智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應用研究設計

1、<p><b>　　網(wǎng)絡高等教育</b></p><p>　　本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設 計） </p><p>　　題 目： 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應用研究 </p><p>　　論文指導老師： 婁 偉 </p><p>　　論文完成時間： 2014年2月28日

2、 </p><p>　　學習中心： 陜西新城奧鵬 </p><p>　　層 次： 專科起點本科 </p><p>　　專 業(yè)： 電力系統(tǒng)及其自動化 </p><p>　　年 級： 13年秋季 </p><p>　　學 號： 20

3、1303536308 </p><p>　　學生姓名： 張 鵬 </p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　智能變電站是堅強智能電網(wǎng)建設的基本前提和關(guān)鍵所在。本文分析智能電網(wǎng)的現(xiàn)狀，闡述了智能變電站的概念和系統(tǒng)設備特點，對一種基于一體化信息平臺的智能數(shù)據(jù)交換方案進行應用，并介紹了在

4、一體化信息平臺下的智能變電站的各種高級應用技術(shù)。</p><p>　　變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，是智能電網(wǎng)發(fā)電、線路、變電、配電、用電以及調(diào)度這六個環(huán)節(jié)之一，其智能化是構(gòu)筑智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。同時，隨著電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和電網(wǎng)的大規(guī)?；ヂ?lián)，對變電站的功能提出了更高的要求。實時監(jiān)視并快速控制聯(lián)絡線的功率變得更為迫切，保護和控制的功能及可靠性指標要求更嚴格。</p><p>　　本文從智能

5、變電站與數(shù)字化變電站區(qū)別入手，首先討論了智能變電站的概念及兩者的不同，接著對智能變電站技術(shù)現(xiàn)狀以及智能變電站的特征和結(jié)構(gòu)進行了探討，最后詳細的討論了智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)，分為標準化、信息化、一體化、智能化四個部分的內(nèi)容，最后對全文進行了總結(jié)與展望，隨著智能變電站建設的進一步開展，一體化信息平臺在智能電網(wǎng)中的作用更為凸顯，在電網(wǎng)潮流變化加劇，變電站無人值班要求越來越高的今天，文章具有一定的指導意義。</p><p>

6、;　　關(guān)鍵詞：能源；智能電網(wǎng)；智能變電站；智能化；數(shù)據(jù)交換</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要I</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的背景及意義1</p>

7、<p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 本文的主要內(nèi)容3</p><p>　　2 智能變電站概念及與數(shù)字化變電站區(qū)別4</p><p>　　2.1 智能變電站的概念4</p><p>　　2.2 智能變電站與數(shù)字變電站的區(qū)別5</p><p>　　3 智能變

8、電站技術(shù)現(xiàn)狀11</p><p>　　3.1 智能變電站的特征11</p><p>　　3.2 智能變電站的結(jié)構(gòu)12</p><p>　　3.2.1 變電站智能設備的結(jié)構(gòu)13</p><p>　　3.2.2 智能變電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)13</p><p>　　4 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)16</p>

9、<p>　　4.1 標準化17</p><p>　　4.2 信息化18</p><p>　　4.3 一體化19</p><p>　　4.4 智能化21</p><p>　　5 結(jié) 論24</p><p><b>　　參考文獻27</b></p>

10、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的背景及意義 </p><p>　　智能電網(wǎng)是未來發(fā)展的趨勢，隨著電力需求的高度增加，數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)管的嚴格和各國能源政策的調(diào)整，電網(wǎng)和電力市場、客戶之間的關(guān)系越來越密切?？蛻魧﹄娋W(wǎng)質(zhì)量要求逐步在提高，分布式能源不斷增加，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的發(fā)展要求。為了滿足電力

11、供應的節(jié)能、環(huán)保、高校、可靠、穩(wěn)定及可持續(xù)發(fā)展的要求，智能電網(wǎng)的建設勢在必行。</p><p>　　智能化變電站是指采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù) 字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能，實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度等互動的變電站[1]。</

12、p><p>　　近年來，國內(nèi)外的智能電網(wǎng)得到蓬勃發(fā)展。發(fā)展智能電網(wǎng)在歐美國家已經(jīng)逐步上升到國家戰(zhàn)略層面，成為國家經(jīng)濟發(fā)展和能源政策的重要組成部分。我國也在認真分析世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢和在適應中國國情的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合中國能源供應的新形勢和用電服務的新需求，提出建設智能化電網(wǎng)的發(fā)展方向。</p><p>　　國家電網(wǎng)公司在“2009 特高壓輸電技術(shù)國際會議”期間提出“將立足自主創(chuàng)新，加快建設以特

13、高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有信息化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)?！?lt;/p><p>　　變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，是智能電網(wǎng)發(fā)電、線路、變電、配電、用電和調(diào)度六個環(huán)節(jié)之一，其智能化是構(gòu)筑智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。同時，隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)的大規(guī)模互聯(lián)，對變電站的功能提出了更高的要求。實時監(jiān)視并快速控制聯(lián)絡線的功率變得更為迫切，保護和控制的功能及可靠性指標要求更嚴格。</p&

14、gt;<p>　　電力市場環(huán)境下，電網(wǎng)潮流變化加劇，柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)的使用加劇了運行狀態(tài)的多變性，該情況下對變電站的監(jiān)視、控制和保護提出了新的要求；變電站無人值班要求變電站的保護定值和控制裝置的整定能在中心進行設定，各類保護能在電網(wǎng)層面進行協(xié)調(diào)和匹配，因此要求變電站傳送足夠完整的信息，建立統(tǒng)一的信息模型。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><

15、p>　　我國能源資源主要分布在西部、北部和西南等經(jīng)濟相對落后地區(qū)，而能源消費主要集中在東中部經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，總體來看，位于西部和北部的大煤電基地、西南大水電基地距離東部負荷中心一般為800--3O00km，基地電力外送規(guī)模大、距離遠。而現(xiàn)有電網(wǎng)的遠距離、大容量輸送能力有限，且輸電走廊利用率較、網(wǎng)損較大。已經(jīng)不能靈活適應國家能源政策及行業(yè)發(fā)展需要。由于環(huán)境壓力、土地資源的緊缺問題，使輸電走廊的獲得已變得非常困難，面臨負荷迅速增長的形勢

16、，有必要進一步提高現(xiàn)有電網(wǎng)的輸送能力，為了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和提高能源效率。提升應對氣候變化的能力。國家加大了對風能、太陽能等可再生能源的開發(fā)力度。尤其是處于“三北”地區(qū)的大型可再生能源基地，當?shù)仉娏π枨笥邢?，無法實現(xiàn)電力就地消納，需要通過電網(wǎng)遠距離輸送到負荷中心地區(qū)，可再生能源一般具有問歇性和波動性。無法像常規(guī)電源一樣制定和實施準確的發(fā)電計劃，相應地對電網(wǎng)的接納能力和資源優(yōu)化配置能力提出了更高的要求。</p><p>

17、;　　我國的智能電網(wǎng)與歐美智能電網(wǎng)在發(fā)展背景、目標和主要特征上不同。發(fā)展適合我國電力發(fā)展水平、技術(shù)水平和經(jīng)濟水平的智能電網(wǎng)，即建設中國特色智能電網(wǎng)是我國電網(wǎng)發(fā)展的必由之路，中國特色主要體現(xiàn)在以下方面[2]:</p><p>　　我國電網(wǎng)正處于快速發(fā)展階段，美國、歐洲等發(fā)達國家電網(wǎng)的格局已基本穩(wěn)定，負荷增長很小，所以他們將智能電網(wǎng)的研究及應用重點放在配電和用電領(lǐng)域，而我國電網(wǎng)的格局還將快速發(fā)展，負荷也增長很快，輸電

