1、浅谈智能变电站设计原理摘要：随着数字化变电站在国内的发展越来越广泛，根据数字化变电站的技术改革为标准，在数字化变电站四点关键技术的基础上，提出了智能电网体系中智能变电站应具备的“智能”特点并搭建了智能变电站功能架构，从多角度体现了智能变电站的信息化、数字化、自动化和互动化。提出了当前智能变电站研究和建设中所面临的问题，并对由此产生的研究课题进行了分析。 关键词：智能电网；智能变电站；功能架构；设计原则 Abstract: With the development of more and more widely in digital substation in China, according
2、to the technical reform of the digital substation as the standard, based on digital substation four key technologies, the smart grid system in intelligent substation should have the characteristics of “intelligent“ and build the Smart Substation functional architecture, from the perspective of many
3、reflects the smart substation the information, digitization, automation and interaction. The research and development of intelligent substation faced in the current problem, and the research on the resulting analysis. Keywords: smart grid; intelligent substation; functional architecture; design prin
4、ciples 中图分类号：TM411+.4 1 数字化变电站的国内研究及应用现状 智能化一次设备是数字变电站的基础，国内对高压智能断路器的研究已全面展开。除了智能化的一次断路器以外，国内很多厂商已经开始进行相关的诸如变压器、电抗器、电容器等一次设备智能化的研究。主要体现在都能为这些一次设备提供数字接口，满足 IEC61850 GOOSE 协议，能够实现状态监测、自适应合闸等自动化功能。 2 智能变电站业务变化所需技术变革 变电站业务需求的变化和技术的进步驱动了变电站一二次设备技术的融合以及变电站运行方式的变革，由此产生了数字化变电站。数字化变电站是实现变电站智能化的技术前提和基础，只有实现数字
5、化，才能实现智能化。但数字化变电站是为了数字化而数字化，而智能化变电站是为了智能化而数字化，充分地利用数字信息来完成智能化的功能，是智能化变电站要完成的工作。 3 智能变电站的特点及功能 随着智能电网的提出和建立，变电站将由数字化演变为智能化，更突出“智能”的特点。智能化变电站在数字化变电站的基础之上，赋予了以下八个“智能特征”或“智能化功能” 。 3.1 一次设备智能化与数字化 变电站描述的一次设备智能化相比，智能变电站加大了一次设备信息化，可监测更多自身状态信息，也可通过网络获知系统及其他设备的运行状态等信息。自动化程度更高，具有比常规自动化设备更多、更复杂的自动化功能。 3.2 信息建模
6、统一化 除了基于 IEC61850 标准的建模外，智能变电站能实时监测辖区电网的运行状态，自动辨识设备和网络模型，从而为控制中心提供决策依据。3.3 数据采集全景化 智能变电站利用对时系统，同步区域和站内时钟，完善和标准化站内设备的静态和动态信息模型，向智能电网提供统一断面的全景数据。采用新型传感技术、同步测量技术、状态检测技术等逐步提高数字化程度，逐步实现潮流数据的精确时标，实时信息共享、支撑电网实时控制和智能调节，支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用。 3.4 设备检修状态化 全面采集能够反映系统主设备运行的电脉冲、气体生成物、局部过热等各种特征量。智能变电站配置用于监测系统主设备的传
