摘?要：本文從對(duì)比智能變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別出發(fā)，介紹了智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。然后淺析了智能變電站中使用的通用通信標(biāo)準(zhǔn)IEC61850，研究了該標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)以及在智能變電站中所解決的問(wèn)題。最后，研究剖析了智能變電站的幾個(gè)高級(jí)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能變電站;IEC61850;高級(jí)應(yīng)用技術(shù)

1?緒論

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)、工業(yè)、經(jīng)濟(jì)等各方面的全面發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量、可靠性、安全性都需要進(jìn)行大幅度的提升，對(duì)于提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平的要求也就愈加強(qiáng)烈，對(duì)系統(tǒng)的控制也更加困難。傳統(tǒng)的變電站可靠性差、實(shí)操性不強(qiáng)等缺陷明顯，很難再適用飛速發(fā)展的電網(wǎng)需求。因此，為解決這一問(wèn)題，以IEC61850為標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站應(yīng)運(yùn)而生，并獲得了快速發(fā)展。本文主要研究了智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)、通信標(biāo)準(zhǔn)以及一些高級(jí)應(yīng)用技術(shù)。

2?智能變電站的技術(shù)特點(diǎn)

圖1為傳統(tǒng)變電站與智能變電站構(gòu)架對(duì)比圖。可以看到傳統(tǒng)變電站內(nèi)采用的都是一些常規(guī)設(shè)備，信號(hào)的采集、傳輸、控制需要使用數(shù)量龐大的二次電纜，成本高，接線復(fù)雜，不但信息數(shù)據(jù)采集煩瑣，而且信息對(duì)象沒(méi)有統(tǒng)一建模，裝置之間也沒(méi)有搭建信息通信平臺(tái)，各子系統(tǒng)之間采集的數(shù)據(jù)、功能配置可能重復(fù)而造成浪費(fèi)。二次電纜的大量使用也不利于提高系統(tǒng)的可靠性，且易對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。

相對(duì)于傳統(tǒng)變電站，智能變電站在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了創(chuàng)新：

（1）不再對(duì)傳統(tǒng)的一、二次電氣設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格明確的劃分，“智能設(shè)備”在完成傳輸、分配電能的任務(wù)的同時(shí)還具備了測(cè)量、保護(hù)、控制等一系列在傳統(tǒng)變電站中由二次設(shè)備完成的功能。傳統(tǒng)的二次設(shè)備的功能整合在智能設(shè)備中并以智能組件的形式體現(xiàn)出來(lái)。換句話說(shuō)智能設(shè)備就是一次設(shè)備與智能組件的有機(jī)結(jié)合。智能組件可能具有一個(gè)功能單元，也可能是多個(gè)，比如RCS測(cè)控、RCS保護(hù)、PMU、MU或是一些其他的IED（Intelligent?Electric?Device）。當(dāng)然也可能是多個(gè)裝置的組合，如屏柜、GIS智能匯控柜等。

（2）傳統(tǒng)變電站只有兩層結(jié)構(gòu)，站控層和間隔層[1]。而智能變電站創(chuàng)新性的增加了過(guò)程層，通過(guò)過(guò)程層完成對(duì)運(yùn)行電網(wǎng)中各電氣量（電壓、頻率波形等）的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)各主要電氣設(shè)備的保護(hù)式監(jiān)測(cè)，如高壓開關(guān)設(shè)備或是變壓器的溫度、壓力、絕緣等。過(guò)程層設(shè)備還能夠接收并完成站控層主機(jī)或是間隔層設(shè)備發(fā)來(lái)的控制指令，實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)等功能。智能變電站站控層功能包括站域保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)、SCADA、PDC、操作閉鎖、全站備自投、集中故障錄波、低頻/低壓解列、保護(hù)信息管理[2]。

（3）智能變電站的站域保護(hù)是在變電站授權(quán)下采集實(shí)時(shí)信息。在這些采集的實(shí)時(shí)信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行分布協(xié)同或者是集中分析的方法來(lái)判定是否發(fā)生了故障，進(jìn)而自動(dòng)決策是否做出調(diào)整或是使繼電保護(hù)裝置動(dòng)作。

