智能变电站关键技术的应用

文章描述了智能变电站的组成结构及主要特点，对一些关键技术进行了深入的研究[1]。

1 智能变电站的定义与特点

智能变电站，意思是在没有人的特殊情况下，使其像有人在调节控制一样，并且可以在运行的过程中，以实现节能，提高效率。智能变电站由相应的智能设备组成，这些设备且具有先进、集成、低碳、可靠、环保等特点。可根据需要而具有很多高级功能：承担电网的自动控制功能，智能告警功能，智能调节功能，顺序控制功能，互动协调功能等等。一次设备的智能化和二次设备的网络化是其核心内容。智能变电站具有保证电网的安全性和稳定性，为未来的智能电网完成自愈功能。智能变电站技术具有三个特点：（1）控制端的引入[3]；（2）设备集成化和光钎技术的应用；（3）局部和全局智能控制的实现。智能变电站具有高可靠性、强交互性、高集成度、易升级改造的特点，还可以适应智能电网的信息化和自动化以及互动化的技术特征[2]。

2 智能变电站关键技术

2.1 硬件的集成技术

硬件技术就是将由原来软件可以实现的功能，现在转化为由硬件来实现的功能。即将固定数据处理过程，在智能设备的内部进行固化。由于硬件描述语言的大量出现，使得硬件系统设计具有：（1）模型化；（2）集成化；（3）自动化这三种特点[4]。

这些特点让硬件设计，实现了针对具体功能的模块化设计，而这种硬件集成技术：（1）保证了数据逻辑处理的实时性，数据逻辑处理的准确性，数据逻辑处理的可靠性；（2）有效的解决了信息数据传输过程中，所出现的各种问题，从而提高了智能设备的集成度[5]。

2.2 智能合并单元应用

在间隔层和过程层之间，合并单元需要交换采样值，合并单元的作用是将互感器与变电站自动化相互连接起来，以便为二次设备及系统提供时间同步的电压和电流信号。目前大部分智能变电站均采用“直采直跳”的方式。在合并单元与二次设备之间大部分都是通过光纤连接，按照IEC61850-9-1/2或IEC60044-8规范通信。合并单元为互感器提供电源，并实时监视应激光器及取能回路。实时反映输出采样数据的品质标志的自检状态[6]。

2.3 智能终端应用

智能终端是一种智能组件，主要插件包括CPU插件、智能开出插件、模拟量采集插件、智能跳合闸插件、智能开入插件、智能操作回路插件等。它通过电缆与一次设备连接，而一次设备比如断路器、主变压器等，以实现对其的测量和控制功能；它通过光纤与二次设备（如保护、测控等）连接[8]。

2.4 电子互感器应用

电子式互感器体积小、绝缘结构简单、造价低，且消除了铁磁谐振、磁饱和等问题，暂态响应范围较大，并运用高低压电磁隔离的方式，从而有利于实现变电站数字化、智能化和光纤化。电子式互感器由两部分构成：传感器模块和合并单元。传感器模块置于远端，主要负责采集前端所测量、保护、取能等线圈测得的采样数据，并将处理后的数据结果传送给合并单元。合并单元通过激光电源的方式，为高压侧远端传感器提供电源。合并单元具有三方面的功能作用：（1）采集多路传感器模块的光信号；（2）为远端模块通过激光形式提供工作电源；（3）接收站级或继电保护装置的同步指令，从而实现与传感器模块间的采样实时同步[7]。如图1所示。

电子式互感器在智能变电站的应用。智能变电站过程层的功率、电压、电流等互感器负责将采集的数据传输至间隔层，并进行相应的处理。间隔层又将采样数据进行处理分析，运用算法进行继电器保护控制，并根据远方控制中心的调度指令实现指令所要求的功能，并将远方控制中心发出的请求指令送至过程层的执行单元，三者之间交互通信采用通信电缆或光纤[11]。如图2所示。

2.5 软件的构件技术

软件系统：实现传统的测控等功能，可以将相量测量单元等功能进行集成，以实现更高级的功能。也可以实现系统的自动重构功能。软件构件，具体指具有协调工作的程序体。软件系统。实现构件技术的重要手段，就是使用软件复用技术。构件技术所面临的关键技术：（1）如何组装成系统；（2）如何提取可复用构件；（3）如何实现互操作[9]。

2.6 共网传输技术

智能变电站自动化系统基于IEC61850标准，构建基础为“三层二网”。共网传输结构如图3所示。

2.7 标准的融合

只有进行标准融合，才可以实现与智能电网的无缝通信连接。标准融合技术的基础包括三点：（1）信息模型的标准化；（2）信息模型的规范化；（3）信息模型的体系化[10]。标准的融合流程具体概括三大步：第一步，构建开放的通信构架，以便进行通信；第二步，对模型进行相应的细化与扩充，并对其进行标准化；到最后一步就是技术标准的统一，以实现无缝对接。实现信息标准化流程图如图4所示。

