智能變電站關(guān)鍵技術(shù)研究

1、智能變電站關(guān)鍵技術(shù)研究作者：陳明飛班級(jí)：電氣1201班專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)院：水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院時(shí)間：2013-10-26 摘要：隨著電力需求的高度增長(zhǎng)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)與電力市場(chǎng)、客戶(hù)之間的關(guān)系越來(lái)越緊密?？蛻?hù)對(duì)電能質(zhì)量要求逐步提高，分布式能源不斷增加，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)難以滿(mǎn)足這些發(fā)展要求。為了滿(mǎn)足電力供應(yīng)的節(jié)能、環(huán)保、高效、可靠、穩(wěn)定及可持續(xù)發(fā)展的要求，智能電網(wǎng)的建設(shè)勢(shì)在必行。 作為智能電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，智能變電站擔(dān)負(fù)了變電設(shè)備狀態(tài)和電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、信息的實(shí)時(shí)采集和發(fā)布任務(wù)，同時(shí)支撐電網(wǎng)實(shí)時(shí)控制、智能調(diào)節(jié)和各類(lèi)高級(jí)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)變電站與調(diào)度、相鄰變電站、電源、用戶(hù)之間的協(xié)同互動(dòng)。

2、智能變電站不但為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，也為未來(lái)智能電網(wǎng)提供了重要的技術(shù)支持。本文就智能變電站的主要特征及可能應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。l 主要內(nèi)容： 一、智能變電站的概念 二、智能變電站的功能特征 三、智能變電站與數(shù)字化變電站的區(qū)別 四、智能變電站架構(gòu) 五、智能變電站的關(guān)鍵技術(shù) 六、智能變電站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中需要重視的問(wèn)題  七、結(jié)語(yǔ)  一、智能變電站的概念智能變電站是數(shù)字化變電站的升級(jí)和發(fā)展，在數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能電網(wǎng)的需求，對(duì)變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行充實(shí)以實(shí)現(xiàn)變電站智能化功能。從智能電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)看，智能變電站是智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制的關(guān)鍵。作為銜接智能電網(wǎng)發(fā)

3、電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，智能變電站是智能電網(wǎng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調(diào)整電壓的重要電力設(shè)施，是智能電網(wǎng)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”三流匯集的焦點(diǎn)，對(duì)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)具有極為重要的作用。除了變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、輸配電線(xiàn)路及其配套設(shè)備之外，智能變電站在硬件上的兩個(gè)重要特征是大量新型柔性交流輸電技術(shù)及裝備的應(yīng)用，以及風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等間歇性分布式清潔電源的接入。這兩個(gè)變化，在提高變電站功能的同時(shí)也增加了其復(fù)雜程度。智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)增加對(duì)柔性交流輸電設(shè)備和分布式電源接口的智能化管理和控制功能。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司智能變電站技術(shù)導(dǎo)則，智能變電站是采用先進(jìn)的傳

4、感器、信息、通信、控制、智能等技術(shù)，以一次設(shè)備參量數(shù)字化和標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)變電站實(shí)時(shí)全景監(jiān)測(cè)、自動(dòng)運(yùn)行控制、與站外系統(tǒng)協(xié)同互動(dòng)等功能，達(dá)到提高變電可靠性、優(yōu)化資產(chǎn)利用率、減少人工干預(yù)、支撐電網(wǎng)安全運(yùn)行，可再生能源“即插即退”等目標(biāo)的變電站。其內(nèi)涵為可靠、經(jīng)濟(jì)、兼容、自主、互動(dòng)、協(xié)同，并具有一次設(shè)備智能化、信息交換標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)高度集成化、運(yùn)行控制自動(dòng)化、保護(hù)控制協(xié)同化、分析決策在線(xiàn)化等技術(shù)特征。二、智能變電站的功能特征智能變電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)，必須在智能電網(wǎng)的背景下進(jìn)行，要滿(mǎn)足我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)和發(fā)展的要求，體現(xiàn)我國(guó)智能電網(wǎng)信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的特征。智能變電站應(yīng)當(dāng)具有以

5、下功能特征：1、緊密聯(lián)結(jié)全網(wǎng)。從智能變電站在智能電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的位置和作用看，智能變電站的建設(shè)，要有利于加強(qiáng)全網(wǎng)范圍各個(gè)環(huán)節(jié)間聯(lián)系的緊密性，有利于體現(xiàn)智能電網(wǎng)的統(tǒng)一性，有利于互聯(lián)電網(wǎng)對(duì)運(yùn)行事故進(jìn)行預(yù)防和緊急控制，實(shí)現(xiàn)在不同層次上的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，成為形成統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)節(jié)和紐帶。智能變電站的“全網(wǎng)”意識(shí)更強(qiáng)，作為電網(wǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和部分，其在電網(wǎng)整體中的功能和作用更加明顯和突出。2、支撐智能電網(wǎng)。從智能變電站的自動(dòng)化、智能化技術(shù)上看，智能變電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行水平，應(yīng)與智能電網(wǎng)保持一致，滿(mǎn)足智能電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效、清潔、環(huán)保、透明、開(kāi)放等運(yùn)行性能的要求。在硬件裝置上實(shí)現(xiàn)更高程度的集成和優(yōu)