3?IEC61850標(biāo)準(zhǔn)分析

變電站中的電氣設(shè)備繁多，多來(lái)自不同的生產(chǎn)廠家，他們之間沒(méi)有統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，雖然各廠家也為之努力過(guò)，想要制定一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議，因此出現(xiàn)了103協(xié)議，但是各生產(chǎn)商對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)理解不一、實(shí)施不得力，最終導(dǎo)致他們建立的標(biāo)準(zhǔn)雖是以103協(xié)議為基礎(chǔ)，但仍是五花八門，沒(méi)能達(dá)到完全統(tǒng)一。因此同一變電站內(nèi)使用不同廠家的電氣設(shè)備甚至同一廠家不同設(shè)備在需要進(jìn)行相互通信時(shí)必須進(jìn)行復(fù)雜煩瑣且價(jià)格昂貴的規(guī)約轉(zhuǎn)換。而IEC61850通信協(xié)議的橫空出世，使以上問(wèn)題得到完美的解決。

IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系很是龐大，內(nèi)容非常豐富，并沒(méi)有局限于單純的通信規(guī)約，目前基本所有的智能電氣設(shè)備的建模都是基于IEC61850?SCL。

IEC61850采用的是分層的通信結(jié)構(gòu)，將的通信網(wǎng)絡(luò)劃分為三層結(jié)構(gòu)，即站控層、間隔層、過(guò)程層[3]。對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的信息對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一建模，將底層通信和上層抽象服務(wù)分離開，再映射到相應(yīng)的不同通信協(xié)議棧[45]。

IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）開放性。該標(biāo)準(zhǔn)基于一系列原有的標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE/IEC/OSI/ISO，對(duì)此進(jìn)行總結(jié)歸納，取其精華，吸收先進(jìn)的新技術(shù)，內(nèi)容豐富，體量大。

（2）先進(jìn)性。①采用的技術(shù)先進(jìn)，如：抽象通信服務(wù)接口、特定通信服務(wù)映射。②站控層網(wǎng)絡(luò)采用抽象的MMS進(jìn)行通信。③變電站的配置是通過(guò)基于XML1.0的SCL語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行描述的。④具有自我描述、在線讀取和修改參數(shù)配置的功能，使更改配置更加方便快捷。

（3）完整性。適應(yīng)對(duì)象全面，幾乎包含了變電站中所有的智能電氣設(shè)備。

IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)的幾個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：

（1）互操作性。解決了通信障礙，使互操性更好，允許同一站內(nèi)來(lái)自不同的生產(chǎn)廠家的電氣設(shè)備進(jìn)行通信，共享數(shù)據(jù)。

（2）自由配置。允許不同的變電站根據(jù)各自的特點(diǎn)和功能需求進(jìn)行靈活自由的配置。

（3）長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該標(biāo)準(zhǔn)立足當(dāng)下并面向未來(lái)，縱使電網(wǎng)的發(fā)展日新月異，對(duì)安全可靠性的要求越來(lái)越高，它仍能很好地適用。此外，它還能夠適用迅速發(fā)展的通信技術(shù)。

4?智能變電站的高級(jí)應(yīng)用技術(shù)

變電站高級(jí)應(yīng)用的功能主要是著眼于建立同步、實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)信息采集技術(shù)，并對(duì)大量的基礎(chǔ)信息的分布、預(yù)處理等信息架構(gòu)進(jìn)行搭建，以各種通信技術(shù)為基礎(chǔ)在系統(tǒng)中進(jìn)行整合和布局。智能變電站以需求為導(dǎo)向，允許電網(wǎng)應(yīng)用實(shí)時(shí)智能控制、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等一系列高級(jí)功能[6]。

4.1?設(shè)備可視化

設(shè)備可視化就是對(duì)主要的電氣設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集并以直觀可見(jiàn)的形式通過(guò)調(diào)度中心的分析數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳至上級(jí)系統(tǒng)。比如說(shuō)將采集到的斷路器、變壓器的溫度、壓力等狀態(tài)信息以圖形、圖像的形式。便于對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理與實(shí)時(shí)控制。

