【正文】 息平臺為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)變電站實(shí)時全景 (電壓、電流、頻率、有功、無功 )的監(jiān)測、自動運(yùn)行控制及與站外系統(tǒng)協(xié)同互動等功能，達(dá)到提高變電可靠性。智能終端和數(shù)據(jù)庫都是數(shù)據(jù)以太網(wǎng)的一個節(jié)點(diǎn)，有固定的地址可以訪問。進(jìn)行最優(yōu)化選擇并執(zhí)行。智能告警及故障信息綜合分析決策系統(tǒng)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。也會有一些對時間要求不是很高的數(shù)據(jù)信息 (主要是電能計量。各個智能化 變電站高級應(yīng)用系統(tǒng)都能利用一體化信息交換平臺。分配。并制約了變電站自動化技術(shù)的水平的發(fā)展。 (3) 數(shù)據(jù)傳輸接口種類雜而多。而變電站系統(tǒng) 又存在所用電測控裝置。造成計算機(jī)資源的重復(fù)浪費(fèi)。 (2) 數(shù)據(jù)分散且重復(fù)采集。其根本的原因，各個系統(tǒng)一般都是由不同廠家生產(chǎn)的，各個廠家的軟件的算法、數(shù)據(jù)模型，通信規(guī)約都不一樣，他們系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，傳輸報文都是有廠家自己的特點(diǎn)，各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集格式、數(shù)據(jù)的二次處理和數(shù)據(jù) 的傳輸格式都無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這就導(dǎo)致了目前變電站內(nèi)數(shù)據(jù)信息。可見，可靠、精確、開放的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)是智能變電站建設(shè)的基礎(chǔ)，這也是智能變電站與傳統(tǒng)電網(wǎng)的根本上的區(qū)別。 (8)維護(hù)功能。 (6)畫面顯示和打印?？刂品绞接凶冸娝刂剖业漠?dāng)?shù)乇O(jiān)控終端控制、遠(yuǎn)方監(jiān)控終端控制。 (3)事故順序記錄和事故追憶功能。 (2)報警處理。 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能 (l)數(shù)據(jù)采集與處理。變電所綜合自動化具有功能綜合化，設(shè)備、操作、監(jiān)視微機(jī)化，結(jié)構(gòu)分布分層化，通信網(wǎng)絡(luò)光纖化及運(yùn)行管理智能化的特征。 IEC618509 特殊通信服務(wù)映射 (SCSM)，是采樣值映射的描述， IEC618509 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 14 共包括 2 個部分： (1)IEC6185091 單向多路點(diǎn)對點(diǎn)串行通信鏈路上的采樣值 (2)IEC6185092 映射到 ISO/IEC 88023 的采樣值 IEC6185010 一致性測試。 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)采用了開放的協(xié)議并支持設(shè)備自我描述，面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性。其中 608705103 規(guī)約僅用于保護(hù)設(shè)備（間隔單元）與變電站內(nèi)控制系統(tǒng)的信息交換。 標(biāo)準(zhǔn)化 由于大規(guī)模集成電路技術(shù)強(qiáng)勁的發(fā)展，導(dǎo)致了先進(jìn)的、快速的、功能強(qiáng)的微型處理器的出現(xiàn)，變電站自動化系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展，逐漸成為了變電站的重要組成部分。也需要采用先進(jìn)的技術(shù)改造現(xiàn)有變電站，以便遠(yuǎn)程監(jiān)測臨界和非臨界運(yùn)營數(shù)據(jù)。 (7)將高級調(diào)度中心的部分功能下放到智能變電站實(shí)現(xiàn)。包括與變電站。提供模型統(tǒng)一、規(guī)約統(tǒng)一、時標(biāo)統(tǒng)一、來源唯一的高品質(zhì)基礎(chǔ)信息。實(shí)現(xiàn)能量流、信息流、業(yè)務(wù)流一體化。 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 11 圖 過程層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 12 4 智能變電站關(guān)鍵技術(shù) 智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)使得智能變電站與傳統(tǒng)變電站的區(qū)別如下 [7]： (1)智能變電站系統(tǒng)應(yīng)是一種面向服務(wù)的架構(gòu) (SOA) (2)建立起以設(shè)備為對象的分布式智能節(jié)點(diǎn)。因此，同時考慮到 220kV 保護(hù)雙重化配置的原則，建議：站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型拓?fù)洌鐖D 所示。由于交換機(jī)廠家采用的環(huán)網(wǎng)協(xié)議不統(tǒng)一或者實(shí)現(xiàn)方法不規(guī)范，導(dǎo)致在環(huán)網(wǎng)交換機(jī)選型方面受到一定制約。