2023面向智能電網(wǎng)的變電站發(fā)展前景

面向智能電網(wǎng)的變電站發(fā)展前景引言電力事業(yè)是關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)?，F(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)迎來機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的關(guān)鍵期。隨著以特高壓為骨干網(wǎng)架和以各級(jí)電網(wǎng)為分區(qū)的中國(guó)特色電網(wǎng)的形成，風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、燃料電池發(fā)電等分布式可再生能源發(fā)電資源數(shù)量的不斷增加，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)以及控制措施已經(jīng)難以支持如此多的發(fā)展要求。為此，我國(guó)提出了發(fā)展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的設(shè)想。其中，變電環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的

關(guān)鍵和基礎(chǔ)，所以面向智能電網(wǎng)的智能變電站的建設(shè)也將成為變電站發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能電網(wǎng)概述堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的定義由于發(fā)展環(huán)境和驅(qū)動(dòng)因素的差異，不同國(guó)家的電網(wǎng)企業(yè)和組織都在以自己的方式來理解智能電網(wǎng)，對(duì)路徑和重點(diǎn)也各不相同。因此智能電網(wǎng)概念本身也在不斷發(fā)展、豐富和明晰中?？偟膩碚f，智能電網(wǎng)指的是電力輸配系統(tǒng)綜合傳統(tǒng)的和前沿的電力工程技術(shù)、復(fù)雜的感應(yīng)和監(jiān)控技術(shù)、信息技術(shù)和通訊技術(shù)以提高電網(wǎng)運(yùn)行效率并支持客戶端廣泛的附加服務(wù)的新型電網(wǎng)。智能電網(wǎng)在廣義上包括可以優(yōu)先使用清潔能源的智能調(diào)度系統(tǒng)、可以動(dòng)態(tài)定價(jià)的智能計(jì)量系統(tǒng)以及通過調(diào)整發(fā)電、用電設(shè)備功率優(yōu)化負(fù)荷平衡的智能技術(shù)系統(tǒng)[1]。針對(duì)我國(guó)電力需求持續(xù)高速增長(zhǎng)、電力資源和用電負(fù)荷分布極不均衡、輸電過程損耗大、能源利用率低等多方面因素，我國(guó)將電網(wǎng)建設(shè)為以特高壓為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)為分區(qū)的具有中國(guó)特色的電網(wǎng)。線路損耗低、工程投資省、走廊利用率高和聯(lián)網(wǎng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是輸電技術(shù)的重要發(fā)展方向，對(duì)推動(dòng)世界電力工業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。因此特高壓的發(fā)展是建設(shè)智能電網(wǎng)的重要前提，所以我國(guó)的智能電網(wǎng)正是以特高壓為網(wǎng)絡(luò)實(shí)體基礎(chǔ)的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)[2]。智能電網(wǎng)的特點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性等多方面優(yōu)點(diǎn)，智能電網(wǎng)的主要特征可以歸納為：自愈：對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連接的在線自我評(píng)估，并采取預(yù)防性的控制手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速診斷和消除故障隱患；故障發(fā)生時(shí)，在沒有或少量人工干預(yù)下，利用分布式電源等設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行恢復(fù)，能互動(dòng)：系統(tǒng)運(yùn)行與批發(fā)、零售電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)其能源使用并減少能耗開銷。優(yōu)化：實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等全提高資產(chǎn)的利用效率，有效地降低運(yùn)行維護(hù)成本和投資成本，減少電網(wǎng)損耗。電網(wǎng)將在自然狀態(tài)和計(jì)算機(jī)狀態(tài)下更安全，新技術(shù)的配置將可以更好地識(shí)別和應(yīng)

對(duì)人為的和自然的侵害。兼容：電網(wǎng)能夠同時(shí)適應(yīng)集中發(fā)電與分散式源發(fā)電及其他分散的電源，并以簡(jiǎn)單的“即插即用”式來實(shí)現(xiàn)。集成：通過不斷的流程優(yōu)化、信息整合、實(shí)效率。智能電網(wǎng)與現(xiàn)有電網(wǎng)的區(qū)別從宏觀上看，與傳統(tǒng)電網(wǎng)管理運(yùn)行模式相比，智能電網(wǎng)是一個(gè)完整的企業(yè)級(jí)信息框架和基礎(chǔ)設(shè)施體提高管理水平、工作效率、電網(wǎng)可靠性和服務(wù)水平。傳統(tǒng)的電力分配方式，類似于經(jīng)濟(jì)學(xué)上的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)，電力資源沒有被合理配置，造成能源和財(cái)富的損失，而智能電網(wǎng)將基本杜絕此類的浪費(fèi)，它會(huì)把暫時(shí)不用的電賣給其他需要電力的人，供或需都由電力資源市場(chǎng)決定。從微觀上看，與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，智能電網(wǎng)進(jìn)一步優(yōu)化各級(jí)電網(wǎng)控制，構(gòu)建結(jié)構(gòu)扁平化、功能模塊化、智能電網(wǎng)與現(xiàn)有電網(wǎng)的區(qū)別智能控制中心智能控制中心(SCC)EMSDMSSCADA、虛擬電廠(virtualpowerplant)等技術(shù)的再升級(jí)和結(jié)合。SCC智能變電站智能變電站系統(tǒng)可分為設(shè)備層和系統(tǒng)層，各層之間的聯(lián)系均采用光纜。智能變電站系統(tǒng)融入了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、光電技術(shù)及具有豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的GIS技術(shù)、測(cè)控技術(shù)和繼電保護(hù)技術(shù)。此外，智能變電站還能實(shí)現(xiàn)預(yù)警報(bào)警、自動(dòng)故障診斷和處理等功能[6]。智能線路在智能線路中，基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)水平將會(huì)提高，在線監(jiān)控和智能檢修會(huì)投入應(yīng)用。智能電網(wǎng)能實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程智能需求側(cè)管理團(tuán)隊(duì)來執(zhí)行。變電站的發(fā)展歷程我們回顧一下變電站的發(fā)展過程中，不難發(fā)現(xiàn)在變電站發(fā)展的過程中所經(jīng)歷的階段，以及每個(gè)階段的主要技術(shù)特征；在階段升級(jí)過程中，哪方面的技術(shù)是最主要，最核心的；最后又是如何發(fā)展到智能變電站的。變電站的發(fā)展歷程如圖1所示。傳統(tǒng)變電站2080年代及以前，變電站保護(hù)設(shè)備以晶體(有不少變電站沒有自動(dòng))

