智能电网系统中智能变电站的架构研究

王鑫（青州益能电力工程有限公司，山东潍坊，262500）



智能电网系统中智能变电站的架构研究

王鑫
（青州益能电力工程有限公司，山东潍坊，262500）

智能电网中最关键的一个组成部分就是智能变电站。本文基于智能电网的发展趋势，提出了一种以智能电力设备为依托的智能变电站架构模式；针对变电站内各种设备的智能化、集成化发展趋势，提出了新的系统集成化架构设计构思，并且详细阐述了智能变电站的具体架构及其组网途径等。

智能电网；智能变电站；架构研究

引言

未来电网的发展趋势是智能电网，具有高度集成性、安全性、协调性、高效性、交互性等功能，它也是自动化管理、需求响应控制、实时监控与自协调等于一体的强大电网。而变电站作为电力网络的“中继”、“续航”的节点，能够起到连接线路、补偿损耗等作用，是获得电网运行状态及相关信息的关键来源，是电网运行管理的“中节点”；除此之外，它也是广域传输、保护的支撑力量。所以说，推动变电站的智能化建设是构筑智能电网的关键内容之一［1］。

1　智能电网中智能电力设备

要想更有效地达成智能变电站的自动化、协调性及高效性，必须从信息交换的时效性、运行操作的自动化、数字控制的协调性等内容出发［2］。在这当中，设备的集成与智能化是最为重要的手段之一。

1.1智能电力变压器

以前电力部门对于变压器要进行大规模的定期停电检修，但仅仅是以时间周期为依据进行检修；目前已经改变停电检修工程，实施带电维护，因为工业运行时，停电将带来巨大影响。

电力部门想要在电网运行状态中，获取更加准确、全面、及时的信息，搜集到更多有效信息，对线路中的变压器就需要实时监控、在线诊断以及遥控和遥感等技术的支持，这给变压器的状态检修工作带来了便利。然而，目前还存在很多问题，如参数不全、标准不统一、兼容性不高等［3］。

设计、制造电力变压器的环节中，前期系统方案规划非常关键。全系统要协调运行，信息标准要统一，运行状态的定义要规范，给设备提供二次保护、网上监测与诊断服务的传感器件要明确指标。除此之外，还需要为其配备统一化的光纤以太网接口，借助站内光纤局域网和站控层实现通信功能，包括分接头的控制、以负荷为基础的冷却控制系统、负载自适应保护及远程监控等。目的是为了达到电网中的相关设备高度融合，并且拥有状态检测、诊断、管理等功能的目的。

1.2智能断路器

智能断路器定义是在现有断路器的前提下引进智能控制单元，其由信息收集、智能辨别以及调控装置三个单元模块组成，令断路器设备可以在不借助站控层控制系统的前提下，独立完成某些功能，还能够实现断路器的智能监视功能。

现阶段，世界各大开关制造商积极研发断路器智能化的关键技术，目的是更好地实现断路器的智能操作和实时状态检测等功能。近期不断推出有关智能断路器的技术，如ABB高压技术公司新推出的插接式开关系统PASS，日本三菱电机研发的550KV开关产品MITS，以及西门子的HIS等。

但是，在智能断路器的研究开发环节中，二次保护设备以及智能监测设备的开发通常为独立于断路器制造之外进行的。例如，我国广东地区500KV的MITS系统，它的二次保护配置是从南瑞继保、北京四方厂家提供的。要想更好地满足智能电网的发展需求，就必须提升智能断路器的集成化程度，也就是说把断路器和二次设备进行重组，同时经由统一的以太网接口和其余智能单元进行通信。

1.3智能FACTS设备

尽管电力系统智能运营带来了不少优势，但也出现了像潮流控制、稳定性不强、电网协调性差等各种各样的难题。引进FACTS技术，即通过在电力系统中加装电力电子装置，增强电压、电流和功率的可控性，增大电力传输能力的技术。根据相关研究显示：FACTS技术是解决电力系统动态特性不稳定的关键性技术。在各个变电站里配备FACTS设备除了能够优化系统潮流问题外，还能够在出现意外事故的时候保持电力系统的完整性，是广域保护的关键构成部分之一。

2　智能变电站的基本架构分析

2.1以智能电力设备为基础的变电站体系

面向智能化电力装置的智能变电站依然采用分层分布式结构，但是在一二次电力装置高度集成的前提下，完成过程层和间隔层的融合，那么变电站可被分成智能设备层及站控层两个方面。如图1所示，装置间和过程层同站控层间的通讯借助统一化的光纤以太网来完成：

图1　基于智能单元的变电站体系结构

图2中显示的为简单的变压器间隔，能够更为形象地反映出集成化智能变电站的结构，特别IID与一次设备的高度集成组成了智能装置单元。显而易见的，选取集成化智能电力装置令变电站的结构体系更加明了清晰。变电站的一次结构同二次系统的结合推动了自动化变电过程中间隔层和过程层的融合，把智能变电站分成了变电站层与智能设备层两部分，有助于达到变电站的自动化及功能自治，同时有助于电力设施的监测和诊断；广域通信变得更加迅速，稳定性、协调性更加良好，这就在很大程度上提升了智能电网的稳定性和自治功能。