IEC61850 國際標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)字化變電站在邏輯上劃分為變電站層、間隔層和過程層，變電站層與間隔 層之間的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)一般稱為站控層網(wǎng)絡(luò)、間隔層與過程層之間的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)一般稱為過程層網(wǎng)絡(luò)。對于無控制需求的高壓設(shè)備。隨著電力系統(tǒng)越來越高的可靠性及自動化發(fā)展的要求，同時現(xiàn)代 計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展，使電器設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動化和智能化成為可能。 智能變電站的結(jié)構(gòu) 智能變電站以智能一次設(shè)備和統(tǒng)一信息平臺為基礎(chǔ)，通過采用先進(jìn)的傳感器、電子信息、通信控制、人工智能等技術(shù)。因?yàn)橹悄芙M件的廣泛應(yīng)用，智能變電站采集的數(shù)據(jù)是全景式的，因而信息量非常大，但是這些數(shù)據(jù)不是不加分析就傳輸給電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)，而是通過站內(nèi)的信息一體化平臺以及變電站自動化系統(tǒng)高級應(yīng)用模塊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的挖掘、分析，實(shí)現(xiàn)智能告警、順序控制、設(shè)備狀態(tài)可視化、事故綜合分析決策等。所謂智能設(shè)備，是指一次設(shè)備和智能組件的有機(jī)結(jié)合，其中，智能組件是二次設(shè)備的統(tǒng)稱，包括測控裝置、保護(hù)裝置、測控保護(hù)裝置、狀態(tài)監(jiān)測裝置、智能終端等，也可以是幾個裝置的集合，如 GIS匯控柜、屏柜等。信息化是堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本途徑，體現(xiàn)為對實(shí)時和非實(shí)時信息的高度集成和挖掘利用能力；數(shù)字化是堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，以數(shù)字化形式清晰表述電網(wǎng)對象、結(jié)構(gòu)、特性及狀態(tài)，才能實(shí)現(xiàn)各類信息的精確高效采集與 傳輸；自動化是堅強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展水平的直觀體現(xiàn)，依靠高效的信息采集傳輸和集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自動運(yùn)行控制與管理水平提升；互動化是堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的內(nèi)在要求，通過信息的實(shí)時溝通及分析，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的良性互動與高效協(xié)調(diào)，提升用戶體驗(yàn)，促進(jìn)電能的安全、高效、環(huán)保應(yīng)用。 由于物理裝置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能來自不同的廠商，數(shù)字保護(hù)裝置需要考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母鞣N不確定因素，以及給保護(hù)帶來的同步性、實(shí)時性等關(guān)鍵問題。 數(shù)字式保護(hù)比常規(guī)保護(hù)多了采樣值和出口回路經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的傳輸時間， IEC 61850對傳輸時間的定義如圖 。 對于數(shù)字式保護(hù)裝置本身，最顯著的結(jié)構(gòu)特征是取消了數(shù)據(jù)處理部分和操作回路部分，如圖 所示。 可見，從技術(shù)發(fā)展的角度來說，智能變電站是從數(shù)字化變電站技術(shù)體系中繼承而來，數(shù)字化變電站技術(shù)體系構(gòu)成了智能變電站的技術(shù)基礎(chǔ)，在數(shù)字化變電站的技術(shù)構(gòu)架上，再融入在線監(jiān)測、全壽命周期綜合優(yōu)化管理、協(xié)同互動等高級應(yīng)用技術(shù)，最終形成符合智能電網(wǎng)要求的智能變電站。 6）資源整合：通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建模來實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息交互和信息共享。除傳統(tǒng)“四遙”的電氣量信息外還應(yīng)包括設(shè)備信息、環(huán)境信息、圖像信息等等，并具有保證站內(nèi)與站外的通信安全及站內(nèi)信息存儲及信息訪問安全的功能。實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備信息和運(yùn)行維護(hù)策略與電力調(diào)度全面互動。 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 4 2 智能變電站概念及與數(shù)字化變電站區(qū)別 智能變電站的概念 智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。