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智能变电站保护自动化系统原理解析及系统调试要点【摘要】智能变电站是以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求自动完成二次系统信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能。
智能变电站二次系统主要由保护装置、测控装置、智能终端、合并单元等智能组件组成，其主要特征是数据采集数字化、信息交互网络化。
本文主要对智能变电站二次系统调试的试验流程、试验重点和难点等进行探讨。
【关键词】智能变电站；二次系统；调试1.引言1.1概念与特征近年来，随着我国经济快速的发展，电力系统如何变得更加安全可靠成为了迫在眉睫的话题，因此需要借助计算机、通信等技术将变电站智能化以解决电力行业面临的问题。
智能变电站的定义为通过采用先进的各种技术，目标使设备参数化，规范化，标准化，自动的完成各项工作并实现信息有效反馈和实时共享，其二次系统具有以下特征：（1）高度集成，交互良好：整个系统结构完整简介，通过无缝连接通信技术联通变电站与控制中心，实现了全数字采集无遗漏，最大程度降低了维护工作。
（2）自动控制，协同保护：由于所有的数据都实现了数字化电子化采集，因此原本散乱的二次系统经过整合，实现了全面优化。
（3）在线反馈，实时决策：由于数据在线监测，实时反馈，因此可以有效的反映电网以及变电站的运行状态实现监测，反馈，决策同步。
1.2二次系统基本架构智能变电站二次系统基本架构分为三个部分，在IEC6185A通信协议草案中将这三个部分描述为“过程层”、“间隔层”、“站控层”，如图1所示。
图1 二次系统架构示意图过程层是智能化的核心，是一次设备和二次设备的结合点，主要包括电子CT/PT，合并单元，智能测控箱等。
间隔层可以及时汇总实时数据，对一次设备进行保护，完成网络通信功能并控制命令的优先级别，是信息传递的纽带，主要包括保护装置，交换机等。
站控层可以汇总整个变电站的所有信息，提供控制界面，实现多层管理控制，并与控制中心进行远程通信，主要包括五防机，监控计算机，远动机等。
智能变电站二次系统网络结构和信息流分析摘要：本文简要阐述了智能变电站二次系统网络结构，介绍了GOOSE、SV、MMS的定义和传输方式，并对站内数据信息的流向进行了分析。
关键词：三层两网；GOOSE；SV；MMS；信息流0 引言智能变电站基于IEC61850标准提出了变电站的三层功能结构、功能间的逻辑接口和逻辑接口到物理接口的映射，现在国内变电站应用较多的是“三层两网”结构。
智能变电站的二次设备网络架构可分为站控层、间隔层和过程层三层，网络组成可分为站控层网络和过程层网络。
站控层网络和过程层网络在物理上完全独立。
站控层和间隔层之间采用MMS报文通信，间隔层之间采用面向通用对象的变电站事件GOOSE通信，间隔层和过程层之间采用面向通用对象的变电站事件GOOSE通信和SV通信。
GOOSE报文和SV报文组成了过程层和间隔层之间的信息流，间隔层GOOSE报文是间隔层之间的信息流，MMS报文是间隔层和站控层之间的信息流。
三层两网是智能变电站的核心架构，站控层和过程层网络独立，报文相互隔离，确保了安全的信息交互和稳定的报文走向。
1 智能变电站二次系统网络结构智能变电站二次系统设备主要包括：（1）站控层设备：包括后台监控主机、数据通信网关机、数据服务器、综合应用服务器、操作员站、工程师站、保护信息子站和PMU数据集中器等。
（2）间隔层设备：包括测控、保护、故障录波、网络分析仪、安全与稳定控制装置等。
（3）过程层设备：包括合并单元、智能终端和智能组件等。
智能变电站二次系统网络结构示意图如下图1所示。
合并单元采集一次设备的电压、电流等电气量后，按照IEC61850-9-2的多路广播采样值格式进行组帧，通过光纤以太网通信介质传输到间隔层二次设备（如测控和保护），或者按照IEC60044-8标准通过光或电同步串行接口以FT3格式发送给间隔层设备。