6、化，軟件功能實(shí)現(xiàn)更合理的區(qū)別和配合。應(yīng)用FACTS技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)電壓和無(wú)功功率，電流和潮流分布進(jìn)行有效控制。3、高電壓等級(jí)的智能變電站滿(mǎn)足特高壓輸電網(wǎng)架的要求。特高壓輸電線(xiàn)路將構(gòu)成我國(guó)智能電網(wǎng)的骨干輸電網(wǎng)架，必須面對(duì)大容量、高電壓帶來(lái)的一系列技術(shù)問(wèn)題。特高壓變電站應(yīng)能可靠地應(yīng)對(duì)和解決在設(shè)備絕緣、斷路開(kāi)關(guān)等方面的問(wèn)題，支持特高壓輸電網(wǎng)架的形成和有效發(fā)揮作用。4、中低壓智能變電站允許分布式電源的接入。在未來(lái)的智能電網(wǎng)中，一個(gè)重要的特征是大量的風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇性分布式電源的接入。智能變電站是分布式電源并網(wǎng)的入口，從技術(shù)到管理，從硬件到軟件都必須充分考慮并滿(mǎn)足分布式電源并網(wǎng)的需求。大量分布式電源接入，

7、形成微網(wǎng)與配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行模式。這使得配電網(wǎng)從單一的由大型注入點(diǎn)單向供電的模式，向大量使用受端分布式發(fā)電設(shè)備的多源多向模塊化模式轉(zhuǎn)變。與常規(guī)變電站相比，智能變電站從繼電保護(hù)到運(yùn)行管理都應(yīng)做出調(diào)整和改變，以滿(mǎn)足更高水平的安全穩(wěn)定運(yùn)行需要。5、遠(yuǎn)程可視化。智能變電站的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與操作運(yùn)行均可利用多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化與自動(dòng)化，以實(shí)現(xiàn)變電站真正的無(wú)人值班，并提高變電站的安全運(yùn)行水平。6、裝備與設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，模塊化安裝。智能變電站的一二次設(shè)備進(jìn)行高度的整合與集成，所有的裝備具有統(tǒng)一的接口。建造新的智能變電站時(shí)，所有集成化裝備的一、二次功能，在出廠前完成模塊化調(diào)試，運(yùn)抵安裝現(xiàn)場(chǎng)后只需進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)、接線(xiàn)，無(wú)需

8、大規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。一二次設(shè)備集成后標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，模塊化安裝，對(duì)變電站的建造和設(shè)備的安裝環(huán)節(jié)而言是根本性的變革?？梢员ＷC設(shè)備的質(zhì)量和可靠性，大量節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)施工、調(diào)試工作量，使得任何一個(gè)同樣電壓等級(jí)的變電站的建造變成簡(jiǎn)單的模塊化的設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)、連接，因而可以實(shí)現(xiàn)變電站的“可復(fù)制性”，大大簡(jiǎn)化變電站建造的過(guò)程，而提高了變電站的標(biāo)準(zhǔn)化程度和可靠性。出于以上需求的考慮，智能變電站必須從硬件到軟件，從結(jié)構(gòu)到功能上完成一個(gè)飛越。三、智能變電站與數(shù)字化變電站的區(qū)別智能變電站與數(shù)字化變電站有密不可分的聯(lián)系。數(shù)字化變電站是智能變電站的前提和基礎(chǔ)，是智能變電站的初級(jí)階段，智能變電站是數(shù)字化變電站的發(fā)展和升級(jí)。智能變電站擁有

9、數(shù)字化變電站的所有自動(dòng)化功能和技術(shù)特征，二者的共同點(diǎn)無(wú)需討論。木文認(rèn)為智能變電站與數(shù)字化變電站的差別主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：1、數(shù)字化變電站主要從滿(mǎn)足變電站自身的需求出發(fā)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)一、二次設(shè)備的數(shù)字化通信和控制，建立全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，側(cè)重于在統(tǒng)一通信平臺(tái)的基礎(chǔ)上提高變電站內(nèi)設(shè)備與系統(tǒng)間的互操作性。而智能變電站則從滿(mǎn)足智能電網(wǎng)運(yùn)行要求出發(fā)，比數(shù)字化變電站更加注重變電站之間、變電站與調(diào)度中心之間的信息的統(tǒng)一與功能的層次化。需要建立全網(wǎng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化信息平臺(tái)，作為該平臺(tái)的重要節(jié)點(diǎn)，提高其硬件與軟件的標(biāo)準(zhǔn)化程度，以在全網(wǎng)范圍內(nèi)提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行水平為目標(biāo)。2、數(shù)字化變電站己經(jīng)具有了一定程度的設(shè)備集

