智慧变电站在新能源接入中的关键技术应用与经济性分析

金珊珊

［DOI］10.3969/j.issn.1672-0407.2024.06.063

［摘 要］新能源的发展和智慧变电站在能源结构中的地位日益突显。智慧变电站通过数据采集、传输、处理与分析、控制与优化以及保护与安全等关键技术，能够实现新能源的有效接入和管理，在新能源并网管理、预测与调度、消纳与储能管理以及与传统能源的协调运行等方面发挥着重要作用。经济性分析表明，虽然智慧变电站的投资成本较高，但其运行成本较低且具有显著的经济效益和环境效益，因此智慧变电站是实现新能源高效利用和电网可持续发展的重要手段。

［关键词］智慧变电站；新能源接入；关键技术

［中图分类号］TM7文献标志码：A

智慧变电站通过采用先进的信息技术和通信技术，能够实现对变电站的实时监控、故障诊断和预测维护，提高电网的安全性和可靠性。此外，智慧变电站还能够实现对新能源的有效接入和管理，为新能源的大规模应用提供有力支持。

1 新能源的发展以及其在能源结构中的地位

一方面，新能源的发展是应对全球能源需求增加和化石燃料资源稀缺以及对环境的影响而采取的一种可持续的替代方案。新能源，如太阳能、风能、水能等，是取之不竭的自然资源，且不会对环境产生污染，无温室气体排放。在这个意义上，新能源有望改变传统能源结构，实现能源生产和消费方式的革新。另一方面，新能源在能源结构中的地位日益突显。目前，传统能源以煤炭、石油和天然气为主导，但这些能源的产量有限，且对环境影响巨大。而新能源作为一种清洁、可再生的能源形式，正在逐渐崭露头角。国际能源机构预测：未来几十年，新能源将逐渐增加在能源生产中的比重，成为能源结构的重要组成部分。

2 智慧变电站的概念及重要性

智慧变电站是指通过先进的信息通信技术与传感器设备集成，实现对电力系统各种参数和设备状态的实时监测、分析和控制的变电站。智慧变电站能够智能化管理电力系统运行，提高供电可靠性和安全性，优化运行效率，促进新能源接入。在传统能源体系向清洁能源转型的背景下，新能源如太阳能和风能不断增加，但其波动性和间歇性给电力系统带来一定挑战。智慧变电站通过实时监控和控制技术，可以对新能源发电机组的输出和系统负荷进行高效管理，提高供电可靠性。

一方面，智慧变电站能够实时监测各个设备的电量、电流、电压等参数。通过智能传感器的应用，可以精确测量设備状态，并及时预警故障。这有助于避免设备的突发故障，提前进行预防性维护，提高设备的可靠性，避免停电和事故发生。另一方面，智慧变电站通过智能化的调度和控制系统实现设备的协同工作，可以根据电网的负荷变化、新能源的出力波动，智能调整变电站的运行模式，并与上级电网实现互联互通。借助数据分析和大数据技术的应用，智慧变电站能够预测未来电网的负荷需求，合理进行能源分配和调度，提高利用率，降低能源消耗，实现清洁高效的能源供应。

3 智慧变电站在新能源接入中的关键技术

3.1 数据采集与传输技术

3.1.1 传感器技术

智慧变电站采用各类传感器，如电流传感器、电压传感器、温度传感器等，对电力系统的各类参数和状态进行实时监测。传感器需要具备高精度、快速响应和稳定可靠的特点。图1为智能变电站的系统架构图。

3.1.2 通信技术

智慧变电站通过网络通信技术，将采集的数据传输至监控中心或其他关键设备，并进行共享和分析。通信技术需要具备高速、稳定性和低时延的特点，以确保数据的及时传输和可靠性。

3.2 数据处理与分析技术

3.2.1 数据预处理技术

对采集的数据进行滤波、校正等处理，去除噪声和异常数据，保证数据质量和准确性。此外，还需要进行数据压缩和降采样等技术，以减少数据传输和存储的成本。

3.2.2 数据挖掘与分析技术

对采集的大量数据进行建模、分类、聚类、关联分析等，从中提取有用的信息。通过数据分析，可以实现对变电站的负荷预测、故障预警和设备状态评估等功能，提高电网的安全性和经济性。

