对新一轮变电站自动化的发展浅述

徐智明 郑微微 杨旭

变电站作为整个电网中的一个节点，在电网中，担负着电能传输、分配任务。变电站继电保护、监控自动化系统是保证上述任务完成的基础。在电网统一指挥和协调下，电网各节点，如变电站、发电厂具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运行。因此，变电站自动化系统应确保：检测电网故障，尽快隔离故障部分；采集变电站运行实时信息，对变电站运行进行监视和计量；采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考；当地后备控制。

1 变电站自动化技术发展现状

自90年代初到目前止，据不完全统计，我国已有上千套变电站综合自动化系统在现场投运，充分发挥了作用，取得了用户的信赖。变电站自动化系统已被广大用户所接受和认可。变电站自动化系统结构已从早期的集中式结构，由1台或2台或3台微机完成全变电站的保护、监控任务，现已过渡到分布分散式系统结构，其可靠性、可扩性、可维护性大大提高。

现有的系统均采用分层的设计思想，具有一定的分布式特征和相应的独立性，主要体现在保护和监控相互独立，故障互不影响。然而在这些系统中，微机保护、微机监控等设备之间大都通过RS-422/RS-485通信口或现场总线相连接，通信规约迥异，仅有个别厂家采用IEC870-5标准通信规约。由于缺乏统一标准，通信控制复杂，难以有效地实现各设备之间信息高速、可靠、准确地交换。系统可靠性和实时性差，他不仅影响到变电站综合自动化系统的优势发挥，而且不能满足电网发展对变电自动化系统所提出的要求。

2 全面整体解决方案成为变电站自动化发展趋势

早期由于技术的限制，变电站自动化的实施采用发展独立的、单项自动化装置来解决问题。70年代初到80年代末，电力行业主要精力在集中利用计算机发展单项自动化装置或系统，如微机保护、微机远动装置等，为变电站自动化发展打下基础。在其发展过程中，人们也逐渐认识到：由于变电站自动化的功能之间存在着不同程度的关联，单单依靠发展单项自动化装置或系统，形成自动化孤岛，很难满足变电站自动化许多功能的要求，且还无法克服在扩大应用规模时确认所需投资的合理性所遇到的困难。这种按“功能定向”的方法，已造成综合化水平非常低，并带来若干反面影响，如功能重叠、数据的重复、灵活性很差、维修费用高等。

这就要求变电站自动化采用全面解决的方案，走系统集成之路，使得各种应用之间可共享投资和运行费用，最大限度保护用户原有的投资。

随着计算机、电力电子技术的进步，通信技术的发展，变电站自动化的发展，已由单个孤立的装置微机化（自动化）全面过渡到系统整体计算机化。

3 继电保护和测控单元发展

基于全球卫星定位系统（GPS）、通信网络技术现代电子技术，保护、测控单元正在或即将在以下几个方面进行改进：

提高A/D 转换精度；同步采样和同步采集；配备高速多路通信接口；扩大信号处理能力 ，可计算和处理各种测量量信号极易受干扰。

继电保护方面，尤其是超高压保护，在硬件上，采用高速16位A/D转换器；单一微处理器已被数字信号处理器（DSP）、32位微处理器所替代，存储器空间大幅度增加，使之可采用更加复杂的算法，完成更多的功能，如分散录波功能，大大改善了原有的性能。

测控单元方面，除了完成常规的交流采样、开关量采集工作以外，还提出了新的要求，如集成自动准同期功能、电能质量数据采集功能、非电量数据采集，如压力、温度、位移、噪音等的采集功能以及操作连锁功能等。

保护、测控单元与一次设备集成或就地安装，对保护、测控单元提出了更高的适应恶劣环境的要求，如电磁兼容性，承受大幅度的温差变化，防护雨雪等恶劣天气、承受粉尘污染等。

為此，有文献提出采用系统保护方式解决小电流接地选线问题。即利用变电站自动化系统的保护测控单元提供实测零序电流数据和母线电压，由变电站计算机系统对各低压馈线测控单元进行协调，采集各馈线测控单元电流信号，并使用多种算法进行计算和分析。

4 人工智能在变电站自动化中的应用

4.1 故障诊断专家系统

故障诊断主要是对变电站内保护装置产生的报警信息、断路器的状态变化信息以及电压、电流等电气量测量的特征进行分析，根据保护动作的逻辑和运行人员的经验来推断可能的故障位置和故障类型。专家系统依据知识库进行推理、判断。即把保护、断路器的动作逻辑以及运行人员的诊断经验用规则表示出来。形成故障诊断专家系统的知识库，进而根据报警信息，搜索知识库推理，获得故障诊断的结论。

4.2 变压器保护

着手研究将神经元网络、模糊理论以及其他智能算法（如人工遗传算法）应用于励磁涌流的判别，以期提高保护对变压器保护内部轻微故障的灵敏度。

4.3 电压无功控制

在电压无功控制方面，基于人工神经元网络的无功预测和优化决策相结合的变电站电压无功控制策略以无功变化趋势为指导，充分发挥了电容器的经济技术效益 ，能在无功基本平衡和保证电压合格的前提下，使变压器分接头的调节次数降至最小，消除了盲目调节，降低了变压器故障几率和减少了维护量。

4.4 数据发掘

数据库的规模日益扩大、复杂程度不断增大，仅仅依靠常规数据查询检索机制和统计分析方法，已远不能满足实际的需要。如何有效地开发、利用变电站自动化系统的各种信息，监测、控制和指导变电站安全稳定运行成为变电站自动化甚至电网自动化深入发展急待研究的一个重大问题。

5 信息化—电网自动化发展的基础和动力

信息化含信息数字化、信息交流网络化双重含意。信息数字化是信息化的基础。在变电站中，信息数字化使得保护和控制装置：特性和性能不随器件和环境条件的变化而变化；大量减少了装置的部件和连接；设计上（部件、连接）的变化，变成软件上的变化。

信息只有交流，被人所用才有价值。信息交流网络化，扩展了保护和控制装置“看”和“听”的能力，增强了保护和控制装置的控制准确性和灵活性。通过交流，增加了信息量，显现出信息的价值。

变电站自动化关键在于实现信息交换。通过控制和保护互连、相互协调，允许数据在各能块之间互相交换，可以提高他们的性能。通过信息交换，实现信息共享，提供常规的变电站所不能提供的功能，减少变电站设备的重复配置，简化设备之间的互连，从整体上提高变电站自动化系统的安全性和经济性，从而提高整个电网的自动化水平。通过信息交换，给变电站中问题的解决，提供了全新的概念和解决方案，也带来了许多新的课题。

在变电站自动化系统中 ，通过信息交换和共享，提供了自诊断和相互诊断，改善所有功能的可能性和使用率；提供了更多的信息和记录 ，有助于改善决策处理、保护研究开发。

总之，变电站综合自动化系统的发展 ，成为现代电网能量管理系统的一部分，实现数据共享，是其发展壮大的关键。通过信息共享 ，可为整个变电所乃至整个电网的运行提供有参考价值的决策信息 ，如增加出力和极限输送容量等 ，有助于减少或避免发生恶性事故，从而给整个电网带来极大的经济效益。

参考文献

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