10、成和功能優(yōu)化的概念，要求站內(nèi)應(yīng)用的所有智能電子裝置(IED)滿(mǎn)足統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，擁有統(tǒng)一的接口，以實(shí)現(xiàn)互操作性。 IED分布安裝于站內(nèi)，其功能的整合以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為紐帶，利用網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)。數(shù)字化變電站在以太網(wǎng)通信的基礎(chǔ)上，模糊了一、二次設(shè)備的界限，實(shí)現(xiàn)了一、二次設(shè)備的初步融合。而智能變電站設(shè)備集成化程度更高，可以實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備的一體化、智能化整合和集成。3、智能電網(wǎng)擁有更大量新型柔性交流輸電技術(shù)及裝備的應(yīng)用，以及風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等間歇式分布式清潔電源的接入，需要滿(mǎn)足間歇性電源“即插即用”的技術(shù)要求。四、智能變電站架構(gòu)1、數(shù)字化變電站的集成化集成化總是變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向和趨勢(shì)。從常規(guī)變電站

11、，到數(shù)字化變電站，再到智能變電站的發(fā)展過(guò)程，是變電站內(nèi)的設(shè)備和系統(tǒng)集成化程度越來(lái)越高的過(guò)程。數(shù)字化變電站用微機(jī)處理和光纖數(shù)字通信優(yōu)化變電站層和間隔層的功能配置;控制、保護(hù)和運(yùn)行支持系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)彼此互相連接，共享數(shù)據(jù)信息;簡(jiǎn)化單個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)保持各個(gè)系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性。在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，數(shù)字化變電站內(nèi)的自動(dòng)化系統(tǒng)可以進(jìn)行集成，分為三個(gè)層次，過(guò)程層集成、間隔層集成和變電站層集成。變電站中每個(gè)控制和監(jiān)視設(shè)備都需要從過(guò)程輸入數(shù)據(jù)，然后輸出控制命令到過(guò)程。過(guò)程接口將完成被監(jiān)視和控制的開(kāi)關(guān)場(chǎng)設(shè)備和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的連接。數(shù)字化變電站中，集成化的一個(gè)體現(xiàn)是過(guò)程接口被直接集成到了過(guò)程中，也就是開(kāi)關(guān)設(shè)備中

12、。包括用于測(cè)量電流和電壓及氣體密度的電子傳感器、斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的位置指示器和傳動(dòng)裝置都安裝在一個(gè)屏蔽的小盒子里，集成到一次設(shè)備中，即所謂的智能化一次設(shè)備。數(shù)字化變電站集成化的另一個(gè)體現(xiàn)是間隔層的集成化：構(gòu)筑一個(gè)通用的硬件和軟件平臺(tái)即統(tǒng)一的多功能數(shù)字裝置(UMD)，將間隔內(nèi)的控制、保護(hù)、測(cè)量等功能集成在這個(gè)通用的平臺(tái)上，通過(guò)通用的硬件和軟件采集各功能需要的數(shù)據(jù)和狀態(tài)量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。原來(lái)控制、保護(hù)等功能不再需要專(zhuān)用的硬件裝置和專(zhuān)用的輸入、輸出通道，而是由合理的軟件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。間隔統(tǒng)一多功能裝置集成了較多的功能，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按各功能響應(yīng)時(shí)間要求進(jìn)行分類(lèi)，并確定優(yōu)先級(jí)別。顯然，繼電保護(hù)、緊急控制等與

13、保護(hù)相關(guān)的功能，需要響應(yīng)速度快，處于最優(yōu)先級(jí)別，決不能被非保護(hù)功能所閉鎖。測(cè)量變量的計(jì)算、故障錄波、事件記錄，雖然與保護(hù)過(guò)程同時(shí)發(fā)生，但可以延時(shí)或閉鎖。監(jiān)視、自我診斷、控制功能在正常和出現(xiàn)故障時(shí)都不允許閉鎖保護(hù)功能。變電站層的集成是自動(dòng)化需要在站級(jí)處理的各個(gè)功能通過(guò)站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)組合在統(tǒng)一的系統(tǒng)中。變電站層和過(guò)程層的集成功能劃分原則是：凡是間隔層能夠執(zhí)行的功能不應(yīng)由變電站層完成。數(shù)字化變電站在過(guò)程層、間隔層和變電站層三個(gè)層次應(yīng)用的集成化技術(shù)，減少了變電站內(nèi)組件的數(shù)量，提高了元件質(zhì)量，增強(qiáng)自動(dòng)化功能的協(xié)調(diào)水平，簡(jiǎn)化了站內(nèi)接線(xiàn)，提高了運(yùn)行與控制的可靠性。2、智能變電站綜合集成化智能裝置及其功能結(jié)構(gòu)數(shù)

