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1、智能变电站自动化系统1 智能变电站简介智能变电站作为智能电网的物理基础，同时作为高级调度中心的信息采集和命令执行单元，是智能电网的重要组成部分。作为智能电网当中的一个重要节点，智能变电站以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现站内外信息共享和互操作，并以网络数据为基础，实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。智能变电站既是下一代变电站的发展方向，又是建设智能电网的物理基础和要求。为了实现智能化电网的目标，智能变电站的研究和建设具有重要的意义。1.1 智能变电站的特点及功能随着智能电网的提出和建立，变电站将由数字化演变为智能化，更
2、突出“智能”的特点。智能化变电站在数字化变电站的基础之上，赋予了以下十二个“智能特征”或“智能化功能”。1.1.1 一次设备智能化与数字化变电站描述的一次设备智能化相比，智能变电站加大了一次设备信息化，可监测更多自身状态信息，也可通过网络获知系统及其他设备的运行状态等信息。自动化程度更高，具有比常规自动化设备更多、更复杂的自动化功能。具备互动化能力，与上级监控设备、系统及相关设备、调度及用户等及时交换信息，分布协同操作。1.1.2 信息建模统一化除了基于IEC61850标准的建模外，智能变电站能实时监测辖区电网的运行状态，自动辨识设备和网络模型，从而为控制中心提供决策依据。1.1.3 数据采集
3、全景化智能变电站利用对时系统，同步区域和站内时钟，完善和标准化站内设备的静态和动态信息模型，向智能电网提供统一断面的全景数据。采用新型传感技术、同步测量技术、状态检测技术等逐步提高数字化程度，逐步实现潮流数据的精确时标，实时信息共享、支撑电网实时控制和智能调节，支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用。1.1.4 设备检修状态化全面采集能够反映系统主设备运行的电脉冲、气体生成物、局部过热等各种特征量。智能变电站配置用于监测系统主设备的传感器，或者由智能一次设备直接提供其功能。利用DL/T860提供的建模方法，建立设备状态检修的信息模型，构建具备较为可靠实用的状态监测预警算法和机制、支撑状态检修
4、实践的专家系统。1.1.5 控制操作自动化程序化操作。智能变电站具备程序化操作功能，除站内的一键触发，还可接收和执行监控中心、调度中心和当地后台系统发出的操作指令，自动完成相关运行方式变化要求的设备操作。程序化操作具备直观的图形界面，在站层和远端均可实现可视化的闭环控制和安全校验，且能适应不同的主接线和不同的运行方式，满足无人值班及区域监控中心站管理模式的要求。1.1.6 事故处理智能化1）智能告警及分析决策。对全站告警信息进行综合分类，实现全站信息的分类告警功能（ 2）智能告警策略。包含信号的过滤及报警显示方案、告警信号的逻辑关联、推理技术和事故及异常处理方案。预告信号以故障常态为信号触发状
5、态，瞬时中间信号做过滤处理。正常操作引起的预告信号做过滤处理。（ 3）故障分析与辅助决策。（ 4）电能质量评估与决策。基于变电站电能质量监测系统，实现电能质量分析与决策的功能，为电能质量的评估和治理提供依据与决策。1.1.7 保护控制协同化（ 1）站域保护在变电站内基本的控制与保护手段保留的前提下，建设站域保护，其要求是：保证继电保护的四性原则、主/后备原则、近/远后备原则。站域保护宜全方位地综合利用全站信息来提高保护性能，且适应变电站的各种运行方式和变电站分阶段建设的模式。站域保护实现全站的快速且有选择性的后备保护。既可以综合利用变电站内各侧的电压和/或电流关系对各侧的故障进行定位以实现全站
