智能变电站对电力系统影响的分析

张万菊，付金生

（国网青海省电力公司黄化供电公司,811200）

0 引言

在日益严峻的资源和环境压力下，电网的发展必须要满足高效的资源优化配置，提高全天候运行能力以及能源结构调整的需要。在现代科技高速发展的大背景下，世界各国对电网建设发展的研究已经延伸到智能化的领域，尤其是欧美等西方发达国家已经提出了比较成熟的智能电网建设方案，就我国而言，对于智能电网的发展主要是以特高压为核心，配以新能源发展的思路。智能变电站是电网集中化、自动化以及智能化发展的一个核心环节，主要负责为电网提供数据和控制对象的功能，站内拥有全自动一体化系统平台，可以同时进行大批量的信息交换。与传统的变电站相比，智能变电站无论是在安全性、稳定性以及经济性等方面都有非常明显的优势，因此，作为智能电网的核心和骨干，对于智能变电站的研究有着非常重要的意义。

1 智能变电站的基本结构

智能变电站主要是采用先进的电子技术、网络通信设备以及数字化平台搭建的，具备自动采集信息、测量、控制以及保护等基本功能，同时还支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能。这里所说的自动观测、控制、数据分析以及保护主要是指采用先进的传感测量技术，实现对整个电网的准确感知，并且对其进行有效监控；对采集到的信息进行及时的分析处理，提升系统的决策效率，然后根据数据信息的处理结果对系统进行优化调整和故障修复等，因此也可以说，智能变电站是智能电网发展的基础和动力。智能变电站系统可以分为间设备层、隔层和站控层，各层之间通过光缆相互连接，实现智能变电管理的应用。下面就对智能变电站各层次的特点进行简要分析：

（1）站控层

智能变电站系统中的站控层，主要包括计算机系统、服务器以及人机交互设备。站控层的主要功能是实现智能变电站系统的实时监测、应急预警、操作锁闭、自诊断功能以及日志记录、继电保护整定值变更、故障自动诊断与分析，以及智能变电站远程控制操作功能等，站控层通过光纤通讯系统与下一级间隔层保持联系。

（2）间隔层

间隔层具体包括监控设备以及继电保护设备两大类。间隔层设备在横向上按间隔配置。间隔层设备在本间隔主要实现自动保护、错误预警以及错误自检功能。其中，母线保护是使用分散式安装技术，依照间隔安装双重化母线保护间隔层单元，并且通过光纤通讯系统与设备层保持联系。

（3）设备层

智能变电拥有一系列高级设备，例如断路器、隔离开关、接地开关、信息处理接口、复合传感器、分压形VD以及罗果夫斯基TA等。智能变电站设备层的特点在于复合传感器、分压形VD以及罗果夫斯基TA的应用。复合传感器本身是一个组合体可以理解为一个整体，在这个组合体中，集成了2个及以上的检测不同物理量的传感器单元。这些传感器单元信号可以各自单独输出通常为模拟信号，高级的则由组合体中嵌入的处理器测量后按照规定的格式集中输出；分压形VD是通过中间电极电位到高阻抗A/D变换单元的方式实现测量电压及输出信号的数字化；罗果夫斯基TA实质上是一种原边为单匝线圈，副边为躲匝线圈的电流互感器，通过在环形抗磁铁芯与高阻抗A/D之间的变换来实现输出信号的数字化。由于罗果夫斯基TA与电流回路只是通过电磁场耦合，因此与主回路有良好的电气绝缘，再加上这种线圈结构简单、易于加工和安装，工作性能可靠，频带较宽，自身的上升时间可以做得很小，所以罗果夫斯基TA非常适合于测量脉冲电流。

2 智能变电站的主要技术特点

现阶段智能变电站的技术特点主要有数字化、分散式以及集成化三种，以下就对智能变电站的三大技术特点进行详细分析：

（1）数字化技术

数字化技术是智能变电站的核心要素，该技术融合了现代通信技术以及微电子技术，实现了智能变电站一次设备的自动化控制，将断路器、电流和电压传感器以及隔离开关的重新整合，通过资源与环境信息系统（Geo－Information system，GIS）实现对智能变电站一次设备的在线监控和远程维护，极大的提升了设备的稳定性、高效性以及可靠性。

