智能化變電站的概念及架構

一、智能化變電站的概念

　　智能化變電站是數字化變電站的升級和發(fā)展，在數字化變電站的基礎上，結合智能電網(wǎng)的需求，對變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行充實(shí)以實(shí)現變電站智能化功能。從智能電網(wǎng)體系結構(圖1)看，智能化變電站是智能電網(wǎng)運行與控制的關(guān)鍵。作為銜接智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度六大環(huán)節的關(guān)鍵，智能化變電站是智能電網(wǎng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調整電壓的重要電力設施，是智能電網(wǎng)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”三流匯集的焦點(diǎn)，對建設堅強智能電網(wǎng)具有極為重要的作用。

　　除了變壓器、開(kāi)關(guān)設備、輸配電線(xiàn)路及其配套設備之外，智能化變電站在硬件上的兩個(gè)重要特征是大量新型柔性交流輸電技術(shù)及裝備的應用，以及風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等間歇性分布式清潔電源的接入。這兩個(gè)變化，在提高變電站功能的同時(shí)也增加了其復雜程度。智能化變電站自動(dòng)化系統應當增加對柔性交流輸電設備和分布式電源接口的智能化管理和控制功能。

　　根據國家電網(wǎng)公司《智能變電站技術(shù)導則》，智能化變電站是采用先進(jìn)的傳感器、信息、通信、控制、智能等技術(shù)，以一次設備參量數字化和標準化、規范化信息平臺為基礎，實(shí)現變電站實(shí)時(shí)全景監測、自動(dòng)運行控制、與站外系統協(xié)同互動(dòng)等功能，達到提高變電可靠性、優(yōu)化資產(chǎn)利用率、減少人工干預、支撐電網(wǎng)安全運行，可再生能源“即插即退”等目標的變電站。其內涵為可靠、經(jīng)濟、兼容、自主、互動(dòng)、協(xié)同，并具有一次設備智能化、信息交換標準化、系統高度集成化、運行控制自動(dòng)化、保護控制協(xié)同化、分析決策在線(xiàn)化等技術(shù)特征。

　　二、智能化變電站的功能特征

　　智能化變電站的設計和建設，必須在智能電網(wǎng)的背景下進(jìn)行，要滿(mǎn)足我國智能電網(wǎng)建設和發(fā)展的要求，體現我國智能電網(wǎng)信息化、數字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的特征。智能化變電站應當具有以下功能特征:

　　1、緊密聯(lián)結全網(wǎng)。從智能化變電站在智能電網(wǎng)體系結構中的位置和作用看，智能化變電站的建設，要有利于加強全網(wǎng)范圍各個(gè)環(huán)節間聯(lián)系的緊密性，有利于體現智能電網(wǎng)的統一性，有利于互聯(lián)電網(wǎng)對運行事故進(jìn)行預防和緊急控制，實(shí)現在不同層次上的統一協(xié)調控制，成為形成統一堅強智能電網(wǎng)的關(guān)節和紐帶。智能化變電站的“全網(wǎng)”意識更強，作為電網(wǎng)的一個(gè)重要環(huán)節和部分，其在電網(wǎng)整體中的功能和作用更加明顯和突出。

　　2、支撐智能電網(wǎng)。從智能化變電站的自動(dòng)化、智能化技術(shù)上看，智能化變電站的設計和運行水平，應與智能電網(wǎng)保持一致，滿(mǎn)足智能電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟、高效、清潔、環(huán)保、透明、開(kāi)放等運行性能的要求。在硬件裝置上實(shí)現更高程度的集成和優(yōu)化，軟件功能實(shí)現更合理的區別和配合。應用FACTS技術(shù)，對系統電壓和無(wú)功功率，電流和潮流分布進(jìn)行有效控制。

　　3、高電壓等級的智能化變電站滿(mǎn)足特高壓輸電網(wǎng)架的要求。特高壓輸電線(xiàn)路將構成我國智能電網(wǎng)的骨干輸電網(wǎng)架，必須面對大容量、高電壓帶來(lái)的一系列技術(shù)問(wèn)題。特高壓變電站應能可靠地應對和解決在設備絕緣、斷路開(kāi)關(guān)等方面的問(wèn)題，支持特高壓輸電網(wǎng)架的形成和有效發(fā)揮作用。

　　4、中低壓智能化變電站允許分布式電源的接入。在未來(lái)的智能電網(wǎng)中，一個(gè)重要的特征是大量的風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性分布式電源的接入。智能化變電站是分布式電源并網(wǎng)的入口，從技術(shù)到管理，從硬件到軟件都必須充分考慮并滿(mǎn)足分布式電源并網(wǎng)的需求。大量分布式電源接入，形成微網(wǎng)與配電網(wǎng)并網(wǎng)運行模式。這使得配電網(wǎng)從單一的由大型注入點(diǎn)單向供電的模式，向大量使用受端分布式發(fā)電設備的多源多向模塊化模式轉變。與常規變電站相比，智能化變電站從繼電保護到運行管理都應做出調整和改變，以滿(mǎn)足更高水平的安全穩定運行需要。

　　5、遠程可視化。智能化變電站的狀態(tài)監測與操作運行均可利用多媒體技術(shù)實(shí)現遠程可視化與自動(dòng)化，以實(shí)現變電站真正的無(wú)人值班，并提高變電站的安全運行水平。