智能终端通过电缆线与一次断路器等设备相连，通过光纤接口的以太网，采用GOOSE报文与间隔层设备快速交换信息。
在智能变电站中，继电保护受自动化体系结构设计的影响较大。
体系结构不仅影响保护装置的接口要求，更重要的是会从整体上影响保护设备配置、实现方式、维护方式及运行可靠性。
本期简单的介绍一下智能变电站自动化系统的体系结构。
其中提到逻辑接口可以采用几种不同的方法映射到物理接口，一般逻辑接口1、3、6、9映射到站控层中，逻辑接口4、5映射到过程层中。
间隔之间的通信接口8可以映射到任何一种或者同时映射到两种。
上期图中没有做备注，很多朋友没看明白，这里重新备注一下。
接口1：间隔层和站控层之间交换保护数据；接口3：间隔层内交换数据；接口4：过程层和间隔层之间交换瞬时采样数据；接口5：过程层和间隔层之间交换控制数据；接口6：间隔层和变电站层之间交换控制数据；接口8：间隔层之间交换数据；接口9：站控层之间交换数据；根据上述思想，国内智能站采用较多的是三层两网的结构。
1、三层智能变电站自动化系统站控层设备包括：监控主机、数据通信网关、数据服务器、综合应用服务器、操作员站、工程师工作站、PMU数据集中器和计划管理终端等；间隔层设备包括：继电保护装置、测控装置、故障录波装置、网络记录分析仪、及稳控装置等；过程层设备包括：合并单元、智能终端、智能组件等。
2、两网变电站网络在逻辑上可分为：站控层网络、间隔层网络、过程层网络。
全站通信采用高速工业以太网组成。
站控层网络是间隔层设备和站控层设备之间的网络，实现站控层内部以及站控层和间隔层之间的数据传输；（上图接口1/3/6/9）过程层网络是间隔层设备和过程层设备之间的网络，实现间隔层设备和过程层设备之间的数据传输。
（上图接口4/5）间隔层设备之间的通讯，在物理上可以映射到站控层网络，也可以映射到过程层网络。
（上图接口8）（1）站控层网络站控层网络设备包括站控层中心交换机和间隔交换机。
站控层中心交换机连接数据通信网关机、监控主机、综合应用服务器、数据服务器等设备间隔交换机链接间隔内的保护、测控和其他智能电子设备。
智能电网是将现代信息系统融入传统能源网络构成的新电网系统，从而使电网具有更好的可控性和可观性，解决传统电力系统能源利用率低、互动性差、安全稳定分析困难等问题，从而实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
1.1智能变电站工作原理智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信等各个环节。
而在上述这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。
智能变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，是实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
智能化一次设备主要包括智能变压器、智能高压开关设备、电子式互感器等。
例如：智能变压器与控制系统依靠通信光纤相连，可及时掌握变压器状态参数和运行数据。
在实现一次设备实现通讯的基础上，网络化二次设备分层构建还需要一个具有广泛适用性、功能强大的通讯协议，使各种设备能通过协议实现互操作，才能让变电站的智能化变为可能。
这个通讯协议就是IEC61850。
IEC61850标准实现了智能变电站的工程运作标准化，使得智能变电站的工程实施变得规范、统一和透明。
通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。
1.2各种设备之间互操作的可靠性安全和可靠永远是电网系统不可逾越的原则，而众多不同厂家的设备连接到一起，设备之间互操作的可靠性问题也是一个难关。
为了保证整个智能变电站系统的可靠性运行及响应速度，必须依靠变电站验收时各种试验及系统联调。
由于智能变电站的设备分为过程层、间隔层、站控层3层，因此智能变电站的验收应根据智能变电站的特殊性，在验收时需制定相应验收计划。