Figure1.Developmentsofsubstation圖1.變電站發(fā)展歷程身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性不高，而且又沒有故障自診斷的能力。目前的辦法是依靠對(duì)常規(guī)二次系統(tǒng)進(jìn)行定期的測(cè)試和校驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)問題，這不但增加了維護(hù)人員的工作量，而且仍無(wú)法保證裝置絕對(duì)的可靠，往往是等到保護(hù)裝置發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)后才能發(fā)現(xiàn)問題再進(jìn)行調(diào)整與檢修，另外維護(hù)人員在定期檢測(cè)中造成裝置誤動(dòng)或形成新的隱患的情況也時(shí)有發(fā)生。同時(shí)硬件設(shè)備基本上是按功能獨(dú)立配置的，彼此間聯(lián)系很少，設(shè)備型號(hào)此外，還存在以下問題和缺陷，例如：在供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證；占地面積大，增加了征地投資；不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計(jì)算和實(shí)時(shí)控制的要求；維護(hù)工作量大，設(shè)備可靠性差，不利于提高運(yùn)行管理水平和自動(dòng)化水平等。綜合自動(dòng)化變電站2090利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信優(yōu)化設(shè)計(jì)，建成了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)的功能。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)先后經(jīng)歷了集中式、分散式、分運(yùn)行更可靠，更利于變電站無(wú)人值班的管理。但是，現(xiàn)在的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)還是隸屬于傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)的一部分，綜合化、數(shù)字化還有待提高。其中還存在以下問題：易飽和、體積大、試驗(yàn)及維護(hù)工作量大；模擬–數(shù)字轉(zhuǎn)換存在較大附加誤差；站內(nèi)不同裝置重復(fù)采樣，數(shù)據(jù)一致性差；設(shè)備校驗(yàn)必須通入模擬量，工作量大，無(wú)法做到自動(dòng)的、程序化的校驗(yàn)；信號(hào)采用控制電纜連接，回路復(fù)雜，抗干擾性能較差；設(shè)備之間數(shù)據(jù)交換形式多樣。各廠家的設(shè)備作量大[7]。數(shù)字化變電站對(duì)近幾年來，針對(duì)目前國(guó)內(nèi)變電站現(xiàn)狀，同時(shí)隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷進(jìn)步和IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了基于IEC61850的數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站具有是數(shù)據(jù)采集數(shù)字化，系統(tǒng)分層分布化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化，系統(tǒng)建模標(biāo)準(zhǔn)化，信息交互網(wǎng)絡(luò)化，信息應(yīng)用集成化，設(shè)備檢修狀態(tài)化，設(shè)備操作智能化等主要特征。智能化的一次設(shè)備(過程層)、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備(間隔層)、自動(dòng)化的綜合信息服務(wù)管理系統(tǒng)(站控層)等三大層次的總體結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)表達(dá)方式等以達(dá)到信息暢通無(wú)阻的技術(shù)要素，不同廠家設(shè)備可無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)即插即用。構(gòu)成了現(xiàn)在數(shù)字化變電站的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。智能變電站作為統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的一部分，智能變電站在未來的一段時(shí)間內(nèi)，將是建設(shè)智能主網(wǎng)架構(gòu)的最重要部分。智能變電站的概念