　　6、裝備與設施標準化設計，模塊化安裝。智能化變電站的一二次設備進(jìn)行高度的整合與集成，所有的裝備具有統一的接口。建造新的智能化變電站時(shí)，所有集成化裝備的一、二次功能，在出廠(chǎng)前完成模塊化調試，運抵安裝現場(chǎng)后只需進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)、接線(xiàn)，無(wú)需大規?，F場(chǎng)調試。一二次設備集成后標準化設計，模塊化安裝，對變電站的建造和設備的安裝環(huán)節而言是根本性的變革?？梢员ＷC設備的質(zhì)量和可靠性，大量節省現場(chǎng)施工、調試工作量，使得任何一個(gè)同樣電壓等級的變電站的建造變成簡(jiǎn)單的模塊化的設備的聯(lián)網(wǎng)、連接，因而可以實(shí)現變電站的“可復制性”，大大簡(jiǎn)化變電站建造的過(guò)程，而提高了變電站的標準化程度和可靠性。出于以上需求的考慮，智能化變電站必須從硬件到軟件，從結構到功能上完成一個(gè)飛越。

　　三、智能化變電站與數字化變電站的區別

　　智能化變電站與數字化變電站有密不可分的聯(lián)系。數字化變電站是智能化變電站的前提和基礎，是智能化變電站的初級階段，智能化變電站是數字化變電站的發(fā)展和升級。智能化變電站擁有數字化變電站的所有自動(dòng)化功能和技術(shù)特征，二者的共同點(diǎn)無(wú)需討論。木文認為智能化變電站與數字化變電站的差別主要體現在以下3個(gè)方面:

　　1、數字化變電站主要從滿(mǎn)足變電站自身的需求出發(fā)，實(shí)現站內一、二次設備的數字化通信和控制，建立全站統一的數據通信平臺，側重于在統一通信平臺的基礎上提高變電站內設備與系統間的互操作性。而智能化變電站則從滿(mǎn)足智能電網(wǎng)運行要求出發(fā)，比數字化變電站更加注重變電站之間、變電站與調度中心之間的信息的統一與功能的層次化。需要建立全網(wǎng)統一的標準化信息平臺，作為該平臺的重要節點(diǎn)，提高其硬件與軟件的標準化程度，以在全網(wǎng)范圍內提高系統的整體運行水平為目標。

　　2、數字化變電站己經(jīng)具有了一定程度的設備集成和功能優(yōu)化的概念，要求站內應用的所有智能電子裝置(IED)滿(mǎn)足統一的標準，擁有統一的接口，以實(shí)現互操作性。IED分布安裝于站內，其功能的整合以統一標準為紐帶，利用網(wǎng)絡(luò )通信實(shí)現。數字化變電站在以太網(wǎng)通信的基礎上，模糊了一、二次設備的界限，實(shí)現了一、二次設備的初步融合。而智能化變電站設備集成化程度更高，可以實(shí)現一、二次設備的一體化、智能化整合和集成。

　　3、智能電網(wǎng)擁有更大量新型柔性交流輸電技術(shù)及裝備的應用，以及風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等間歇式分布式清潔電源的接入，需要滿(mǎn)足間歇性電源“即插即用”的技術(shù)要求。

　　四、智能化變電站架構

　　1、數字化變電站的集成化

　　集成化總是變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢。從常規變電站，到數字化變電站，再到智能化變電站的發(fā)展過(guò)程，是變電站內的設備和系統集成化程度越來(lái)越高的過(guò)程。

　　數字化變電站用微機處理和光纖數字通信優(yōu)化變電站層和間隔層的功能配置；控制、保護和運行支持系統通過(guò)局域網(wǎng)彼此互相連接，共享數據信息；簡(jiǎn)化單個(gè)系統的結構，同時(shí)保持各個(gè)系統的相對獨立性。在此基礎上更進(jìn)一步，數字化變電站內的自動(dòng)化系統可以進(jìn)行集成，分為三個(gè)層次，過(guò)程層集成、間隔層集成和變電站層集成。

　　變電站中每個(gè)控制和監視設備都需要從過(guò)程輸入數據，然后輸出控制命令到過(guò)程。過(guò)程接口將完成被監視和控制的開(kāi)關(guān)場(chǎng)設備和變電站自動(dòng)化系統的連接。數字化變電站中，集成化的一個(gè)體現是過(guò)程接口被直接集成到了過(guò)程中，也就是開(kāi)關(guān)設備中。包括用于測量電流和電壓及氣體密度的電子傳感器、斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的位置指示器和傳動(dòng)裝置都安裝在一個(gè)屏蔽的小盒子里，集成到一次設備中，即所謂的智能化一次設備。

　　數字化變電站集成化的另一個(gè)體現是間隔層的集成化:構筑一個(gè)通用的硬件和軟件平臺即統一的多功能數字裝置(UMD)，將間隔內的控制、保護、測量等功能集成在這個(gè)通用的平臺上，通過(guò)通用的硬件和軟件采集各功能需要的數據和狀態(tài)量，實(shí)現數據共享。原來(lái)控制、保護等功能不再需要專(zhuān)用的硬件裝置和專(zhuān)用的輸入、輸出通道，而是由合理的軟件設計來(lái)實(shí)現。

　　間隔統一多功能裝置集成了較多的功能，在設計時(shí)應按各功能響應時(shí)間要求進(jìn)行分類(lèi)，并確定優(yōu)先級別。顯然，繼電保護、緊急控制等與