图2　集成化智能变电站基本架构

2.2智能变电站的组网模式分析

一些专家学者提出了以下两种变电站的组网措施，即独立的变电站总线与合并的变电站总线、过程总线。过程总线的主要优势在于间隔层内的IED仅需一套以太网接口，基本架构更加简便并且方便维护。该作笔者认为智能电力装置有助于实现一次设备及二次设备的集成，同时配置统一化的光纤以太网接口，站内借助构筑局域网的方式来连接各个智能单元及站控层单元。这种组网方式和过程总线相像，此外因过程层及间隔层的融合，令在线架构更加简单，有效地加快了新设备的入网效率，减少了网络维护成本。但是，这一形式的弊端就是很可能造成安全隐患或网络资源的争抢。

3　智能变电站平台的搭建

在工业化与信息化深度融合进程中，电网信息系统的基本情况以及出现的缺陷，一般表现为信息格式及通讯协议的不统一，即标准化工作滞后；信息具有不协调性和重复分散的特点，信息编码不统一；信息传送接口的定义不一致，导致互联互通有困难等。智能电网信息系统实行自动化、规范化、标准化具有重要意义［4，5］。

3.1统一、规范的信息平台

作为智能电网的节点，智能变电站同时也是智能电网进行电能传导的重要枢纽，相关信息的获得渠道。所以说，建立一体化、规范化、自动化的智能变电站信息平台是构建智能变电站过程中不可替代的关键环节之一，其将会成为智能变电站甚至整个智能电网运行、管理和分析的核心。但是，一切站内以及电网的网络稳定分析和稳定控制策略均可作为以这种自动化信息平台为基础的高级应用。

智能变电站的一二次设备的高度集成化给电网信息平台的搭建提供了十分便利的条件。上述内容中提到的一切智能电力设备均配置了统一化的以太网接口，各种装置的信息以及基本状态信息都借助站内高速光纤网传输到站控层，进一步完成了信息传送过程中通信接口标准化、统一化的目的。

3.2实现数字化、智能化控制

自动化、信息化的发展进程是一项工程。专家提出了建立规范化的信息平台，电网当中各类自动化、控制、状态编码等信息都拥有统一时标并完成存储格式的标准化，才能保障所有信息在智能电网的各个节点中可以顺畅流通，同时为各个功能系统无差别地辨别使用。这是智能变电站甚至整个智能电网发展的基本保证。如果考虑到变电站站内数字化系统数据交换类型的多样性（如预警通知、控制命令、保护闸消息、设备状态数据等），便无法仅仅借助某一种形式来进行规范。所以说，应当掌握目前的基本情况，对智能电力设备进行适当的分类，同时借助相关技术的有力支持，设定科学、系统、完善的电力信息标准。

4　结束语

综上所述，本文主要从智能电力设备的概述、智能变电站的基本架构以及智能变电站的信息平台搭建三个方面进行了论述。我们可以得出如下结论：首先，一二次系统高度集成的智能电力设备实现了系统的交互性，完成了产业结构的调整升级；其次，基于智能化电力设备的智能变电站完成了过程层及间隔层的融合，使整个架构体系更为明晰简易。另外，建立数字化的信息平台是智能变电站建设过程中最为关键的一个环节。

［1］张虹.基于一体化信息平台的数字化变电站［J］.电工技术，2008，10:13-15.

［2］申屠刚.智能化变电站架构及标准化信息平台研究［D］.浙江:浙江大学电机系，2010.

［3］李孟超，允平，李献伟等.智能变电站及技术特点分析［J］，电力系统保护与控，2010，38（18）:59-62.

［4］钟金，郑睿敏，杨卫红.建设信息时代的智能电网［J］.电网技术，2009， 33（I3）:I2-18.

［5］胡学浩.智能电网一未来电网的发展态势［J］.电网技术，2009，33（14）:1-5.

王鑫（1987-），男，国家一级、二级建造师，助理工程师职称，青岛理工大学琴岛学院大学专科。研究方向：智能变电站工程项目建设及施工管理。

E-mail: 340632366@qq.com

Research on Architecture of Smart Substation Based on Intelligent Powernet

Xin Wang
（Qingzhou Electric Power Engineering Co.， Ltd.， WeiFang， Shandong， 262500， China）

At the present stage， smart substation is one of the most important parts of smart grid. Considering the need of smart grid construction， this paper puts forward a kind of intelligent substation architecture model based on intelligent power equipment. In addition， for all equipment in the transformer substation intelligent integration and its advantages proposed new system integrated architecture design concept， and elaborated on the Smart Substation specific architecture and networking approaches.

Intelligent Powernet； Smart Substation； Architecture Research

TM77

A

2095-8412 （2016） 03-380-04