智能变电站研究与应用

( 2014—2015年度第二学期)

课程名称：工程项目管理案例专题名称：智能变电站专题

院系：电气与电子工程学院班级：研电****班

学号：

学生姓名： *** 成绩：

日期： 2015年 5月4日

智能变电站的研究综述

一、绪论

1.1研究背景和意义

21世纪初，智能电网（Smart Grid）在欧美国家得到发展，为全世界电力工业在安全可靠、优质高效、绿色环保等方面开辟了新的发展空间。国内外电力企业、研究机构和学者逐步形成“智能电网”的未来电网发展理念，并着手开展一系列研究与实践工作[1]。

在我国，智能电网建设是根据能源分布与符合消费地域分布特点，以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础，为适应当前和未来社会发展所采取的电网发展方式，以实现能源资源的大范围、高效率配置。我国智能电网的建设已经上升至国家战略层面的高度[1-2]。

在国家电网公司发布的智能电网规划报告中，对变电环节发展提出如下目标: “在设备信息和运行维护策略与电力调度三个环节之间实现全面互动，以实现基于状态的全寿命周期综合优化管理。将现有的和规划中的枢纽及中心变电站建成或改造成智能化变电站。藉此全面实现全网运行数据的集中管理、实时数据传输以及电网实时控制和智能调节等功能，为各级电网的安全稳定运行提供保障，并进一步实现各类高级应用。”[2]实现坚强智能电网的安全运行，实现自动化和高品质运行以及经济性的过程中，智能变电站是重要的组成部分。变电站自动化系统研究与开发的主要内容就是将智能变电站建设完善,这也是建设坚强智能电网的重要环节[1-3]。

数字化变电站技术是智能变电站的基础，主要强调以数字方式交换信息，而智能化变电站在设备功能方面强调自检和在线监测，其重要特征为智能化。智能变电站的技术准备和建设是分阶段实现的。目前，智能变电站以数字化变电站为基础，融入在线监测、高级应用以及辅助设施等功能[2-6]。

根据国家智能电网“十二五”规划，到2015年，新建智能变电站达5182座左右，其中新建750千伏智能变电站约19座，500千伏智能变电站约182座，330千伏智能变电站约60座，220千伏智能变电站约1198座，110（66）千伏智能变电站约3710座；改造64座500千伏、18座330千伏、320座220千伏、630座110（66）千伏变电站。中国产业洞察网发布的《2013-2017年中国智能电网行业分析及发展前景预测报告》显示，智能变电站发展前景依然广阔[2]。

1.2.研究现状

智能变电站的一次设备智能化，即“一次设备+智能终端+传感器”[3]，实现在线监测是和状态检修一次设备的，信息采集数字化采用电子式互感器或“常规互感器+合并单元”模式。保护采用直采直跳方案，变电站自动化系统采用“三层两网”的结构。

智能变电站由数字化变电站演变而来，经过不断地发展提升，技术已经日臻完善。相比其它环节，智能变电站已经处于大规模推广的环节。2011年以后所有新建变电站全面按照变电站技术标准建设，并且对已有的枢纽及中心变电站进行智能化改造。新建智能变电站速度保持较快增速，在后期，智能变电站改造比例将逐步提升。《中国智能变电站行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》显示，在2013年第六批招标之前，智能变电站的增进速度保持较快增速，与规划目标基本相符，但是最近的智能变电站招标比例有所下降。主要原因是：前期国家电

网推进的智能变电站运行效果未达到预期；智能变电站制造成本降低速度较慢，造价依然较高；国家电网正在积极推进第二代智能变电站试点新项目，预计会放缓现有智能变电站建设进度以及降低智能变电站招标比例。随着新一代智能变电站试点项目逐步投入运营，智能变电站比例将继续提升，建设进度将不断加快[2]。

在智能变电站的相关技术方面，根据国网统一制定的相关标准规范，重点在一次设备智能化、电子式互感器、一次设备状态监测、高级应用、一体化电源、辅助系统智能化等几个方面进行试点建设[3-4]。

在数字化变电站的实现方面，ABB、SIEMENS等国外的电力设备公司已经开发了全套的一次设备及二次设备，在完成IEC61850标准制定的过程中，设备间互操作试验已在各厂家进行，并应用于示范变电站。

二、智能变电站概述

各国对智能电网的定义和功能概述不同，而我国的智能变电站派生于智能电网，完成既有定义标准中规定的功能。

2.1.定义

智能变电站是采用先进、可靠、集成、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、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、计量和检测等基本功能，同时支持电网实时自动控制、智能调节、在线决策分析和协同互动等功能的变电站。

2.2.IEC61850标准

IEC61850标准是基于网络通信平台的变电站自动化系统的唯一国际标准，此标准参考吸收了已有的IEC870-5-101远动通信协议标准、IEC870-5-103继电保护信息接口标准、UCA2.0设备通信协议等相关控制、通信、制造协议。目的是通过对设备的一系列标准化，使其形成规范的输出，实现系统间的无缝连接[7]。

2.3.体系结构

IEC61850标准将只能变电站通信体系分为3层：过程层、间隔层、站控层。

过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端等电能接受和输入设备[8]，完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。根据国网的相关导则的要求，保护宜采用直跳方式[9]。智能一次设备主要包括智能变压器、智能高压开关设备、电子互感器等。

间隔层包含继电保护装置、测控装置、母线保护单元等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，实现与各种远方输入输出设备、智能传感器和控制器的通信功能。

站控层包含自动化系统、站域控制系统、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、及时报警、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。站控层是高度集成的数据处理、控制中心。

三、关键技术及其特点

虽然智能变电站在电力领域的使用领域和发展时间比较短暂，但智能变电站的发展却十分迅速，在许多方面都取得了突破性的进展。但在实际应用过程中还是存在一些技术或管理上的问题，以下是对智能变电站关键技术的总结：

3.1.电子互感器

电子互感器作为智能变电站过程层的重要组成部分，与传统互感器相比具有