智能化變電站

⑴ 各類數據從源頭實現數字化,真正實現信息集成、網絡通信、數據共享。在電流、電壓的採集環節採用智能化電氣測量系統,如光電/電子式互感器,實現了電氣量數據採集的智能化應用,並實現了由常規變電站的裝置冗餘向智能化變電站的信息冗餘的轉變,為實現智能電網的應用提供了基礎。它打破常規變電站的監視、控制、保護、故障錄波、量測與計量等功能單一、相互獨立的裝置模式、改變了硬件重複配置、信息不共享、投資成本大的困局，實現了變電站由原來分散的二次系統裝置，轉變成為信息集成和功能合理優化、整合的智能化設備。

⑵ 系統結構更加緊湊,數字化電氣量監測系統具有體積小、重量輕等特點,可以有效地集成在智能開關設備系統中,按變電站機電一體化 設計理念進行功能優化組合和設備佈置。對一、二次設備進行統一建模,資源採用全局統一命名規則,變電站內及變電站與控制中心之間實現了無縫通信,從而簡化系統維護、配置和工程實施。

⑶ 變電站設備實現廣泛在線監測,使得設備狀態檢修更加科學可行。在智能化變電站中,可以有效地獲取電網運行狀態數據、各種智能電子裝置IED(Intelligent ElectronicDevice)的故障和動作信息及信號迴路狀態。智能化變電站中將幾乎不再存在未被監視的功能單元,在設備狀態特徵量的採集上沒有盲區。設備檢修策略可以從常規變電站設備的"定期檢修"變成"狀態檢修",這將大大提高系統的可用性。

在變電站自動化領域中,智能化電氣的發展,特別是智能開關、光電式互感器機電一體化設備的出現,變電站自動化技術進入了數字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中,保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元,如A/D變換、光隔離器件、控制迴路等將割列出來作為智能化一次設備的一部分。反言之,智能化一次設備的數字化傳感器、數字化控制迴路代替了常規繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分;而在中低壓變電站則將保護、監控裝置小型化、緊湊化,完整地安裝在開關櫃上,實現了變電站機電一體化設計。

智能化變電站自動化系統的結構在物理上可分為兩類,即智能化的一次設備和網絡化的二次設備;在邏輯結構上可分為三個層次,根據IEC61850通信協議定義,這三個層次分別稱為"過程層"、"間隔層"、"站控層"。

所謂“過程層”就是由數字化變電站技術引進的合併單元和智能終端組成。

網絡系統是智能化變電站自動化系統的命脈,它的可靠性與信息傳輸的快速性決定了系統的可用性。常規變電站自動化系統中單套保護裝置的信息採集與保護算法的運行一般是在同一個CPU控制下進行的,使得同步採樣、A/D轉換,運算、輸出控制命令整個流程快速,簡捷,而全智能化的系統中信息的採樣、保護算法與控制命令的形成是由網絡上多個CPU協同完成的,如何控制好採樣的同步和保護命令的快速輸出是一個複雜問題,其最基本的條件是網絡的適應性,關鍵技術是網絡通信速度的提高和合適的通信協議的制定。

採用通常的現場總線技術不能勝任數字化變電站自動化的技術要求。以太網異軍突起,已經進入工業自動化過程控制領域,固化OSI七層協議,速率達到1000M的嵌入式以太網控制與接口芯片已大量出現,智能化變電站自動化系統的兩級網絡全部採用1000M以太網技術已經是可行的。

國外已有一定的成熟經驗,國內的大專院校、科研院所以及有關廠家都投入了相當的人力進行開發研究,並且在某些方面取得了實質性的進展。但歸納起來,主要存在的問題是:

(1) 研究開發過程中專業協作需要加強,比如智能化一次的研究：至少存在機、電、光三個專業協同攻關的問題、而且一次廠家因為利潤低等原因意願不大，主要是二次倒逼一次;

(2) 材料器件方面的缺陷及改進：主要還在於數字式互感器的可靠性和環境兼容性等問題;

(3) 試驗設備、測試方法、檢驗標準,特別是EMC(電磁干擾與兼容)控制與試驗還是薄弱環節。

智能化變電站自動化是一個系統工程，要實現全部智能化變電站自動化的功能，還有許多技術問題需要攻關解決，相信智能化的變電站自動化系統會有一個蓬勃的發展期。國內已有數個智能化變電站順利投運,運行時間最長的已達4年,總的來看設備運行平穩,各類數據採集、傳輸無誤,保護和自動裝置動作正常,説明智能化變電站的技術運用到實際中已初步通過實踐的檢驗,滿足了安全、穩定的系統運行要求。但智能化變電站應用發展中遇到的主要問題,還有待進一步深入研究和解決。

智能化變電站作為變電站發展的新的里程碑，也是科學技術發展的必然。

最初的變電站控制全部靠電纜的繼電器完成，當時的保護和控制完全由繼電器串聯迴路構成。不但繼電器的可靠性（尤其是時間繼電器的可靠性）很差，而且大量的二次電纜很容易造成過熱、絕緣、防火等問題。這時的變電站測量控制主要是觀察中央信號屏。

在計算機技術尤其是單片機技術的發展下，由沈國榮院士等一批技術骨幹發展出了微機繼電保護裝置，才有了繼電保護的精確實現。

隨着計算機技術的進步，變電站測控技術逐步實現了由計算機串口聯網組成的總線式自動化系統，通信靠485或422串行總線完成。實現了變電站的基本遙信、遙測、遙脈和遙控的自動完成功能。但由於串行總線的通信速率問題，信息交換較為簡單。

隨着網絡技術和裝置硬件技術的發展，在間隔層裝置內部集成網口得以實現。由於以太網的通信速率大大提升，變電站通信技術採用了對等式的網絡傳輸模式，這時間隔層可以實現裝置間的通信，從而發展出一系列像間隔五防等利用網絡平台實現多台裝置協作完成某一功能。這時的變電站自動化系統開始採用分層分佈式的概念。把保護和測控等裝置劃歸間隔層，把監控、遠動系統劃歸站控層。

在網絡方式的控制系統中，各個變電站自動化廠家採用的通信規約都不相同，導致廠家間的通信成為一大難題。在變電站實踐過程中規約轉換成了一大問題。採用統一規約的呼聲逐漸強烈。此時號稱要“一個世界，一個標準”的61850規約走來了。最初採用61850規約的變電站被成為“61850變電站”。

其實61850標準的最大特點是已納入電子式互感器，並且為了實現分佈式採樣和就地控制而引入了“過程層”的概念，這就構成了數字化變電站。過程層就是由電子式互感器、合併器和智能終端組成的，他們之間全部採用光纜連接，取消了電纜的聯繫，徹底實現了裝置間和裝置與主控室的電氣隔離。

為了在數字化變電站的基礎上，提高變電站自動化系統的信息應用水平，實現智能電網的跨越，我們提出了智能電網的目標。統一數字化變電站的信息標準，加強變電站的管理水平，實現由變電運行一區向二、三、四區的資源整合，在站控層增加綜合應用服務器、圖形網關機和通信網關機等實現變電站信息平台的一體化，實現了全站信息數字化。