6、的快速后备保护，也可以在原有后备保护的基础上根据与之配合的主保护或者后备保护的动作情况来缩短该后备保护的延时。（ 2）电网运行状态自适应智能变电站应具有与相关变电站之间实时传送继电保护、备用电源自动投入装置等信息，实现智能电网的协调运行。根据站内收集和站间交换的信息以及调度中心的指令，识别并自适应电网的运行状态。在电网正常运行状态下，综合利用FACTS、变压器调压、无功补偿设备投切等手段，控制和优化潮流分配，提高输送能力和运行效率。在电网紧急运行状态下，与相邻变电站和调度中心协调配合，动态改变继电保护和稳定控制的策略和参数，适应电网拓扑和潮流分布的改变，扩展运行边界，提高实际可用稳定裕度，保障
7、电网稳定运行。1.1.8 变电站运行管理安全经济化（ 1）具有站内状态估计功能。宜具有辨识变电站内拓扑错误（数字量）和坏数据（模拟量）的功能，将拓扑错误和坏数据解决在变电站内，获得高可靠的拓扑结构、高精度的母线复电压和支路复电流熟数据，保证基础数据的正确性及满足智能电网快速状态估计的要求。（ 2）经济运行与优化控制。在站内配置无功电压控制设备，配合自动电压控制系统，利用智能变电站先进的通信手段采集多方数据，监视电网的无功状态，运用先进的数学模型、信息模型，从基于电网的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制。实现降低网损、提高电压合格率、改善电能质量，达到系统安全经济运行和优化控制的目的。
8、（ 3）安全状态评估/预警/控制。智能变电站为不同调度层面在线安全稳定防御系统提供信息交互接口，为在线安全状态评估系统提供实时可靠的信息，以便其进行实时在线评估、预警和控制，实现智能电网预防控制和紧急控制的协调。（ 4）资产（设备）全寿命周期管理。智能变电站支持设备信息和运行维护策略与调度中心实现全面互动，实现基于状态的全寿命周期管理。通过建立精益化的评估体系，从资产全寿命周期的安全、效能和成本角度，逐步建立全寿命周期综合优化管理体系，提供综合最优的资产投资、运行维护和资产处置方案，提高变电站运行的安全性，为规划、生产、管理等一系列工作提供智能辅助决策支持。（ 5）在数据源头维护，实现数据的唯
9、一性及维护的方便性。1.1.9 大规模可再生能源接入即插即用化智能变电站支持电源与调度中心全面互动，实现电源与电网的高度协调。1.1.10 用户管理互动化智能变电站具有向大用户实时传送电价、电量、电能质量及电网负荷信息的功能，支持电力交易的有效开展，实现资源的优化配置；激励电力市场主体参与电网安全管理，从而实现智能电网各环节的协调运行。1.1.11 防灾减灾安全化智能变电站配置灾害防范、安全防范子系统，留有与“电网防灾减灾与应急指挥信息系统”的通信接口，为各种自然灾害和突发事件的监测、预测、预警提供有效信息和判据，为指挥相关部门的应急联动提供决策依据。1.1.12 通信网路安全化在数字化变电站
10、工程实践中，站内实现通信网络安全措施。而在智能化变电站中，能够实现站内、站间的通信网络安全措施管理。1.2智能变电站的系统结构按IEC61850标准将智能变电站系统从功能上划分为变电站层、间隔层和过程层三部分组成，并通过分层、分布、开放式网络系统实现连接（如图1所示）。通讯R维41畀嚣拽猴步在Ji心孑湍晌了我盯工点基.居爵。北会般帘点一门1耳3型%亳字优变电拈系统睛构图1智能变电站二层两网结构(1)过程层该层直接和一次设备的传感器信号、状态信号接口和执行器相接，该层设备可以和一次设备一起实现就地现场安装，通过合并单元MU和智能单元实现电力一次设备工作状态和设备属性的数字化，过程层设备通过过程层