14、字化變電站在運(yùn)用集成技術(shù)之后，全站范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)交互通過(guò)光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。變電站層與間隔層之間現(xiàn)場(chǎng)距離長(zhǎng)，數(shù)據(jù)交換量大，實(shí)時(shí)性要求高，需要與外部電網(wǎng)互聯(lián)互通。而間隔層與過(guò)程層之間數(shù)據(jù)交換，不同間隔之間的數(shù)據(jù)交換，都是局限于變電站內(nèi)，數(shù)據(jù)交換多是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，瞬時(shí)性的。若所有的間隔層設(shè)備與過(guò)程層設(shè)備之間的聯(lián)系完全依賴(lài)于光纖網(wǎng)絡(luò)，一旦光纖網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障或受到干擾，間隔層與過(guò)程層之間的聯(lián)系將非常不可靠，全站的所有自動(dòng)化功能都可能因此受到影響而不能正常工作。為了進(jìn)一步減少變電站內(nèi)元件(節(jié)點(diǎn))數(shù)量，降低間隔層自動(dòng)化功能對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)性，將間隔層與過(guò)程層之間的聯(lián)系從對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)中解放，同時(shí)也為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化變電站

15、的結(jié)構(gòu)，本文提出了一種將變電站內(nèi)過(guò)程層與間隔層一二次設(shè)備進(jìn)行一體化、智能化綜合集成的構(gòu)想，并以此提出智能變電站的架構(gòu)體系。通過(guò)分析，認(rèn)為該綜合集成構(gòu)想以及智能變電站架構(gòu)體系的實(shí)現(xiàn)，具有先進(jìn)性，能夠滿(mǎn)足未來(lái)智能電網(wǎng)發(fā)展的要求。變電站一、二次設(shè)備的一體化、智能化集成，指除了過(guò)程層的測(cè)量與控制執(zhí)行等功能外，將目前變電站結(jié)構(gòu)中間隔層的保護(hù)、控制、監(jiān)視等功能也綜合集成到過(guò)程高壓設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，由就地安裝的綜合集成化智能裝置 (CompositiveIntegratedIntelligentDevice，CIID)一方面直接作用于一次設(shè)備，另一方面通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接日并入全站唯一的光纖總線(xiàn)，進(jìn)行各CIID之間，及C

16、IID與變電站層的功能之間的信息共享與優(yōu)化協(xié)作。智能化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置(模塊)接受全網(wǎng)統(tǒng)一的同步時(shí)鐘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的模擬量、開(kāi)關(guān)量與狀態(tài)量的同步采集，按照全網(wǎng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)(如IEC61850)處理，為測(cè)得數(shù)據(jù)統(tǒng)一打上同步時(shí)間標(biāo)簽;也接受運(yùn)行控制模塊、繼電保護(hù)模塊等的控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備操作的控制與執(zhí)行。繼電保護(hù)模塊在所有的模塊中享有最高優(yōu)先級(jí)，可以直接從智能化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置獲取所需信息，以最短的時(shí)間做出反應(yīng)，并且在任何情況下其保護(hù)功能都不被閉鎖，同時(shí)還可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口與其它一次設(shè)備的CIID的保護(hù)功能交互、配合。統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊是CIID的木地信息數(shù)據(jù)庫(kù)，測(cè)量得到的所有的標(biāo)準(zhǔn)化模擬量、開(kāi)關(guān)量

17、與狀態(tài)量信息都在此存儲(chǔ)，提供給其它功能模塊，并可按照時(shí)間軸、屬性軸等對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的歸類(lèi)與管理。同時(shí)，也可以記錄并存儲(chǔ)各個(gè)層次、各個(gè)模塊所有的面向?qū)?yīng)一次設(shè)備進(jìn)行操控的命令，以備查詢(xún)。運(yùn)行控制模塊從統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊獲取木地設(shè)備的狀態(tài)信息，也可接受來(lái)自變電站層的指令或利用其它CIID的信息綜合判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的自動(dòng)控制、緊急控制，故障錄波與事件記錄，非正常狀態(tài)與故障狀態(tài)的恢復(fù)等功能。診斷監(jiān)視模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和診斷。軟件管理模塊可以對(duì)所有的功能模塊軟件進(jìn)行管理、更改和升級(jí)。CIID的硬件配置要求滿(mǎn)足所有自動(dòng)化功能所需，并考慮冗余度。今后對(duì)CIID功能的增加或提升，只需通過(guò)軟件升級(jí)實(shí)

18、現(xiàn)。CIID 內(nèi)各個(gè)模塊之間通過(guò)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)交互。對(duì)外經(jīng)由通信模塊，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口與變電站層和其它的CIID通訊交互。通信管理模塊在綜合集成化智能裝置中處于 “咽喉”的地位。裝置內(nèi)的各個(gè)功能模塊，需要與其它CIID的功能模塊進(jìn)行交互和協(xié)作，也需要向變電站層報(bào)告信息，并接受變電站層的指令。通信管理模塊需要對(duì)所有的功能模塊的所有信息進(jìn)行有效的組織和管理，以保證信息交互的可靠與高效。流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化接口的信息包括由變電站層向綜合集成化智能裝置的查詢(xún)命令、控制指令、調(diào)用指令等，包括由CIID向變電站層的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息(包括模擬量、狀態(tài)量、開(kāi)關(guān)量等)、故障錄波、事件報(bào)告等，以及各CIID間的互鎖和調(diào)用信息。智