总的来说，智能变电站的验收项目主要有过程层设备验收、站控层设备验收及主要系统功能验收等项目。
智能变电站的体系结构及原理分析摘要：对于传统的电网在当前形势下已经不能满足社会的需求，智能电网是当前形势下的必然产物，它能够提高电网运行时的稳定性，智能电网的重要基石是智能变电站。
随着科技的进步，与变电站相关的智能化技术越来越先进，智能化技术带动了智能化开关以及光电式互感器等设备的产生，另一方面，计算机网络技术和各种实时系统结合在一起，让变电站对信息的采集以及传输进行智能化建设成为一种趋势，这需求一旦产生就会引起一场智能化革命，智能化变电站会在这场革新中逐步的发展起来。
关键词：智能变电站；体系结构；原理一、数字化变电站与智能变电站区别智能变电站相对其它变电站在功能上更为高级，一方面智能变电站可以自动的去完成许多的功能，主要涉及到对信息的采集、控制、测量以及计算等功能，这些智能化功能需要变电站采用更加高级的、智能化的设备为基础，除此之外，变电站需要实现平台网络化以及信息数字化，这些要求就需要大力的向着智能化方向研究；另一方面，能够通过电力系统的实际需求结合电网，实时的对智能化技术进行调节、对自动化技术进行控制，并提供在线决策功能等，能够和电网形成一个信息标准化、集成一体化的体系。
数字化变电站主要将设备进行智能化以及网络化，并进行相互结合，通过间隔、过程以及站控三部分分层组成的具有当前新技术的变电站，数字化变电站在技术上已经基本上能够实现各各种设备间的信息共享和交互，它与传统变电站的差异主要提现在数字化变电站是把模拟信号转化成数字信号然后再进行传递，并且有着自己的通信系统和网络。
智能变电站在建设中在求对运行中的状态信息具有相应的采集功能，同时要求在建立数据信息模型时，对各模型进行标准化，数据模型主要包括有设备状态、设备在线监测、信息模型以及电网的实时同步运行信息等。
数字化变电站在运行过程中主要针对的是对手段进行数字化，智能变电站在运行过程中主要针对的是智能性，它更加的关注智能自动化系统的一次设备、高级应用以及智能电网，这样能够看出智能变电站是在数字化变电站的基础上产生的，对于将来变电站的技术的主要研究方向是对智能变电站的研究。
智能变电站系统的基本结构随着电力行业的不断发展，智能变电站系统已经成为电力系统中不可或缺的一部分。
智能变电站系统采用了先进的技术和先进的控制策略，能够实现对电力系统的完全自动化控制，提高了电力系统的可靠性和安全性。
本文将从智能变电站系统的基本结构入手，详细介绍智能变电站系统的组成和功能。
1. 智能变电站系统的基本结构智能变电站系统主要由以下几个部分组成：(1) 电源系统：电源系统是智能变电站的基础，负责为整个系统提供稳定的电源。
(2) 信号采集系统：信号采集系统负责采集各种信号，包括电流、电压、功率、频率等参数，以确保变电站系统的正常运行。
(3) 通信系统：通信系统是智能变电站系统的重要组成部分，负责与外部系统进行通信，包括与电力公司的通信、与监控中心的通信等。
(4) 控制系统：控制系统是智能变电站系统的核心部分，能够实现对变电站的自动控制和监测，包括对各个设备的控制和监测。
(5) 保护系统：保护系统是智能变电站系统的重要组成部分，能够对电力系统进行实时保护和监测，包括对电力设备的过载、短路和接地等异常情况进行保护。
2. 智能变电站系统的功能智能变电站系统具有以下几个主要功能：(1) 自动化控制：智能变电站系统能够实现对变电站的自动控制，包括对设备的控制和监测。
(2) 远程监测：智能变电站系统能够实现对电力系统的远程监测，包括对电压、电流、功率等参数的监测。
(3) 实时保护：智能变电站系统能够对电力系统进行实时保护，包括对电力设备的过载、短路和接地等异常情况进行保护。
(4) 数据分析：智能变电站系统能够对采集到的数据进行分析，提供给用户详细的数据报告，帮助用户进行决策。
(5) 预警功能：智能变电站系统能够通过对数据的分析，提前预警电力系统可能出现的问题，帮助用户采取相应的措施。
3. 智能变电站系统的应用智能变电站系统目前已经广泛应用于各个领域，包括电力系统、工业控制、交通运输等。