環(huán)保、集成的智能化設(shè)備組合而成，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)為信息傳輸基礎(chǔ)，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用功能[8]。智能變電站的構(gòu)成智能變電站分為設(shè)備層和系統(tǒng)層兩個(gè)部分。智能變電站的設(shè)備層智能變電站的主要由高壓設(shè)備、智能組件和智能設(shè)備構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)的功能主要有：一次設(shè)備被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作一體化；開關(guān)設(shè)備的操作回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被智能可編程程序控制器代替；常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)電纜和控制電纜被數(shù)字光纖代替；繼電保護(hù)、測(cè)量控制、防誤閉鎖、遠(yuǎn)動(dòng)、故他自動(dòng)裝置等全部基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)；設(shè)備之間全部采用高速光纖網(wǎng)絡(luò)通信，并符家的裝置可實(shí)現(xiàn)互操作。由于智能變電站采用智能設(shè)備，所以隨著高壓設(shè)備智能化的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的一、二次設(shè)備間的界限也將逐漸模糊，一次設(shè)備通過配備集成的智能組件，將成為智能設(shè)備[9]。智能變電站的系統(tǒng)層系統(tǒng)層是智能變電站的“大腦”，我們把系統(tǒng)層分為決策單元、協(xié)調(diào)單元、反應(yīng)單元等三個(gè)部分，三智能告警、分析決策等高級(jí)智能應(yīng)用。與智能控制中心實(shí)現(xiàn)完美結(jié)合。對(duì)于智能變電站系統(tǒng)層我們采用SPID系統(tǒng)。美國(guó)國(guó)家電力科學(xué)研究院(EPRI)研究產(chǎn)生的SPID系統(tǒng)是當(dāng)今比較完備的智能控制系統(tǒng)模型，其提出了對(duì)智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)信息的廣域、智能、自適應(yīng)保護(hù)與控制系統(tǒng)快速的系統(tǒng)脆弱性評(píng)估等比較完備的系統(tǒng)層控制模型，如圖2所示[9]。2所示，反應(yīng)單元具有分布自治和快速動(dòng)作與局部保護(hù)控制之間的配合關(guān)系?，F(xiàn)在我們主要總結(jié)一下系統(tǒng)層的主要功能：自治能力。系統(tǒng)層能在必要時(shí)調(diào)整(automaticvoltageregulator)的定值以減小線損、提高的調(diào)整方式將適應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)。智能檢修是智能變電站的重要特點(diǎn)。系統(tǒng)層能監(jiān)測(cè)分析變電站設(shè)備(從而優(yōu)化資產(chǎn)使用和節(jié)約人力成本。系統(tǒng)層還能實(shí)現(xiàn)預(yù)警報(bào)警、自動(dòng)故障診斷和處理等功能。協(xié)調(diào)能力。系統(tǒng)層應(yīng)服從控制中心指令，故的關(guān)系。Figure2.SystemlayerstructureofSPID圖2.SPID系統(tǒng)層結(jié)構(gòu)

智能變電站主要技術(shù)分析智能斷路器技術(shù)智能斷路器具有數(shù)字化測(cè)控技術(shù)，而且具有智能化的自檢功能，符合操動(dòng)時(shí)間特性，智能化的選相操動(dòng)技術(shù)。智能監(jiān)測(cè)裝置基于自診斷功能的數(shù)值化監(jiān)測(cè)和設(shè)備負(fù)載能力評(píng)PT、CT系統(tǒng)化、全面化、智能化。系統(tǒng)和設(shè)備的自動(dòng)重構(gòu)技術(shù)根據(jù)智能裝置模型分類、描述和“即插即用”功能，建立智能裝置的模型自描述規(guī)范，實(shí)現(xiàn)智能變電升級(jí)、改造時(shí)，實(shí)現(xiàn)智能化、快速化系統(tǒng)重新構(gòu)建?；谥悄茈娋W(wǎng)的廣域測(cè)量與保護(hù)技術(shù)特高壓電網(wǎng)的建設(shè)、電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大；分布式電源的靈活接入、多變壓器的運(yùn)行方式帶來的后備保護(hù)配合、雙向潮流、系統(tǒng)阻抗的變化等問題均會(huì)給繼電保護(hù)定值整定帶來困難，保護(hù)定值的適應(yīng)能力也將受到嚴(yán)峻考驗(yàn)。同時(shí)基于智能電網(wǎng)的電子式或光電式互感器不受傳統(tǒng)電磁式互感器飽和的影響，對(duì)故障時(shí)電氣量的采集更為精確，簡(jiǎn)化了保護(hù)的數(shù)據(jù)算法，縮短了數(shù)據(jù)處理時(shí)間。也可為新原理的實(shí)現(xiàn)、工業(yè)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用提供技術(shù)支持，為廣域保護(hù)的新原理、新算法和實(shí)際應(yīng)用提供了基礎(chǔ)支撐。智能電網(wǎng)故障柔性定位技術(shù)研究廣域同步故障數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)提取和大批量數(shù)據(jù)猝發(fā)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，建立融合多種故障測(cè)距方法的綜合性智能測(cè)距算法模型，實(shí)現(xiàn)分層分布式柔性的廣域故障定位網(wǎng)絡(luò)[10]。信息數(shù)據(jù)交互規(guī)約技術(shù)對(duì)智能設(shè)備信息管理和共享規(guī)約進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)行統(tǒng)一的規(guī)約技術(shù)，實(shí)行符合智能設(shè)備要求的自診斷傳感器與主設(shè)備接口技術(shù)規(guī)范和自診斷設(shè)備信息交互技術(shù)規(guī)范。智能變電站是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，從變電