但智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要節(jié)點(diǎn)，勢必在未來新建變電站中將逐步被采用，在美國電科院《智能電網(wǎng)成本與收益評估報告》中，到 2030 年，美國將建設(shè)智能變電站 8423 座，現(xiàn)有 58027 座變電站中約 80%改造后安裝智能電子設(shè)備，安裝相角測量裝置(PMU)1250 套，建設(shè)數(shù)量和投資規(guī)模都非常巨大，未來幾年內(nèi)，智能變電站建設(shè)與改 造必將迅速開展。 目前，隨著智能電網(wǎng)時代的到來，世界各國的智能電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)全面啟動。尤其是處于“三北”地區(qū)的大型可再生能源基地，當(dāng)?shù)仉娏π枨笥邢?，無法實(shí)現(xiàn)電力就地消納，需要通過電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送到負(fù)荷中心地區(qū)，可再生能源一般具有問歇性和波動性。已經(jīng)不能靈活適應(yīng)國家能源政策及行業(yè)發(fā)展需要。實(shí)時監(jiān)視并快速控制聯(lián)絡(luò)線的功率變得更為迫切，保護(hù)和控制的功能及可靠性指標(biāo)要求更嚴(yán)格。我國也在認(rèn)真分析世界電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢和中國國情的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合中國能源供應(yīng)的新形勢和用電服務(wù)的新需求，提出建設(shè)智能電網(wǎng) 。為了滿足電力供應(yīng)的節(jié)能、環(huán)保、高校、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)勢在必行。實(shí)時監(jiān)視并快速控制聯(lián)絡(luò)線的功率變得更為迫切，保護(hù)和控制的功能及可靠性指標(biāo)要求更嚴(yán)格。 網(wǎng)絡(luò)高等教育 本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 題 目 ： 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 I 內(nèi)容摘要 變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，是智能電網(wǎng)發(fā)電、線路、變電、配電、用電和調(diào)度六個環(huán)節(jié)之一，其智能化是構(gòu)筑智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)。同時，隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)的大規(guī)模互聯(lián)，對變電站的功能提出了更高的要求?？蛻魧﹄娋W(wǎng)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)無法滿足現(xiàn)在的發(fā)展要求。發(fā)展智能電網(wǎng)在歐美國家已經(jīng)逐步上升到國家戰(zhàn)略層面，成為國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源政策的重要組成部分。同時，隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和電網(wǎng)的大規(guī)?；ヂ?lián)，對變電站的功能提出了更高的要求。而現(xiàn)有電網(wǎng)的大容量、遠(yuǎn)距離輸送能力有限，且輸電走廊利用率較、網(wǎng)損較大。國家加大了對風(fēng)能、太陽能等可再生能源的開發(fā)力度。發(fā)展適合我國電力發(fā)展水平、技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)水平的智能電網(wǎng)，即建設(shè)中國特色智能電網(wǎng)是我國電網(wǎng)發(fā)展的必由之路，中國特色主要體現(xiàn)在以下方面 [2]: (1) 我國電網(wǎng)正處于快速發(fā)展階段，美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家電網(wǎng)的格局已基本穩(wěn)定，負(fù)荷增長很小，所以他們將智能電網(wǎng)的研究及應(yīng)用重點(diǎn)放在配電和用電領(lǐng)域，而我國電網(wǎng)的格局還將快速發(fā)展，負(fù)荷也增長很快，輸電網(wǎng)的建設(shè)也在快速發(fā)展，特 高壓輸電技術(shù)的研究及應(yīng)用還應(yīng)繼續(xù)深入； (2) 可再生能源接人方面：歐洲因天然氣管網(wǎng)發(fā)達(dá)、風(fēng)能資源便利等原因大力發(fā)展了分布式發(fā)電，作為智能電網(wǎng)中主要的可再生能源接人方式，我國的風(fēng)能、太陽能資源集中，主要分布在我國電網(wǎng)的邊緣地帶，故不能完全采用國外的發(fā)展模式，而應(yīng)發(fā)展大容量、遠(yuǎn)距離可再生能源輸電，綜合考慮水火、水風(fēng)、水光結(jié)合等輸電方式，同時應(yīng)加強(qiáng)儲能技術(shù)研究和應(yīng)用。 可以看出，國外 智能電網(wǎng)發(fā)展首先是配電網(wǎng)和電源端，然后才是輸變電環(huán)節(jié)，在國家電網(wǎng)公司對國外智能電網(wǎng)發(fā)展的持續(xù)跟蹤過程中，各國紛紛對新能源、充電汽車、智能電表等進(jìn)行推廣，智能變電站的建設(shè)步伐相對滯后。 本文最后對全文進(jìn)行總結(jié)，并指出了研究課題的未來發(fā)展方向。 