18、網(wǎng)的建設也在快速發(fā)展，特高壓輸電技術(shù)的研究及應用還應繼續(xù)深入；</p><p>　　可再生能源接人方面：歐洲因天然氣管網(wǎng)發(fā)達、風能資源便利等原因大力發(fā)展了分布式發(fā)電，作為智能電網(wǎng)中主要的可再生能源接人方式，我國的風能、太陽能資源集中，主要分布在我國電網(wǎng)的邊緣地帶，故不能完全采用國外的發(fā)展模式，而應發(fā)展大容量、遠距離可再生能源輸電，綜合考慮水火、水風、水光結(jié)合等輸電方式，同時應加強儲能技術(shù)研究和應用。</p&

19、gt;<p>　　目前，隨著智能電網(wǎng)時代的到來，世界各國的智能電網(wǎng)建設已經(jīng)全面啟動。在智能電網(wǎng)理念逐步成為業(yè)界共識的進程中，許多國家都確立了智能電網(wǎng)建設目標、行動路線及投資計劃，但鑒于不同地區(qū)的監(jiān)管機制、電網(wǎng)基礎(chǔ)設施現(xiàn)狀和社會經(jīng)濟發(fā)展情況的不同，各地的智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略也有所不同。美國將重點凡在智能配電網(wǎng)一側(cè)，致力于應用通信技術(shù)和智能控制技術(shù)提高電網(wǎng)的智能性，強調(diào)用戶的參與和互動，引導用戶改變需求相應，錯峰填谷，從而延緩發(fā)電

20、、輸電環(huán)節(jié)建設；歐洲智能電網(wǎng)發(fā)展的重點是可再生能源的接入和跨國互聯(lián)電網(wǎng)的發(fā)展；日本致力于智能配電網(wǎng)的建設，逐步實現(xiàn)了中壓線路（6kV）的實時量測和自動控制；韓國計劃建設智能電網(wǎng)綜合試點項目，2011 年完成建設，2013 年完成項目試驗。</p><p>　　1.3 本文的主要內(nèi)容</p><p>　　本文研究的是智能變電站涉及的關(guān)鍵技術(shù)應用以及研究方法。</p><

21、p>　　全文共分為四章，各章內(nèi)容簡介如下：</p><p>　　第一章緒論，簡述課題的背景和意義、論題的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，介紹論文的主要內(nèi)容；</p><p>　　第二章智能變電站概念及與數(shù)字化變電站區(qū)別，主要講述了智能變電站的概念以及與數(shù)字變電站的區(qū)別；</p><p>　　第三章智能變電站技術(shù)現(xiàn)狀，簡述了智能變電站的特征和結(jié)構(gòu)；</p><

22、;p>　　第四章智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)，其中講述了標準化、信息化、一體化、智能化四個部分的內(nèi)容。</p><p>　　本文最后對全文進行總結(jié)，并指出了研究課題的未來發(fā)展方向。</p><p>　　2 智能變電站概念及與數(shù)字化變電站區(qū)別</p><p>　　2.1 智能變電站的概念</p><p>　　智能變電站是采用先進、可靠、集成、

23、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。</p><p>　　智能變電站能夠完成比常規(guī)變電站范圍更寬、層次更深、結(jié)構(gòu)更復雜的信息采集和信息處理，變電站內(nèi)、站與調(diào)度、站與站之間、站與大用戶和分布式能源的互動性更強，信息交換和融合更加

24、方便快捷，控制手段更加靈活可靠。智能變電站設備具有信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等主要技術(shù)特征，符合易擴展、易升級、易改造、易維護的工業(yè)化應用要求。</p><p>　　2.1.1智能變電站的發(fā)展目標是實現(xiàn)電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的全面采集和實時共享，支撐電網(wǎng)實時控制、智能調(diào)節(jié)和各類高級應用。實現(xiàn)變電設備信息和運行維護策略與電力調(diào)度全面互動。實現(xiàn)全站信息數(shù)值化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化、高級應用互動化。

25、智能變電站對智能電網(wǎng)的支撐作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面[3]：</p><p>　　1）可靠性：可靠性是變電站最主要的要求，具有自診斷和自治功能，做到設備故障早預防和預警，自動將供電損失降低到最小程度。</p><p>　　2）信息化：提高可靠、準確、充分、實時、安全的信息。除傳統(tǒng)“四遙”的電氣量信息外還應包括設備信息、環(huán)境信息、圖像信息等等，并具有保證站內(nèi)與站外的通信安全及站內(nèi)信息存儲及信

26、息訪問安全的功能。</p><p>　　3）數(shù)字化：具備電氣量、非電氣量、安全防護系統(tǒng)和火災報警等系統(tǒng)的數(shù)字化采集功能。</p><p>　　4）自動化：實現(xiàn)系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)自動生成、二次設備在線/自動校驗、變電站狀態(tài)檢修等功能，提高變電站自動化水平。</p><p>　　5）互動性：實現(xiàn)變電站與控制中心之間、變電站與變電站之間、變電站與用戶之間和變電站與其它應用需求之

27、間的互聯(lián)、互通和互動。</p><p>　　6）資源整合：通過統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建模來實現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息交互和信息共享。將保護信息子站、SCADA、五防、PMS、DMS、WAMS 等功能應用或業(yè)務支持集于一身，優(yōu)化資源配置，減少重復浪費現(xiàn)象。</p><p>　　2.2.2數(shù)字化變電站涵義</p><p>　　數(shù)字化變電站是由智能化一次設備和網(wǎng)絡化二次設備按過程層、間

28、隔層、站控層三層結(jié)構(gòu)體系分層構(gòu)建，建立在符合國際標準的IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)之上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設備問信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。數(shù)字化變電站使傳統(tǒng)變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過程由過去的模擬信息全部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應的通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)。數(shù)字化變電站強調(diào)實現(xiàn)手段的數(shù)字化，而智能電網(wǎng)的建設，對變電站自動化系統(tǒng)的一次設備智能化、高級應用、對智能電網(wǎng)的支撐等功能提出了新的要求，數(shù)字化變電站技術(shù)是智能變

29、電站的技術(shù)基礎(chǔ)，智能變電站是變電站整體技術(shù)的跨越和未來變電站發(fā)展的方向。</p><p>　　2.2.3 智能變電站內(nèi)涵</p><p>　　智能變電站的設計及建設應遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建設”的原則，應按照DL／T1092三道防線要求，滿足DIJl'755三級安全穩(wěn)定標準；滿足GB廠I、14285繼電保護選擇性、速動性、靈敏性、可靠性的要求；遵守《電力二次系統(tǒng)安全防護總體

30、方案》。實現(xiàn)高壓設備運行狀態(tài)信息采集功能的接收、執(zhí)行指令，反饋執(zhí)行信息，實現(xiàn)保護宿主高壓設備功能的邏輯元件(即測量、控制、保護等單元)應滿足相應行業(yè)標準；建立包含電網(wǎng)實時同步運行信息、保護信息、設備狀態(tài)、電能質(zhì)量等各類數(shù)據(jù)的標準化信息模型，滿足基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性及一致性的要求。其采集的變電站數(shù)據(jù)不僅包含實時穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)，還要有信息模型、設備在線監(jiān)測、視頻等數(shù)據(jù)。</p><p>　　智能變電站是比數(shù)字化變電

31、站更先進的應用，智能變電站的重要特征體現(xiàn)為“智能性”，即設備智能化與高級智能應用的綜合。</p><p>　　2.2 智能變電站與數(shù)字變電站的區(qū)別</p><p>　　從技術(shù)發(fā)展的路線來看，智能變電站的技術(shù)發(fā)展和建設是分階段完成的。在近階段，以數(shù)字化變電站技術(shù)體系為基礎(chǔ)，探索建設符合智能電網(wǎng)要求的智能變電站；在未來幾年，隨著在線監(jiān)測技術(shù)和資產(chǎn)全壽命周期管理理論的發(fā)展，逐步完善和建設具有智

