【正文】 的智能變電站；在未來幾年，隨著在線監(jiān)測(cè)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。 智能變電站與數(shù)字化變電站的區(qū)別分為以下幾個(gè)方面： 在信息采集方面，數(shù)字化變電站對(duì)數(shù)據(jù)的全面數(shù)字化采集、傳輸和共享，而智能變電站全面覆蓋的智能傳感器根據(jù)分析要求進(jìn)行采集；在通信方面，數(shù)字化變電站采用高速可靠的數(shù)字化通信，而智能變電站采用多種 通訊介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的集成的、雙向的通信；在決策方面，數(shù)字化變電站根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)給出準(zhǔn)確的處置方案，而智能變電站實(shí)時(shí)評(píng)估，快速判斷，并自動(dòng)生成控制策略；在控制方面，數(shù)字化變電站根據(jù)輔助決策結(jié)果進(jìn)行人工控制，而智能變電站，智能控制系統(tǒng)對(duì)人工的代替，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)自愈。與常規(guī)變電站相比，對(duì)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)。數(shù)據(jù)處理部分轉(zhuǎn)移到合并單元中，操作回路轉(zhuǎn)移到智能終端中，硬件結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。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(gè)節(jié)點(diǎn)完成 [4]。傳輸時(shí)間包括裝置各自通信處理器時(shí)間 加上網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，其中有等待時(shí)間、路由器與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所耗費(fèi)的時(shí)間。 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(bào)文處理延時(shí)間 ta、智能終端報(bào)文處理延時(shí) tc均為 5 μ s，網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí) 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(shí)間為 t = 5 + 400 + 5 = 410μ s。同時(shí)，通過建模形成的數(shù)字保護(hù)裝置出口邏輯與常規(guī)保護(hù)有了很大的差異。 剖析我國(guó)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。 按照?qǐng)?jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)要求，目前變電站自動(dòng)化系統(tǒng)信息共享程度較低，綜合利用效能還未充分發(fā)揮；設(shè)備檢修模式較為落后，需要加快由定期檢修向狀態(tài)檢修過渡；一次裝備的智能化技術(shù)水平有待提高。 智能變電站的智能主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面 [5]，即智能設(shè)備和智能高級(jí)應(yīng)用。這些智能組件就像一次設(shè)備的“管家”，幫助一次設(shè)備做好傳輸和分配電能的工作，還具有測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量等功能。目前，傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但是相對(duì)于調(diào)度機(jī)構(gòu)來說很 “聽話”，也是被動(dòng)的，智能變電站可以與調(diào)度機(jī)構(gòu)友好互動(dòng)。比如，通過對(duì)變壓器在線檢測(cè)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 8 患，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估，對(duì)越限值發(fā)出告警信息。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(jí)、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。實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、程序化運(yùn)行控制、設(shè)備狀態(tài)檢修、運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)、智能分析決策、網(wǎng)絡(luò)故障后的自動(dòng)重構(gòu)以及與調(diào)度中心信息的靈活交互。 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(shí)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。因此，開展一次設(shè)備智能化應(yīng)用研究，對(duì)變電站的自動(dòng)化運(yùn)行將帶來深遠(yuǎn)的影響和變革，為變電站實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備智能化起到及其重要的作用，具有非常重大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。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(chǎng)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。沒有控制單元，狀態(tài)感知元件根據(jù)需要，或植入高壓設(shè)備內(nèi)部、或安智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 9 置于高壓設(shè)備外部的專門位置，狀態(tài)感知單元與智能組件之間通常由模擬信號(hào)電纜連接。 