4.2?智能控制

智能控制是智能變電站實(shí)現(xiàn)一系列高級(jí)應(yīng)用程序的基礎(chǔ)[7]，站內(nèi)廣泛使用的順序控制、智能操作票、圖像聯(lián)動(dòng)等都是智能控制的重要組成部分。順序控制又稱程序化操作，智能變電站中所有操作都是有一系列的標(biāo)準(zhǔn)、章程的，順序控制就是以變電站規(guī)定的操作標(biāo)準(zhǔn)、操作順序?yàn)榛A(chǔ)，能夠接收本地系統(tǒng)、監(jiān)控中心以及調(diào)度中心的指令，然后由自動(dòng)化系統(tǒng)按照相應(yīng)的操作票規(guī)程程序化地執(zhí)行所接受到的指令[8]。程序化、順序化的操作大大降低了操作失誤的可能性。

4.3?智能告警及分析決策

傳統(tǒng)告警系統(tǒng)模式單一，采用的告警分類方式不能夠準(zhǔn)確的描述站內(nèi)的具體信息，使運(yùn)行人員不能夠在第一時(shí)間準(zhǔn)確地把握故障信息。

智能告警及分析決策系統(tǒng)能夠多維度、多方式的反應(yīng)告警信息，按照發(fā)生源以及嚴(yán)重程度對(duì)告警信息進(jìn)行區(qū)分并以不同的形式發(fā)出告警。通過(guò)建立站內(nèi)故障信息的邏輯和推理模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種告警信息進(jìn)行分類、過(guò)濾，并對(duì)變電站的運(yùn)行狀態(tài)情況進(jìn)行在線的分析和推理，自動(dòng)地對(duì)站內(nèi)的出現(xiàn)的異常狀況做出相應(yīng)的告警，并能夠同時(shí)根據(jù)不同的情況給出相應(yīng)的處理方式指導(dǎo)。

4.4?經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制

智能變電站通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償裝置的自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的調(diào)整從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與優(yōu)化控制的目的。依靠變電站中的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析電網(wǎng)中的無(wú)功狀態(tài)，并以此為依據(jù)采取相應(yīng)地措施進(jìn)行電壓調(diào)整，具體方式有調(diào)節(jié)變壓器分接頭、投切電容器組等，以此減小電壓波動(dòng)，降低網(wǎng)損。

4.5?與大用戶互動(dòng)

智能變電站具有與外部系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的高級(jí)功能，既能實(shí)現(xiàn)電源間的互動(dòng)，也能與大用戶進(jìn)行交流通信。大用戶可以實(shí)時(shí)接收并顯示變電站主動(dòng)傳輸過(guò)來(lái)的各種信息，如電能質(zhì)量、電能實(shí)時(shí)價(jià)格、電網(wǎng)負(fù)荷信息等等，使電能的交易更加公開透明，易于工作的開展，同時(shí)還能夠刺激廣大用戶對(duì)電網(wǎng)安全進(jìn)行監(jiān)督與管理。

5?結(jié)論

通過(guò)分析，智能變電站優(yōu)勢(shì)明顯，無(wú)疑將是我國(guó)變電站現(xiàn)階段以及未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間的主要發(fā)展方向，因此我國(guó)智能變電站的數(shù)量近年來(lái)也呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長(zhǎng)趨勢(shì)，技術(shù)方面也取得了快速的突破。但在不斷發(fā)展的同時(shí)，在工程化應(yīng)用中也有更多的技術(shù)問(wèn)題和應(yīng)用難題浮出水面，亟待我們進(jìn)一步解決，比如說(shuō)運(yùn)維管理中存在的種種問(wèn)題，IED全壽命周期資產(chǎn)管理問(wèn)題等。智能變電站的發(fā)展如此迅速，這些問(wèn)題在不久的將來(lái)都將會(huì)被很好地解決。

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作者簡(jiǎn)介：張登義（1970—?），男，漢族，山西朔州人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電氣自動(dòng)化。