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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).。
