智能变电站及技术特点分析

陆镇华

摘 要：变电站作为我国电力系统的重要组成部分，其主要功能是将电压升高，输送到用户附近时再对其进行降压处理。变电站的重要设备是开关和变压器，按照规模大小可将小的称为变电所，大的称为变电站。随着科学技术的不断发展，出现了以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享化为基本要求，能够自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等功能，并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的智能变电站。

关键词：智能变电站；信息化；网络化

一、智能变电站的定义

智能变电站是由先进的、可靠的、节能环保的设备组合而成，其特点是通过采用先进的电子设备，以智能化的一次设备和统一的信息平台为基础，能够对变电站实行全景监测、状态评估、运行控制。智能变电站系统共分为三层：过程层、间隔层、站控层。过程层包括由一次设备和智能控件等组成的智能设备、合并单元以及智能终端；间隔层主要是由继电保护装置、测控装置、故障录波等二次设备所组成；至于功能高度集中的站控层，则是由自动化系统、站域控制系统、通信系统以及对时系统等子系统组成。

二、数字化变电站与智能化变电站的区别

数字化变电站的主要组成部分是智能化设备和网络化二次设备，它的主要功能是可以实现变电站电气设备的信息共享[1]。数字化变电站与智能化变电站从本质上讲都是对变电站的技术改造，二者的区别在于，智能化变电站比数字化变电站多了信息共享以及基于网络的其他高级功能。从一定意义上讲，数字化变电站可看做是从传统变电站到智能变电站的演进过程，智能化变电站的形成是在数字化变电站的基础上增加了高级应用。当下我国大多数地方的变电站都还是传统变电站，不过随着我国综合国力的进一步增强，这种状况已经逐步改善。数字化变电站对比于常规变电站有着高性能、高安全、高可靠性和高经济性等优势。它的出现使得传统变电站从传输、处理、采集的信息都由过去的模式转变成数字信息形式，数字化变电站也逐渐成为我国电力系统的重要组成部分。

三、智能变电站技术特点

（一）智能变电站的组成

由上可知，智能变电站系统主要可分为三层：过程层、间隔层和站控层[2]。过程层的主要作用是完成变电站的电能分配、转换、传输、计量以及保护等功能。间隔层的设备的主要功能是能够实现与各种远方器件进行通信。站控层包含了多个系统，主要功能是可以完成数据采集、监视控制、信息保护等多项技术。站控层由于高度化集中的特点，其可在一台计算机、一部嵌入式装置或多台计算机、多部嵌入式装置中实现。

（二）智能一次设备概述

智能化一次设备技术的发展程度以及速度，对能否实现整个智能变电站结构的最优设计有着很大的决定性意义。一次设备智能化主要包括组件的智能化，发展方向是使得组件实现测量、保护、控制、计量等技术。智能一次设备能够实现对设备运行状况的实时监控、能够对设备的故障部位进行精确定位，并通过分析给出故障最佳解决办法，相关工作人员利用智能一次设备的功技术就能够实时掌握设备的状态，并对设备使用寿命进行预测。电力系统中，智能化一次设备的使用提高了电网运行的稳定性，并由于其布局紧凑的特点，可节省大量占地面积，并根据采集到的数据降低电力系统的运行风险，减少维修人员工作量。根据《高压开关设备智能化技术条件》以及《油浸式電力智能化技术条件》中对智能设备做出的规定，可以对智能一次设备进行一体化设计，主要包括以下几个方面：①传感器或执行器与高压设备的一体化。②互感器与变压器、断路器的一体化。③将智能组件中的测量、控制、计量、保护部分进行一体化。

（三）智能设备与顺序控制

对智能化的设备进行一系列的操作时，适宜采用顺序控制，这种控制方式的优势在于可以满足无人值班以及区域监控中心站管理模式的要求，可以接受来自监控中心、调度中心以及后台所发出的各种指令。当设备出现突发故障时，可以进行紧急断电处理，拥有良好的图形界面设计，可以同时满足近端和远端的可视化操作技术。

（四）智能变电站应具备的高级功能

智能变电站除了要具备一些变电站的基本功能之外，还应具备一些更高级的应用功能。例如：能够对设备的运行状态进行监测、能够基于多信息融合技术对设备进行综合故障诊断、能够对发生的事故进行预警以及智能处理等。