智能变电站系统能够提高电力系统的可靠性和安全性，降低了电力系统的运营成本，同时也提高了电力系统的效率和可持续性。
智能变电站课件智能变电站一、常用名词解释：1数字化变电站:由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
2智能变电站：智能变电站则是在数字化变电站的基础上，进一步增加高级应用，完善变电站的智能化应用与管理。
智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、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，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
高级应用功能举例：如顺控、智能告警及故障信息综合分析决策、设备状态可视化、站域控制、源端维护、辅助控制系统与监控系统联动等。
3继电保护系统：由继电保护装置、合并单元、智能终端、交换机、通道、二次回路等构成、实现继电保护功能的系统。
4过程层：过程层包括变压器、断路器、隔离开关、电流电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。
过程层的主要功能分三类：电力运行实时的电气量检测；运行设备的状态参数检测：操作控制执行与驱动。
电力运行的实时电气量检测，主要包括电流和电压幅值、相位以及谐波分量的检测，与常规方式相比所不同的是传统的电磁式互感器被光电/电子式互感器取代，传统模拟量被直接采集数字量所取代。
5间隔层：间隔层设备一般指继电保护装置、系统测控装置、监测功能组主IED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，即与各种远方输入/输出、传感器和控制通信。
间隔层设备的主要功能是：汇总本间隔过程层实时数据信息，实施对一次设备保护控制功能，和本间隔操作闭锁、操作同期及其他控制功能：对数据采集、统计计算及控制命令的发出具有优先级别的控制；承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能，必要时，上下网络接口具备双口双全工作方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。
电气设备监测与故障诊断作业智能变电站学院：电子信息专业：电气工程及其自动化班级：13级01班姓名：苗增学号：41303040134智能化变电站建设苗增西安工程大学电气工程及其自动化系，临潼，710600摘要：智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
与常规变电站相比，智能化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口仅接口和通信模型发生了变化，但过程层却由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。
1.智能化变电站的体系结构与通讯网络IEC61850将智能变电站分为过程层、间隔层和站控层，各层内部及各层之间采用高速网络通信。
整个系统的通讯网络可以分为：站控层和间隔层之间的站控层通讯网、以及间隔层和过程层之间的过程层通讯网。
站控层通信全面采用IEC61850标准，监控后台、远动通信管理机和保护信息子站均可直接接入IEC61850装置。
同时提供了完备的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6规范的SCL文件，可在不同厂家的工程工具之间进行数据信息交互。
2.间隔层通讯网采用星型网络架构，在该网络上同时实现跨间隔的横向联锁功能。
110kV及以下电压等级的变电站自动化系统可采用单以太网，110kV以上电压等级的变电站自动化系统需采用双以太网。