32、能預警監(jiān)控功能的智能變電站。</p><p>　　可見，從技術(shù)發(fā)展的角度來講，智能變電站是從數(shù)字化變電站技術(shù)體系中繼承而來，數(shù)字化變電站技術(shù)體系構(gòu)成了智能變電站的技術(shù)基礎(chǔ)，在數(shù)字化變電站的技術(shù)構(gòu)架上，再融入在線監(jiān)測、全壽命周期綜合優(yōu)化管理、協(xié)同互動、信息一體化等高級應用技術(shù)，最終形成符合智能電網(wǎng)要求的智能變電站。</p><p>　　數(shù)字化變電站與智能變電站的區(qū)別分為以下幾個方面：<

33、/p><p>　　在信息采集方面，數(shù)字化變電站對數(shù)據(jù)的全面數(shù)字化采集、傳輸和共享，而智能變電站全面覆蓋的智能傳感器根據(jù)分析要求進行采集；在通信方面，數(shù)字化變電站采用高速可靠的數(shù)字化通信，而智能變電站采用多種通訊介質(zhì)實現(xiàn)的集成的、雙向的通信；在決策方面，數(shù)字化變電站根據(jù)系統(tǒng)實時狀態(tài)給出準確的處置方案，而智能變電站實時評估，快速判斷，并自動生成控制策略；在控制方面，數(shù)字化變電站根據(jù)輔助決策結(jié)果進行人工控制，而智能變電站，

34、智能控制系統(tǒng)對人工的代替，實現(xiàn)電網(wǎng)自愈。</p><p>　　智能變電站最大的特點是信息共享，隨著智能變電站的推廣應用，數(shù)字式保護裝置得到快速、迅猛的發(fā)展。與常規(guī)變電站相比，對于繼電保護裝置而言，最顯著的特征是開入模擬量數(shù)字化，二次回路網(wǎng)絡化(無接點傳輸)，一次設備智能化，這就使得各保護設備的配置原則、技術(shù)性能要求、功能劃分、維護檢修等都與傳統(tǒng)變電站大不相同，也為網(wǎng)域保護、站域保護等多種新技術(shù)的研究和應用提供了基

35、礎(chǔ)。</p><p>　　對于數(shù)字式保護裝置本身，最顯著的結(jié)構(gòu)特征是取消了數(shù)據(jù)處理部分和操作回路部分，如圖 2.1 所示。數(shù)據(jù)處理部分轉(zhuǎn)移到合并單元中，操作回路轉(zhuǎn)移到智能終端中，硬件結(jié)構(gòu)大大簡化。對于數(shù)據(jù)處理與保護裝置間、保護裝置與操作回路間的信息傳輸，由原來的裝置內(nèi)部總線轉(zhuǎn)變?yōu)榈淖冸娬镜倪^程層網(wǎng)絡。保護功能由原來的單裝置單獨完成，轉(zhuǎn)變成分布到網(wǎng)絡各個節(jié)點完成[4]。</p><p>　　

36、數(shù)字式保護比常規(guī)保護多了采樣值和出口回路經(jīng)過網(wǎng)絡的傳輸時間，IEC 61850對傳輸時間的定義如圖2.2所示。傳輸時間包括裝置各自通信處理器時間 加上網(wǎng)絡時間，其中有等待時間、路由器與其他網(wǎng)絡設備所耗費的時間。則傳輸時間：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　其中ta、tc為傳輸裝置通信處理時間，tb為網(wǎng)絡傳輸延時。</p>

37、<p>　　以典型的保護跳閘為例，PD1為繼電保護裝置，PD2為斷路器智能終端，兩者之間通過光纖以太網(wǎng)相連，設保護裝置跳閘報文處理延時間ta、智能終端報文處理延時tc均為5 μs，網(wǎng)絡傳輸延時tb為400 μ s，則繼電保護裝置通過網(wǎng)絡方式跳閘，總傳輸時間為 t = 5 + 400 + 5 = 410μs。</p><p>　　由于物理裝置和網(wǎng)絡設備可能來自不同的廠商，數(shù)字保護裝置需要考慮網(wǎng)絡傳輸?shù)?/p>

38、各種不確定因素，以及給保護帶來的同步性、實時性等關(guān)鍵問題。同時，通過建模形成的數(shù)字保護裝置出口邏輯與常規(guī)保護有了很大的差異。</p><p>　　圖2.1常規(guī)保護與數(shù)字化保護</p><p>　　圖2.2 總傳輸時間的定義</p><p>　　2 .3智能變電站技術(shù)特點2．3.1智能變電站體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　智能變電站系統(tǒng)分為3層

39、：過程層、間隔層、站控層，如圖1所示。過程層包含由一次設備和智能組件構(gòu)成的智能設備、合并單元和智能終端，完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測量、控制、保護、計量、狀態(tài)監(jiān)測等相關(guān)功能。根據(jù)國網(wǎng)相關(guān)導則、規(guī)范的要求，保護應直接采樣，對于單間隔的保護應直接跳閘，涉及多間隔的保護(母線保護)宜直接跳閘。</p><p>　　智能組件是靈活配置的物理設備，可包含測量單元、控制單元、保護單元、計量單元、狀態(tài)監(jiān)測單元中的一個或

40、幾個。</p><p>　　間隔層設備一般指繼電保護裝置、測控裝置、故障錄波等二次設備，實現(xiàn)使用一個間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該問隔一次設備的功能，即與各種遠方輸入／輸出、智能傳感器和控制器通信。</p><p>　　站控層包含自動化系統(tǒng)、站域控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、對時系統(tǒng)等子系統(tǒng)，實現(xiàn)面向全站或一個以上～次設備的測量和控制功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCA—DA)、操作閉鎖以及同步相量采集、電

41、能量采集、保護信息管理等相關(guān)功能。</p><p>　　站控層功能應高度集成，可在一臺計算機或嵌入式裝置實現(xiàn)，也可分布在多臺計算機或嵌入式裝置中。</p><p>　　2．3.2 智能一次設備</p><p>　　高壓設備是電網(wǎng)的基本單元，高壓設備智能化(或稱智能設備)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是區(qū)別傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要標志之一。利用傳感器對關(guān)鍵設備的運行狀況進行實時監(jiān)

42、控、進而實現(xiàn)電網(wǎng)設備可觀測、可控制和自動化是智能設備的核心任務和目標?！陡邏洪_關(guān)設備智能化技術(shù)條件》、《油浸式電力變壓器智能化技術(shù)條件》對～次設備智能化做了相關(guān)規(guī)定。在滿足相關(guān)標準要求的情況下，可進行功能一體化設計，包括以下三個方面：① 將傳感器或／,u執(zhí)行器與高壓設備或其部件進行一體化設計，以達到特定的監(jiān)測或／,u控制目的；② 將互感器與變壓器、斷路器等高壓設備進行一體化設計，以減少變電站占地面積；③ 在智能組件中，將相關(guān)測量、控制、

43、計量、監(jiān)測、保護進行一體化融合設計，實現(xiàn)一、二次設備的融合。</p><p>　　2.3.3智能設備與順序控制</p><p>　　實現(xiàn)智能化的高壓設備操作宜采用順序控制，滿足無人值班及區(qū)域監(jiān)控中心站管理模式的要求；可接收執(zhí)行監(jiān)控中心、調(diào)度中心和當?shù)睾笈_系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，經(jīng)安全校核正確后自動完成符合相關(guān)運行方式變化要求的設備控制，即應能自動生成不同的主接線和不同的運行方式下的典型操作票；

44、 自動投退保護軟壓板；當設備出現(xiàn)緊急缺陷時，具備急停功能。</p><p>　　2．3.4智能變電站應實現(xiàn)的高級功能</p><p>　　智能變電站戍實現(xiàn)的高級應用功能包括：設備狀態(tài)監(jiān)測、基于多信息融合技術(shù)的綜合故障診斷、防誤功能擴展應用、智能告警及事故信息綜合分析決策、智能操作票系統(tǒng)等。</p><p>　　2．3.5 設備狀態(tài)監(jiān)測</p><