智能變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 合理的自動(dòng)化系統(tǒng)組網(wǎng)方案是設(shè)計(jì)規(guī)劃智能變電站的前提和關(guān)鍵問題。由于站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)承載的功能截然不同，為了保證過程層網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、安全性，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，站控層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)與過程層網(wǎng)絡(luò)物理隔離，如圖 所示。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(gè)間隔配備 1 臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)也使得設(shè)備投資過大，同時(shí)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。 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 10 （ 2） 由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，報(bào)文在環(huán)網(wǎng)上的傳輸延時(shí)會(huì)隨著環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加而增大，更為嚴(yán)重的是環(huán)網(wǎng)存在廣播風(fēng)暴的風(fēng)險(xiǎn)。 星型網(wǎng)絡(luò)則兼顧了網(wǎng)絡(luò)的安全性和擴(kuò)展性，報(bào)文傳輸延時(shí)固定，檢修某個(gè) 間隔時(shí)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(shí)的安全性。 圖 站控層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案 過程層網(wǎng)絡(luò)： 過程層網(wǎng)絡(luò)是智能變電站的基本特征，由于絕大多數(shù)的自動(dòng)化功能都是面向間隔的，為了減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力和保證節(jié)點(diǎn)的訪問安全，原則上要求過程層網(wǎng)絡(luò)按照不同間隔劃分成不同的獨(dú)立子網(wǎng)，各子網(wǎng)之間可以通過匯聚交換機(jī)級(jí)聯(lián)，子網(wǎng)內(nèi)部采用星型或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接拓?fù)?；母線、變壓器和低電壓等級(jí)的子網(wǎng)可按多間隔或大間隔 組建；采樣值傳輸網(wǎng)與 GOOSE 報(bào)文傳輸網(wǎng)宜分開組網(wǎng)；跨間隔的應(yīng)用利用 VLAN 技術(shù)從匯聚交換機(jī)上獲得多個(gè)間隔的信息，或單獨(dú)組建一個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)，如圖 所示。此外，根據(jù)應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分流，有效降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力。實(shí)現(xiàn)既分布又協(xié)同的信息共享機(jī)制。把技術(shù)問題、經(jīng)濟(jì)問題、管理問題統(tǒng)籌考慮。 (4)通過智能電子裝置（ IED） 整合有價(jià)值的能量流、信息流。強(qiáng)調(diào)功能性和互操作性。 (5)智能變電站作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，將統(tǒng)一和簡(jiǎn)化變電站的數(shù)據(jù)源，形成基于同一斷面的唯一性、一致性基礎(chǔ)信息，以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方式實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息交互和信息共享，形成縱 向貫通、橫向互通的電網(wǎng)信息支撐平臺(tái)，并提供以此為基礎(chǔ)的多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。傳輸變電站內(nèi)外信息。相關(guān)電源。掌握整個(gè)電網(wǎng)的狀態(tài)。智能變電站系統(tǒng)管理好站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的同時(shí)可以根據(jù)運(yùn)行需求，以更高的頻率來儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。 (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(jì) 新建變電站。分析和處理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。并與相臨變電站互通信息。而通訊協(xié)議是實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置、自動(dòng)化裝置、監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，尋求一種具備互操作性、高效的通訊協(xié)議，是變電站自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo) [8]。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 傳輸規(guī)約。 