（2）分布式技术

智能变电站的分层技术主要体现在站控层、间隔层以及设备层这三个层次上。分布式技术特点在于可以很好地保护整个智能变电站系统，各个层次通过光通信技术和IEC-61850-9-2标准以及GOOSE组网方式进行采样数据的传输，这种方式可以不依赖智能变电站内的信息传输网络，在极大地提升智能变电站系统的稳定性和可靠性的同时，还可以有效缩短设备安装周期和电缆使用数量。

（3）集成化技术

集成顾名思义就是将若干个孤立的个体集中在一起，产生联想，从而构成一个有机整体。集成化技术在智能变电站中的应用主要是通过集成化的智能组件，承担变电站保护、控制、监测以及测量等基本功能，在满足相关标准要求的同时，还可以节约占地面积，缩短设备安装周期。此外，传统变电站测控/保护装置内部繁琐的A/D变换回路，而是采用更加先进的光电信号进行互联，促使测控/保护装置更加紧凑、合理，在减少设备造价的同时还可以极大的提升智能变电站设备运行的可靠性和稳定性。

3 智能变电站对电力系统的影响

2009年5月，国家电网公司正式提出了“建设坚强电网”的新概念，并且计划在2020年基本建成坚强智能电网，从此，便拉开了我国智能电网研究与建设的序幕。智能变电站是智能电网的关键环节，对电力系统有着非常重要的影响，以下就对智能变电站对电力系统的影响进行深入研究：

（1）电磁式和电子式互感器

互感器(instrument transformer)是按比例变换电压或电流的设备。电磁式互感器的工作原理类似于变压器，主要由铁心和原、副绕组构成，具有容量小、稳定性高等特点。但是电磁式互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。智能变电站并没有使用传统变电站的电磁式互感器，而是采用更加先进的电子式互感器。电子互感器具有传感单元和合并单元，传感单元的作用是进行远程控制，对变电站的高压信号进行收集整理，并转化成数字信号进行传输；合并的单元则主要负责对传感单元传输来的信号进行同步合并处理。这种电子式互感器主要是由多个电流、电压互感器组成，其信息传输量和被测量量成正比，因此在数据传输以及信息处理方面具有很高的精确度，很好地解决了电磁式互感器常见的“饱和”问题。

（2）智能组件带来的强大功能

智能组件是智能变电站的核心部件，主要由智能设备构成，可以实现对电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能。例如对于智能开关的应用，由于其具有智能控制、选相位分闸、机械储能以及电容储能间的相互转换等功能，因此可以有效地提升变电站的在线监测和诊断。在具体应用过程中，可以将二次技术与现有的开关设备相结合，对于室内的资源与环境信息系统采用GOOSE组网方式和智能开关柜相结合的方法，GOOSE组网方式可以直接将变电站的数据信息传输到网络链路层上，可以有效的确保重要数据优先传输。此外，GOOSE组网方式还可以使用广播地址的方式进行信息传输。

（3）光纤通信技术的应用

光纤通信技术是对传统变电站通信的一次重大升级，通过光纤通信技术可以简化传统光缆通信的接线模式，减小对电缆的依赖程度，在降低投资成本的同时，还有效地解决了电磁兼容的环境问题。在智能变电站的各间隔层中使用的GOOSE组网方式有效地实现了间隔的闭锁、过负荷联切以及母线失灵等保护功能。

（4）IEC61850标准通信规约的应用

现阶段在电力系统的建设过程中，对变电站自动化以及智能化的要求越来越高，为了方便变电站中各种IED的管理以及设备之间的互联，就需要一种通用的通信方式来实现。而IEC61850标准通信规约的应用，无疑有效地解决了这一问题，IEC61850标准通信规约是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。可以说，IEC61850标准通信规约的应用给智能电网的发展提供了科学的技术操作规范，同时也为智能变电站的标准建设提供了理论支持。

4 结束语

综上所述，电网发展直接关系到一个国家的经济命脉，在资源日益紧缺、环境逐渐恶化的影响下，电网发展遭到了前所未有的挑战，因此，迫切要求智能电网的研究和发展。智能变电站是在数字化的基础上，结合现代电网发展的需要，对其进行自动化升级和技术改造，以实现变电站智能化、高效化等特点。文章对智能变电站的核心结构进行了详细介绍，然后就智能变电站对电力系统的影响进行深入探讨，得出智能变电站研究与发展的核心是要满足我国经济发展的实际需求，全面体现电网信息化、数字化、自动化等特征。

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