终端程序化式智能变电站的探讨

黄传水

摘 要：随着智能变电站二次设备的日趋成熟，将现有的保护装置、测控装置设备优化成终端程序（APP模式）是今后智能变电站发展趋势。重点针对终端程序化进行了分析，并对终端程序化智能变电站的应用前景进行了展望；同时介绍了智能变电站的定义及特点。

关键词：智能变电站；终端程序；保护；测控；系统功能

中图分类号：TM63 文献标识码：A

0.引言

随着社会经济的发展和世界科技进步，变电站自动化技术的发展主要有3个阶段：

（1）分立元件构成的自控装置阶段：该阶段又可经历电磁式、晶体管式、集成电路式3个阶段，时间上属于20世纪70年代以前。

（2）以微机处理器（MPU）为核心的智能自动装置阶段：1971年，世界上第一个微机处理器问世，MPU取代晶体管及集成电路组成的分立元件，测量准确度提高，可靠性提升，部分功能有所扩展，但仍维持原有的功能逻辑，通信与信息资源共享无法实现，导致变电站在实际上成为了自动化的孤岛。

（3）智能化时代：始于20世纪80年代中后期，在这基础上又进入了全数字化、智能化的时代。

（4）变电站综合自动化和变电站自动化阶段：变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系統、继电保护、运动装置以及自动化装置）在功能的优化组合以及重新设计下，使用现代化电子信息技术、计算机技术、信号处理技术以及通信技术与电力系统的有关理论和技术相结合，实现对全变电站的主要设备以及配、输电线路的测量、自动监视、自动控制、保护、调度通信等综合自动化功能性配置。

20世纪80年代和90年代中期，国内外都把具有上述功能的系统称作变电站综合自动化系统，以区别只有局部功能的自动化系统。1997年国际电网大会工作组在其报告中采用了“变电站自动化”和“变电站自动化系统”的名词，此后IEC61850标准采用“变电站自动化系统”（SAS）的名词，并给出了一个十分简明扼要、极具概况性的定义：SAS就是在变电站提供包括通信基础设施在内的自动化系统。

当前智能变电站的发展建设，是基于二次设备研发技术的高速发展，变电站集成理念逐渐深入人心，变电站建设理念逐渐趋向于减少占地面积、节约成本造价、提升供电效率的标点所发展理念。智能变电的节能环保、运行安全、调控灵活以及维护成本低的优势，是时代发展过程中的必然趋势。

本文对智能变电站的保护设备和监控系统设备的程序化设想进行讨论和分析，以期为智能变电站的建设发展提供参考依据。

1.智能变电站的优势

智能变电站是由具有可靠性、先进性、集成性、环保性、低碳性的设备科学组合所形成，智能变电站的基本要求为通信平台网络化、全站信息数字化、高压设备智能化、系统功能集成化、信息共享标准化、运作状态可视化以及设计结构紧密化等智能化技术特征，满足电网系统信息传输，通过灵活的信息传递共享，能够为变电所决策提供方便，进而提高整个电网运行可靠性及经济性的新一代变电站。在智能电网中高压设备智能化发挥着重要作用，这也是传统电网与智能电网的重要区分标志。

第一，智能变电站具有较高的可靠性，智能变电站的高度可靠性也是智能电网的要求之一。高度可靠性体现在变电站和站内设备可靠性较高，以及变电站本身具备自我诊断以及自我处理功能，对设备故障进行及早预防，及时预警，在设备故障时能第一时间做出相应处理，从而有效降低因设备故障带来的供电损失。

第二，智能变电站具有较强的交互性。智能电网需要通过智能变电站所提供的实时、准确、可靠、安全的信息，使智能电网运行、控制得以满足。智能变电站所采集的信息在实现站内共享的同时，也要与电网内部其他高级应用系统的关联对象进行实时互动，从而使各级电网运行具有安全性、稳定性以及经济适用性的基本特点。

第三，智能变电站具有高度集成化。智能变电站是将现代化网络技术、电力电子技术、现代通信技术、计算机技术、控制技术、传感测量技术等多种先进技术与原有的变电站技术相融合，在此基础上兼容虚拟电厂技术和微网技术，使变电站的数据采集模式加以简化，使统一的电网信息支撑平台得以形成，并为电网实时控制、在线分析以及智能调节等电网系统高级应用提供信息支持技术。

第四，智能变电站具有环保低碳的特点。智能变电站通过光纤接线代替了传统的电缆接线；并在变电站内的电子设备应用具有高度集成化和低功耗的电子元器件；同时使用电子式互感器取代传统的互感器，从而使变电站的资源消耗和建设成本能够有效降低，降低变电站内部所产生的噪音、辐射、电磁干扰以及电磁污染，使变电站内部的电磁环境能够有效净化，使变电站的性能得以优化，从而使其更符合现今环境保护以及可持续发展战略的基本要求。