智能變電站的發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的全面采集和實(shí)時共享，支撐電網(wǎng)實(shí)時控制、智能調(diào)節(jié)和各類高級應(yīng)用。 2）信息化：提高可靠、準(zhǔn)確、充分、實(shí)時、安全的信息。 5）互動性：實(shí)現(xiàn)變電站與控制中心之間、變電站與變電站之間、變電站與用戶之間和變電 站與其它應(yīng)用需求之間的互聯(lián)、互通和互動。在智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 5 近階段，以數(shù)字化變電站技術(shù)體系為基礎(chǔ)，探索建設(shè)符合智能電網(wǎng)要求的智能變電站；在未來幾年，隨著在線監(jiān)測技術(shù)和資產(chǎn)全壽命周期管理理論的發(fā)展，逐步完善和建設(shè)具有智能預(yù)警監(jiān)控 功能的智能變電站。與常規(guī)變電站相比，對于繼電保護(hù)裝置而言，最顯著的特征是開入模擬量數(shù)字化，二次回路網(wǎng)絡(luò)化 (無接點(diǎn)傳輸 )，一次設(shè)備智能化，這就使得各保護(hù)設(shè)備的配置原則、技術(shù)性能要求、 功能劃分、維護(hù)檢修等都與傳統(tǒng)變電站大不相同，也為網(wǎng)域保護(hù)、站域保護(hù)等多種新技術(shù)的研究和應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。保護(hù)功能由原來的單裝置單獨(dú)完成，轉(zhuǎn)變成分布到網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)完成 [4]。 以典型的保護(hù)跳閘為例， PD1 為繼電保護(hù)裝置， PD2 為斷路器智能終端，兩者之間通過光纖以太網(wǎng)相連，設(shè)保護(hù)裝置跳閘報文處理延時間 ta、智能終端報文處理延時 tc均為 5 μ s，網(wǎng)絡(luò)傳輸延時 tb為 400 μ s，則繼電保護(hù)裝置通過網(wǎng)絡(luò)方式跳閘，總傳輸時間為 t = 5 + 400 + 5 = 410μ s。 剖析我國智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)和基本技術(shù)特征，從中可以進(jìn)一步理解智能變電站的技術(shù)內(nèi)涵。 智能變電站的智能主要體現(xiàn)在兩個方面 [5]，即智能設(shè)備和智能高級應(yīng)用。目前，傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化，但是相對于調(diào)度機(jī)構(gòu)來說很 “聽話”，也是被動的，智能變電站可以與調(diào)度機(jī)構(gòu)友好互動。此外，還具有功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等顯 著技術(shù)特征，易擴(kuò)展、易升級、易改造、易維護(hù)，被認(rèn)為是變電站發(fā)展歷史上的一次革命。 近期智能變電站的建設(shè)主要是基于 IEC 61850 規(guī)約的二次設(shè)備發(fā)展，變電站的主要信息，包括電流、電壓的實(shí)時狀態(tài)均數(shù)字化后用網(wǎng)絡(luò)傳輸給二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了變電站信息采集、傳輸和處理全過程數(shù)字化。智能設(shè)備是智能電網(wǎng)的基本元件，根據(jù)高壓設(shè)備的類 別和現(xiàn)場需求，控制單元和智能組件的部分功能可以相互轉(zhuǎn)移，或?qū)⒖刂茊卧墓δ苋考械街悄芙M件中。 智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 合理的自動化系統(tǒng)組網(wǎng)方案是設(shè)計規(guī)劃智能變電站的前提和關(guān)鍵問題。其中，環(huán)型具有較好的安全穩(wěn)定性，但擴(kuò)展性稍差， 1 個間隔配備 1 臺環(huán)網(wǎng)交換機(jī)也使得設(shè)備投資過大，同時環(huán)網(wǎng)也可能帶來如下技術(shù)問題： （ 1） 環(huán)網(wǎng)是一種較復(fù)雜的組網(wǎng)方式，它需要交換機(jī)實(shí)現(xiàn)生成樹協(xié)議，如RSTP，或者各種專有協(xié)議，如 TurboRing、 RapidRing 等。 星型網(wǎng)絡(luò)則兼顧了網(wǎng)絡(luò)的安全性和擴(kuò)展性，報文傳輸延時固定，檢修某個 間隔時將該間隔交換機(jī)關(guān)閉即可切斷與其它間隔的聯(lián)系，保證了檢修時的安全性。此外，根據(jù)應(yīng)用對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分流，有效降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力。把技術(shù)問題、經(jīng)濟(jì)問題、管理問題統(tǒng)籌考慮。強(qiáng)調(diào)功能性和互操作性。傳輸變電站內(nèi)外信息。掌握整個電網(wǎng)的狀態(tài)。 (8)智能變電站 (Smart Substation )建設(shè)需要采用先進(jìn)的理念重新設(shè)計 新建變電站。并與相臨變電站互通信息。為了在兼容設(shè)備之間達(dá)到互換的目的，根據(jù)各種應(yīng)用情況下的不同要求制定一系列配套標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 13 分別是 60870510 10 103 傳