智能变电站原理分析及发展前景预测

卢卓群，陈祝新，王 涛

（国网朝阳供电公司，辽宁 朝阳 122000）

智能变电站原理分析及发展前景预测

卢卓群，陈祝新，王 涛

（国网朝阳供电公司，辽宁 朝阳 122000）

主要介绍了智能变电站的研究背景、发展方向、与常规变电站的区别以及智能变电站与智能电网的关系。根据目前智能变电站建设情况，分析新一代智能变电站的研究与建设必要性，对未来智能变电站的发展趋势进行了预测。

智能电网；智能变电站；智能设备；新能源

国家电网公司一直高度关注国际电网技术发展方向，对世界电网智能化发展趋势高度关注和连续跟踪。而智能变电站是智能电网的关键，是建设坚强智能电网的核心平台之一。智能变电站作为统一坚强智能电网的重要基础和节点支撑，是必不可少的建设内容。

2009年7月，国家电网公司开始启动智能变电站2批试点工程。2011年全面推广建设智能变电站。但智能变电站技术仍有较大的优化提升空间。目前，智能变电站、数字化变电站对于IEC61850与61970标准的综合协调问题解决不充分，智能化的实施主要局限在自动化系统本身，对于计量部分没有充分考虑。变电站没有形成更多的智能应用，缺乏检验、试验评估体系，生产上主要依赖设备生产厂家，总体上处于试验阶段［1］。

2012年初，国家电网公司启动新一代智能变电站的研究工作，在公司科技部的统一安排下，历时8个月，提出了新一代智能变电站概念设计方案［2］。方案以“系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调空一体”为目标，以功能需求为导向，远近结合，既有创新，又具有可操作性。从被动的选择已有产品转为主动引导设备研制，构建了以集成化智能设备、一体化业务系统及站内统一信息流为特征的新一代智能变电站［3］。

1 智能变电站研究背景

伴随全球能源、资源日益紧张，化石能源日渐枯竭，雾霾等重度污染天气越来越多，采用一种新的模式，将互联网技术和可再生能源结合起来。智能电网、新能源、大型能源基地以及分布式电源的出现，构建了能源互联网，而智能变电站则为智能电网的建设提供了有力支撑。

2 未来变电站发展方向

a.灵活可控、友好互动。新的清洁能源的出现，越来越多的电动汽车以及分布式电源等多元化用户将大量接入，电力流和信息流也将由传统的单向流动模式向双向互动模式转变。

b.更加安全可靠。随着电能在终端能源消费中的比例日益提高，对电网依赖程度大大增加。大电网运行与控制的复杂程度高，发生连锁性事故和大面积停电的风险日益加大［4］。

未来变电站在现有智能变电站基础上，进一步梳理、整合、挖掘、提升功能性需求。实现智能变电站设计、建设、运维的理念、技术、设备、管理等全方位的重大突破与创新，实现高度集成、融合的变电站全新建设与管理模式。

3 智能变电站设备功能要求

3.1 一次设备

智能变电站要求高可靠性、尽可能免维护的一次设备，电子互感器必须集成到一次设备。

3.2 智能组件基本功能要求

智能变电站要求智能组件必须测量数字化、控制网络化、状态可视化，可集成计量、保护功能；就地安置在宿主设备旁边；支持在线调试［6］。

3.3 测量单元

二是逆周期监管中通过确定最低资本充足率水平来缓释顺周期性。资本充足率是指一个金融机构在运营过程中的资本总额对其风险加权资产的比率，是保证金融机构在市场中正常运营和发展所必需的资本比率。在经济运行过程中，各国金融监管部门都会根据经济形势的变化运用自由裁量权来确定金融机构资本充足率的管制，以缓释监管中带来的顺周期性。在经济下行时监管部门会降低金融机构的最低资本充足率,在经济上行时监管机构会提高资本充足率。最低资本充足率的确定，直接影响着金融运行中的安全与周期性问题。

智能变电站要求测量单元统一断面实时数据同步采集，带精确的绝对时标基于三态数据（稳态、暂态、动态）的综合测控，进行全站数据的统一采集及标准方式输出。

3.4 控制单元

智能变电站要求控制单元具有全站防止电气误操作闭锁功能，具有本间隔程序化操作功能。

3.5 保护单元

智能变电站要求保护单元遵守继电保护基本原则，双重化配置的双套保护，其信息输入输出环节应完全独立，采用电子式互感器时，应优化保护原理判据，提高性能［7］。

3.6 监测单元

智能变电站要求监测单元扩展自诊断范围，提高准确性和时效性，具有通过传感器自动采集和从生产管理系统自动复制获取设备状态信息的能力。传感器可外置、内置，传感器的接入应不影响高压设备的安全运行。

3.7 计量单元

智能变电站要求计量单元必须准确、完整、可靠、及时、保密，另外分时段、需量电能量自动采集、处理、传输、存储，针对不同计量单元特点制定各方认可的检定和溯源规程。

3.8 通信单元

智能变电站要求通信单元具有完全自描述的通信信息与模型，报文丢包及数据完整性甄别功能，能够按照优先级传送网络数据，流量可控，并采用信息安全技术。

4 智能变电站系统功能要求

4.1 系统功能

智能变电站的系统功能应高度集成一体化，数据源应统一、标准化、网络共享，智能设备之间应实现进一步的互联互通，支持采用系统级的运行控制策略［8］。

4.2 源端维护

智能变电站源端维护时，要求在变电站利用统一配置工具进行配置，生成标准配置文件。监控系统与调度、集控系统可自动获得变电站标准配置文件，并自动导入到自身系统数据库中。

