智能化变电站高级应用功能研究

        智能电网是当今世界电力乃至能源产业发展变革的最新动向，[1] 代表着未来发展的方向和社会的进步，智能化变电站是智能电网的重要基础和支撑。智能化变电站是采用先进、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，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。[2] 智能化变电站的高级应用功能是智能化变电站区别于以往数字化变电站的重要特征之一，对于建设坚强的智能电网具有重要意义。 

　　一、智能化变电站技术现状 
　　智能化变电站的体系架构遵循IEC 61850 标准，采用“三层两网”的结构。全站的智能设备在功能逻辑上分为站控层、间隔层和过程层，三层设备之间通过站控层网络和间隔层网络进行通信。 

　　1. 过程层 
　　过程层设备主要包括智能一次设备和电子式互感器。智能一次设备是智能化变电站的显著标志之一，它由高压设备本体和智能组件两部分构成，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等特征。[3] 智能组件由若干智能电子设备（IED）组成，承担一次设备的测量、控制和在线监测等功能，随着技术的发展还可进一步集成保护、计量等功能。目前，国内各主要的一次设备生产厂家都在进行智能化高压设备的研发，尚无投入现场运行的产品。在线监测技术还不够成熟，短期内不能达到状态检修的要求。 
　　电子式互感器从原理上可分为光学原理和非光学原理。光学原理的电子式互感器按光学介质可分为磁光玻璃型和全光纤型，非光学原理的电子式互感器主要指采用罗氏线圈和低功率线圈的电子式互感器。目前电流互感器测量精度可达到0.2S 级，保护精度可达到5TPE 级。非光学电子式互感器技术上比较成熟，工程应用较多；光纤式电流互感器已经在越来越多的工程中投入使用，磁光玻璃型电流互感器也在一些变电站挂网运行。这几种不同原理的电子式互感器各有优缺点，其性能有待在现场运行中进一步考查。 

　　2. 间隔层
　　间隔层设备主要包括测控、保护、录波、计量、PMU 等设备。近年来，间隔层设备有逐渐融合的趋势。集测控、录波和PMU功能于一体的三态测控装置已研制成功，可同时进行稳态、暂态和动态信息的采集。测控保护一体化装置已经用于220kV 电压等级，厂家具备提供500kV 产品的能力。 
　　对于跨间隔的母线保护和变压器保护，目前均有采用分布式方式实现的产品。分布式保护采用主、子单元模式，子单元采用点对点模式接入多个间隔智能终端完成跳闸，同时点对点接收多个间隔的合并单元采样值数据，主单元完成逻辑判断和动作执行功能，与子单元采用光纤点对点直连。 

　　3. 站控层
　　站控层设备主要有监控主机、高级应用服务器、操作员站、远动工作站和对时设备等。与数字化变电站相比，智能化变电站的站控层增加了高级应用服务器，可以完成多种高级应用功能。变电站的主时钟双重化配置，支持北斗系统和GPS 系统单向标准授时信号，优先采用北斗系统。时钟同步精度和守时精度满足站内所有设备的对时精度要求。也可采用卫星时钟（优先采用北斗）与地面时钟互备方式获取精确时间。 

　　4. 组网方式
　　智能化变电站站控层网络结构与数字化变电站相同，全站统一设置站控层网络（MMS 网），采用双星形网络结构，双网双工热备用方式运行。全站的站控层设备以及间隔层设备，均通过100M 双网口接入站控层双星形MMS 网络。 

　　5. 对时方式
　　目前主要的对时方式有SNTP、IRIG-B 和IEEE1588等。SNTP 对时采用以太网传输方式，实现简单，精度能达到毫秒级，站控层对时均采用该方式。IRIG-B 对时是十分成熟的技术，在数字化变电站的过程层网络中已经取得了广泛的应用。IEEE1588 网络对时技术的对时精度可达到亚微秒级，且可利用过程层网络而不用铺设专用的对时网络，在国内某些变电站已经获得了使用。IEEE1588 网络对时技术需要继电保护、测控、合并单元等装置提供硬件支持，目前产品的稳定性还不是很好，而且支持该网络对时功能的交换机价格比较昂贵。 

　　二、智能化变电站的高级应用功能 
　　智能化变电站的高级应用功能是智能化变电站区别于数字化变电站的重要特征之一。智能化变电站只有具备了高级应用功能，才会成为智能电网中的坚强节点。目前各自动化设备制造商对于高级应用功能的研发处于起步阶段，尚无产品用于实际工程。今后一两年内用于工程中的产品会实现部分相对简单的高级应用功能。本节对智能化变电站应该具备的各种高级应用功能加以讨论，内容不包括目前在数字化变电站中已经采用的相对比较成熟的技术，如：顺序控制、一体化五防、站内自动电压无功控制（AVQC）等。 

　　三、结语 
　　智能电网代表着电力工业的发展方向和社会的进步，智能化变电站是智能电网的重要环节。本文对智能化变电站的建设进展和技术现状进行了总结，并探讨了智能化变电站应具备的高级应用功能。智能化变电站高级应用功能的完善需要较长时间，将随着智能化变电站技术的发展和智能电网建设的推进而逐步走向成熟。