智能化变电站通讯结构见如下示意图：3.PRS7000变电站自动化系统3.1.技术特点采用分层分布、面向对象的设计思想;支持IEC61850标准，间隔层测控/保护装置全面通过中国电科院RTU 检测中心的一致性测试和荷兰KEMA公司IEC61850一致性测试及认证;当地监控系统适用于多操作系统(Windows/UNIX/Linux),多硬件系统(32位/64位)的混合平台;当地监控系统采用图库一体化设计，并内嵌了操作票和一体化五防等功能;采用嵌入式软/硬件设计技术，实现了变电站层通信平台的通用化和装置化，可以方便地满足不同应用场合的需要;间隔层测控/保护装置采用了网络化硬件平台，实现了硬件的标准化、模块化，方便配置和扩展。
智能变电站的体系结构及原理分析胡苏
发表时间：2018-04-16T15:05:14.330Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：胡苏[导读] 摘要：对于传统的电网在当前形势下已经不能满足社会的需求，智能电网是当前形势下的必然产物，它能够提高电网运行时的稳定性，智能电网的重要基石是智能变电站。
（国网宁夏电力有限公司检修公司宁夏银川 750000）
摘要：对于传统的电网在当前形势下已经不能满足社会的需求，智能电网是当前形势下的必然产物，它能够提高电网运行时的稳定性，智能电网的重要基石是智能变电站。
随着科技的进步，与变电站相关的智能化技术越来越先进，智能化技术带动了智能化开关以及光电式互感器等设备的产生，另一方面，计算机网络技术和各种实时系统结合在一起，让变电站对信息的采集以及传输进行智能化建设成为一种趋势，这需求一旦产生就会引起一场智能化革命，智能化变电站会在这场革新中逐步的发展起来。
关键词：智能变电站；体系结构；原理
一、数字化变电站与智能变电站区别
智能变电站相对其它变电站在功能上更为高级，一方面智能变电站可以自动的去完成许多的功能，主要涉及到对信息的采集、控制、测量以及计算等功能，这些智能化功能需要变电站采用更加高级的、智能化的设备为基础，除此之外，变电站需要实现平台网络化以及信息数字化，这些要求就需要大力的向着智能化方向研究；另一方面，能够通过电力系统的实际需求结合电网，实时的对智能化技术进行调节、对自动化技术进行控制，并提供在线决策功能等，能够和电网形成一个信息标准化、集成一体化的体系。
数字化变电站主要将设备进行智能化以及网络化，并进行相互结合，通过间隔、过程以及站控三部分分层组成的具有当前新技术的变电站，数字化变电站在技术上已经基本上能够实现各各种设备间的信息共享和交互，它与传统变电站的差异主要提现在数字化变电站是把模拟信号转化成数字信号然后再进行传递，并且有着自己的通信系统和网络。
智能变电站在建设中在求对运行中的状态信息具有相应的采集功能，同时要求在建立数据信息模型时，对各模型进行标准化，数据模型主要包括有设备状态、设备在线监测、信息模型以及电网的实时同步运行信息等。
数字化变电站在运行过程中主要针对的是对手段进行数字化，智能变电站在运行过程中主要针对的是智能性，它更加的关注智能自动化系统的一次设备、高级应用以及智能电网，这样能够看出智能变电站是在数字化变电站的基础上产生的，对于将来变电站的技术的主要研究方向是对智能变电站的研究。
二、智能变电站理论及应用
（一）一次设备智能化
目前，智能变电站较多采用的是电子式互感器、智能开关、一次设备+智能组件等设备。
基于光学或电子学原理的电子式互感器和智能开关，由数字信号和光纤代替传统变电站的模拟信号和控制电缆，测控保护装置的输入输出均为数字通信信号，变电站通信网络进一步向现场延伸，现场的采样数据、开关状态信息能在全站甚至更广范围内共享。
电子式互感器解决传统互感器由于制造工艺、接线电缆、励磁涌流等方面原因造成的数据精度、不平衡电流、铁磁谐振、饱和等方面的问题。
智能终端通过光纤网络实现与断路器操作机构的数字化接口,从以往的电缆传输跳合闸电流操作方式变为通信报文操作方式。
采用标准的数字化、信息化接口，实现融合在线监测和测控保护技术于一体的智能化一次设备，是实现智能变电站信息化的关键。
（二）信息交互标准化
