面向智能电网需求的数字化变电站建设

面向智能电网需求的数字化变电站建设摘要：智能电网是未来电网发展的必然趋势，变电站是智能电网建设过程中的重要环节.本文就智能电网概念和特点及我国数字化变电站建设现状展开，讨论数字化变电站在我国智能电网建设中将发挥的作用，以及要满足智能电网建设，对数字化变电站建设提出的新要求。

关键词：智能电网，数字化变电站，IEC61850，智能变电站Construction of Digital Substation for Smart Grid demandABSTRACT: Smart grid is an inevitable trend in the development of the future,substation is an important link in the process of smart grid construction.Based on the concept of smart grid and the construction of digital substation in our country, discuss the important of digitized substation in the construction of smart grid and the new requirements to satisfy smart grid of digital substation construction.KEYWORDS: smart grid, digital substation, IEC61850, smart substation0引言随着美国、欧洲等国家对智能电网的不断研究，我国电力部门迅速意识到，智能电网已成为参与全球科技、产业竞争无法回避的重要环节。

2006年IBM公司与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网解决方案”，标志着智能电网概念的正式诞生。

美国奥巴马政府提出了着重发展智能产业与新能源的经济改革计划，力求将新能源作为拯救美国的王牌。

2009年2月2日，中国能源专家武建东提出了涵盖智能电网含义且符合我国电网实际情况的“互动电网”的概念[7]。

2009年特高压输电技术国际会议上，国家电网公司提出了“坚强智能电网”的发展规划，努力探索出一条符合中国特色的智能电网发展道路。

在智能电网概念风靡全球的时刻，我们要清醒的认识到，实体电网是智能电网的基础，变电站建设是智能电网实体化的第一步。

对当前我过数字化变电站进行改造，建成与智能电网相匹配的新型变电站——智能变电站，是我国智能电网建设的实体基础。

1智能电网概念及特点智能电网将智能和新能源技术应用到供电和发电领域，把传统电力技术与先进的传感、监控技术、现代信息、通信技术相集成，提高从发电到输电再到用电系统的性能，从而满足未来数字化社会对电能质量的要求。

智能电网具有自愈、安全、高效、优质、集成、兼容等多个优点[4-8]。

自愈性：电网无须人为干预，通过各种通信监控手段对电网进行在线实时评估，及时发现消除故障隐患，当故障已发生时，可以对故障进行有效隔离，并自动恢复，防止大面积停电事故发生。

安全性：电网不仅可以抵御实实在在的物理损害，还能抵御虚拟的网络损害。

高效性：电网通过先进的监控和运营管理系统，降低运行和维护成本，实现经济效益最大化。

优质性：电网通过引入先进的智能电子设备和监控技术，有效保障用户的用电需求和电能质量。

集成性：包括监视、控制、调度、运营管理在内的多个系统信息集成，实现生产管理、调度自动化、电力市场管理业务的集成，从而形成全面的辅助决策系统，使电力企业管理效率大幅度提升。

兼容性：电网能够容纳集中发电、分布式发电、能源储备供电等多种供电方式，支持风电、地热等多种可再生能源的接入，扩大电力能源的选择范围。

传统的电网主要注重的是信息的网络化传输，升级后的智能电网注重的是，在网络化信息共享的基础上实现信息的互换互用以及功能的智能化应用。

2 我国智能电网研究及发展思路2007年华东电网公司率先在国内展开了智能电网的研究，研究实施了“三步走”计划，在第一阶段中全面启动了以整合提升调度系统、建设数字化变电站、完善电网体系、规划电网信息统一平台为主线，争取到2010年，建设成华东电网高级调度中心，使电网质量服务水平全面提升。

2009年2月28日，华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统通过专家验收，标志着我国智能电网研究取得了新进展。

2008年8月我国特高压示范工程正式建成投入运营，这一输电网建设方面取得的成果，使得我国在电网资源优化配置方面的能力得到了提升。

欧美等国家对智能电网的研究开展较早，根据各国的国情不同，其智能电网建设侧重点有所不同。

美国侧重于对电力网络框架的升级，利用信息技术实现智能服务对人工服务的代替。

欧洲则侧重于可再生能源和分布式能源的发展，以求实现整个行业发展模式的转变。

我国的智能电网建设不能盲目跟风美、欧国家，而是要建立一个依据我国地域广阔，资源分散等具体国情，结合我国电网发展现状，适应国家发展战略部署，分阶段分重点的进行规划建设。

坚强的实体电网与信息化、智能化控制系统有机结合的智能电网建设，是一条符合我国国情与未来电网发展趋势，且具备中国特色的智能电网建设道路。

3数字化变电站建设数字化变电站和传统变电站相比实现了信息采集、传送、处理、输出由模拟量到数字量的转变，并形成了相应的通信网络和控制处理系统，实现了信息的共享和互操作。

从技术规律和电网特性角度看，数字化变电站推广建设是智能电网形成的基础环节，是智能电网实现数字化，信息化，自动化的技术和实践经验来源。

图1是数字化变电站三层网络结构模型，其中过程层是一次设备和二次设备的结合处，其主要功能是:进行电气量的检测、运行设备的状态参数在线检测与统计、操作控制的执行等任务。

