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摘 要：智能化变电站建设是智能电网建设的重要组成部分，随着国家电网公司相关智能化变电站试点工程的建设实施，智能变电站相关的技术将逐步成熟，大规模智能变电站的建设已为期不远。加强智能变电站技术的研究，对建设坚强的智能电网有重要的意义。
关键词： 智能变电站；技术；研究
智能变电站是智能电网建设的重要节点之一，自《智能变电站技术导则》（图1）系列标准制定以来，中国的智能变电站建设走在了世界的前列。智能变电站具有信息数字化、功能互动化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征，符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。智能变电站的特点就是一次设备智能化，二次设备网络化，信息一体化和高级应用普遍化。智能变电站结合了多个专业的新兴技术，如智能设备、先进的传感器技术、信息标准接口和信息平台、坚强可靠通信技术、物联网技术等，它的建成投运，可大幅提高设备的智能化水平和运行可靠性，提高了资源使用和生产管理效率，使运行更加经济、节能和环保。
一、智能变电站及其定义
智能电网中的智能化变电站是采用先进的、可靠的、节能的、环保的、集成的设备组合而成的，以高速网络通信的平台为信息传输的基础，自动地完成信息的采集功能、测量功能、控制功能、保护功能、计量功能和监测功能等基本功能，并可根据需要支持电网产时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。智能化变电站的特点是通过采用先进的电子式传感器、电子、信息、通信、控制、人工智能等技术，以智能化的一次设备和统一的信息平台为基础，实现变电站的实时全景监测、自动运行控制、设备状态的检修、运行状态的自适应、智能分析决策等功能，对智能电网进行安全状态评估、预警和控制，优化智能系统的运行，实现新能源的实时接入和退出，并与调度中心、电源及相关变电站能够协同互动提供支撑。
二、智能变电站的技术特点
智能变电站避免了一次、二次设备的概念，智能变电站遵循统一建模，信息化数据平台、通信过程都是标准化的。智能设备具有高可靠性，主要设备有在线检测功能，实现全寿命周期管理。数字化变电站有两大应用超越了普通变电站，即：电子式互感器和IEC61850标准的使用，优化了站内设备的安全性、测量精度和互操作性。智能变电站继承了数字化变电站的相关技术，智能变电站是变电站整体技术的跨越。智能变电站的几个创新概念为：
“智能设备”不但具有传输和分配电能的主设备本体，还具有测量、控制、保护、计量等功能，其不再强调传统的一、二次设备划分，各功能的物理形态以智能组件方式体现。智能设备是一次设备和智能组建的有机集合。智能组件是原来二次设备的统称，其功能由一个或多个功能单元完成，其表现形式可以是：测控装置、保护装置、测控保护装置、状态监测装置、智能终端、MU等。
三、站域保护的功能及实现方式
（1）站域保护功能
由于智能变电站采用IEC61850规约通信，能够很容易地实现全站信息共享。智能变电站内站域保护收集全站内所有间隔的电压、电流及断路器、刀闸位置实时信息，可为变电站内所有一次设备提供集中的近后备保护，即具备线路近后备、母联后备、母线后备、断路器失灵后备和主变后备等保护功能。这些保护功能的体现是一个个独立的功能模块，模块之间通过站域保护的整体逻辑来相互配合，配合关系与传统的继电保护类似，但站域保护不与就地保护有功能和定值上的配合关系。
（2）站域保护硬件配置方案
每套站域保护由数据采集及计算模块、故障位置判别模块、保护跳闸决策模块等3个功能模块组成，由于智能变电站能够共享全站信息，站域保护可方便地通过过程层网络收集全站内所有间隔的电压、电流、断路器和刀闸位置的实时信息，可更好地改进继电保护现有原理算法，对现有后备保护功能进行补充，可解决同杆双回线保护所存在的各类难题，并可对带并联电抗器线路故障进行判别。