19、能化測(cè)控裝置是變電站基礎(chǔ)信息的根本來(lái)源，通過(guò)綜合集成化智能裝置的標(biāo)準(zhǔn)化接口接入站內(nèi)光纖以太網(wǎng)，可以構(gòu)成全站乃至全網(wǎng)范圍的標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)信息平臺(tái)。需要說(shuō)明的是，上述功能模塊不是將各自動(dòng)化系統(tǒng)裝置在安裝位置上進(jìn)行簡(jiǎn)單的捆綁和疊加，而是在將所有自動(dòng)化功能進(jìn)行全面綜合考慮后的升級(jí)優(yōu)化。優(yōu)化的目標(biāo)是：功能齊全、硬件冗余、實(shí)現(xiàn)功能的流程最簡(jiǎn)化和最有效化。考慮到今后新的技術(shù)與裝備出現(xiàn)及應(yīng)用的可能性，CIID仍然保留標(biāo)準(zhǔn)化的功能擴(kuò)展接口和裝備配置空間。智能化測(cè)控裝置中包含本地人機(jī)界面，只對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行顯示，其它的設(shè)備狀態(tài)信息等都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在變電站層集中顯示。為保證功能的獨(dú)立性，減少功能互相之間的影響，提高可靠性，這

20、些模塊的功能都由各自的 CPU處理。3、綜合集成的智能變電站的架構(gòu)綜合集成的智能變電站的架構(gòu)如圖1所示，其結(jié)構(gòu)和功能總體上分為兩層，即智能設(shè)備層和變電站層。智能設(shè)備層主要由綜合集成化智能裝置(CIID)和高壓一次設(shè)備構(gòu)成，二者之間通過(guò)非常規(guī)電流互感器、非常規(guī)電壓互感器以及各類(lèi)傳感器建立直接聯(lián)系。除了高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備之外，智能變電站中的一次設(shè)備多了分布式電源接口和柔性交流輸電裝置(FACTS裝置)。由于CIID內(nèi)綜合集成了各個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能模塊，因此可以實(shí)現(xiàn)并完成IEC61850標(biāo)準(zhǔn)提出的變電站分層結(jié)構(gòu)中的過(guò)程層和間隔層的功能?？梢哉J(rèn)為智能設(shè)備層是對(duì)過(guò)程層和間隔層的集成。智能變電站的變電站層

21、的功能主要包括各個(gè)CIID在站級(jí)的管理和協(xié)調(diào)應(yīng)用，站級(jí)的一體化數(shù)據(jù)管理以及與遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心和其它智能變電站的信息交互、協(xié)調(diào)控制的管理等。當(dāng)多個(gè)智能變電站實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的互聯(lián)時(shí)，即可構(gòu)成支撐智能電網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)。在該架構(gòu)中，變電站中每個(gè)控制和監(jiān)視設(shè)備都需要從過(guò)程輸入數(shù)據(jù)，然后輸出控制命令到過(guò)程。而CIID是核心，它將控制、保護(hù)、測(cè)量等功能集成在這個(gè)通用的平臺(tái)上，通過(guò)通用的硬件和軟件采集各功能需要的數(shù)據(jù)和狀態(tài)量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。CIID主要有以下幾個(gè)模塊：（1)智能化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控模塊，它接受全網(wǎng)統(tǒng)一的同步時(shí)鐘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的模擬量、開(kāi)關(guān)量與狀態(tài)量的同步采集，也接受運(yùn)行控制模塊、繼電保護(hù)模塊等的控制命令

22、，實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備操作的控制與執(zhí)行。（2)繼電保護(hù)模塊，它可以直接從智能化現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置獲取所需信息，以最短的時(shí)間做出反應(yīng)，并且在任何情況下其保護(hù)功能都不被閉鎖，因此它是優(yōu)先級(jí)別最高的模塊。（3)通信模塊，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口與變電站層和其它的CIID通訊交互。五、智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)智能變電站通過(guò)全景廣域?qū)崟r(shí)信息統(tǒng)一同步采集，實(shí)現(xiàn)變電站自協(xié)調(diào)區(qū)域控制保護(hù)，支撐各級(jí)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和各類(lèi)高級(jí)應(yīng)用;智能變電站設(shè)備信息和運(yùn)行維護(hù)策略與電力調(diào)度實(shí)現(xiàn)全面互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的設(shè)備全壽命周期綜合優(yōu)化管理;變電站主要設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化，為堅(jiān)強(qiáng)實(shí)體電網(wǎng)提供堅(jiān)實(shí)的設(shè)備基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)以上功能，本文認(rèn)為智能變電站應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)設(shè)