2020 年， IEC TC57 技術(shù)委員會(huì)正式發(fā)布了更具廣泛適應(yīng)性、且功能強(qiáng)大的變電站通信協(xié)議 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于變電站內(nèi)各個(gè)設(shè) 備之間、設(shè)備與控制系統(tǒng)間的通信，將來可擴(kuò)展到變電站與遠(yuǎn)方控制中心間的通信，更具開放性和靈活性。下面主要講述 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)： IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)定義了變電站內(nèi)智能電子設(shè)備之間的通信和相關(guān)的系統(tǒng)要求，對(duì)變電站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)做出了全面詳細(xì)的 規(guī)范和描述。 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)分為系統(tǒng)部分（ IEC61850 4）、配置部分 (IEC618506)數(shù)據(jù)模型、通信服務(wù)及映射部分 (IEC61850 9)、測(cè)試部分 (IEC6185010)四大類，包括十部分內(nèi)容。 IEC618507 共包括 4 個(gè)部分： (1)IEC6185071 原理和模型 (2)IEC6185072 抽象通信服務(wù)接口 (ACSI) (3)IEC6185073 公共數(shù)據(jù)類 (4)IEC6185074 兼容邏輯節(jié)點(diǎn)類和數(shù)據(jù)類 IEC6185081 特殊通信服務(wù)映射 (SCSM)，對(duì) MMS 和 ISO/IEC88023 的映射。 信息化 變電站信息化是電力企業(yè)信息化的重要基礎(chǔ)之一，大量的輸配電信息來自變電站，它是連接電力企業(yè)和最終用戶的橋梁。變電所綜合自動(dòng)化可以收集較齊全的數(shù)據(jù)和信息，通過計(jì)算機(jī)高速計(jì)算能力和判斷功能，可以方便地監(jiān)視和控制變電所內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行及操作。它的出現(xiàn)為變電所的小型化、智能化、擴(kuò)大監(jiān)控范圍及變電所安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了現(xiàn)代化的手 段和基礎(chǔ)保證。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括變電站監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)，下面分別介紹它們的一般功能。通過測(cè)控裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過以上數(shù)據(jù)采集，產(chǎn)生各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)庫更新。報(bào)警處理分兩種方式，一種是事故報(bào)警，另一種是預(yù)告報(bào)警。后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信 息、模擬量越限 l 復(fù)限、計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。斷路器和保護(hù)信號(hào)的動(dòng)作順序以 ms 級(jí)進(jìn)行記錄能夠在 CRT 上顯示動(dòng)作順序及在打印機(jī)上打印，順序時(shí)間應(yīng)該存檔?？刂乒δ馨▽?duì)變電站各級(jí)電壓等級(jí)的斷路器、有載調(diào)壓開關(guān)、主變中性電閘刀、消弧線圈等采用就地和遠(yuǎn)方控制。 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 15 (5)在線統(tǒng)計(jì)計(jì)算。各相電流、電壓；功率因數(shù)、最大最小值及 其出現(xiàn)時(shí)間。在 CRT 上應(yīng)該能夠顯示變電所一次系統(tǒng)的主接線圖，直流系統(tǒng)圖，所用的電系統(tǒng)圖變電所監(jiān)控系統(tǒng)即保護(hù)運(yùn)行工況圖，直流系統(tǒng)圖，能顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、某些歷史負(fù)荷曲線等等。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該能夠在線診斷系統(tǒng)的軟件、硬件運(yùn)行情況一旦發(fā)現(xiàn)異常能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)。維護(hù)功能指對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的診斷、管理、維護(hù)等工作。目前國(guó)內(nèi)的大部分變電站的數(shù)據(jù)交換方式還是使用比較傳統(tǒng)的方法，參與數(shù)據(jù)交換的各個(gè)廠家通過規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，各個(gè)系統(tǒng)不是在一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行設(shè)計(jì)的智能變電站的優(yōu)點(diǎn)主要是體現(xiàn)為，變電站系統(tǒng)能全面、及時(shí)地掌握變電站內(nèi)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)比專家?guī)鞂?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，系統(tǒng)根據(jù)分析的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)變電站的智能化運(yùn)行。 目前的變電站內(nèi)還沒有一套獨(dú)立的信息系統(tǒng)存在。