4.3 设备状态可视化要求

应采集主要一次设备（变压器、断路器等）状态信息，进行可视化展示并发送到上级系统，为电网实现基于状态监测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据支撑。智能告警及分析决策，故障信息综合分析决策。支撑经济运行与优化控制、站域控制，利用对站内信息的集中处理、判断，实现站内安全自动控制装置（如备自投、母线分合运行）的协调工作，适应系统运行方式的需要。与外部系统信息交互，具有与大用户、电源等外部系统进行信息交换的功能，能转发相关设备在线运行状况等相关信息［9］。

4.4 设备状态监测

监测范围：主变、220 kV及以上电压等级GIS、避雷器及断路器。

监测参量：主变压器及高压并联电抗器——油中溶解气体分析、温度；GIS—SF6气体密度、微水；避雷器——泄漏电流、动作次数。

主变压器、220 kV及以上GIS、220 kV断路器局部放电，应通过技术经济比较后确定。对监测范围及参量应结合技术的成熟度与经济性、不同电压等级设备的重要性以及实际需求选择。

5 智能变电站其它要求

a.辅助设施。智能变电站辅助设施应包含配置视频监控、安防系统；照明系统提倡太阳能、地热、风能等清洁能源供电；站用电源（直流、交流、逆变、UPS）一体化考虑、一体化设计、一体化监控；温度、湿度等环境因素都尽可能监控。

b.变电站设计的优化、节约、高效和环保。

c.调试与验收的设备调试工具和手段。

d.运行维护的智能化、安全性。

e.监测评估的智能化测试和评估。

6 辽宁地区智能变电站发展情况

2012年国家电网公司提出开展新一代智能变电站研究和建设工作，先后完成了变电站技术发展路线、顶层设计方案，新一代智能变电站近期概念设计方案。“十二五”期间，辽宁电网预计投入670亿元，全面打造坚强智能电网［10］。未来5年，辽宁电网不仅骨架“坚强有力”，也将大步迈向智能化。届时，辽宁电网将会集信息化、自动化、互动化于一体，全省人民都将享受到坚强智能电网带来的优越生活体验。

在保证电网运行安全可靠的前提下，未来5年，辽宁将建成智能用电体系，在沈阳、大连等城市新建100个智能小区，全省范围内新建177座智能化变电站，用电信息采集覆盖率达到100%。220 kV马山智能变电站和220 kV何家智能变电站也于2012年顺利投入运行，3年来稳定运行，经历多次故障考验，均正确动作。

7 结束语

智能变电站与常规变电站相比，实现了设备状态可视化，通过智能告警、智能防误等智能化高级应用，减少了检修停电和故障停电时间，主要设备的使用周期得以延长，同时占地面积减少，技术优势明显［11］。今后随着智能化技术的进步、智能设备的大规模生产应用以及智能设备集中采购带来的规模效应，智能变电站的投资将不断下降，智能变电站的投资将和常规变电站的投资基本持平，具有较好的经济性和推广前景。

［1］高 涛，邓 玲.智能电网及其国内外发展概述［J］.东北电力技术，2012，33（2）：5－10.

［2］刘 娇，刘斯佳，王 刚.智能变电站建设方案的研究［J］.华东电力，2010，38（7）：974－977.

［3］宋璇坤，李敬如，肖智宏，等.新一代智能变电站整体设计方案［J］.电力建设，2012，33（11）：1－6.

［4］王学超，李文鹏.智能变电站二次系统集成测试工作浅析［J］.东北电力技术，2014，35（10）：33－36.

［5］代红才，李琼慧，汪晓露.新能源与智能电网协调发展评价指标体系研究［J］.能源技术经济，2011，23（5）：18－23.

［6］常 康，薛 峰，杨卫东.中国智能电网基本特征及其技术进展评述［J］.电力系统自动化，2009，33（17）：10－15.

［7］邵宝珠，王优胤，宋 丹.智能电网对继电保护发展的影响［J］.东北电力技术，2010，31（2）：11－13.

［8］李孟超，王允平，李献伟，等.智能变电站及技术特点分析［J］.电力系统保护与控制，2010，38（18）：59－62，79.

［9］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，2011，39（5）：63－68.

［10］鲁 刚，魏 玢，马 莉.智能电网建设与电力市场发展［J］.电力系统自动化，2010，34（9）：1－6，22.

［11］陈文升，钱唯克，楼晓东.智能变电站实现方式研究及展望［J］.华东电力，2010，38（10）：1 570－1 573.

Development Prospect Forecast and Principle Analysis of Intelligent Substation

LU Zhuo⁃qun，CHEN Zhu⁃xin，WANG Tao
（State Grid Chaoyang Power Electric Supply Company，Chaoyang，Liaoning 122000，China）

This paper mainly introduces the research background，development direction，the difference and the relationship between smart grid.According to the intelligent substation construction situation，a new generation of intelligent substation research and con⁃struction necessity is analyzed.The paper forecasts the future development trend of intelligent substation.

Smart grid；Intelligent substation；Intelligent devices；New energy

TM63；TM76

A

1004－7913（2016）03－0013－03

卢卓群（1986—），男，学士，助理工程师，从事继电保护、智能变电站关键技术研究。

2015－11－26）