智能变电站关键技术及其构建方式的探讨(2)

目前， 已发布的标准~IEC61850、IEC61970、IEC61968等在一定程度上促进了变电站信息标准化、规范化的进程，促进了与电网内各种应用系统之间的通信应用}3J。其中，IEC61850是全面规范智能化变电站自动化通信体系的最新国际电工委员会标准，是变电站内部的统一规约。最新颁布的标准内不仅涉及到变电站内部的通信模型，而且其信息模型的覆盖范围已经扩展至变电站以外的所有公用电力应用领域，向成为电力自动化的通信网络系统内的通用标准又迈进了更大的一步。

2.5分布式电源的保护控制技术

分布式电源的接入提高了智能电网的灵活性、效率和安全性，改变了配电系统单向潮流的特点，使传统的单电源辐射网络变成了一个多源网络。这使得智能变电站内保护设备之间建立起来的配合关系被打破，保护的动作行为和动作性能都将会受到较大的影响。针对大容量的分布式电源接入智能电网的保护算法的研究也是智能变电站继电保护的关键内容。

分布式能源作为一个独立的整体模块，既可以孤网运行，也可以在大电网上并网运行。分布式能源在接入系统时对电网的频率、无功以及电压稳定的影响是不容忽视的。因此，如何保证在任何工况下继电保护系统都能对分布式电源故障做出及时响应，同时在并网运行的情况下继电保护系统还具有快速感知大电网故障的能力并保证保护的选择性、快速性、灵敏性和可靠性，这是智能变电站继电保护的难点课题。分布式能源的保护系统完全不同于常规变电站的保护控制策略。

分布式能源的保护策略主要是针对分布式电源双向潮流流通、电源内部电力电子设备大量引入的特点，通过阻抗前馈和负荷模型反馈等算法来制定的保护控制策略。保护策略包括全线速动保护、低压保护、反孤岛、高频切机和低频减载等特殊保护功能，保护策略制定的关键问题在于保护定值与主网架保护定值之间的配合。分布式能源的控制策略制定的主要问题在于并网控制，其并网后会改变主网架的供电格局，使系统的不稳定因素增加。因此，必须采用自动同期控制以及重合闸控制配合的控制方式。

3 智能变电站的构建

3.1体系架构

与传统变电站的体系架构相比，智能变电站的体系架构结构紧凑、功能完善，更加符合变电站技术今后的发展趋势。

智能变电站将传统一次、二次设备进行融合，由高压设备和智能组件构成其设备层，完成变电站内的测量、控制、保护、检测、计量等相关功能。设备层的设备采用高度集成的模块化硬件设计方式，很大程度上改变了变电站内信息采集、共享的模式。分散控制的设计思路保证了设备内各模块相互之间具有独立性，既可以分工合作，也可以独立完成一项功能，从而从最大程度上保证了硬件系统的可靠性。

智能变电站的系统层不仅担负着协同、控制和监视着变电站内多种设备及与智能电网的通信任务，而且还具有站域控制、智能告警、分析决策等高级应用功能 J。系统层采用软件构件技术，使得各种功能可以根据变电站的实际规模进行灵活配置，并可进行功能的重新分配和重构。

智能变电站紧凑的系统架构使得变电站在电气量的数据采集及传输环节、变电站设备之间信息的交互模式、变电站信息冗余方式、变电站内各种功能的分布合理性以及功能集成等方面，均发生了巨大的变化。通过硬件集成和组件技术以及嵌入式系统软件构件技术的应用，智能变电站构造了灵活、安全、可靠的变电站功能体系，该体系的应用提高了电站自动化系统整体数字化、信息化的程度，实现了变电站与智能电网之间的无缝通信，加强了站内自动化设备之间的集成应用和自身协调的能力，简化了系统的维护和配置复杂度，节省了工程实施的开支，使变电站自动化系统进入了一个全新的发展阶段。

3.2智能设备

智能设备的概念是为了适应智能电网建设的需求而提出的，是满足智能电网一体化要求的技术基础。智能设备取消了传统一次、二次设备的划分，不但对传统变电站过程层和间隔层设备所具有的部分功能进行了集成，而且还能够利用实时状态监测手段、可靠的评价手段和寿命的预测手段在线判断智能设备的运行状态，根据分析诊断结果识别故障的早期征兆，并视情况对其进行在线处理维修等。

高压设备与相关智能组件的有机结合构成了智能设备。这种有机结合指的是多个高压设备与外置或内嵌智能组件的多种组合方式。智能组件是一个相对于变电站功能的灵活概念，可以由一个物理组件完成多个变电站功能，也可以由多个物理组件分散配合完成一个变电站功能。

智能设备的设计和应用使得变电站内一次设备的运行状态可被实时地监视和评估，为科学的调度系统提供了可靠的依据;对一次设备故障类型及其寿命的快速有效的判断和评估为在线指导运行和检修提供了技术保证。智能设备的投入还可以降低变电站运行的管理成本，减少新生隐患产生的几率，以增强电力系统运行的可靠性。智能设备内部功能配合的灵活性也满足了大规模分布式电源并网运行的需要。

3.3保护控制策略

传统的继电保护以“事先整定、实时动作、定期检验”为特征，这种保护控制策略越来越难以满足参数状态在不断变化的智能电网的要求。尤其是分布式能源的接入，动态改变了电力系统的运行方式和运行状态，传统保护控制方式很难适应这种多变的运行状态。为了解决这些问题，智能变电站必需采用开放的保护控制策略。

