关于智能变电站功能架构分析

喻延泽 吴晶晶

摘   要：智能变电站是未来的必然趋势，现阶段电网公司对于智能变电站的探索是不遗余力的，目前也形成了比较可行的技术方案，在目前的智能变电站当中主要将变电站的功能架构划分为三个层次，包括站控层、间隔层和过程层，并且对数字化技术的不断研究，实现了过程层的全部网络化，在本文当中作出了讨论。

关键词：智能变电站  功能架构  站控层  间隔层  过程层

中图分类号：TM762                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（a）-0036-02

智能电网是目前电力系统技术革新的主要方向，而智能变电站是智能电网当中非常重要的一环，其主要是采用先进、可靠、集成、低碳环保的智能设备，以全站信息数字化，通信平台网络化，信息共享标准化为基本要求，自动完成信息的采集、测量、控制、保护、计量、检测等功能，并支持按需自动控制，智能调节，在线分析决策，协同互动等高级功能。现阶段智能变电站的雏形基本上已经确定，整个系统的功能架构，分三个层级，在技术的演进上也是围绕这三个层级来实现新技术、新材料等方面的应用。

1  智能变电站的发展

变电站当中有一次系统，和二次系统，变电站二次系统是一种低电压、小电流的控制、调节、保护和监测系统。这个二次系统是实现变电站信息数字化的关键，其本质是一个信息交换系统，也是一次系统的镜像，主要的作用是收集一次设备的信息，根据负荷对一次设备进行控制以及根据一次设备的运行状态做出相应的反应。这其中常规的方式使用电量信息进行信息交换，使用电缆作为信息传输载体，电缆这种媒介传输信息要求每根电缆芯传输一个信息量，因此。在构建二次系统时，安装工作量大，这种方式下，所有信息都是点对点传输，可靠性很高但还是结构非常臃肿复杂，而且因为每根电缆都要承受一定的电压或者是电流，这里边就存在一个绝缘问题，和外界磁场干扰问题，而且二次系统的接线非常复杂，维护难度非常高。

在早期的变电站自动控制系统当中，站控层和间隔层采用IEC61850-MMS网络，过程层依然采用常规的互感器和一次设备，间隔层IED采用IEC61850标准进行信息建模，间隔层和站控层之间采用映射到MMS的方法来实现信息交互。此后发展出过程层，采用非常规的互感器和常规一次设备，这是因为信息的数字化进程涉及到了过程层，互感器通常采用数字输出的互感器，数字量输出采用IEC61850-9-1帧格式，用电缆硬接线来实现与常规一次设备的连接，也就是上文提到的二次系统的接线。因此这个系统存在非常大的缺陷，于是将过程层进一步优化，使用非常规互感器和智能化的一次设备。这个在一定程度上可以称之为智能变电站自动化系统的最终结构形式，不过现在一次设备的智能化研究还相对滞后，所以现阶段主要采用一种替代方案，即常规一次设备+智能终端的形式来实现非常规的一次设备，采用的样值传输，标准为IEC61850-9-2，过程层实现全面的网络化。

2  智能变电站的层级结构

2.1 智能变电站系统架构

从上述发展历程当中，可以明显看到智能变电站的发展实际上结构形式的功能层级没有变化，主要就是站控层、间隔层和过程层。其中站控层中主要包括GPS校时装置、UPS、工程师站、操作员站、五防工作站、网络打印机等，利用交换机网络（以太网）来连接主控中心当中的上传调度通信装置，工厂DCS，在这个部分下联PA300-L、PA300-T、PA300-CZ等二次设备，过程层则主要是变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等设备及其附属的智能终端，合并单元以及在线监测装置。

2.2 智能变电站的二次设备连接变化

实际在发展历程当中变化最大的是网络，如上文所述早期的传输介质是电缆，而现在传输介质是光纤，光纤可以从根本上解决上文提到的一些问题，但二次动力电缆除外。这其中可以看出信息数字化使变电站二次结构更加清晰，设备功能更加转移，数据可以共享，安装强度也大大地简化。但这只是实现了数字化，因为电子式互感器的应用扩大了数字化技术的应用范围，并且简化了采集源，而IEC61850解决了信息建模和互操作的问题。

2.3 智能变电站的设计问题

从使用设备上来看，要实现智能变电站首先要有智能化的一次设备，一次设备从信号继电器到控制回路，统一采用微处理控制下的智能开关和无源光CT来进行设计，用光纤来替代电缆实现数字量信号的传输。在一次设备当中要考虑信息处理部分和电气操作部分，其中信息处理部分由智能单元和智能组件构成，电气操作部分则是以控制器、操作机构和一次设备的本体构成，这实际是要将现在常用的常规一次设备+智能终端的模式进行集成，实现智能化的一次设备，要实现，相对来说还是难度实际不高，关键是集成这个难度比较高，现阶段，可以利用电子传感器、互感器采集一次设备的运行状态信息，然后在智能组件当中进行计算分析，并对设备实现自动控制。

其次要有网络化的二次设备，常规的二次设备是为了实现继电保护、测量孔子、防误闭锁、故障录波、无功控制等功能，需要在各个功能装置之间建立起对应的连接，早期是用电缆进行一对一的连接，在IEC61850当中则要求是采用高速网络通信，于是演进到SDH光纤通信，乃至现在常用的光纤通信技术。在智能变电站当中，变化最大的就在这个地方，网络连接完全区别于电缆回路，在网络连接当中IED（智能电子设备）之间全部是虚拟连接，没有直接的物理联系，而是直接通过交换机来实现数据的统一收集和发送，这个在很大程度上实现了数据的共享，这方便后台大数据分析的运用，云计算的运用，乃至未来可能的智能化技术的应用。

第三是要有自动化的监控管理系统，目前主要的是SCADA，目前在国内已经形成了以SCADA为主的自动化系统，包括RTU服务器（前置机服务器）、SCADA服务器、MMI（调度工作站）、报表工作站、DA服务器、GIS服务器等和NAP。在里边如果加入大数据分析软件，或者是可能的智能化分析技术，就可以根据当前变电站内设备的运行状况，实现状态检修。比如有一个关于智能變电站的宣传视频在一定程度上点出了未来智能变电站的形式，整个变电站只有1名站长，变电站无人值守，完全依靠AI来进行状态监控，当变电站出现问题之后，通过网络向站长的移动终端发布告警信息，站长到站内查看AI列举的故障详情，并基于自动驾驶的无人机检测、红外检测等技术对故障点进行实际检验，明确故障类型，随后站长进入故障现场，这个过程当中通过一些智能可穿戴设备在网络上与专家团队进行互动，明确检修方案，智能机器人管家对站长是否安全作业进行监督，并对检修成果进行验收。

3  结语

综上所述，智能变电站作为智能电网建设当中的重要一环，要实现真正的智能化还需要走一段路，在可以预见的未来，随着人工智能技术的成熟，智能变电站就能够真正实现无人化，而现阶段的智能变电站还处在初级阶段，但也确定的智能变电站的雏形，功能架构基本也确定了，关键就是智能化技术尚未成熟，但可以用大数据等技术来代替，从而实现一定程度的智能化。

参考文献

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