45、p>　　智能變電站設備實現(xiàn)廣泛的在線監(jiān)測，使設備狀態(tài)檢修更加科學可行。在智能變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、各種智能電子裝置的故障和動作信息及信號同路狀態(tài)；減少了智能變電站中二次設備狀態(tài)特征量采集上的盲區(qū)。但就目前的在線監(jiān)測發(fā)展水平來看，尚不具備實現(xiàn)囊括所有設備在內(nèi)的全面在線監(jiān)測的可能性，對變電站內(nèi)主要一次設備采取有針對性的在線監(jiān)測技術(shù)可取得較好的投資效益。對主變、HGIS／GIS、避雷器等設備實現(xiàn)在線監(jiān)測，監(jiān)測的參量主

46、要為主變油色譜、HGIS／GISSF6氣體微水和局部放電、避雷器泄漏電流、次數(shù)等。 </p><p>　　信息融合又稱數(shù)據(jù)融合，是對多種信息的獲取、表示及其內(nèi)在聯(lián)系進行綜合處理和優(yōu)化的技術(shù)。多信息融合技術(shù)從多信息的視角進行處理及綜合，得到各種信息的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，從而剔除無用的和錯誤的信息，保留正確的和有用的成分，最終實現(xiàn)信息的優(yōu)化。數(shù)據(jù)融合也為智能信息處理技術(shù)的研究提供了新的觀念。</p>&l

47、t;p>　　狀態(tài)監(jiān)測與診斷系統(tǒng)是一套變電站設備綜合故障診斷系統(tǒng)(見圖2)，依據(jù)獲得的被監(jiān)測設備狀態(tài)信息，采用基于多信息融合技術(shù)的綜合故障診斷模型，結(jié)合被監(jiān)測設備的結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)、運行歷史狀態(tài)記錄以及環(huán)境因素，對被監(jiān)測設備工作狀態(tài)和剩余壽命做出評估。</p><p>　　2．3.6 防誤功能擴展應用</p><p>　　智能變電站主要采用了以下防誤閉鎖的關(guān)鍵技術(shù)：</p>

48、<p>　　(1)相對于常規(guī)變電站的防誤閉鎖，智能變電站增加了監(jiān)控中心層面的防誤閉鎖邏輯。</p><p>　　(2)順序控制操作方式，所謂順序控制是指通過監(jiān)控中心的計算機監(jiān)控系統(tǒng)下達操作任務，由計算機系統(tǒng)獨立地按順序分步驟地實現(xiàn)操作任務。全站所有隔離開關(guān)、接地開關(guān)防誤操作方式為：遠控、近控均采用邏輯防誤加本間隔電氣節(jié)點防誤。其中邏輯防誤通過GOOSE傳輸機制實現(xiàn)，取消常規(guī)HGIS和GIS跨間隔電氣節(jié)

49、點閉鎖回路，通過GOOSE信息實現(xiàn)跨間隔操作的閉鎖。</p><p>　　2．3.7智能告警及事故信息綜合分析決策</p><p>　　智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)上安裝有智能告警及事故信息綜合分析決策系統(tǒng)51，對信號進行分類顯示處理，提取故障報警信息，輔助故障判斷及處理(見圖3)。根據(jù)變電站邏輯和推理模型，實現(xiàn)對告警信息的分類和信號過濾，對變電站的運行狀態(tài)進行在線實時分析和推理，自動報告變電站異常

50、并提出故障處理指導意見，為主站提供智能告警，也為主站分析決策提供事件信息。</p><p>　　系統(tǒng)根據(jù)告警信號重要性，將每個告警信號進行定義，標注出重要等級，以實現(xiàn)告警信息可按分類分頁顯告警實時顯示窗口可由多個頁面組成：時序信息、提示信息、告警信息、事故及變位信息、檢修信息、未復歸告警信息。另外，告警信息可按廠站或間隔進行過濾，即只顯示某個廠站或間隔的信息。</p><p>　　2．3.

51、8 智能操作票系統(tǒng)</p><p>　　智能操作票系統(tǒng)應當包含順序控制軟件和五防聯(lián)閉鎖軟件的功能。智能操作票系統(tǒng)可以充分利用平臺提供的各項功能以及服務，共享實時SCADA模型及圖形，保護模型，并實現(xiàn)實時態(tài)和模擬態(tài)數(shù)據(jù)可靠隔離，保證了整個過程的安全、實時、可靠。系統(tǒng)基于網(wǎng)絡拓撲的接線模型識別，開票規(guī)則的用戶自定制，操作票的智能推理，業(yè)務表單的自由定制，多種開票方式的靈活切換，操作票生命周期的全過程管理；采用徹底的圖

52、票一體化技術(shù)，即圖中開票、票中執(zhí)行，提高了操作票整個運轉(zhuǎn)生命周期的可視性以及直觀性；嚴格地基于系統(tǒng)拓撲五防的校驗機制以及完善的權(quán)限管理機制。保證整個過程的實時、安全、可靠。</p><p>　　2.3.9 電壓無功自動分析控制</p><p>　　電壓無功控制系統(tǒng)將區(qū)域子系統(tǒng)電壓控制作為第二級控制，以子系統(tǒng)的電壓合格、經(jīng)濟和最少操作次數(shù)為目標，實現(xiàn)子系統(tǒng)內(nèi)上下級變電站之間的智能協(xié)調(diào)控制，實

53、現(xiàn)子系統(tǒng)內(nèi)各變電站之間的智能協(xié)調(diào)控制。無功電壓自動控制系統(tǒng)首先從調(diào)度自動化系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，送入電壓分析模塊和無功分析模塊進行綜合分析，形成變電所主變分接頭調(diào)節(jié)指令、變電所電容器投切指令、多主變經(jīng)濟運行指令，交由調(diào)度中心或集控中心控制系統(tǒng)執(zhí)行。</p><p>　　2.3.10智能變電站運行管理中的幾點思考</p><p>　　當前電力系統(tǒng)中相當一部分的變電站還是實行有人值班、設備定期檢修的模

54、式。智能變電站的建設與發(fā)展無疑給廣大從事電力設計、安裝、調(diào)試、檢修、運行人員帶來挑戰(zhàn)。變電站安全運行將直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，為確保其安全運行，應從以下幾個方面考慮：</p><p>　　智能變電站設備檢修，應能依托順序控制及工作票自動管理系統(tǒng)， 自動生成設備和網(wǎng)絡的安全措施卡，指導檢修設備進行可靠、有效的安全隔離。</p><p>　　(2)工作票自動管理系統(tǒng)應能根據(jù)系統(tǒng)方式的安排和調(diào)度員

55、的指令，自動生成相關(guān)內(nèi)容和步驟，并能與順序控制步驟進行自校核和自監(jiān)控。</p><p>　　(3)通過在線監(jiān)測和實時分析診斷等技術(shù)，能對站內(nèi)主要設備健康狀況進行監(jiān)測。建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一信息平臺，供系統(tǒng)層各高級應用子系統(tǒng)進行統(tǒng)一、標準化、規(guī)范化的數(shù)據(jù)存取訪問及向調(diào)度系統(tǒng)進行上送。其中，信息一體化平臺作為未來變電站的信息出口，可用于變電站的監(jiān)視與控制，安裝于安全一區(qū)；為了確保變電站的安全性要求，信息一體化平臺獨立

56、于目前的監(jiān)控系統(tǒng)，其實施不影響站內(nèi)設備正常的運行和控制。</p><p>　　(4)明確智能輔助控制系統(tǒng)的功能，研究相關(guān)實現(xiàn)技術(shù)。</p><p>　　2.4 智能變電站在當今電網(wǎng)生存的優(yōu)勢</p><p>　　智能變電站是智能電網(wǎng)的重要內(nèi)容，變電領(lǐng)域的發(fā)展重點是智能變電站，智能變電站對智能電網(wǎng)的建設將起到先驅(qū)作用。</p><p>　　智能