2.智能变电站二次设备网络组成架构（以110kV变电站直采直跳方式为例）

智能变电站自动化系统的逻辑功能是由站控层、过程层以及间隔层的3层设备共同组成。站控层主要工作是监督、管理站内所有设备的运行状态，以及信息交互工作，其主要是由主机、操控员、通信装置、其他二次功能设备构成。间隔层是在站控层功能失效后依然能够实现独立完成就地监控，是由若干个二次子系统组成。过程层的主要工作是采集电气量、实时监控设备的运行情况并发送相应的控制执行命令等内容主要是有电子式互感器或常规互感器、合并单元、智能终端组成。在进行智能变电站自动化系统建设时需要保证所有设备IDE接口一致，并且在系统建设成功后需要通过第三方平台对整个智能变电站自动化系统进行检测。

从上面来看，现有智能变电站二次设备主要是从合并单元智能终端一体化装置或合并单元—测控装置、保护装置或自动化装置—间隔层网络或站控层网络。

目前该钟方式，设备上与以往的常规计算机监控系统变电站便没有优化设备，反而增加了不少二次设备，如合并单元智能终端一体化装置、光纤配线箱、直流单元等，逻辑上来说设备的网络组成已经达到了智能变要求，在同规模变电站的情况下过多的二次设备投入反而增加了建设成本和今后的维护成本。为此优化智能变电站二次设备是今后智能变发展和研究的方向。endprint

3.把测控装置、保护装置或自动化装置进化成终端程序设想

在当前各中应用程序（APP模式）的广泛应用和大数据统计日益成熟和稳定的情况下。把终端程序程序应用到智能变电站，能够将原有的二次设备，从合并单元智能终端一体化装置或合并单元—测控装置、保护装置或自动化装置—间隔层网络或站控层的物理网络结构优化成：合并单元智能终端一体化装置（加本间隔测控、保护程序终端）或合并单元—间隔层网络或站控层（加公共单元的保护、测控程序终端控制器）的物理网络结构。省去了现有的保护装置、测控装置、自动化装置、直流负荷，大量地节约了二次设备的投入、变电站的占地空间，运行维护更简洁，比现有的智能变电站更智能。

未来通过终端程序代替现有的保护、测控、自动化装置。大量的减少了二次设备、屏柜數量以及占用的空间都大幅降低，经济效益十分显著。

4.系统功能

（1）当前智能变电主要系统功能

（a）具备数据采集与处理功能；

（b） 实时数据库的建立，通过对间隔层或者过程层设备的实时数据信息进行存储和更新；

（c）具备顺序控制功能；

（d）使无人值班的相关功能要求得以满足；

（e）安装防误闭锁装置；

（f）具备报警处理功能，通过自动化系统的数据采集完成报警信息来源；

（g）具备事故追忆和顺序记录功能；

（h）具备生产画面以及显示画面的功能；

（i）具备在线制表以及在线计算功能；

（j）具备处理数字或者模拟电能量功能；

（k）具备远程通信功能；

（l）具备人机联络功能；

（m）具备系统自我诊断以及自我恢复功能；

（n）具有与其他智能设备连接端口；

（o）具备故障信息管理以及故障保护功能；

（p）具备状态可视化功能；

（q）具备事故信息综合分析和故障警告、决策功能；

（r）具备网络报文记录、分析功能；

（s）具备对配置管理基本信息数据模型和数据自动生成、记录功能；

（t）具备其他高级运行应用功能。

（2）未来的测控装置、自动化装置以及保护装置需要进化成为终端程序，使其可以安装在二次设备上更能有效、灵活、安全、稳定的增加各种所需的功能。

结语

本文从变电站自动化技术的发展史，智能变电站的技术特征入手，设想了智能变电从原有的二次设备从合并单元智能终端一体化装置或合并单元—测控装置、保护装置或自动化装置—间隔层网络或站控层网络结构优化成：合并单元智能终端一体化装置（加本间隔测控、保护程序终端）或合并单元—间隔层网络或站控层（加公共单元的保护、测控程序终端控制器）网络结构。未来智能变电站的技术方向依然朝着集约化、智能化以及程序化的方向发展，因此，对于未来智能变电站的研究任务依然是重点内容。

智能变电站作为智能电网的重要组成部分，在发展的过程中必须打破存在其中的专业壁垒，通过融合电力电子、计算机、通信、程序终端、控制技术等先进技术，使变电站资源优化配置的最终目标得以达成，从而使变电站的扩展、维护改造、维护、升级工作更加容易，从而实现智能变电站集约型、高度智能化的工业化发展需求得以满足。

参考文献

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[2]企业变电站建设与标准化运维管理手册[Z].

[3]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.endprint