23、備融合、功能整合、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、信息共享、通訊可靠、控制靈活、接口規(guī)范、擴(kuò)展便捷、安裝模塊化、站網(wǎng)一體化等特點(diǎn)，應(yīng)包括以下技術(shù)內(nèi)容： 1、智能變電站技術(shù)體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范 在對(duì)智能電網(wǎng)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、技術(shù)體系、實(shí)施進(jìn)程及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行跟蹤、分析和*估的基礎(chǔ)上，依據(jù)中國(guó)智能電網(wǎng)體系研究報(bào)告，研究智能變電站與數(shù)字變電站的差異，給出智能變電站的內(nèi)涵、外延和應(yīng)用范圍;研究智能變電站內(nèi)各種設(shè)備和系統(tǒng)的物理特性、運(yùn)行邏輯及其輸入輸出的形式、介質(zhì)，抽象出物理和信息模型，并基于統(tǒng)一的建模方法實(shí)現(xiàn)自描述;開(kāi)展對(duì)智能電網(wǎng)發(fā)展基礎(chǔ)體系、技術(shù)支撐體系、智能應(yīng)用體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、運(yùn)維體系及技術(shù)*價(jià)體系的研究。 2、硬件

24、的集成技術(shù) 傳統(tǒng)變電站中信息的采集和處理過(guò)程是通過(guò)中央處理器與外圍芯片或設(shè)備的配合來(lái)完成的，大量數(shù)據(jù)計(jì)算和邏輯分析過(guò)程以及一些高級(jí)應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)都集中于中央處理器中，中央處理器性能的高低決定了各種功能實(shí)現(xiàn)的速度與質(zhì)量，這里使用的中央處理器可以是DSP(Digital Signal Processing)，ARM (Advanced RISC Machines)或CPU (CentralProcessing Unit)等。這種設(shè)計(jì)的弊端在于一方面中央處理器本身集成的資源有限，不能滿(mǎn)足智能變電站不斷增加的實(shí)時(shí)處理信息的需要，從而成為智能變電站技術(shù)發(fā)展的瓶頸；另一方面，處理器本身所集成的很多其他的硬

25、件資源因不能滿(mǎn)足智能變電站的需要而被閑置，造成了資源浪費(fèi)。另外，嵌入式系統(tǒng)中操作系統(tǒng)的刪減是一項(xiàng)很繁瑣的工作，而操作系統(tǒng)的復(fù)雜性也增加了系統(tǒng)測(cè)試的難度和出錯(cuò)的概率。 隨著現(xiàn)代電子學(xué)的發(fā)展，硬件描述語(yǔ)言的出現(xiàn)使得硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)表現(xiàn)出模型化、集成化、自動(dòng)化的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了真正的針對(duì)功能的模塊化設(shè)計(jì)，可以將某些固定的邏輯處理過(guò)程在智能設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行固化，將原來(lái)由某些軟件實(shí)現(xiàn)的功能轉(zhuǎn)化為硬件實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)既保證了邏輯處理的實(shí)時(shí)性、可靠性和準(zhǔn)確性，解決了信息傳輸時(shí)的瓶頸問(wèn)題：又節(jié)省了硬件資源的開(kāi)銷(xiāo)，提高了設(shè)備的集成度；另外，模塊化的設(shè)計(jì)也便于智能設(shè)備的檢修更換和升級(jí)。 硬件的集成技術(shù)在智

26、能變電站內(nèi)的應(yīng)用將會(huì)打破傳統(tǒng)變電站設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)理念，改變變電站硬件設(shè)備的布置格局，從而翻開(kāi)變電站硬件設(shè)備設(shè)計(jì)新的一頁(yè)。 3、軟件的構(gòu)件技術(shù) 智能變電站內(nèi)的軟件系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的測(cè)控、信息管理等功能，而且還要將PMU (相量測(cè)量單元)、錄波等功能進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)狀態(tài)估計(jì)、區(qū)域集控、在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程維護(hù)、電能質(zhì)量評(píng)估以及智能管理等高級(jí)功能，并且能夠根據(jù)工程配置文件生成系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)變電站系統(tǒng)和設(shè)備系統(tǒng)模型的自動(dòng)重構(gòu)等功能。要實(shí)現(xiàn)上述功能，軟件的構(gòu)件技術(shù)的應(yīng)用必不可少。 軟件構(gòu)件是指具有一定功能、能夠獨(dú)立工作或同其他構(gòu)件裝配起來(lái)協(xié)調(diào)工作的程序體。軟件構(gòu)件技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在不同粒度上對(duì)一組代

27、碼或類(lèi)等進(jìn)行組合和封裝，以完成一個(gè)或多個(gè)功能的特定服務(wù)，進(jìn)而為用戶(hù)提供接口。構(gòu)件技術(shù)的核心思想是分而治之，構(gòu)件技術(shù)將系統(tǒng)的抽象程度提高到一個(gè)比面向?qū)ο蠹夹g(shù)更高的層次。軟件復(fù)用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)構(gòu)件技術(shù)的重要手段，如何提取可復(fù)用構(gòu)件以及如何組裝成系統(tǒng)并能實(shí)現(xiàn)互操作是構(gòu)件技術(shù)所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。 軟件構(gòu)件技術(shù)是靈活、彈性、實(shí)時(shí)的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)，也是嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能集成的重要手段。軟件構(gòu)件技術(shù)的成熟應(yīng)用必須依賴(lài)于良好的軟件結(jié)構(gòu)體系。目前，要實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)應(yīng)用功能在智能變電站內(nèi)的有效集成以及靈活配置和重構(gòu)，在軟件技術(shù)方面所要解決的問(wèn)題還有很多。如：軟件體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)件模型，構(gòu)件接口，構(gòu)件粒度，構(gòu)件