7、感器，或者由智能一次设备直接提供其功能。 3.5 控制操作自动化 智能变电站具备程序化操作功能，除站内的一键触发，还可接收和执行监控中心、调度中心和当地后台系统发出的操作指令，自动完成相关运行方式变化要求的设备操作。 3.6 事故处理智能化 3.6.1 智能告警及分析决策。对全站告警信息进行综合分类，实现全站信息的分类告警功能。 3.6.2 智能告警策略。包含信号的过滤及报警显示方案、告警信号的逻辑关联、推理技术和事故及异常处理方案。预告信号以故障常态为信号触发状态，瞬时中间信号做过滤处理。正常操作引起的预告信号做过滤处理。 3.6.3 故障分析与辅助决策。 3.6.4 电能质量评估与决策。基
8、于变电站电能质量监测系统，实现电能质量分析与决策的功能，为电能质量的评估和治理提供依据与决策。 3.7 保护控制协同化 3.7.1 站域保护 在变电站内基本的控制与保护手段保留的前提下，建设站域保护，其要求是：保证继电保护的四性原则、主/后备原则、近/远后备原则。站域保护宜全方位地综合利用全站信息来提高保护性能，且适应变电站的各种运行方式和变电站分阶段建设的模式。站域保护实现全站的快速且有选择性的后备保护。 3.7.2 电网运行状态自适应 根据站内收集和站间交换的信息以及调度中心的指令，识别并自适应电网的运行状态。在电网正常运行状态下，综合利用 FACTS、变压器调压、无功补偿设备投切等手段，
9、控制和优化潮流分配，提高输送能力和运行效率。 3.8 变电站运行管理安全经济化 3.8.1 具有站内状态估计功能。宜具有辨识变电站内拓扑错误和坏数据的功能，将拓扑错误和坏数据解决在变电站内，获得高可靠的拓扑结构、高精度的母线复电压和支路复电流熟数据，保证基础数据的正确性及满足智能电网快速状态估计的要求。 3.8.2 经济运行与优化控制。在站内配置无功电压控制设备，配合自动电压控制系统，利用智能变电站先进的通信手段采集多方数据，监视电网的无功状态，运用先进的数学模型、信息模型，从基于电网的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制。 3.8.3 安全状态评估/预警/控制。智能变电站为不同调度层
10、面 在线安全稳定防御系统提供信息交互接口，为在线安全状态评估系统提供实时可靠的信息，以便其进行实时在线评估、预警和控制，实现智能电网预防控制和紧急控制的协调。 4 智能变电站面临问题及研究课题分析 4.1 动态数据处理 动态数据处理系统是变电站的运行神经枢纽。数字化带来了丰富的数据源，为监控变电站的运行工况，保证系统安全运行和快速处理故障提供了更多的依据。 4.2 高精度时钟同步技术 为了保证信息数据的完整性和实时性、可靠性，实现各个采集控制单元的同步采样，实时输出同步的相量数据，传统变电站的对时模式及原理已经不适应和不能满足智能变电站对时钟精度的要求。基于IEEE1588 对时系统的开发迫在
11、眉睫。 4.3 智能化一次设备的研究 智能化一次设备是智能变电站的重要组成部分，开发满足智能变电站的一次设备是实现智能变电站的关键所在。国内研究智能化一次设备的厂家起步较晚，基础薄弱。国内大部分电力设备供应商还不具备提供智能化一次设备的技术和能力，产业链的构造还需要一定的周期，给智能化一次设备的发展带来了桎梏。 4.4 实时网络通信技术 智能变电站大量采用以太网网络通信技术。如何减少数据碰撞，提高数据传输的实时性、可靠性、安全性等是需要进一步研究的内容。 5 智能变电站设计原则和方向 智能变电站从规划、设计、建设到运行管理这个全寿命周期中，设计遵循“两型一化”的原则，即，资源节约型、环境友好型
12、和工业化。资源节约型指的是在土地、能源、建材和投资方面的节约。大力推行变电站小型化、同塔多回、紧凑型线路、采用智能互感器等先进 技术，节约土地资源；数字化智能变电站与常规变电站相比，节约大量建设用电缆，另外由于数字互感器送出为数字信号，可以直接为数字装置所用，省去了这些信号的数字信号变换电路，从而简化 IED 结构，节约大量二次电缆；GIS、PASS 等开关的使用节约了一次 设备。 结语 中国在智能化变电站建设领域目前正处于技术储备期和高速发展期，智能变电站终将实现全寿命周期综合优化管理，实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑电网实时控制、智能调节和各类高级应用。若遵循此发展路线及目标，需要对智能变电站的智能化设备技术体系及相关标准、动态数据处理、系统与设备自动重构、分布协调/自适应控制、广域测量与保护、智能化固态开关等相关技术做深层次的研究，从而满足智能电网建设的需要，提高变电站的运行水平和效益。 参考文献： 1周和.智能变电站的设计及其应用J.华北电力大学（北京）.2011(03) 2李军.浅析智能变电站理论及应用J.科协论坛（下半月）.2012(05) 3王大鹏，栗俊凯，晁军征.浅谈数字化变电站的发展及应用J. 4艾璐博.110KV 智能变电站的设计研究J.山东大学.2012(05)