开放的保护控制策略指的是保护控制策略不再事先固定，而是根据一定的原则随着电网运行参数的变化，动态调整保护控制策略，以满足智能电网在不同状态下的安全运行需求。开放的保护控制策略的制定需要针对不同粒度的控制系统来完成，策略的制定和执行客观上在智能变电站内部形成了一个分层分布式的控制系统。分层分布式的控制系统与分层分布的信息系统相对应，在不同层次上控制协调变电站系统运行，提高对变电站系统内故障与扰动的快速反应和决策能力，分散由控制所带来的系统风险。

开放的保护控制策略包括在线自适应整定定值;在线计算与保护性能有关的系统参数和相关指数;实时判断系统运行状态，调整保护动作方式;在信息共享的基础上自动协调区域内继电保护控制策略，保证系统内保护定值相互配置关系的合理性，保证智能电网运行的可靠性;在线校核系统内的实时数据等。

高度的信息共享和统一的数字信息平台为开放的保护控制策略提供了制定和实施的依据，现代控制理论的发展与先进的网络计算方法的应用为开放的保护控制策略的制定和实施提供了理论背景。开放的保护控制策略的制定和研究应是未来智能变电站提高其自动化水平的关键，是智能变电站实现其本身自愈性的关键技术，也是智能电网实现白愈性的控制保证。

3.4测试仿真

智能变电站内的大多数自动化功能都需要通过网络传输的方式来实现，这就对变电站内的调试和运行检测设备提出了新要求，需要研究新的试验方式、手段，制定智能变电站技术相关试验及检测标准等。智能变电站的测试活动应贯穿于变电站开发的整个生命周期内。

智能变电站的测试包括系统测试和设备测试两个方面，系统测试主要是对监控系统、通信网络系统、对时系统、远动系统、保护信息管理系统、电能量信息管理系统、网络记录分析系统、不间断电源系统等子系统的测试;设备测试主要是对测量、控制、保护、检测、计量等相关功能的测试I1训。

为了准确把握智能变电站的运行、维护需求，需要建立有效的检测和评估体系。智能变电站的测试活动是面向功能的一种测试，测试系统不仅包括调试工具，还包括相应的配置文件以及与之联系的软件辅助系统，以便于测试的过程和结果能够被记录和分析。

智能变电站的测试需要从设备单元、系统集成、总体性能三个方面综合考虑，进而对智能变电站做出有效的整体评价。智能变电站的测试过程可以分为单元测试、集成测试和系统测试三个步骤来完成。单元测试主要是测试系统内最基本的功能单元的特性是否满足要求，以及通信接口模块之问的信息交互是否正常。集成测试也就是一致性测试，主要关注的是物理设备作为系统构成单元其通信行为是否符合标准中定义的互操作性规格要求， 以及按标准设计的变电站其通信网络能否满足实现变电站自动化功能所期望的性能要求。系统测试即互操作性测试，关注的是设备间是否可以用通用的协议通过公共的总线相连，单一设备是否可理解其他设备提供的信息内容，以及各设备是否可以组合起来协调完成变电站的自动化功能。系统测试验证了被测试设备是否具有互操作能力，以及设备集成到变电站后是否真正实现了无缝连接。

3.5信息安全策略

信息安全问题是智能电网安全的核心问题之一， 智能变电站作为智能电网的重要组成部分，其自身的信息安全与防护面临着来自多方面的严峻考验。对智能变电站内部以及其与电网内交互信息进行全面、系统的安全防护，利用有效的信息安全防护方法和策略消除安全隐患，合理规避信息安全风险，是保证智能变电站乃至智能电网安全稳定运行的关键问题之一。

智能变电站内部大量应用网络技术传输信息，其信息安全防御的策略的制定是一个系统性的问题，仅凭借单一的防御手段是不能有效解决问题的。因此，智能变电站需要构建一个以评估为基础，以策略为核心，以防护、监测、响应和恢复为技术手段和工具， 以安全管理为落实手段的动态的多层次的网络安全架构，用来确保变电站内信息以及各种资源的实时性、可靠性、保密性、完整性、可用性等。

随着智能变电站内信息集成度的进一步提高，实现对变电站网络通信质量的实时监控和维护，并对网络内传输的信息进行保护，防止来自网内外的恶意攻击和窃取，及时响应网络故障并快速恢复网络设备等技术手段已经成为可能。除此之外，网络防火墙技术、加密技术、权限管理和存取控制技术、冗余和备份技术等计算机网络安全技术的发展也为电力系统信息安全防护策略带来了新的发展思路。

4 结语

本文从智能变电站内可应用的关键技术和智能变电站建设所需的主要技术手段入手，全面阐述了智能变电站的构建方式。目前，智能变电站的研究工作刚刚起步，集成的统一信息平台的构建尚未完成，硬件的集成技术以及软件的构件技术仅处于初步应用阶段。由于通信方式以及通信实时性、可靠性要求的制约，开放的控制策略的研究还有待时日。因此，未来智能变电站的研究工作任务繁重。

作为智能电网的重要组成部分，智能变电站必须打破以往的专业壁垒，将先进的电力电子、通信、计算机、控制技术互相融合，才能最终达到资源优化配置的目标，实现智能变电站易集成、易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。