目前的變電站內(nèi)的各個(gè)系統(tǒng)的信息采集，傳輸和儲(chǔ)存都是相對(duì)獨(dú)立并基本上無聯(lián)系的，如綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)之間。系統(tǒng)的具有很大的局限性： (l) 數(shù)據(jù)格式和通信規(guī)約不統(tǒng)一。這既不可靠也不安全。常規(guī)變電站配備的測(cè)控裝置對(duì)同一物理量存在重復(fù)智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 16 采集。并且以不同的格式存儲(chǔ)在不同的裝置內(nèi)。而且這些數(shù)據(jù)在應(yīng)用時(shí)還存在以誰為主的問題。所用電系統(tǒng)本身就自帶有測(cè)控。而這兩個(gè)測(cè)控系統(tǒng)分別接的是不同的 CT 和 PT。對(duì)于這兩個(gè)地點(diǎn)測(cè)出的不同的電壓電流量便出現(xiàn)了一個(gè)如何取舍的問題。接線錯(cuò)綜復(fù)雜。 這些問題直接影響了變電站數(shù)據(jù)交換的速度和質(zhì)量。由于變電站內(nèi)數(shù)據(jù)信息量規(guī)模巨大。傳輸。消費(fèi)都是實(shí)時(shí)進(jìn)行的。為不同系統(tǒng)之間的信息共享提供技術(shù)支撐。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)透明共享。智能變電站的數(shù)據(jù)采集對(duì)象主要是來自變電站內(nèi)一次設(shè)備的各種狀態(tài)的實(shí)時(shí)的參數(shù)。電能質(zhì)量。 智能變電站的一體化信息平臺(tái)發(fā)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行采集以后。按功能需求分類發(fā)送到變電站各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。智能輔助控制系統(tǒng)。各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫在接收到數(shù)據(jù)以后。并將數(shù)據(jù)分析所得的結(jié)果。 在智能變電站中所有數(shù)據(jù)的傳輸都通過光纖網(wǎng)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)化裝置。 智能變電站一體化信息平臺(tái)主要由各個(gè)智能終端、測(cè)控裝置、同步時(shí)鐘源、一體化信息主機(jī)以及站內(nèi)交換機(jī)等部分組成，如圖 所示。 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 17 圖 一體化平臺(tái)結(jié)構(gòu) 智能化 隨著基于光學(xué)或電子學(xué)原理的電子式互感器和智能斷路器的使用，常規(guī)模擬信號(hào)和控制電纜將逐步被數(shù)字信號(hào)和光纖代替，測(cè)控保護(hù)裝置的輸入輸出均為數(shù)字通信信號(hào)，變電站通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步向現(xiàn)場(chǎng)延伸，現(xiàn)場(chǎng)的采樣數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)信息能在全站甚至廣域范圍內(nèi)共享。其目標(biāo)為可靠、經(jīng)濟(jì)、兼容性強(qiáng)，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、分析決策在線化等技術(shù)特征。一次設(shè)備的智能化首先是保證數(shù)字化，包括輸入信號(hào)的電壓互感器和電流互感器，實(shí)現(xiàn)就地的信號(hào)數(shù)字化，減少模擬量傳輸 。 根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》、《變電站智能化改造技術(shù)規(guī) 范》對(duì)原有 220kV 傳統(tǒng)變電站進(jìn)行智能化改造。將過程層與間隔層進(jìn)行分層設(shè)計(jì)。測(cè)量、控制、保護(hù)、故障錄波功能還是安裝在控制室單獨(dú)組屏。改造后的智能變電站設(shè)計(jì)方案如圖 所示。 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 19 5 結(jié) 論 隨著能源問題和環(huán)境問題的日益突出，電力系統(tǒng)應(yīng)該給用戶提供更加環(huán)保，更加智能的清潔能源，智能電網(wǎng)的建立有利于幫助人們實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，有利于提電網(wǎng)的靈活性和兼容性，有利于抵御日益頻繁的自然災(zāi)害和外界干擾，降低運(yùn)營(yíng)成本，促進(jìn)節(jié)能減排。 本文從智能變電站與數(shù)字化 變電站區(qū)別 入手，討論了 智能變電站的概念及兩者的不同并對(duì) 智能變電站技術(shù)現(xiàn)狀 以及 智能變電站的特征和結(jié)構(gòu) 進(jìn)行了探討，詳細(xì)的討論了 智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、一體化、智能化四個(gè)部分的關(guān)鍵技術(shù)的內(nèi)容，最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)與展望，但由于智能變電站建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，未來高級(jí)應(yīng)用技術(shù)也會(huì)隨著智能變電站相關(guān)技術(shù)和裝備的開發(fā)而發(fā)展。但由于筆者水平有限，許多有關(guān)智能變電站的問題在文章不能一一探討，論文還有許多缺點(diǎn)與不足，歡迎批評(píng)指正。 （二）專業(yè)匯總材料 （ 1）按專業(yè)匯總的畢業(yè)論文任務(wù)安排情況表 （ 2）學(xué)院有關(guān)畢業(yè)論文的補(bǔ)充規(guī)定 （ 3）畢業(yè)論文組織安排（包括答辯 委員會(huì)的組成名單及學(xué)生分組名單、答辯的時(shí)間安排表等） （ 4）本專業(yè)