57、變電站的主要優(yōu)勢：</p><p>　　光纖代替電纜，設計安裝調(diào)試都變得簡單模擬量輸入回路和開關(guān)量輸入輸出回路都被通信網(wǎng)絡所取代，二次設備硬件系統(tǒng)大為簡化統(tǒng)一的信息模型，避免了規(guī)約轉(zhuǎn)換，信息可以充分共享可觀測性和可控性增強，產(chǎn)生新型應用：如狀態(tài)監(jiān)測、站域保護控制主要體現(xiàn)在以下幾個方面：引進了電子式互感器、合并單元智能終端、交換機等新裝置；采用了IEC 61850標準、IEEE 1588新標；其中繼電保護系統(tǒng)、通信

58、網(wǎng)絡結(jié)新體系結(jié)；同時研發(fā)了一些新功能。</p><p>　　而智能變電站本質(zhì)優(yōu)點主要體現(xiàn)在：過程設備數(shù)字化，主要為電子式互感器/合并單、智能終；信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡化，主要為IEC 61850標及網(wǎng)絡通信技術(shù)。</p><p>　　3 智能變電站技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　3.1 智能變電站的特征</p><p>　　到目前為止，對于智能變電

59、站并尚沒有統(tǒng)一的明確定義，但“以高速網(wǎng)絡通信平臺為信息傳輸基礎(chǔ)，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級應用”這些智能變電站基本認識在學術(shù)界和工程界已達成共識。</p><p>　　剖析我國智能電網(wǎng)發(fā)展目標和基本技術(shù)特征，從中可以進一步理解智能變電站的技術(shù)內(nèi)涵。信息化是堅強智能電網(wǎng)的基本途徑，體現(xiàn)為對實時和非實時信息的高度集

60、成和挖掘利用能力；數(shù)字化是堅強智能電網(wǎng)的實現(xiàn)基礎(chǔ)，以數(shù)字化形式清晰表述電網(wǎng)對象、結(jié)構(gòu)、特性及狀態(tài)，才能實現(xiàn)各類信息的精確高效采集與傳輸；自動化是堅強智能電網(wǎng)發(fā)展水平的直觀體現(xiàn)，依靠高效的信息采集傳輸和集成應用，實現(xiàn)電網(wǎng)自動運行控制與管理水平提升；互動化是堅強智能電網(wǎng)的內(nèi)在要求，通過信息的實時溝通及分析，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的良性互動與高效協(xié)調(diào)，提升用戶體驗，促進電能的安全、高效、環(huán)保應用。</p><p>　　按

61、照堅強智能電網(wǎng)要求，目前變電站自動化系統(tǒng)信息共享程度較低，綜合利用效能還未充分發(fā)揮；設備檢修模式較為落后，需要加快由定期檢修向狀態(tài)檢修過渡；一次裝備的智能化技術(shù)水平有待提高。因此，建設智能變電站應著重于三個方面：智能一次設備；信息共享；在線監(jiān)測。</p><p>　　智能變電站的智能主要體現(xiàn)在兩個方面[5]，即智能設備和智能高級應用。所謂智能設備，是指一次設備和智能組件的有機結(jié)合，其中，智能組件是二次設備的統(tǒng)稱，

62、包括測控裝置、保護裝置、測控保護裝置、狀態(tài)監(jiān)測裝置、智能終端等，也可以是幾個裝置的集合，如GIS匯控柜、屏柜等。這些智能組件就像一次設備的“管家”，幫助一次設備做好傳輸和分配電能的工作，還具有測量、控制、保護、計量等功能。</p><p>　　智能變電站的第二個特點是智能高級應用。目前，傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，但是相對于調(diào)度機構(gòu)來說很 “聽話”，也是被動的，智能變電站可以與調(diào)度機構(gòu)友好互動。因為智

63、能組件的廣泛應用，智能變電站采集的數(shù)據(jù)是全景式的，因而信息量非常大，但是這些數(shù)據(jù)不是不加分析就傳輸給電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)，而是通過站內(nèi)的信息一體化平臺以及變電站自動化系統(tǒng)高級應用模塊，對數(shù)據(jù)進行初步的挖掘、分析，實現(xiàn)智能告警、順序控制、設備狀態(tài)可視化、事故綜合分析決策等。比如，通過對變壓器在線檢測的運行數(shù)據(jù)進行分析可發(fā)現(xiàn)設備存在的隱患，系統(tǒng)會進行統(tǒng)計評估，對越限值發(fā)出告警信息。 </p><p>　　智能變電站

64、強調(diào)全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化。此外，還具有功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等顯著技術(shù)特征，易擴展、易升級、易改造、易維護，被認為是變電站發(fā)展歷史上的一次革命。 </p><p>　　3.2 智能變電站的結(jié)構(gòu)</p><p>　　智能變電站以智能一次設備和統(tǒng)一信息平臺為基礎(chǔ)，通過采用先進的傳感器、電子信息、通信控制、人工智能等技術(shù)。實現(xiàn)變電站設備的遠程監(jiān)控

65、、程序化運行控制、設備狀態(tài)檢修、運行狀態(tài)自適應、智能分析決策、網(wǎng)絡故障后的自動重構(gòu)以及與調(diào)度中心信息的靈活交互。</p><p>　　高壓設備是電網(wǎng)的基本單元，高壓設備智能化(簡稱智能設備)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是區(qū)別傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要標志之一，智能設備是附加了智能組件的高壓設備，智能組件通過狀態(tài)感知和指令執(zhí)行元件，實現(xiàn)狀態(tài)的可視化、控制的網(wǎng)絡化和自動化，為智能電網(wǎng)提供最基礎(chǔ)的功能支撐，智能設備不僅僅是測量與控

66、制方面的技術(shù)革新，對變電站設計、電網(wǎng)運行、乃至高壓設備本身的技術(shù)發(fā)展，都有重大影響，智能設備將使整個變電站向著更加簡約、可靠和智能的方向發(fā)展。</p><p>　　3.2.1 變電站智能設備的結(jié)構(gòu)</p><p>　　智能設備由高壓設備和智能組件組成，高壓設備與智能組件之間通過狀態(tài)感知元件(傳感器或其一部分)和指令執(zhí)行元件(控制單元或其一部分)組成一個有機整體，三者合為一體就是智能設備，

67、或稱高壓設備智能化。智能設備是智能電網(wǎng)的基本元件，根據(jù)高壓設備的類別和現(xiàn)場需求，控制單元和智能組件的部分功能可以相互轉(zhuǎn)移，或?qū)⒖刂茊卧墓δ苋考械街悄芙M件中。對于無控制需求的高壓設備。沒有控制單元，狀態(tài)感知元件根據(jù)需要，或植入高壓設備內(nèi)部、或安置于高壓設備外部的專門位置，狀態(tài)感知單元與智能組件之間通常由模擬信號電纜連接。根據(jù)需要，智能組件可以集成控制、保護、測量等更多功能[6]。</p><p>　　3.2.

