智能变电站技术的创新优势及应用

王 灿，杨 瓅

（重庆电力高等专科学校，重庆 400053）

0 引 言

智能化变电站是采用先进、可靠、集成及环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化及信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量及检测等基本功能，同时具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策及协同互动等高级功能的变电站[1]。智能变电站就是把人工智能技术和传统变电站有机结合，把人工智能技术应用于传统变电站技术中，通过对变电站各个技术环节设计加工、安装传感器及引入自动化技术来实现智能发电。智能化变电站是变电站发展的里程碑，也是科学技术发展的必然。本文采用文献研究法、实证研究法、定量分析法及定性分析法等多种研究方法，对智能变电站技术做了较为系统地研究，从智能变电站系统的概念、现状分析其创新点。

1 智能变电站技术的发展现状

20世纪90年代以来，国内电力产业不断发展，变电站技术最初全部依靠电缆继电器完成控制，即保护和控制环节完全由继电器串联回路构成。但是继电器本身的可靠性不强，加之二次电缆有弊病，长期使用容易引发安全问题。此时的变电站测量控制主要是观察中央信号屏。在计算机技术尤其是单片机技术的发展下，由沈国荣院士等一批技术骨干发展出了微机继电保护装置，使精确继电保护得以实现。随着我国计算机技术的飞速发展，变电技术不断进步，实现了依靠484或者422串行总线完成通信。这时的变电站基本可以实现自动化作业，其途径是通过遥信、遥测、遥脉及遥控的方式。随着计算机技术的进一步发展，以太网的通信速率得到了很大提升，此时的变电站通信技术可以通过间隔层来完成通信，利用对等式的网络传输，发展出一系列像间隔五防等利用网络平台实现多台装置协作完成某一功能。这时的变电站自动化系统开始采用分层分布式的概念，把保护和测控等装置划归间隔层，把监控、远动系统划归站控层[2]。网络方式的控制系统中，各个变电站自动化厂家采用的通信规约都不相同，导致变电站实践过程中规约转换成为一大难题。此时题为“一个世界，一个标准”的61850规约应运而生，最初采用61850规约的变电站被成为“61850变电站”。“61850变电站”具有诸多特点和优点，纳入电子式互感器成为其最大特点，并在此基础上建立了数字化变电站。此外，为了实现分布式采样和就地控制，引入了“过程层”的概念。过程层放弃了电缆联系，利用光缆联系，最大限度地实现了装置与装置之间，装置与主控室之间的电气隔离。智能变电站技术是当今社会主流变电站技术之一[3]。据资料显示，目前全国已投入运行的10 kV变电站约2万多座，而且每年新增变电站的数量为3%～5%。

2 智能变电站技术的创新优势

智能变电站涉及变电站信息采集技术、智能传感技术、实时监测技术、状态诊断技术、自适应和自优化保护技术、广域保护技术、协调控制技术及站内智能一次设备技术等各种专业技术[4]。对电网运行数据进行采集，最终建立变电站的模型，可以对变电站实现实时全景模拟。智能变电站技术的创新优势是AI+大数据的使用。人工智能（AI）是研究、开发模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能可以理解为模拟人的智能、人的思维活动及认知能力，有时甚至超过人的智能，对外界环境做出判断，对程序做出选择，让技术变得更加自动化、智能化。人工智能的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理及专家系统等[5]。现代变电站技术中，人工智能被广泛应用，与物联网、大数据等技术核心要件一起，采用表计识别、热成像测温诊断及机器人智能巡检等各类智能化技术，形成符合标准规范、满足业务应用的智能变电站解决方案，有效防护电网安全，保障智能电网平稳运行。

3 智能变电站技术的推广应用

目前，社会生活的方方面面越来越离不开电力的支持。智能变电系统与传统变电系统相比有着诸多优势，最明显的表现是两者在电力输送中担负的功能不同。智能变电系统可以为社会生产生活提供大量的电能，达到高效的目标。此外，智能变电站由于采用的都是高科技材料，工作原理及工作方法都安全可靠，因此具有极高的安全性，可以达到安全变电的效能，满足电能生产的安全原则。智能变电站技术，与传统的变电站技术相比，创新之处还在于其智能化水平高，可以通过电子计算机实现精准操控，适应生产实践中各种因素的变化。智能变电站技术也具有低碳环保、交互性良好的优势，在当前资源日益紧张的社会发展前景广阔，易于受到政府、企业的政策倾斜和资金注入。因此，智能变电站技术的推广应用尤为重要[6]。目前，智能变电技术的推广应用中，统一数字化变电站的信息标准，可以加强变电站的管理水平，实现由变电运行一区向二区、三区、四区的资源整合；在站控层增加综合应用服务器、图形网关机及通信网关机等电子信息仪器，能使变电站信息平台实现一体化。通过视频监控、环境监测、智能控制、安全周界、门禁管理及智能巡航等智能化设备及系统的加载，提高了变电站的运行、管理效率和供电安全，推动了智能化变电站、变电站无人值守以及变电站运行集中监控等电网运行模式的应用。智能变电站技术推广应用时，采用云计算、大数据等技术，实现系统内设备的主动运维管理，提高变电站内运维工作效率。网络风暴抑制功能是智能变电站的网络通信结构设计特点之一，支持变电站内设备的灵活配置，减少交换机数量，简化网络的拓扑结构，降低变电站的建造和运行成本[7]。在智能变电站设计时，需要充分考虑到网络的实时性、可靠性、经济性与可扩展性，还应对网络内的信息流量进行计算和控制，设立最大节点数和最大信息流量，并保持系统冗余。智能变电站技术推广应用时，应该注重系统融合，系统融合集成多个符合标准的子系统，并可按需扩展业务功能，充分满足业务需求。此外，采用AI、大数据等技术，实现业务的多维度视角管控，与业务管理深度结合，以促进智能变电站技术的推广应用[8]。智能变电站技术的推广应用中，政府应出台支持电力行业及电网企业（国家电网、南方电网）的技术规范/标准协议，规范市场准入规则，支持采用标准协议多级级联，实现互联互通。在智能变电站技术推广应用的成功实践中，浙江金华做出典型表率。浙江金华在±800 kV特高压换流站建立了一套完整的辅助监控系统，实现了实时智能化管理，将来自金沙江的磅礴电能分散到经济发达、供电形势紧缺的华东地区。此外，石家庄1 000 kV变电站的辅助监控系统，也助力其成为榆横—潍坊1 000 kV特高压交流输电工程中至关重要的变电站之一。

4 结 论

电力领域中最显著的发明与应用就是智能变电站。按照国家电网“十二五”智能电网建设规划，在规划前期，新建智能变电站进度保持较快增速，在规划后期，智能变电站改造占比将逐步提升。智能变电站通过改变电力的输出和使用环节，为人们的生活提供了多样化的产品、便捷化的服务，在经济社会发展中扮演着不可或缺的角色。智能变电站的发展，加强了电力系统的安全性，提高了输电效率，提供了精确化管理，直接带动了国家工业的发展，进而带动人们生活水平的提高和生活质量的优化。