四、智能化变电站与数字化变电站的区别
数字化变电站技术与智能化变电站技术的区别主要体现在智能化變电站的智能设备和智能功能上，智能变电站在数字化变电站的基础上，实现了诸多智能功能，具有更多的智能特征，如智能变电站可实现监控管理的一体化，充分利用大量的数字信息来完成一些分布功能、自动控制功能。智能变电站是数字化变电站的更进一步推进，从本质上讲，数字化变电站实现了变电站内一、二次设备的数字化，而智能变电站实现了变电站内一、二次设备的智能化，管理的自动化和监控、操作的人工神经智能化。智能变电站和数字化变电站的主要区别体现在以下几个方面：
（1）智能变电站一次设备状态监视与一次设备智能化。采用状态监视智能组件和传感器与一次设备组合，实现一次设备状态监测；采用测量、控制、状态监测等智能组件与主设备就地安装，实现一次设备智能化。
（2）一体化的信息平台、智能高级应用功能。建立变电站全景数据统一信息平台，实现设备状态可视化、智能告警及分析决策、远端维护、顺序控制功能，也可选配故障信息综合分析决策、站域控制及大用户等外部系统互动等功能。
（3）信息建模和通信的标准化。站控层、间隔层设备实现通信协议标准化，取消协议互换设备；间隔层设备与过程层设备采用电缆直接连接。辅助系统相关信息可以通过智能接口机按标准建立相应数据模型，接入统一的信息平台。
（4）辅助系统智能化。实现视频监视、安防系统、环境监视系统智能化，全站电源一体化设计，并将辅助系统告警信号、测量数据通过站内智能接口机转换为标准模型数据后，接入一体化信息平台，视频监控可与站内监控系统在设备操作、事故处理时给予GOOSE信息协同联动。
五、智能化变电站的模式
1、智能变电站的架构
智能化变电站的系统层面将面向全站或数个一次电气设备的相关信息，通过智能化的组件获取并综合处理，协调完成智能化变电站中相关联智能设备的综合信息，以智能化变电站和智能电网的安全稳定运行要求为指导，协调控制各个电气设备层以同时完成多种功能。电气设备层主要包括智能的一次设备、合并单元、智能终端等智能组件，其主要的功能是完成实时的运行电气量等相关参数的采集、设备相关运行状态的监测和控制以及使电气二次设备执行相关命令等。
2、智能化变电站的结构模式
智能化变电站系统将在IEC61850的通信技术规范的基础上，以分层分布式为基准，最大限度地实现智能化变电站内的智能电气一次设备和智能电气二次设备间的信息共享性和互操作性。变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即构架中的设备层和系统层，而在逻辑上可分为三层，根据IEC61850通信协议草案定义，这三个层次分别为过程层、间隔层和站控层。目前智能变电站设计模式主要有三种：
（1）基于站控层IEC61850模式。此模式与传统的变电站自动化系统类似，是采用IEC61850协议的过渡型数字化变电站。间隔层智能电子设备IED仍可被安装在间隔层设备上或集中组屏。过程单元与间隔单元之间的关系将保持原来的模式，IEC61850的衔接将在间隔层单元和智能变电站层单元间展开，按IEC61850标准进行设备建模和信息交换。这种模式比较方便地解决了传统变电站中智能设备的互联及信息互操作问题，可以在不改变电气一次设备本体结构的前提下，实现一次设备的智能控制，实时性强且可靠性高，比现有的变
电站数字化程度高。
（2）基于传统互感器及过程层信息交换模式。这种模式在前一种模式的基础上将在线监测功能集成于一次设备本体，这就增加了网络信息交换过程中的信息量，但同时也利用了过程层进行网络信息的交换。可以利用单个间隔配置过程层的设备合并单元，在每个间隔内同时配置过程层的智能操作箱，这样就能将常规的一次电气设备的信息操作数字化和规范化，且与之相关的过程层智能电子的IED设备可以通过光纤以太网的对应间隔进行合并单元和智能操作箱的衔接。