68、2 智能變電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)</p><p>　　合理的自動化系統(tǒng)組網(wǎng)方案是設計規(guī)劃智能變電站的前提和關(guān)鍵問題。IEC61850 國際標準將數(shù)字化變電站在邏輯上劃分為變電站層、間隔層和過程層，變電站層與間隔層之間的聯(lián)系網(wǎng)絡一般稱為站控層網(wǎng)絡、間隔層與過程層之間的聯(lián)系網(wǎng)絡一般稱為過程層網(wǎng)絡。由于站控層網(wǎng)絡和過程層網(wǎng)絡承載的功能截然不同，為了保證過程層網(wǎng)絡的實時性、安全性，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，站控層網(wǎng)絡應與過程層網(wǎng)絡物理

69、隔離，如圖3.1所示。 </p><p>　　圖3.1變電站通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)簡圖</p><p><b>　　1、站控層網(wǎng)絡：</b></p><p>　　站控層網(wǎng)絡的功能和結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)變電站的監(jiān)控網(wǎng)絡基本類似，網(wǎng)絡拓撲可采用環(huán)型或星型。其中，環(huán)型具有較好的安全穩(wěn)定性，但擴展性稍差，1 個間隔配備 1 臺環(huán)網(wǎng)交換機也使得設備投資過大，同時環(huán)網(wǎng)也可能

70、帶來如下技術(shù)問題：</p><p>　　（1） 環(huán)網(wǎng)是一種較復雜的組網(wǎng)方式，它需要交換機實現(xiàn)生成樹協(xié)議，如RSTP，或者各種專有協(xié)議，如 TurboRing、RapidRing 等。由于交換機廠家采用的環(huán)網(wǎng)協(xié)議不統(tǒng)一或者實現(xiàn)方法不規(guī)范，導致在環(huán)網(wǎng)交換機選型方面受到一定制約。</p><p>　?。?） 由于拓撲結(jié)構(gòu)的特點，報文在環(huán)網(wǎng)上的傳輸延時會隨著環(huán)網(wǎng)節(jié)點數(shù)目的增加而增大，更為嚴重的是環(huán)

71、網(wǎng)存在廣播風暴的風險。</p><p>　?。?） 環(huán)網(wǎng)中的任何一臺交換機檢修時，網(wǎng)絡拓撲都會變成總線型，這會容易導致整個站控層網(wǎng)絡的癱瘓。</p><p>　　星型網(wǎng)絡則兼顧了網(wǎng)絡的安全性和擴展性，報文傳輸延時固定，檢修某個間隔時將該間隔交換機關(guān)閉即可切斷與其它間隔的聯(lián)系，保證了檢修時的安全性。因此，同時考慮到 220kV 保護雙重化配置的原則，建議：站控層網(wǎng)絡采用雙星型拓撲，如圖3.2

72、所示。</p><p>　　圖3.2站控層網(wǎng)絡組網(wǎng)方案</p><p><b>　　2、過程層網(wǎng)絡：</b></p><p>　　過程層網(wǎng)絡是智能變電站的基本特征，由于絕大多數(shù)的自動化功能都是面向間隔的，為了減輕網(wǎng)絡帶寬的壓力和保證節(jié)點的訪問安全，原則上要求過程層網(wǎng)絡按照不同間隔劃分成不同的獨立子網(wǎng)，各子網(wǎng)之間可以通過匯聚交換機級聯(lián)，子網(wǎng)內(nèi)部采

73、用星型或點對點連接拓撲；母線、變壓器和低電壓等級的子網(wǎng)可按多間隔或大間隔組建；采樣值傳輸網(wǎng)與 GOOSE 報文傳輸網(wǎng)宜分開組網(wǎng)；跨間隔的應用利用 VLAN 技術(shù)從匯聚交換機上獲得多個間隔的信息，或單獨組建一個專用網(wǎng)絡，如圖3.3所示。</p><p>　　將過程層網(wǎng)絡劃分成多個獨立子網(wǎng)的最大優(yōu)勢在于：當其它間隔交換機和匯聚交換機發(fā)生故障時不會影響本間隔內(nèi)的各種功能。此外，根據(jù)應用對數(shù)據(jù)進行了分流，有效降低了網(wǎng)絡帶

74、寬壓力。</p><p>　　圖3.3過程層網(wǎng)絡組網(wǎng)方案</p><p>　　4 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)使得智能變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別如下[7]：</p><p>　　(1)智能變電站系統(tǒng)應是一種面向服務的架構(gòu) (SOA)</p><p>　　(2)建立起以設備為對象的分布式智

75、能節(jié)點。實現(xiàn)既分布又協(xié)同的信息共享機制。</p><p>　　(3)從業(yè)務需求出發(fā)。把技術(shù)問題、經(jīng)濟問題、管理問題統(tǒng)籌考慮。實現(xiàn)能量流、信息流、業(yè)務流一體化。</p><p>　　(4)通過智能電子裝置（IED） 整合有價值的能量流、信息流。突出標準化規(guī)范化。強調(diào)功能性和互操作性。提供模型統(tǒng)一、規(guī)約統(tǒng)一、時標統(tǒng)一、來源唯一的高品質(zhì)基礎(chǔ)信息。</p><p>　　(5

76、)智能變電站作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，將統(tǒng)一和簡化變電站的數(shù)據(jù)源，形成基于同一斷面的唯一性、一致性基礎(chǔ)信息，以統(tǒng)一標準方式實現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息交互和信息共享，形成縱向貫通、橫向互通的電網(wǎng)信息支撐平臺，并提供以此為基礎(chǔ)的多種業(yè)務應用。(尤其要強調(diào))</p><p>　　(6)采用更加高速(快速以太網(wǎng))和更加經(jīng)濟的技術(shù)手段。傳輸變電站內(nèi)外信息。包括與變電站。相關(guān)電源。負荷及線路的信息。掌握整個電網(wǎng)的狀態(tài)。</p&

77、gt;<p>　　(7)將高級調(diào)度中心的部分功能下放到智能變電站實現(xiàn)。智能變電站系統(tǒng)管理好站內(nèi)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的同時可以根據(jù)運行需求，以更高的頻率來儲存數(shù)據(jù)。實現(xiàn)基于實時數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)挖掘，完成智能電網(wǎng)所要求的高級分析和優(yōu)化功能。</p><p>　　(8)智能變電站(Smart Substation )建設需要采用先進的理念重新設計新建變電站。也需要采用先進的技術(shù)改造現(xiàn)有變電站，以便遠程監(jiān)測臨界和非臨界運

78、營數(shù)據(jù)。分析和處理大量實時數(shù)據(jù)。將斷路器、變壓器、變電站的環(huán)境因素等數(shù)據(jù)進行綜合分析。并與相臨變電站互通信息。 </p><p><b>　　4.1 標準化</b></p><p>　　由于大規(guī)模集成電路技術(shù)強勁的發(fā)展，導致了先進的、快速的、功能強的微型處理器的出現(xiàn)，變電站自動化系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展，逐漸成為了變電站的重要組成部分。而通訊協(xié)議是實現(xiàn)保護裝置、自動化裝置

79、、監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，尋求一種具備互操作性、高效的通訊協(xié)議，是變電站自動化、標準化的目標[8]。</p><p>　　90 年代以來，國際電工委員會第 57 委員會（IEC TC57）陸續(xù)制定了 IEC 60870-5系列傳輸規(guī)約，用于滿足電力系統(tǒng)及其他公用事業(yè)的需要。為了在兼容設備之間達到互換的目的，根據(jù)各種應用情況下的不同要求制定一系列配套標準，分別是60870-5-101、102、103 傳輸規(guī)約。其中

80、 60870-5-103 規(guī)約僅用于保護設備（間隔單元）與變電站內(nèi)控制系統(tǒng)的信息交換。</p><p>　　2004 年，IEC TC-57 技術(shù)委員會正式發(fā)布了更具廣泛適應性、且功能強大的變電站通信協(xié)議 IEC61850 標準，該標準不僅適用于變電站內(nèi)各個設備之間、設備與控制系統(tǒng)間的通信，將來可擴展到變電站與遠方控制中心間的通信，更具開放性和靈活性。</p><p>　　智能變電站和常規(guī)