11、总线和间隔层设备相连，并通过GPS授时信号产生系统同步时钟信号。(2)间隔层间隔层设备主要实现保护和监控功能，并实现相关的控制闭锁和间隔级信息的人机交互功能，问隔层设备可以通过间隔层总线实现设备间相互对话机制，问隔层设备可以集中组屏或就地下放。(3)变电站层变电站层设备包括变电站就地操作后台系统、外部数据交互接口(控制中心数据转发、保护信息管理系统数据接口、设备管理系统)和通用功能服务等。通用功能服务模块通过间隔层设备传送来的信息实现变电站级跨间隔的控制服务，如变电站防误闭锁功能、电压无功控制，也可接收来自控制中心的命令实现区域系统防误操作、区域安全稳定控制和区域电压无功优化控制等功能。1.3
12、智能变电站通信网络在逻辑层次上，智能变电站通过过程层网络和变电站层网络连接过程层、间隔层和变电站层设备。( 1)变电站层网络功能和结构与传统变电站的监控网络基本类似，依靠MMS/GOOSE进行通信，实现全站信息的汇总及防误闭锁等功能。( 2)过程层网络过程层网络分为SMV采样值网络和GOOSE网络。前者的主要功能是实现电流、电压交流量的上传；后者的主要功能是实现开关量的上传及分合闸控制量的下行。过程层通信网络上的数据流按照功能的不同可划分为：合并单元(mergingunit,MU)向智能电子设备(intelligentelectronicdevice,IED)周期性发送的采样值(sampled
13、values,SAV)报文；智能开关柜(intelligentswitchgear,ISG)向IED周期性发送的面向通用对象的变电站事件(genericobjectorientedsubstationevent,GOOSE)报文，即开关量输入报文；IED向ISG发送的GOOSE报文，即开关量输出报文，包括开关分合、设备投退、分接头调整、档位切换等；简单网络时间协议(simplenetworktimeprotocol,SNTP)或IEEE1588时间同步报文。1.4智能变电站面临问题智能变电站实现以上功能在技术上还有赖于以下关键问题的解决。1.4.1 动态数据处理动态数据处理系统是变电站的运行神
14、经枢纽。数字化带来了丰富的数据源，为监控变电站的运行工况，保证系统安全运行和快速处理故障提供了更多的依据。因此，如何对变电站数据进行实时有效动态处理，关系到监控管理系统的智能化决策机制，是保证电网安全稳定运行重要依据。1.4.2 高精度时钟同步技术为了保证信息数据的完整性和实时性、可靠性，实现各个采集控制单元的同步采样，实时输出同步的相量数据，传统变电站的对时模式及原理已经不适应和不能满足智能变电站对时钟精度的要求。基于IEEE1588对时系统的开发迫在眉睫。1.4.3 智能化一次设备的研究智能化一次设备是智能变电站的重要组成部分，开发满足智能变电站的一次设备是实现智能变电站的关键所在。国内研
15、究智能化一次设备的厂家起步较晚，基础薄弱。国内大部分电力设备供应商还不具备提供智能化一次设备的技术和能力，产业链的构造还需要一定的周期，给智能化一次设备的发展带来了桎梏。1.4.4 实时网络通信技术智能变电站大量采用以太网网络通信技术。如何减少数据碰撞，提高数据传输的实时性、可靠性、安全性等是需要进一步研究的内容。2智能变电站应用实例河滨220kV智能变电站2.1 河滨220kV智能变电站的网络结构及功能特点河滨220kV变电站严格按照国网规范要求，全站应用IEC61850标准，采用“三层两网”结构设计。变电站自动化系统在功能上划分为站控层、间隔层和过程层3个层次。通过“两网”，即运用制造报文规范(ManufacturingMessageSpecification,MMS)技术组网，并应用于站控层和间隔层间通信的MMS网；运用通用面向变电站事件对象(GenericObjectOrientedSubstationEvents,GOOSE)技术组网，并应用于过程层和间隔层间通信的GOOSE网，把3个逻辑层次联系起来，如图2所示。本文以河滨2
