智能变电站技术的现状与发展趋势研究

李生权，钱文姝

（1.国家电网公司，北京 100031；2.国网陕西省电力公司电力科学研究院，陕西西安 710100）

智能变电站将全站信息数字化、通信平台网络化以及信息共享标准化作为基本要求[1-3]，采用先进可靠的智能设备完成信息采集、测量、控制、监测等基本功能，并根据需求提供电网实时自动控制、在线分析决策等高级功能[4-7]。智能变电站随着智能电网的发展应运而生。

随着20年代初期计算机和通信技术等的快速发展，变电站自动化在国内外提出，并出现了分布式变电站自动化系统[5-9]。20世纪90年代中期IEC预期未来数字化变电站的发展，并由IECTC57工作组于2004年正式发布面向未来变电站自动化的变电站内通信网络和系统的标准（IEC61850系列标准），同期我国也正式发布了等同的DL/T860系列标准[10-13]。

近年来，发展智能电网在欧美已作为国家经济和能源发展的重要战略，国内在智能电网方面也已展开了相关研究[14-18]。作为电网节点的变电站，其自动化对数据的采集、分析及上传、对事故的预处理、对广域内行为指令的执行等具有不可替代的作用[19-23]。因此，变电站智能化程度在一定程度上决定了电网的智能化程度，研究智能变电站技术对智能电网的发展具有巨大的促进作用。

1 智能变电站技术的现状

1.1 智能变电站技术国外研究现状

国外目前在智能变电站的建设方面处于领先地位[24-26]。ABB、西门子等公司开发了一系列变电站的智能化一、二次设备，取得了较先进的研究成果，但目前仅限于某些环节应用，尚未实现系统规划和投产。ABB公司研发的GIS设备实现了二次设备就地化，将智能断路器、互感器等进行了集成处理，具备简易保护与测控功能。由ABB、ALSTON和SIEMENS进行的间隔层设备的互操作试验，在某种程度上验证了互操作性以及对工作难度进行简化的可行性[27-31]。

1.2 智能变电站技术国内研究现状

对智能电网开展体系性的研究工作在我国起步略晚，国家电网公司推出了《智能变电站技术导则》、《变电站智能化改造技术规范》等一系列标准和规范来推进智能变电站的发展[32-36]。我国对AEC61850系列标准进行翻译，发布和出版了IEC61850系列标准集成系统，期望实现智能变电站硬件集约、功能整合、通用互换和性能可控的应用目标，并能支持IED型式多来源、可选择、易组合、易互换等。根据IEC61850标准，从功能上看，可将智能变电站分为变电站层、间隔层与过程层，并通过网络系统实现3个层次之间的连接[37-41]。图1给出了近年来我国修建的标志性智能变电站。

图1 我国近年来修建标志性智能变电站一览图Fig.1 A map of the landmark ismart substations built in China in recent years

综上所述，国外智能电网概念提出的时间早、智能变电站发展快，欧美国家的大型电气设备公司也已在智能变电站方面取得了卓越的成果。我国已将发展智能变电站作为电力发展的重要方向，近年来已实现了全国范围内多座变电站智能化，取得了“世界首座电压等级最高智能变电站”、“首座城市无人值守变电站”、“新一代智能变电站”等成果，且目前仍在加大对智能变电站的研究与投运力度，为智能电网的全面发展奠定了基础。

2 智能变电站技术未来发展趋势

目前，智能变电站在设备、建设和运维管理方面取得了一定成果，但由于其存在系统复杂、功能分散等问题，在技术创新、建设理念、专业管理等方面尚有较大的提升空间[42-45]。随着我国国民经济的快速发展，大负荷用户日益增多，负荷密度快速增长，用户对供电的连续性、可靠性及智能性以及绿色能源、节能环保等方面提出了更高的要求，而一般的智能变电站不能满足这些要求。一般智能变电站存在占地面积大、站址环境条件较差、功能分区不明确、设备分散、功能单一、二次设备屏柜置于框架结构或砖混结构建筑物内、地面建造复杂、建筑物地基处理要求高、施工周期长和验收标准及调试方案不完善等问题，不利于智能电网的大力发展[46-47]。