智能变电站改变了保护、监控、五防、VQC等信息传输方面原来的点对点的对接方式（传统变电站104或DNP3.0等规约），全站信息就地实现数字化采集，利用采集装置将声、光、电和磁等信号转换成数字信号或将语音、文字、图像等转变为数字编码，通过网络真正实现数据共享、资源共享，同时交换式以太网技术又确保了信息交互的实时性,满足保护和控制功能的要求。
智能变电站从过程层到控制中心均采用统一的IEC61850规约进行信息交互，实现一、二次设备的灵活控制，能够双向通信功能，可以实现通过信息网进行管理，使全站信息采集、传输、处理、输出等过程完全数字化。
站内各种设备的信息建模统一在IEC61850框架下进行，统一和简化传统变电站内所能采集到的所有数据源，形成基于IEC1850标准层面的一致性基础，并通过统一的建模规划，将众多的信息孤岛连接起来成为站内智能设备可以获取的平台，实现变电站内、外的信息交互以及信息共享，最终实现跨系统间的数据、信息的无缝交换。
（三）智能操作票系统
该系统中能够完成五防闭锁软件以及顺序控制软件等相关功能，同时也能够对模拟态与实时态数据进行隔离，并且隔离时相对安全可靠，该系统能够提供的服务以及功能比较多，通过这些功能还能够实现实时态数据采集。
该系统中，系统识别主要是通过接线模型来完成，使用者通过相关规定来完成对开票规则的制定，对操作票进行智能推理，在图形中进行开票，对表单的制作可以按要求自由设计，整个过程中都需要对操作票生命周期进行管理，大大将操作票的整体直观提高到一个新的水平，整个过程中完成依照权限管理机制以及五防检验机制，大大提高了系统的安全性、可靠性和实时性。
（四）设备状态监测
在变电站的运行过程中，为了让对设备检修达到效率合理的目的，智能变电站中的相关设备必须能够达到实时的、广泛的监测，同时也能对电网运行中的状态信息进行有效获取，不仅如此，还要对智能电子装置存在的问题信息以及相应信号回路状态信息进行获取，这样能够对二次电气设备状态特征量采集时存在的盲区进行排除。
智能变电站在建设中在求对运行中的状态信息具有相应的采集功能，同时要求在建立数据信息模型时，对各模型进行标准化，数据模型主要包括有设备状态、设备在线监测、信息模型以及电网的实时同步运行信息等。
（五）运行控制智能化
常规变电站各个系统间除了监控系统和微机五防外基本没有联系，同时自动化系统的可扩展性差，由于互操作性和信息模型等因素对自动化系统的制约，以致现有变电站自动化系统扩展、扩建更新时要附加成本。
且系统受二次电缆影响较大，安全性能也受一定的耐受电磁干扰影响，信息传输精确度降低。
智能变电站中,自动化系统由若干系统或功能组成,包括监控系统、在线监测或状态维修系统、辅控系统、时钟同步系统、计量装置等。
监控系统与调度端、集控端等主站系统联通,也同时连接变电站内其他系统或设备,处于体系结构的核心部分。
变电站内一次设备运行状态、二次设备相关信息上传至监控系统,在线监测系统、辅控系统通过标准化接口与监控系统连接,计量信息也通过计量装置上传,从而实现变电站全景数据采集及处理、监控及运行等管理。
（六）自动分析电压控制
通过对系统的操作次数和变电站中相关的电压经济进行分析，能够把各个区域中对子模块的控制分为两级控制，通过两级控制的方式能够完成智能电网中各个系统所对应的变电站在等级关系上的进一步划分。
在运行中，首先通过由调度自动化系统对设备中的实时信息进行采集，采集完成后需要对导入的无功分析以及电压分析两个模块进行综合性的分析，这样就能够实现智能变电站中的电容器的投切指令以及多变压器经济运行指令等，这些指令最终通过集控中心进行执行。
三、结论
总之，随着技术水平的发展，智能变电站技术将会越来越完善，传统的一次、二次设备的概念将发生重大改变，进而引起管理结构的调整，以及相关产业的变动。
而随着设备智能化的技术的发展、智能电网的建设，状态检修等高级应用将得以实现，随之而来的将是整个电力系统设备、运行、维护、管理方面的变革。
对此，我们需要不断加强学习，认真研究分析，为这场已经到来并在不断深化的智能化变革做好准备。
参考文献
[1]陆居周.智能变电站技术特点的研究[J].广东科技,2015(02).
[2]曹楠.智能变电站关键技术及其构建方式的探讨[J].电力系统保护与控制,2016(05).。
