程层仍是模拟信号设备，数字化不完整的缺点。 3.2 基于传统互感器及过程层信息交换模式 这种模式在前一种模式的基础上将在线监测功能集成于一次设备本体，这就增加了网络信息交换过程中的信息量，但同时也利用了过程层进行网络信息的交换。可以利用单个间隔配置过程层的设备合并单元，
9、在每个间隔内同时配置过程层的智能操作箱，这样就能将常规的一次电气设备的信息操作数字化和规范化，且与之相关的过程层智能电子的 IED设备可以通过光纤以太网的对应间隔进行合并单元和智能操作箱的衔接。相关设备既可以采用点对点的方式连接，也可以采用网络总线的方式连接。这种模式的特点是用通信光缆代替了原来的基于传统的铜芯的电缆，建立了过程层的采样数据和被不同装置共享的通信数据，简化了接线的模式，使过程层的网络智能化。 3.3 全信息交换的模式 这种模式是智能化开关设备的理想工作模式，这种工作模式最大的优点是采用先进的电子式互感器代替了原有的传统电磁互感器，由于电子式互感器的优势，这种工作模式必将在高压及
10、超高压、特高压智能化变电站的发展中占据一席之地。在现阶段前两种模式的实时性是很强的，根据相关的技术导则：对于传统的保护功能、测控功能、通信功能、状态监测功能与一次电气设备的集成，要充分考虑到传统的二次电气设备与一次电气设备融合的技术难度与复杂性，在现阶段，智能化技术尚未成熟，在变电站建设中仍然应是遥控装置与保护装置独立建设，状态监测的组件外挂在一次电气设备的附件中。现阶段的智能变电站试点工程的设备智能化宜尽量采用集成化的方案提出的设计思路和规范，而将来智能变电站大规模推广时，可采用不同的集成方案。 4 智能变电站的构建 4.1 体系架构 与传统变电站的体系架构相比，智能变电站的体系架构结构紧凑
11、、功能完善，更加符合变电站技术今后的发展趋势。智能变电站将传统一次、二次设备进行融合，由高压设备和智能组件构成其设备层，完成变电站内的测量、控制、保护、检测、计量等相关功能。设备层的设备采用高度集成的模块化硬件设计方式，很大程度上改变了变电站内信息采集、共享的模式。分散控制的设计思路保证了设备内各模块相互之间具有独立性，既可以分工合作，也可以独立完成一项功能，从而从最大程度上保证了硬件系统的可靠性。 智能变电站的系统层不仅担负着协同、控制和监视着变电站内多种设备及与智能电网的通信任务，而且还具有站域控制、智能告警、分析决策等高级应用功能。系统层采用软件构件技术，使得各种功能可以根据变电站的实际
12、规模进行灵活配置，并可进行功能的重新分配和重构。智能变电站紧凑的系统架构使得变电站在电气量的数据采集及传输环节、变电站设备之间信息的交互模式、变电站信息冗余方式、变电站内各种功能的分布合理性以及功能集成等方面，均发生了巨大的变化。通过硬件集成和组件技术以及嵌入式系统软件构件技术的应用，智能变电站构造了灵活、安全、可靠的变电站功能体系，该体系的应用提高了电站自动化系统整体数字化、信息化的程度，实现了变电站与智能电网之间的无缝通信，加强了站内自动化设备之间的集成应用和自身协调的能力，简化了系统的维护和配置复杂度，节省了工程实施的开支，使变电站自动化系统进入了一个全新的发展阶段。 4.2 智能设备
13、智能设备的概念是为了适应智能电网建设的需求而提出的，是满足智能电网一体化要求的技术基础。智能设备取消了传统一次、二次设备的划分，不但对传统变电站过程层和间隔层设备所具有的部分功能进行了集成，而且还能够利用实时状态监测手段、可靠的评价手段和寿命的预测手段在线判断智能设备的运行状态，根据分析诊断结果识别故障的早期征兆，并视情况对其进行在线处理维修等。 高压设备与相关智能组件的有机结合构成了智能设备。这种有机结合指的是多个高压设备与外置或内嵌智能组件的多种组合方式。智能组件是一个相对于变电站功能的灵活概念，可以由一个物理组件完成多个变电站功能，也可以由多个物理组件分散配合完成一个变电站功能。智能设备