2013年底竣工的武汉未来城110 kV智能变电站布局紧凑，有效地节省了占地，对内部装置设备进行优化集成，大量节省了辅材，采用先进技术进行远程操控，减少运行维护成本，采用模块设计、缩短了工期。该智能变电站成为新一代智能变电站的示范工程。因此，未来我国应在充分吸收现有变电站在工程设计、建设运维等方面经验的基础上，对智能变电站的功能需求进行梳理和整合，进一步探索技术发展路线，对比新一代智能变电站与现有智能变电站的不同，确定新一代智能变电站需提升的关键技术，为现有变电站的改扩建工作和新一代智能变电站的建设等提出可行的解决方案和实现技术。

预计在2016—2020年，我国新建重要变电站的智能化率将达到100%，对于已有重要变电站的智能化改造率也将达到30%～50%，改造数量预计达到500座左右。

2.1 智能变电站特点

相比于传统变电站，智能变电站主要体现了以下几个方面的特点：

1）一次设备智能化。实现电子式互感器、智能变电器、智能组件等一次设备的智能化与信息化，是实现智能变电站信息化的前置条件。

2）二次设备网络化。基于标准化和模块化的微处理机设计制造的二次设备之间通过网络真正实现数据共享、资源共享。

3）信息交互标准化。智能变电站遵循IEC 61850规约实现变电站内部与外部之间的信息交互与共享，以及不同系统之间的数据、信息的无缝交换。

4）设备检修状态化。需对关键的一次设备安装在线监测装置，从而实时掌握变压器等一次设备的运行状态，为科学调度提供依据。

5）管理运维自动化。智能变电站需具有程序化的操作功能，可接收和执行各种指令，并自动完成相关操作。

2.2 智能变电站体系结构

在物理结构上，智能变电站应包括：

1）智能化的一次设备。

2）网络化的二次设备。

在逻辑结构上，智能变电站应包括：

1）过程层。

2）间隔层。

3）站控层，且通过高速网络进行信息共享与交互[13-14]。

2.3 智能变电站设计要求

智能电网是未来电网的发展方向，而作为智能电网的关键环节，智能变电站的发展建设从一定程度上制约了智能电网的发展水平。目前全力建设具有自动化、信息化与互动化的坚强智能电网对智能变电站的发展提供了机遇，也带来了更大的挑战和更高的要求。相比于常规变电站，智能变电站需完成的信息采集与处理具有更广范围、更深层次以及结构更复杂等要求。另外，智能变电站还需具有更强的互动能力、信息交换能力和更可靠灵活的控制手段[15-16]。

2.4 智能变电站建设目标

智能变电站的建设目标具体体现在：

1）合理的结构布局，高度集成的系统，先进的技术装备，经济节能环保，支撑调控于一体。

2）高度可靠的智能设备，协调互动的测控技术，高效便捷的运维模式。

3）易施工、便扩展、轻维护[17-18]。

3 智能变电站技术发展重点

新一代智能变电站技术、电力资源优化配置技术和提高智能变电站自愈能力3个方面将是智能变电站的发展重点[19-20]。

1）在对已有的数字化变电站和智能变电站的相关设计、建设与运维成果进行总结提炼的基础上，逐步提升智能变电站的功能，研究并提出新一代智能变电站关键技术，为数字化变电站、智能变电站的改造、扩建和新一代智能变电站的建设等提出可行的解决方案和实现技术。

2）实现在更大范围对电力资源优化配置，提高输变电效率，有效保障电力供应，提高供电可靠性，增强抵御外部物理攻击或自然灾害的能力。

3）大量减少电力系统故障率和人工运维工作量，避免运行人员直接在恶劣状况下进行检修施工，以保障人身安全。

4）采用集成化装置减少智能变电站的用地面积、施工周期、检修停电时间及检修工作量等，减少变电站与外界人员的直接联系，提高供电的可靠性要求。

4 结语

本文在对智能变电站技术国内外研究现状进行分析的基础上，对智能变电站技术的发展趋势进行了预测，进而确定了未来该技术领域在新一代智能变电站技术、电力资源优化配置技术和提高智能变电站自愈能力这3个方面的发展重点，对我国今后智能电网的建设与发展具有一定的指导意义。

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