3.3 控制与优化技术

3.3.1 智能控制算法

智慧变电站采用先进的智能控制算法，配合各类执行机构和设备，实现对电力系统的精确控制和调节。智能控制算法需要具备强大的适应性、鲁棒性和实时性能。

3.3.2 优化调度策略

根据电力系统的实时负荷和电网结构，采用优化调度算法进行运行模式和工作参数的优化配置，以实现电网的最佳性能和高效运行［1］。

3.4 保护与安全技术

3.4.1 故障诊断与定位技术

通过对传感器采集的数据进行分析和比对，可以实现对电力系统故障的诊断和定位。包括对电力设备的故障诊断和位置定位，以及对电网的故障区域的定位。

3.4.2 安全防护措施

智慧变电站还需要配备安全防护措施，包括防火、防爆、防雷击等技术，以保障电力系统的安全运行和操作人员的人身安全。

4 智慧变电站在新能源接入中的应用

4.1 新能源并网管理

4.1.1 并网策略与控制

新能源并网需要考虑电网的安全、稳定和经济性。智慧变电站通过实时监测新能源的出力情况，结合电网的负荷需求和运行状态，制定合理的并网策略和控制方案。包括对新能源的功率预测、并网点的选择、并网方式的确定等。通过优化并网策略和控制，降低新能源并网对电网的影响，提高新能源的利用率。

4.1.2 并网稳定性分析

新能源并网可能会对电网的稳定性产生影响，如电压波动、频率偏差等。智慧变电站通过对新能源并网的稳定性进行分析，可以评估新能源并网对电网的影响程度，为并网策略和控制提供依据。此外，智慧变电站还可以通过对电网的动态响应特性进行分析，为电网的稳定运行提供保障。

4.2 新能源预测与调度

4.2.1 新能源出力预测

新能源出力受天气、季节等因素的影响，具有较强的不确定性。智慧变电站通过对历史数据的分析，建立新能源出力的预测模型，实现对新能源出力的准确预测。这对于电网的调度和运行具有重要意义，可以提高电网对新能源的接纳能力，降低弃风、弃光等问题的发生概率。

4.2.2 调度策略优化

智慧变电站通过对电网的实时监测和新能源出力的预测，可以实现对电网调度策略的优化。包括对发电机组的启停、负荷的调整、储能设备的运行等进行优化。通过优化调度策略，可以提高电网的经济性和安全性，降低运行成本［2］。

4.3 新能源消纳与储能管理

4.3.1 储能设备选型与配置

储能设备是解决新能源消纳问题的重要手段。智慧变电站通过对储能设备的选型和配置进行分析，可以为新能源的消纳提供支持。包括对储能设备的性能、成本、寿命等进行综合考虑，选择合适的储能设备并进行合理配置。

4.3.2 储能系统的运行与控制

智慧变电站通过对储能系统的实时监测和控制，可以实现对储能设备的优化运行。包括对储能设备的充放电策略、运行模式等进行优化。通过优化储能系统的运行和控制，可以提高储能设备的效率，降低运行成本，为新能源的消纳提供支持。

4.4 新能源与传统能源的协调运行

4.4.1 能源互补与优化调度

新能源与传统能源具有互补性，可以实现能源的优化调度。智慧变电站通过对新能源和传统能源的特性进行分析，可以实现能源互补和优化调度。包括对新能源和传统能源的出力、负荷需求等进行综合考虑，制定合理的调度策略。通过能源互补和优化调度，可以提高能源利用效率，降低运行成本。

4.4.2 能源系统的稳定性分析

新能源与传统能源的协调运行对电网的稳定性具有重要意义。智慧变电站通过对能源系统的稳定性进行分析，可以评估新能源与传统能源协调运行对电网的影响程度，为调度策略提供依据。此外，智慧变电站还可以通过对电网的动态响应特性进行分析，为电网的稳定运行提供保障［3］。

5 智慧变电站的经济性分析

5.1 投资成本分析

5.1.1 设备投资成本

智慧变电站的设备投资成本主要包括变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、电缆等设备的购置费用。与传统变电站相比，智慧变电站的设备投资成本有所提高，主要原因是智慧变电站采用先进的自动化设备和通信技术，这些设备的价格相对较高。然而，随着技术的发展和市场竞争的加剧，这些设备的价格逐渐降低，使智慧变电站的投资成本逐渐接近传统变电站。