81、變電站在站內(nèi)通信協(xié)議上的主要差別是分別采用了IEC61850 標準和 60870-5-103 傳輸規(guī)約，兩者應用范圍差別較大，本文只對站內(nèi)通信協(xié)議進行分析比較，便于對 IEC61850 標準有有更清晰的認識和理解，在今后變電站建設中更好的推廣和應用。下面主要講述IEC61850標準：</p><p>　　IEC 61850 標準定義了變電站內(nèi)智能電子設備之間的通信和相關(guān)的系統(tǒng)要求，對變電站內(nèi)自動化系統(tǒng)做出了全面詳

82、細的規(guī)范和描述。IEC61850 標準采用了開放的協(xié)議并支持設備自我描述，面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，具有強大的可擴展性。</p><p><b>　　4.2 信息化</b></p><p>　　變電站信息化是電力企業(yè)信息化的重要基礎(chǔ)之一，大量的輸配電信息來自變電站，它是連接電力企業(yè)和最終用戶的橋梁。變電站信息化的主要內(nèi)容是變電站綜合自動化系統(tǒng)，變電站綜合自動化系統(tǒng)將變電所

83、的二次設備（包括控制、信號、測量、保護、自動裝置及遠動裝置等）利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設計，對變電所執(zhí)行自動監(jiān)視、測量控制和協(xié)調(diào)，是自動化和計算機、通信技術(shù)在變電所領(lǐng)域的綜合應用。變電所綜合自動化可以收集較齊全的數(shù)據(jù)和信息，通過計算機高速計算能力和判斷功能，可以方便地監(jiān)視和控制變電所內(nèi)各種設備的運行及操作。變電所綜合自動化具有功能綜合化，設備、操作、監(jiān)視微機化，結(jié)構(gòu)分布分層化，通信網(wǎng)絡光纖化及運行管理智能化的特征

84、。它的出現(xiàn)為變電所的小型化、智能化、擴大監(jiān)控范圍及變電所安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟運行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證。它的應用為變電所無人值班提供了強有力的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控支持。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要包括變電站監(jiān)控系統(tǒng)和保護系統(tǒng)，下面分別介紹它們的一般功能。</p><p>　　變電站監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能</p><p>　　(l)數(shù)據(jù)采集與處理。通過測控裝置進行實時數(shù)據(jù)的采集和處理。直流、所用電

85、、母線電壓采用綜合測量裝置采集和處理。微機監(jiān)控系統(tǒng)通過以上數(shù)據(jù)采集，產(chǎn)生各種實時數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)庫更新。</p><p>　　(2)報警處理。報警處理分兩種方式，一種是事故報警，另一種是預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號。后者包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限l復限、計算機站控系統(tǒng)的各個部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。</p><p>　　(3)事故順序記錄和事故

86、追憶功能。斷路器和保護信號的動作順序以ms級進行記錄能夠在CRT上顯示動作順序及在打印機上打印，順序時間應該存檔。</p><p>　　(4)控制功能?？刂乒δ馨▽ψ冸娬靖骷夒妷旱燃壍臄嗦菲鳌⒂休d調(diào)壓開關(guān)、主變中性電閘刀、消弧線圈等采用就地和遠方控制。控制方式有變電所控制室的當?shù)乇O(jiān)控終端控制、遠方監(jiān)控終端控制。</p><p>　　(5)在線統(tǒng)計計算。根據(jù)采樣的實時數(shù)據(jù)，能夠計算每一個電

87、氣單元的有功、無功功率。各相電流、電壓；功率因數(shù)、最大最小值及其出現(xiàn)時間。</p><p>　　(6)畫面顯示和打印。在CRT上應該能夠顯示變電所一次系統(tǒng)的主接線圖，直流系統(tǒng)圖，所用的電系統(tǒng)圖變電所監(jiān)控系統(tǒng)即保護運行工況圖，直流系統(tǒng)圖，能顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)、某些歷史負荷曲線等等。</p><p>　　(7)系統(tǒng)的自診斷和自恢復。微機監(jiān)控系統(tǒng)應該能夠在線診斷系統(tǒng)的軟件、硬件運行情況一旦發(fā)現(xiàn)異常能夠

88、發(fā)出報警信號。</p><p>　　(8)維護功能。維護功能指對系統(tǒng)進行的診斷、管理、維護等工作。</p><p><b>　　4.3 一體化</b></p><p>　　一體化信息平臺是智能變電站數(shù)據(jù)信息交換系統(tǒng)的核心，它為不同子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互整合提供技術(shù)支撐，實現(xiàn)各種系統(tǒng)之間、數(shù)據(jù)庫之間、網(wǎng)絡系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。目前國內(nèi)的大部分變電站

89、的數(shù)據(jù)交換方式還是使用比較傳統(tǒng)的方法，參與數(shù)據(jù)交換的各個廠家通過規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，各個系統(tǒng)不是在一個統(tǒng)一的標準下進行設計的智能變電站的優(yōu)點主要是體現(xiàn)為，變電站系統(tǒng)能全面、及時地掌握變電站內(nèi)運行的實時數(shù)據(jù)，綜合自動化系統(tǒng)對比專家?guī)鞂?shù)據(jù)進行分析，系統(tǒng)根據(jù)分析的結(jié)果，實現(xiàn)變電站的智能化運行?？梢姡煽?、精確、開放的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)是智能變電站建設的基礎(chǔ)，這也是智能變電站與傳統(tǒng)電網(wǎng)的根本上的區(qū)別。</p><p>

90、　　目前的變電站內(nèi)還沒有一套獨立的信息系統(tǒng)存在。變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)交換也是由變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)，它只是對本站內(nèi)自動化系統(tǒng)中所需要的數(shù)據(jù)信息進行采集、傳輸和存儲，是一個封閉的數(shù)據(jù)信息交換模式，這只能稱為變電站綜合自動化的數(shù)據(jù)交換，并不是我們所說的智能變電站的數(shù)據(jù)信息交換系統(tǒng)。目前的變電站內(nèi)的各個系統(tǒng)的信息采集，傳輸和儲存都是相對獨立并基本上無聯(lián)系的，如綜合自動化系統(tǒng)和計量系統(tǒng)之間。其根本的原因，各個系統(tǒng)一般都是由不同廠家生產(chǎn)的，各個廠家

91、的軟件的算法、數(shù)據(jù)模型，通信規(guī)約都不一樣，他們系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，傳輸報文都是有廠家自己的特點，各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集格式、數(shù)據(jù)的二次處理和數(shù)據(jù)的傳輸格式都無統(tǒng)一的標準和規(guī)范，這就導致了目前變電站內(nèi)數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)的具有很大的局限性：</p><p>　　(l) 數(shù)據(jù)格式和通信規(guī)約不統(tǒng)一。保護測控裝置的互操作和其他二次系統(tǒng)的(如電源系統(tǒng))數(shù)據(jù)信息交換必須經(jīng)過規(guī)約轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。這既不可靠也不安全。</p>&

92、lt;p>　　(2) 數(shù)據(jù)分散且重復采集。常規(guī)變電站配備的測控裝置對同一物理量存在重復采集。同時精度還可能不同。并且以不同的格式存儲在不同的裝置內(nèi)。造成計算機資源的重復浪費。而且這些數(shù)據(jù)在應用時還存在以誰為主的問題。簡單的例子就是所用電的電流電壓的采集。所用電系統(tǒng)本身就自帶有測控。而變電站系統(tǒng)又存在所用電測控裝置。而這兩個測控系統(tǒng)分別接的是不同的CT和PT。在變電站的實際運行中。對于這兩個地點測出的不同的電壓電流量便出現(xiàn)了一個如何

93、取舍的問題。</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)傳輸接口種類雜而多。接線錯綜復雜?？煽啃圆皇呛芨?。</p><p>　　這些問題直接影響了變電站數(shù)據(jù)交換的速度和質(zhì)量。并制約了變電站自動化技術(shù)的水平的發(fā)展。由于變電站內(nèi)數(shù)據(jù)信息量規(guī)模巨大。同時電力系統(tǒng)的生產(chǎn)。傳輸。分配。消費都是實時進行的。智能變電站的數(shù)據(jù)交換首先應建立一個安全可靠的有統(tǒng)一規(guī)范的標準數(shù)據(jù)信息交換平臺。為不同系統(tǒng)之間的信息共享提供