间隔层的主要功能是进行本间隔过程层实时数据信息的汇总，并对一次设备实施保护控制功能，具有承上启下的作用。

变电站层主要任务是汇总全站的实时数据信息，将有关数据信息送往调度或控制中心并接受调度或控制中心有关控制命令，转发间隔层、过程层执行等功能。

相对于常规变电站，数字化变电站具有很多先进技术和功能特点[12-15]。

变电站层间隔层过程层图 1 数字化变电站三层网络结构1）基于数字和光纤的信号采集系统电子互感器和光电互感器的应用使得数字化变电站实现了站内信息的数字化采集和光纤传递，大大简化了二次回路，解决了电缆老化问题，减少了运行人员的误操作，系统可靠性得到提高。

智能电网的数字化程度要求更高，将有各种先进的智能传感器要运用到一次设备中去，包括发、输、变、配、用户等个个环节，用以监控电网设备健康状态和全网电气信息，形成庞大的智能监控系统。

数字化变电站的硬件设施和建设过程中的相关经验，在智能电网建设中有重要的作用和价值。

2）信息交互网络化数字化变电站内设备之间通过高速以太网进行信息交换，二次设备不再出现功能重复的I/O接口，常规的功能装置变成了逻辑功能模块，变电站内实现了真正的数据集资源共享。

和智能电网高速、动态互动、实时信息共享的超级网络构架的目标方向一致。

3）全站统一的标准平台IEC61850确立了电力系统建模标准，为变电站定义了标准的信息模型和信息交换模型。

采用对象建模、抽象通信服务接口（ACSI）、以及设备自我描述规范，解决了不同厂商产品互操作问题，形成了全站设备功能和信息共享的统一标准平台。

4）信息同步与安全性数字化变电站与传统变电站相比，一次设备及一次设备与二次设备之间连接，由电缆被电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤所代替，这为采样数据的共享提供了条件，同时也带来了电子式互感器间采样同步问题。

IEEE1588[27]协议为消除或削弱网络测控系统各个测控设备的时钟误差和测控数据在网络中的传输延迟提供了有效路径，只要按照这个规范去设计网络化测控系统，则系统的测控精度可控制在亚微妙级，从而可以有效解决分层分布式测控系统的实时性问题。

IEC61850协议的开放性和标准性带来了电力系统运行的安全性问题，IEC在制订了IEC61850之后，开展了安全标准IEC62351[27]的编制，其中IEC62351-6定义了IEC61850的安全性。

5）智能化一次设备不断成熟以往制约数字变电站发展的主要是因为IEC61850技术不成熟，2005年的IEC61850互操作实验[3]极大推动了IEC61850在数字化变电站中的研究应用，目前变电站层与间隔层技术已经成熟，间隔层与过程层技术也在不断成熟。

国内的智能化一次设备质量提升的飞快，从已经运行变电站的反馈情况来看，智能化一次设备已经从初期的不稳定到了现在基本能满足现场应用的水平，这为智能电网建设打下了基础。

4 面向智能电网的数字化变电站建设目前我国已有数字化变电站大概200多所，这是我们进行智能电网建设的有利前提和基础。

数字化变电站实现了变电站的数字采集和网络交互，但是要达到国网公司提出的信息化、数字化、自动化和互动化智能电网目标，现阶段的数字化变电站仍需要提升和优化功能。

一次设备智能化，二次设备小型化网络化，自治自愈能力、智能保护等功能，是对数字化变电站提出的更高要求。

1）一、二次设备的改进大力促进一次设备智能化，在一次设备中融进智能单元，通过以太网接受和执行命令、向二次系统传输数字信息，实现对一次设备的在线分析和状态监测以及远方智能控制功能。

现在的数字化变电站只能靠在二次系统中增设智能接口，使一次设备初具简单的智能操作特性，对一次设备的在线数字监测尚且无法实现。

在智能化变电站中，要求变电站智能功能的实现主要是基于网络信息的共享共用，而不应完全依赖于硬件设备，因此对于二次设备，无论是从硬件上还是功能上均需要重组重构，功能的网络化、硬件集成化小型化是二次设备的发展方向。

2）自治能力自治能力是指变电站的运行可以独立于控制中心和其它变电站，但是要与其进行必要的通信和信息互动，不能够孤立于控制中心和其他变电站，同时变电站内的各种设备都能自治运行，实时监测站内、站间和相邻网络设备和通信状态，组织构建动态电网模型，为调度控制中心提供决策依据。

自动调节变电站运行参数和状态，以适应和降低新能源和分布式电源、新型储能装置和智能用户端的接入给电网电能质量和运行带来的影响。

智能保护装置的应用，也大大提高了智能变电站自治运行的能力，使得变电站能够实时接收控制中心的整定结果，及时准确地配合电网的运行。

3）自愈能力智能变电站的通信网络及站内各种智能设备，应具备自愈能力。

当智能装置发生故障，能够在无人干预情况下，自动分析处理故障，实现智能检修。

智能检修是智能变电站自愈能力的一个体现，它使得变电站各种设备（变压器、断路器、隔离开关、传感器、母线等）状态处于实时监控中，同时达到资源优化，节约成本的目的。