3 智能变电站新技术的应用问题

3.1 电子互感器问题

由上文可知，合并单元通过激光形式为电子式互感器提供工作电源，但由于互感器以及激光器长期在室外恶劣的环境下工作，其寿命将受到温度、震动等因素的影响，甚至直接影响其精度和稳定性。而且它采用光电效应原理，光电效应的载体是晶体，而晶体自身内部极易发生爽折射现象。小功率远端模块（35kV及以下），输出电压范围在75mV～225mV之间，此采样电压信号作为输入信号，即保护和控制的输入信号。由于信号电压偏低，弱电压信号本身又容易迭加干扰，再加上传输的信号线屏蔽层接触不好，极易产生误动。这种弱电压采样信号传输距离也有一定的局限性。

3.2 网络通信相互干扰问题

智能变电站完全依赖网络，其网络上存在大量的单播，大量的广播和大量的组播等报文，除去MMS（制造报文系统），SV（采样值）和GOOSE（报文通讯）。由于站控层后台的监控系统，远端装置数据库，其间的修改同步；双机切换的数据同步，这些同步将会产生突变高网络通信负载。尤其是大量的不加限制的广播报文，会干扰正常通信，即控制，计量，保护装置的通信。所以对组播进行管理和过滤，以提高网络效率。

3.3 数字通信同步问题

时钟同步源在丢失及抖动引发的合并单元不同步的情况下，就可能会产生保护闭锁，这就是数字保护通信失步的最主要问题。同时，合并单元已发送的采样间隔抖动，常会引发差动保护的误动。远端模块的采样电压和电流互感器在以下几个问题的情况下，将会受到一定的影响。如各类电子互感器，各种智能操作箱，各种保护装置，各种合并单元会因为电路的转换和报文的处理而引发的延时问题。进而影响采样实时精度、校验和认证等。所以鉴于此，这些问题都有待解决。在研究智能变电站的时钟同步装置应用的同时，必须在开发出长时间高精度的守时功能的情况下，才会避免失去时钟同步信号期间而导致的保护闭锁问题。

4 结束语

文章着重阐述了智能变电站可应用的关键技术，并对出现的新问题进行了深入思考。目前，智能变电站的研究工作刚刚起步，硬件的集成技术以及软件的构件技术仅处于初步应用阶段，真正高效有序的集成信息平台尚未建成。因此，研究未来智能变电站的工作任务是非常繁重。智能变电站的建设是一个长期的过程，实践发现，实现此设备的相互融合，是未来的一个发展方向。随着环境问题的不断恶化，能源不断减少，电力系统应给所有人民提供环保、智能的能源。智能变电站既是这个发展方向，它的建立将有助于降低成本，节能减排，实现能源的可持续发展。

参考文献

[1]许伟国.110kV智能变电站自动化系统关键技术应用研究[J].供用电，2011，5（28）：40-45.

[2]孙鹏，卢军，陈理，等.智能变电站关键技术和设备的应用研究[J].湖北电力，2011，35（I）：90-94.

[3]李承武.智能变电站关键技术解析及其构建方式探究[J].动力与电气工程，2012，8：131-132.

[4]曹楠，李刚，王冬青.智能变电站关键技术及其构建方式的探讨[J].电力系统保护与控制，2011，5（39）：64-68.

[5]谭文恕.电力系统无缝通信系统体系[J].电网技术，2001，21（增刊）：1-4.

[6]丁书文.数字化变电站自动化系统的网络选型[J].继电器，2003，31（7）：37-40.

[7]徐立子.IEC61850对变电站自动化系统报文性能的要求[J].电网技术，2002，26（11）：l-3.

[8]陈建壮.电子式互感器及其在智能变电站的应用[J].科技创新导报，2008，26：92-93.

[9]董尔佳，勇明，周丹，等.电子互感器在数字化变电站应用分析[J].黑龙江电力，5（31）：341-348.

[10]姜铁奇，翁晓宇.基于电子互感器的数字化变电站的设计及特点[J].科技创新导报，2008，26：92-93.

[11]周斌，张何.基于电子式互感器的变电站智能设备采样值接口技术[J].江苏电机工程，2007，2（26）：37-39.

作者简介：王芳（1984-），女，汉，毕业于河南机电高等专科学校，电气自动化专业。

蒋成龙（1987-），男，汉，毕业于河南机电高等专科学校，电气自动化专业。

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