（1）对智能变电站的设备实现广泛的在线监测，能够让设备的检修更加科学合理，也可以有效的获得电网运行状态数据，实现对二次设备状态特征量的有效采集。但目前的技术水平不足以实现对变电站内所有设备实行在线监测，因此对变电站内的主要一次设备实行在线监测比较切合实际。例如：主变、HGIS/GIS、避雷器等设备。

（2）信息融合的目的是对信息获取、信息表示及信息内部联系进行综合处理和优化的技术。多信息融合技术的含义是指通过对信息进行多角度处理，进而得到各种信息的内在联系和规律，利用这些最终实现信息优化。对设备进行状态监测，可以及时获得被监测设备的状态信息，相关人员结合所获得的信息，如所检测设备的参数、结构、运行状态以及运行信息等，可以对监测设备的寿命进行评估。

（3）智能预警及智能处理。在智能变电站的监控系统上安装智能预警及事故信息综合分析决策系统，可以实现信息分类及处理，并能够提取故障报警信息，帮助相关人员对故障发生原因进行合理判断。利用变电站逻辑以及推理模型实现对预警信息的分类以及分类处理，相关人员通过对变电站运行状态进行在线分析和推理，可以针对变电站的异常提出进一步的解决措施，也可以为主站提供智能预警，并为主站分析解决故障提供一定的数据支持。

四、智能化变电站的模式简介

为了进一步实现智能化变电站的智能化性能，其应具有的结构特点为：①重点应放在面向对象，功能化的设计是其次；②采用按对象设计的分层分布式模式，通信主要采用的是以太网，其次采用的是现场总线和串口通信；③各个智能化单元、监控后台以及网络都是基于IEC61850设计的，方便未来技术的进一步发展。

智能化变电站的系统可以将变电站的多个一次设备信息进行收集，并利用智能化的组件对其进行综合处理。智能化变电站系统是在IEC61850的通信技术规范的基础上，实现智能化变电站内各种一次设备和二次设备间的信息共享，变电站自动化系统在物理上可分为设备层和系统层，在逻辑上可分为过程层、间隔层和站控层。当下我国电网中的智能化变电站设计模式主要分为以下三种：

（1）IEC61850模式，此模式是基于站控层并与传统变电站中的自动化系统相似。这种模式不仅可以解决传统变电站中智能设备之间互联和信息互操作问题，还能够实现对一次设备的智能控制。这种模式的优势在于实时性高、可操作性强。

（2）基于传统互感器和过程层的信息交换模式，这种模式实质上是在IEC61850模式的基础上增加了在线监测功能，但这种方式无形中增加了网络信息交换过程中的信息量。电网采用这种设计模式的优势在于它采用通信光缆代替了传统的铜芯，不仅能够实现对过程层的数据采样，并具有共享性的通信数据，还能够简化接线模式，使过程层网络更加智能化。

（3）全信息交换模式，这种模式最大的优势在于采用先进的电子式互感器代替原先的电磁互感器，这种工作模式在高压及超高压、特高压智能化变电站中有着广泛的应用。

当下，前两种工作模式的实用性比第三种强，而面对现阶段智能化技术尚未成熟的现状，相关人员应加强智能化变电站试点的技术规范，以便未来智能化变电站的大规模推广。

五、智能变電站发展前景

随着科学技术的不断发展，电网的智能化趋势越发明显，我国对于智能化变电站的投入也越来越大。智能化变电站的广泛推广，一方面是因其可以为电网建设提供有力支撑，另一方面是因其在构建互联网方面发挥着巨大的作用。根据《中国智能变电站行业前瞻与投资战略规划分析报告》分析，智能化变电站的优势主要体现在以下三个方面：①更加灵活，可控性强；②更加安全可靠；③更加节能高效。在未来，重点是要加强智能化变电站的推广力度，从目前科技发展水平来看，智能化变电站拥有很好的发展前景以及推广前景。

六、结语

综上所述，智能变电站不仅是变电站的发展方向，而且是未来电网的重要组成部分。现阶段，我国针对智能变电站的相关技术出台了一系列的技术规范，随着智能化变电站相关技术的日益成熟，将实现我国国家电网更加稳定，持续的运行。

参考文献：

[1]李孟超，王允平，李献伟，王峰，蔡卫锋.智能变电站及技术特点分析[J].电力系统保护与控制，2010，38（18）：59-62+79.

[2]杜小平.智能变电站及技术特点分析[J].科技与创新，2016，（07）：141.