智能变电站的电气自动化探讨

蔡友龙

摘 要：基于智能电网发展的背景，文章提出了电网技术的发展推动了智能变电站的兴建，促进了智能化技术的进步。文章首先简要介绍了智能电网与智能变电站的构成，其次从一次设备智能化、二次设备智能化、交直流一体化电源等方面，深入探讨了在智能电网发展背景下智能变电站各个环节的自动化与智能化变革，分析了智能变电站的电气自动化技术。

关键词：智能电网；智能变电站；电气自动化

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0118-02

近年来，我国建设坚强智能电网的进程不断推进，以智能化、自动化、节能高效为特征的智能电网时代已经悄悄来临。智能电网的迅猛发展推动了电网的发输变配等各个环节的技术革新，目前新建变电站中智能变电站占据了较大比重，基于此，有关智能变电站的电气自动化和数字化等问题成为理论界的研究热点。

1 智能电网与智能变电站

在世界能源危机背景下，智能电网的概念应运而生。同传统的电网技术相比，智能电网以清洁、灵活、自愈为特征，具有显著的优点，成为近年来世界电网发展的主流方向。

智能电网六大支撑技术包括：灵活的网络拓扑技术、实时通信技术、先进的传感与测量技术、智能化继电保护、发达的故障诊断技术、科学的运行决策技术。

智能变电站的建设与应用恰是智能电网技术的集中体现，在信息的采集、通信、传递和输出的全过程实现了智能化，以保护智能化、通信网络化、协议统一化、管理自动化为特征，如图1所示。

2 智能变电站的电气自动化探讨

我国的变电站电气自动化技术起步较晚，但发展迅速，经历了电磁式、晶体管型、集成电路等发展阶段后，微机保护开始占据变电站继电保护的主流，近年来逐渐成熟的智能化保护更是成为智能变电站电气自动化的发展热门。

2.1 一次设备的智能化

智能变电站的发展首先推动了一次设备的智能化，首先是变压器的自动化，主要体现在在线监测的自动化，包括：对变压器油的色谱实时监测、套管绝缘的实时监测、变压器油等的实时监测，通过对变压器工作状态的实时监测实现变压器的智能化。

此外，包括互感器、开关、断路器在内的一次设备普遍实现了智能化，包括各类测量表计、PMU、合并单元、智能终端等在内的电气设备智能化，通过测量数字化、控制网络化，实现一次设备的状态可视化和功能一体化，从而完成对变电站设备的实时监控，实现站内一次设备的整体可控制和自动化，近年来逐渐向着集成式一次设备方向发展和演变，将数字化测量、智能化控制和状态监测集成于一体。

同时，智能变电站的发展也给光电互感器技术发展带来了巨大机遇，各类新型的光学数字式互感器进入变电站，成为智能变电站发展的重要特征，随着光电技术和微电子技术的发展，有源光电互感器迅速发展，通过光纤传输节省了大量的电缆，模拟量的A/D转换直接在互感器内部进行，降低了敷设工作的压力，节省了投资成本，普通互感器与光学互感器的对比，如图2所示。

2.2 二次设备的智能化

2.2.1 智能化保护

智能化保护的系统结构图，如图3所示。通过光学互感器或电子式互感器采集一次设备的电压、电流等模拟量，并经过合并单元对数据进行数据的汇总，通过多路采集器来将模拟量进行汇总并上送，从而节省了大量的电力电缆，达到了变电站一次与二次系统的隔离，提升了模拟量的测试精度。变电站内间隔层与过程层之间通过IEC61850-9-2协议进行通信，将各类信息上送到智能化保护，在保护中完成逻辑的运算，随着近年来DSP和单片机技术的发展，智能化保护在计算速度、指令周期、运算效率等方面的性能不断提升，保护输出的GOOSE跳闸指令能够实时下发，控制断路器的跳合闸。

2.2.2 电力系统广域保护

电力系统广域保护也是近年来电网电气自动化技术的研究热点问题，为电网后备保护的发展提供了新的思路。传统的继电保护必须依靠系统的单端电气量或双端电气量，而电力系统广域保护则立足于广域电气量的采集，将各区域电网视为一体，实时采集广域量，并通过实时数据监测和高速数据运算，来实现保护逻辑的判断，最终动作于告警和跳闸。

目前，广域保护包括集中式、IED分布式、集中和分布式相配合这三种模式，与传统保护相比，广域保护能够更好的适应不同的负荷工况和系统运行方式、保护功能的实现对定值整定的依赖程度低、提升了系统躲过负荷限制的能力。

同时，由于广域保护需要采集众多的电网内部广域数据，因此需要的信息交互延时较长，一定程度上影响了其动作速度，因此，可以作为后备保护应用于电网。

2.3 各类人工智能技术的应用

随着智能电网的推进，电力系统逐渐向着智能化、网络化、一体化方向发展，各类人工智能技术在变电站电气自动化领域发挥了巨大作用，包括神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑、小波理论等新型技术获得推广应用，继电保护技术逐步向着保护、控制、测量、通信集成的方向发展。

在此推动下，电力系统继电保护不仅能够存储更大容量的故障信息，还能有更快的数据处理功能和更大的存放空间，保护的通信能力更强，能够更加智能化的与其它的保护和控制设备通讯，实现全网数据与信息的资源共享。

以人工神经网络为例，电力系统内部存在很多非线性元件，包括电容、电感、电力电子元件等，通过人工神经网络理论，能够克服传统保护方法的特点，很好的解决包括配电箱线损较高、电网动态分析等非线性难题。

2.4 交直流一体化电源

智能变电站能够通过调控一体和运维一体化实现无人值守，无人值守变电站需要配备交直流一体化的电源，通过统一设计、统一集中控制、统一进行生产和调试，来达到对分散数据的采集和集中管控，同时在变电站内，能够实时查阅各交直流电源的参数和运行状态，并同步修改系统的参数、运行方式，发出相应的遥控开关命令，从而实现对智能变电站一体化交直流电源的状态检修和智能化管理，降低日常巡视、管理、维护的工作量。

3 结 语

智能电网技术的发展在全世界范围内掀起了一场技术革新的浪潮，变电站作为电网的基本组成部分，包括一次设备、二次设备、辅助电源等在内的电气设备逐步自动化和智能化，电网处于不断的发展和变革之中，电网技术的发展也将更加的多元化、多维度、高精度，经过持续不断的技术探索，我国智能变电站的发展前景持续向好，电气自动化程度将不断提升。

参考文献：

[1] 刘强.智能电网继电保护技术探讨[J].江苏电机工程，2010，（2）.

[2] 熊小伏，陈星田，夏莹，等.面向智能电网的继电保护系统重构[J].电力系统自动化，2009，（17）.

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