5.1.2 工程建设成本

智慧变电站的工程建设成本主要包括土建工程、安装工程、调试工程等方面的费用。由于智慧变电站采用先进的自动化设备和通信技术，其工程建设难度相对较大，因此工程建设成本相对较高。然而，随着技术的发展和施工经验的积累，工程建设成本逐渐降低。此外，智慧变电站的设计更加紧凑，占地面积较小，有利于节约土地资源，降低土地成本。

5.2 运行成本分析

5.2.1 运维成本

智慧变电站的运维成本主要包括设备维护、检修、更换等方面的费用。由于智慧变电站采用先进的自动化设备和通信技术，可以实现远程监控和故障诊断，大大降低了运维人员的工作量和运维成本。此外，智慧变电站的设备寿命较长，故障率较低，也有利于降低运维成本［4］。

5.2.2 能耗成本

智慧变电站的能耗成本主要包括电力消耗、冷却系统消耗等方面的费用。由于智慧变电站采用先进的节能技术和设备，如高效变压器、无功补偿装置等，可以有效降低能耗成本。智慧变电站还可以实现对能耗的实时监测和管理，有利于进一步降低能耗成本。

5.3 经济效益分析

5.3.1 新能源接入对电网的影响

随着新能源的快速发展，如太阳能、风能等，新能源接入对电网的影响越来越大。新能源具有清洁、可再生等优点，但其发电量受天气等因素影响较大，波动性较强。智慧变电站可以实现对新能源的实时监测和管理，有利于提高电网的稳定性和可靠性。此外，智慧变电站还可以实现对新能源的有效利用，如通过储能设备储存多余的新能源，以备不时之需。

5.3.2 智慧变电站对电网经济性的提升

智慧变电站通过对设备的实时监测和管理，可以提高设备的运行效率和使用寿命，降低设备的故障率和维修成本，从而提高电网的经济性。智慧变电站对电网经济性的提升主要体现在设备运行效率的提高、能耗成本的降低和土地资源的节约等方面。

5.4 环境效益分析

5.4.1 新能源接入对环境的影响

新能源接入对环境的影响主要体现在减少化石能源的消耗、降低温室气体排放等方面。新能源具有清洁、可再生等优点，其发电过程中几乎不产生污染物和温室气体排放，有利于改善环境质量。然而，新能源发电量受天气等因素影响较大，波动性较强，可能导致电网的不稳定。智慧变电站可以实现对新能源的实时监测和管理，有利于提高电网的稳定性和可靠性，从而保证新能源的有效利用。

5.4.2 智慧变电站对环境保护的贡献

智慧变电站通过对设备的实时监测和管理，可以提高设备的运行效率和使用寿命，降低设备的故障率和维修成本，从而减少能源消耗和污染物排放。智慧变电站对环境保护的贡献主要体现在能源消耗的减少、污染物排放的降低和土地资源的節约等方面［5］。

6 结语

在新能源预测与调度方面，智慧变电站通过对历史数据的分析，建立新能源出力的预测模型，实现对新能源出力的准确预测。这有助于提高电网对新能源的接纳能力，降低弃风、弃光等问题的发生概率。同时，智慧变电站通过对储能系统的实时监测和控制，可以实现对储能设备的优化运行。在新能源消纳与储能管理方面，智慧变电站通过对储能设备的选型和配置进行分析，可以为新能源的消纳提供支持。此外，智慧变电站通过对能源系统的稳定性进行分析，可以评估新能源与传统能源协调运行对电网的影响程度。总体来说，智慧变电站在新能源接入中的应用有助于提高电网的经济性、安全性和稳定性，也有利于环境保护和可持续发展。在未来的发展中，随着智能技术的不断进步和应用，智慧变电站将在新能源接入中发挥更加重要的作用。

参考文献

［1］修艺源，张艺博，杨乐，等. 特高压智慧变电站冗余测控装置自动测试方法研究［J］. 自动化仪表，2023，44（11）：54-58.

［2］魏崇理，明廷焕，李士垚. 110 kV智能变电站智慧化技术改造分析［J］. 农村电工，2023，31（10）：37.

［3］陈博文，马超. 人工智能下变电站智慧化数字化建设与研究［J］. 现代工业经济和信息化，2023，13（9）：219-221.

［4］杨金凇，罗明璋，黑创. 智慧变电站环境测控系统设计［J］. 中国教育技术装备，2023（10）：27-31.

［5］郝向军，宋晓雨，马津. 变电站智慧立体巡检系统关键技术应用［J］. 数字技术与应用，2023，41（5）：23-25.