94、技術(shù)支撐。各個智能化變電站高級應用系統(tǒng)都能利用一體化信息交換平臺。實現(xiàn)數(shù)據(jù)對各個高級應用系統(tǒng)透明共享?？鐢?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)的交換。智能變電站的數(shù)據(jù)采集對象主要是來自變電站內(nèi)一次設備的各種狀態(tài)的實時的參數(shù)。也會有一些對時間要求不是很高的數(shù)據(jù)信息(主要是電能計量。電能質(zhì)量。負荷控制等)。</p><p>　　智能變電站的一體化信息平臺發(fā)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一進行采集以后。對原始數(shù)據(jù)進行處理。按功能需求分類發(fā)送到變電站各個應用系統(tǒng)。如自

95、動化系統(tǒng)。智能輔助控制系統(tǒng)。智能告警及故障信息綜合分析決策系統(tǒng)和設備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等。各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫在接收到數(shù)據(jù)以后。根據(jù)各個系統(tǒng)的特點對數(shù)據(jù)進行處理。并將數(shù)據(jù)分析所得的結(jié)果。進行最優(yōu)化選擇并執(zhí)行。</p><p>　　在智能變電站中所有數(shù)據(jù)的傳輸都通過光纖網(wǎng)以太網(wǎng)實現(xiàn)。每一個保護測控裝置。自動化裝置。智能終端和數(shù)據(jù)庫都是數(shù)據(jù)以太網(wǎng)的一個節(jié)點，有固定的地址可以訪問。</p><p>　　智

96、能變電站一體化信息平臺主要由各個智能終端、測控裝置、同步時鐘源、一體化信息主機以及站內(nèi)交換機等部分組成，如圖4.1所示。</p><p>　　各智能終端和測控裝置完成對現(xiàn)場一次設備實時數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集和標準化傳輸，同步時鐘源為全站提供了一個統(tǒng)一穩(wěn)定的同步時鐘信號，并通過各智能終端和測控裝置對數(shù)據(jù)信息附加上時標，站內(nèi)一體化信息主機實現(xiàn)對站內(nèi)各智能終端和測控裝置數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化管理，為站內(nèi)各種高級應用系統(tǒng)提供一個開放的可

97、靠的數(shù)據(jù)信息，所有繼電保護設備和自動化裝置都可以通過標準化數(shù)據(jù)接口與站內(nèi)一體化信息主機連接。</p><p>　　圖4.1一體化平臺結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4.4 智能化</b></p><p>　　隨著基于光學或電子學原理的電子式互感器和智能斷路器的使用，常規(guī)模擬信號和控制電纜將逐步被數(shù)字信號和光纖代替，測控保護裝置的輸入輸出均為

98、數(shù)字通信信號，變電站通信網(wǎng)絡進一步向現(xiàn)場延伸，現(xiàn)場的采樣數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)信息能在全站甚至廣域范圍內(nèi)共享。</p><p>　　根據(jù)新修訂的《智能變電站技術(shù)導則》，智能化變電站的改造必須采用先進的、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的傳感器、通信技術(shù)、控制和智能等技術(shù)，以一次設備參數(shù)的數(shù)字化和標準化、規(guī)范化信息平臺為基礎(chǔ)，實現(xiàn)變電站實時全景(電壓、電流、頻率、有功、無功)的監(jiān)測、自動運行控制及與站外系統(tǒng)協(xié)同互動等功能，達到提高變電可靠性。

99、其目標為可靠、經(jīng)濟、兼容性強，并具有一次設備智能化、信息交換標準化、系統(tǒng)高度集成化、運行控制自動化、保護控制協(xié)同化、分析決策在線化等技術(shù)特征。</p><p>　　為了適應智能電網(wǎng)和智能變電站的發(fā)展趨勢，結(jié)合一次設備智能化的發(fā)展目標，本次變電站智能化設計的第一步是保證一次設備的智能化，即使用所謂的智能一次設備。一次設備的智能化首先是保證數(shù)字化，包括輸入信號的電壓互感器和電流互感器，實現(xiàn)就地的信號數(shù)字化，減少模擬量

100、傳輸;借鑒國際和國內(nèi)的設備情況和電網(wǎng)的運行情況，220kV部分選用西開生產(chǎn)的電子式電流互感器、電子式電壓互感器和電子式電流電壓互感器，110kV部分選用GIS用的電子式電流互感器、電子式電壓互感器和電子式電流電壓互感器，35kV部分選用GIS用的電子式電流互感器、電子式電壓互感器和電子式電流電壓互感器。</p><p>　　根據(jù)國家電網(wǎng)《智能變電站技術(shù)導則》、《變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范》對原有220kV傳統(tǒng)變電站

101、進行智能化改造。由于目前“一次設備技術(shù)”與“二次設備技術(shù)”融合相對困難,智能變電站改造按《智能變電站技術(shù)導則》采用“三層兩網(wǎng)”分層設計。將過程層與間隔層進行分層設計。就地的智能匯控柜僅安裝“合并單元”、“智能終端”、“在線監(jiān)測功能組”。測量、控制、保護、故障錄波功能還是安裝在控制室單獨組屏。過程層網(wǎng)絡與站控層網(wǎng)絡釆用“雙備份光纖以太網(wǎng)”并配有GPS對時網(wǎng)。改造后的智能變電站設計方案如圖4.2所示。</p><p>

102、;　　圖4.2改造后智能變電站結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　變電站智能化一次設備采用IEC61850標準的信息接口，使智能一次設備成為各種智能單元的接入平臺，同時作為智能單元測量和控制等信號的應用終端，為二次設備智能化提供必要的硬件條件。</p><p><b>　　5 結(jié) 論</b></p><p>　　隨著能源問題和環(huán)境問題的日益突出，

103、電力系統(tǒng)應該給用戶提供更加環(huán)保，更加智能的清潔能源，智能電網(wǎng)的建立有利于幫助人們實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，有利于提電網(wǎng)的靈活性和兼容性，有利于抵御日益頻繁的自然災害和外界干擾，降低運營成本，促進節(jié)能減排。在智能變電站的建設過程中，勢必對變電站的二次系統(tǒng)的構(gòu)架，高級應用進行整合和提高，全面實現(xiàn)變電站的信息化數(shù)字化、自動化和互動化。</p><p><b>　　數(shù)字化建設的優(yōu)點：</b></p

104、><p>　　1、IEC61850的應用帶來變電站物理結(jié)構(gòu)和調(diào)試的變化和優(yōu)點： </p><p>　　數(shù)據(jù)的共享通過網(wǎng)絡交換完成，解決了傳統(tǒng)變電站智能裝置間難以實現(xiàn)的信息共享和互操作性； IEC61850標準采用了最新的網(wǎng)絡通信技術(shù)，借助于高帶寬、高效率的網(wǎng)絡通信平臺，改變了過去按點孤立傳送信息的模式，使信息按對象整體傳送，不僅使通信更有效率，也使信息更加全面，為變電站實現(xiàn)網(wǎng)絡化、信息化奠定了

105、基礎(chǔ)。同時網(wǎng)絡化的通信平臺簡化了二次回路的設計，減少了二次電纜的使用，使變電站的建設更經(jīng)濟，更環(huán)保。</p><p>　　IEC61850解決了過去變電站內(nèi)、變電站與遠方調(diào)度中心間存在的多種協(xié)議不一致帶來的調(diào)試困難、容易出錯、難以維護的問題，為變電站自動化系統(tǒng)整體實現(xiàn)無縫通信奠定了基礎(chǔ)，采用IEC61850標準的設備之間互操作性好，調(diào)試維護難度低。</p><p>　　IEC61850標準