28、的獲取、管理、組裝與部署等諸多問(wèn)題。軟件構(gòu)件技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用反映在嵌入式軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、多代理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用中。 軟件構(gòu)件技術(shù)在智能變電站內(nèi)的應(yīng)用不僅可以減少智能變電站在功能軟件的集成和開(kāi)發(fā)活動(dòng)中大量的重復(fù)性勞動(dòng)，提高變電站軟件的效率和靈活度，降低開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期：而且能夠加強(qiáng)系統(tǒng)功能間的互操作性，使系統(tǒng)功能在變電站內(nèi)能夠靈活分布，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和自愈性。 4、信息的管理存儲(chǔ)技術(shù) 保證智能變電站采集信息的服務(wù)質(zhì)量。統(tǒng)一的數(shù)字化信息平臺(tái)的構(gòu)建體現(xiàn)了智能變電站信息集中管理的設(shè)計(jì)思想，信息的集中管理不僅為實(shí)現(xiàn)各種信息模型的集成、轉(zhuǎn)換、調(diào)用和冗余等功能提供了方便，而且為一些簡(jiǎn)

29、單的調(diào)度功能向變電站系統(tǒng)的下放提供了基礎(chǔ)信息支撐和技術(shù)實(shí)現(xiàn)支撐。 高度集成的信息系統(tǒng)和統(tǒng)一的數(shù)字化信息平臺(tái)不僅為智能變電站提供了很好的擴(kuò)展性與經(jīng)濟(jì)性，也為信息資源的共享、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、分配提供了平臺(tái)。但是，海量信息的采集也為信息的實(shí)時(shí)傳輸帶來(lái)了困難。以太網(wǎng)的發(fā)展遠(yuǎn)未能滿(mǎn)足智能變電站對(duì)海量信息的通信需要，因此，信息分優(yōu)先級(jí)傳輸與信息就地存儲(chǔ)顯得尤為重要。信息優(yōu)先級(jí)可以保證關(guān)鍵信息實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地傳輸，而非關(guān)鍵信息的就地存儲(chǔ)不但減少了傳輸網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷程度，而且可以為系統(tǒng)決策提供充分的信息依據(jù)。虛擬化的技術(shù)可以將變電站的底層硬件和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬成一個(gè)共享的資源庫(kù)，就地存儲(chǔ)的信息可以在庫(kù)內(nèi)按需分配調(diào)用。 信息

30、優(yōu)先級(jí)傳輸與信息就地存儲(chǔ)技術(shù)的本質(zhì)是將信息按不同粒度細(xì)化， 以實(shí)現(xiàn)信息的分層分布調(diào)用，從而保證信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與可靠性。另一方面，隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，電力系統(tǒng)信息安全與防護(hù)成為一重要課題被提上日程。信息的分層管理可對(duì)信息進(jìn)行分析、評(píng)估，并依據(jù)信息的不同等級(jí)設(shè)計(jì)信息安全策略，從而提高了網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的安全性，最大限度地保證各級(jí)電網(wǎng)的信息安全和信息權(quán)限。 5、智能變電站系統(tǒng)和設(shè)備系統(tǒng)模型的自動(dòng)重構(gòu)技術(shù) 研究變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中智能裝置的自我描述和規(guī)范;研究基于以太網(wǎng)的智能裝置的即插即用技術(shù)：研究變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)智能裝置的識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)建模技術(shù);研究當(dāng)智能裝置模型發(fā)生變化時(shí)的系統(tǒng)自適應(yīng)和系統(tǒng)

31、模型重構(gòu)技術(shù);研究自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)智能裝置的模型進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)智能裝置的功能及其模件進(jìn)行測(cè)試、檢查的交互技術(shù);研究當(dāng)變電站運(yùn)行方式發(fā)生變化時(shí)，智能測(cè)控和保護(hù)裝置在線(xiàn)自動(dòng)重構(gòu)運(yùn)行模型的方法，后臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)修改智能裝置的功能配置和參數(shù)整定的技術(shù);研究自動(dòng)化系統(tǒng)在智能裝置故障時(shí)對(duì)故障節(jié)點(diǎn)的快速定位、切除和模型自適應(yīng)技術(shù)。 6、基于電力電子的智能化柔性電力設(shè)備的研發(fā)及其應(yīng)用技術(shù) 包括不同柔性電力設(shè)備的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究，數(shù)學(xué)模型研究，功能特性及其對(duì)電網(wǎng)影響仿真與試驗(yàn)研究，以及自身控制與相互間協(xié)調(diào)控制策略研究等。目前己在電力系統(tǒng)中獲得不同程度應(yīng)用的智能化柔性電力設(shè)備主要包括晶閘管控制串聯(lián)補(bǔ)償器(TCSC)、靜止無(wú)功補(bǔ)