14、的设计和应用使得变电站内一次设备的运行状态可被实时地监视和评估，为科学的调度系统提供了可靠的依据；对一次设备故障类型及其寿命的快速有效的判断和评估为在线指导运行和检修提供了技术保证。智能设备的投入还可以降低变电站运行的管理成本，减少新生隐患产生的几率，以增强电力系统运行的可靠性。智能设备内部功能配合的灵活性也满足了大规模分布式电源并网运行的需要。 4.3 保护控制策略 传统的继电保护以“事先整定、实时动作、定期检验”为特征，这种保护控制策略越来越难以满足参数状态在不断变化的智能电网的要求。尤其是分布式能源的接入，动态改变了电力系统的运行方式和运行状态，传统保护控制方式很难适应这种多变的运行状态
15、。为了解决这些问题，智能变电站必需采用开放的保护控制策略。 开放的保护控制策略指的是保护控制策略不再事先固定，而是根据一定的原则随着电网运行参数的变化，动态调整保护控制策略，以满足智能电网在不同状态下的安全运行需求。开放的保护控制策略的制定需要针对不同粒度的控制系统来完成，策略的制定和执行客观上在智能变电站内部形成了一个分层分布式的控制系统。分层分布式的控制系统与分层分布的信息系统相对应，在不同层次上控制协调变电站系统运行，提高对变电站系统内故障与扰动的快速反应和决策能力，分散由控制所带来的系统风险。 开放的保护控制策略包括在线自适应整定定值；在线计算与保护性能有关的系统参数和相关指数；实时判
16、断系统运行状态，调整保护动作方式；在信息共享的基础上自动协调区域内继电保护控制策略，保证系统内保护定值相互配置关系的合理性，保证智能电网运行的可靠性；在线校核系统内的实时数据等。 4.4 测试仿真 智能变电站内的大多数自动化功能都需要通过网络传输的方式来实现，这就对变电站内的调试和运行检测设备提出了新要求，需要研究新的试验方式、手段，制定智能变电站技术相关试验及检测标准等。智能变电站的测试活动应贯穿于变电站开发的整个生命周期内。智能变电站的测试包括系统测试和设备测试两个方面，系统测试主要是对监控系统、通信网络系统、对时系统、远动系统、保护信息管理系统、电能量信息管理系统、网络记录分析系统、不间
17、断电源系统等子系统的测试；设备测试主要是对测量、控制、保护、检测、计量等相关功能的测试。 为了准确把握智能变电站的运行、维护需求，需要建立有效的检测和评估体系。智能变电站的测试活动是面向功能的一种测试，测试系统不仅包括调试工具，还包括相应的配置文件以及与之联系的软件辅助系统，以便于测试的过程和结果能够被记录和分析。 智能变电站的测试需要从设备单元、系统集成、总体性能三个方面综合考虑，进而对智能变电站做出有效的整体评价。智能变电站的测试过程可以分为单元测试、集成测试和系统测试三个步骤来完成。单元测试主要是测试系统内最基本的功能单元的特性是否满足要求，以及通信接口模块之问的信息交互是否正常。集成测
18、试也就是一致性测试，主要关注的是物理设备作为系统构成单元其通信行为是否符合标准中定义的互操作性规格要求，以及按标准设计的变电站其通信网络能否满足实现变电站自动化功能所期望的性能要求。系统测试即互操作性测试，关注的是设备间是否可以用通用的协议通过公共的总线相连，单一设备是否可理解其他设备提供的信息内容，以及各设备是否可以组合起来协调完成变电站的自动化功能。系统测试验证了被测试设备是否具有互操作能力，以及设备集成到变电站后是否真正实现了无缝连接。 结束语：智能变电站是智能电网建设的重要组成部分，随着国家电网公司相关智能化变电站试点工程的建设实施，智能变电站的构建技术也会越来越成熟，这对建设优良的智能电网有着积极的作用。 参考文献： 1 张自民 文化宾 牛红星 智能变电站系统方案探讨 电气自动化 2012（04） 2 曹楠 李刚 王冬青 智能变电站关键技术及其构建方式的探讨 电力系统保护与控制 2011（05）
