变电站自动化系统的功能及其发展

王健

摘要 变电站是智能电网“电力流、信息流、业务流”汇聚的焦点，在电网中具有关键地位。变电站自动化系统技术对提高变电站的安全、稳定运行水平具有重要意义;尤其是在智能电网背景下，要实现对电网更加及时、准确地监视和柔性地控制，必须更加关注变电站自动化系统。本文介绍了目前变电站自动化系统具有的功能，并对其未来发展和研究方向提出了看法和建议。

【关键词】智能电网 智能变电站 自动化

1 引言

自20世纪80年代中期变电站自动化系统在我国投运以来，变电站自动化系统己广泛应用于变电站中。30年的运行实践表明，变电站自动化系统不仅提高了变电站自身的自动化水平，而且对电网调度的可控性和电网运行的安全性起到了巨大的推动作用。

目前，智能电网是电网未来发展趋势己成为国内外众多学者的共同认识。在智能电网背景下，发展智能化的变电站自动化系统是实现电能输送大容量低损耗、电网运行高稳定高可靠、电能损耗低损耗的技术保证。

基于此，本文介绍了变电站自动化系统的功能，并对建设智能电网背景下的变电站自动化系统需要进一步增加和开展研究的方向提出了一些看法和建议。

2 变电站自动化系統

IEC61850对变电站自动化系统的定义为：“变电站自动化系统是在变电站内提供通信基础设施在内的自动化”。从定义中可以看出，变电站自动化系统的功能是变电站必须完成全部自动化任务。本节结合我国变电站自动化系统的实际情况，介绍变电站自动化系统具备的功能。

一般来说，变电站自动化系统应具备的功能包括：

（1）监视功能;

（2）自动控制功能;

（3）继电保护功能;

（4）测量表计功能;

（5）系统功能（当地监控、调度端通信）。

在变电站自动化系统中有不同的子系统负责完成不同的功能，从而实现对变电站的监视和控制。

2.1 监视子系统

监视子系统，即监控与数据采集信息（SCADA， supervlsory control and dataacquisition），完成数据采集与监控的全部功能。SCADA系统的主要功能包括数据采集、数据分类和处理、安全监控、操作与控制四部分。此外，SCADA系统还具有人机联系、运行记录、同步对时等功能。

2.2 自动控制子系统

变电站自动化系统应具备保证设备安全运行和提高电能质量的自动控制子系统。典型且常用的自动控制子系统有电压、无功综合控制装置（VOC）、备用电源自投控制装置、低频低压减负荷控制装置、单相接地自动选线装置。

2.3 继电保护子系统

继电保护子系统是保证电力系统安全稳定运行、减少停电事故、减少事故损失的最直接有效手段，在电力系统中具有重要的作用。继电保护子系统的基本任务是：

（1）有选择性地将故障元件从电力系统中快速、自动地切除;

（2）反应电气设备的异常运行工况;

（3）根据实际情况，尽快自动恢复停电部分的供电。

2.4 电能量计量子系统

电能量包括有功电能和无功电能。电能量的采集和管理是电力系统自动化的重要组成部分。目前的电能量计量子系统采用独立的主站系统和专门的电能量远方终端，使用专用通道、专用通信规约进行电能量的采集、计算和统计考核。

2.5 系统功能

除了上述的几个功能，变电站自动化系统还应具有诸如当地监控、人机交互、调度端通信等功能。

3 变电站自动化系统功能的发展

智能电网是电网未来的发展趋势。智能电网背景下，变电站自动化系统除了第二节中叙述的功能，今后还需研究开发以下几方面的功能。

3.1 发展广域动态实时监控系统

当前，我国电网已经进入特高压、交直流互联、大容量远距离输电阶段，间歇性分布式能源的大量接入及直流输电等都增加了电网调度管理的复杂性。为了提高对电网的调度水平，必须发展广域动态实时监控系统。

广域动态实时监控系统对通过安装在不同地理位置的相量测量单元（PMU）测量数据，采集点万众不同电气点的动态过程数据，通过通信通道上传到主站，实现广域范围内电网的动态同步监视。相对于监视电网稳态数据的SCADA系统，其最基本的特征是广域、实时、动态、同步及数据的高速传输。

广域动态实时监控系统涉及多方面的关键技术，如PMU单元的性能、远距离的同步测量技术、对数据的干扰信号过滤问题等。这些问题需要进行更加系统的研究，并在实际应用中发现问题、解决问题。

3.2 研究智能告警及分析决策系统

随电网规模的扩大、运行方式的多变及电网设备的大量增加，呈现给调度员的告警信息越来越多。当电网发生故障时，Is内会有成白条告警信息进入调度控制中心。真正有用的告警信息被大量的噪声数据淹没，不能起到告警系统应有的作用。为了保证调度自动化系统的正常运行，及时发现系统的故障和潜在危险情况并尽快处理，需要智能告警及分析决策系统对大量重复冗余的告警信息进行分层次的智能化处理。

智能告警及分析决策系统的功能主要包括对故障告警信息进行分类和过滤;分析告警信息的优先级;提供事故的原因和故障定位信息等。

3.3 发展电力设备的状态检修研究

目前，供电部门对电力设备的维护较多采用计划检修和故障检修。计划检修是对设备进行定期的维护;故障检修是设备故障后对其进行检修。计划检修存在很大的盲目性，造成了人力、物力的浪费，过度检修对设备的绝缘也存在较大影响;故障检修不能及时发现设备的故障或缺陷，有时在发现故障时已造成巨大的经济损失。

发展状态检修是智能变电站的重要特点之一。状态检修是根据设备的运行状况进行检修，是有目的地检修。实现状态检修对提高设备的运行可靠性，减小设备的运行维护成本，延长设备使用寿命都具有重要的现实意义。

3.4 可再生能源接入技术的研究

智能电网中有大量的可再生能源接入，如风能、太阳能、生物质能等。可再生能源的间歇性及出力特性不同，对电网运行的安全性、稳定性及电能质量方面造成了较大的冲击和影响。变电站作为可再生能源接入智能电网的接口，必须考虑柔性的并网技术。变电站自动化系统应具备对可再生能源的功率预测、实时监控、柔性控制等功能，以减轻可再生能源对电网的冲击。

3.5 电力市场化对变电站自动化系统的需求

目前，电力系统的经营机制已从行业垄断变为有竞争的电力市场。在电力市场环境下，发电厂的竞价上网、用户对供电方的选择都会加剧电网潮流变化，通过变电站的进出线功率方向不确定性增加;为了追求经济效益，线路和变压器可能运行在稳定极限附近，减小了电网裕度。这一切都对变电站自动化系统提出了新的要求。

电力市场下，变电站自动系统应具有以下功能：

（1）快速控制联络线功率;

（2）电网的事故预防和紧急控制;

（3）实现变电站与用户、变电站与售电方的交互功能。

4 结语

本文简要介绍了变电站自动化系统具备的功能，并对变电站自动化系统的发展方向提出了一些看法和建议。智能电网的建设和发展，对电网的监视、控制、调度都提出了更高的要求。建设智能电网背景下的变电站自动化系统不是一朝一夕之事，要研究的问题和涉及的领域很多，需要在建设过程中不断摸索和前进。随着相关技术的发展，变电站自动化系统应具备的功能也一定会不断发展和提高。