32、償器(SVC)、靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)、有源濾波器(APF)等，它們?cè)诟纳齐娏ο到y(tǒng)控制性能、提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性與電能質(zhì)量等運(yùn)行品質(zhì)方面發(fā)揮了重要作用;處于研發(fā)或不同程度試驗(yàn)中的柔性電力設(shè)備還有靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)、固態(tài)限流器(SSFCL)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器(SSSC)、晶閘管控制移相器(TCPST)等，這些設(shè)備投運(yùn)后，必將進(jìn)一步改善、提高電力系統(tǒng)的控制性能、運(yùn)行穩(wěn)定性、電能質(zhì)量等運(yùn)行品質(zhì)。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的步伐的推進(jìn)，必將研發(fā)出更多不同功能的柔性電力設(shè)備并在電力系統(tǒng)中獲得應(yīng)用。 7、間歇性分布式電源接入技術(shù) 風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源，具有如下特點(diǎn)：儲(chǔ)量

33、豐富地區(qū)大多較為偏遠(yuǎn);能量不夠集中，相對(duì)分散;受氣象變化及生物活動(dòng)的影響，能量波動(dòng)明顯，用于發(fā)電，則出力呈現(xiàn)間歇性波動(dòng)特性等。因此，清潔能源可再生并網(wǎng)發(fā)電(稱(chēng)為間歇性電源)直接接入電網(wǎng)，將對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性、可靠性以及電能質(zhì)量等方面造成沖擊和影響，對(duì)電力系統(tǒng)的備用容量提出更高要求。另外，間歇性電源發(fā)電裝置需按峰值功率設(shè)計(jì)投資，在能量波動(dòng)大的情況下，裝機(jī)容量的可利用率低。如何解決能量波動(dòng)問(wèn)題，是間歇性電源發(fā)展和利用面臨的主要挑戰(zhàn)。智能變電站作為間歇性電源并入智能電網(wǎng)的接口，必須考慮并發(fā)展對(duì)應(yīng)的柔性并網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)間歇性電源的功率預(yù)測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)視、靈活控制，以減輕間歇性電源對(duì)電網(wǎng)沖擊和影

34、響。 8、分布式電源的保護(hù)控制技術(shù) 分布式電源的接入提高了智能電網(wǎng)的靈活性、效率和安全性，改變了配電系統(tǒng)單向潮流的點(diǎn),使傳統(tǒng)的單電源輻射網(wǎng)絡(luò)變成了一個(gè)多源網(wǎng)絡(luò)。這使得智能變電站內(nèi)保護(hù)設(shè)備之間建立起來(lái)的配合關(guān)系被打破，保護(hù)的動(dòng)作行為和動(dòng)作性能都將會(huì)受到較大的影響。針對(duì)大容量的分布式電源接入智能電網(wǎng)的保護(hù)算法的研究也是智能變電站繼電保護(hù)的關(guān)鍵內(nèi)容。 分布式能源作為一個(gè)獨(dú)立的整體模塊，既可以孤網(wǎng)運(yùn)行，也可以在大電網(wǎng)上并網(wǎng)運(yùn)行。分布式能源在接入系統(tǒng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的頻率、無(wú)功以及電壓穩(wěn)定的影響是不容忽視的。因此，如何保證在任何工況下繼電保護(hù)系統(tǒng)都能對(duì)分布式電故障做出及時(shí)響應(yīng)，同時(shí)在并網(wǎng)運(yùn)行的情況下繼電保護(hù)系統(tǒng)還具有快速感知大電網(wǎng)故障的能力并保護(hù)的選擇性、快速性、靈敏性和可靠性，這是智能變電站繼電保護(hù)的難點(diǎn)課題。分布式能源的保護(hù)系統(tǒng)完全不同于常規(guī)變電站的保護(hù)控制策略。 分布式能源的保護(hù)策略主要是針對(duì)分布式電源雙向潮流流通、電源內(nèi)部電力電子設(shè)備大量引入的點(diǎn)，通過(guò)阻抗前饋和負(fù)荷模型反饋等算法來(lái)制定的保護(hù)控制策略。保護(hù)策略包括全線(xiàn)速動(dòng)保護(hù)、低壓保護(hù)、反孤島、高頻切機(jī)和低頻減載等特殊保護(hù)功能，保護(hù)策略制定的關(guān)鍵問(wèn)題在于保護(hù)定值與主網(wǎng)架保護(hù)定值之間的配合。分布式能源的控制策略制定的主要問(wèn)題在于并網(wǎng)控制，其并網(wǎng)后會(huì)改變主網(wǎng)架的供電格局，使系