（3）全信息交换的模式。这种模式是智能化开关设备的理想工作模式，这种工作模式最大的优点是采用先进的电子式互感器代替了原有的传统电磁互感器，由于电子式互感器的优势，这种工作模式必将在高压及超高压、特高压智能化变电站的发展中占据一席之地。
关键词： 智能变电站；技术；研究
智能变电站是智能电网建设的重要节点之一，自《智能变电站技术导则》（图1）系列标准制定以来，中国的智能变电站建设走在了世界的前列。智能变电站具有信息数字化、功能互动化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征，符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。智能变电站的特点就是一次设备智能化，二次设备网络化，信息一体化和高级应用普遍化。智能变电站结合了多个专业的新兴技术，如智能设备、先进的传感器技术、信息标准接口和信息平台、坚强可靠通信技术、物联网技术等，它的建成投运，可大幅提高设备的智能化水平和运行可靠性，提高了资源使用和生产管理效率，使运行更加经济、节能和环保。
一、智能变电站及其定义
智能电网中的智能化变电站是采用先进的、可靠的、节能的、环保的、集成的设备组合而成的，以高速网络通信的平台为信息传输的基础，自动地完成信息的采集功能、测量功能、控制功能、保护功能、计量功能和监测功能等基本功能，并可根据需要支持电网产时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。智能化变电站的特点是通过采用先进的电子式传感器、电子、信息、通信、控制、人工智能等技术，以智能化的一次设备和统一的信息平台为基础，实现变电站的实时全景监测、自动运行控制、设备状态的检修、运行状态的自适应、智能分析决策等功能，对智能电网进行安全状态评估、预警和控制，优化智能系统的运行，实现新能源的实时接入和退出，并与调度中心、电源及相关变电站能够协同互动提供支撑。
二、智能变电站的技术特点
智能变电站避免了一次、二次设备的概念，智能变电站遵循统一建模，信息化数据平台、通信过程都是标准化的。智能设备具有高可靠性，主要设备有在线检测功能，实现全寿命周期管理。数字化变电站有两大应用超越了普通变电站，即：电子式互感器和IEC61850标准的使用，优化了站内设备的安全性、测量精度和互操作性。智能变电站继承了数字化变电站的相关技术，智能变电站是变电站整体技术的跨越。智能变电站的几个创新概念为：
“智能设备”不但具有传输和分配电能的主设备本体，还具有测量、控制、保护、计量等功能，其不再强调传统的一、二次设备划分，各功能的物理形态以智能组件方式体现。智能设备是一次设备和智能组建的有机集合。智能组件是原来二次设备的统称，其功能由一个或多个功能单元完成，其表现形式可以是：测控装置、保护装置、测控保护装置、状态监测装置、智能终端、MU等。
三、站域保护的功能及实现方式
（1）站域保护功能
由于智能变电站采用IEC61850规约通信，能够很容易地实现全站信息共享。智能变电站内站域保护收集全站内所有间隔的电压、电流及断路器、刀闸位置实时信息，可为变电站内所有一次设备提供集中的近后备保护，即具备线路近后备、母联后备、母线后备、断路器失灵后备和主变后备等保护功能。这些保护功能的体现是一个个独立的功能模块，模块之间通过站域保护的整体逻辑来相互配合，配合关系与传统的继电保护类似，但站域保护不与就地保护有功能和定值上的配合关系。
（2）站域保护硬件配置方案
每套站域保护由数据采集及计算模块、故障位置判别模块、保护跳闸决策模块等3个功能模块组成，由于智能变电站能够共享全站信息，站域保护可方便地通过过程层网络收集全站内所有间隔的电压、电流、断路器和刀闸位置的实时信息，可更好地改进继电保护现有原理算法，对现有后备保护功能进行补充，可解决同杆双回线保护所存在的各类难题，并可对带并联电抗器线路故障进行判别。
四、智能化变电站与数字化变电站的区别
数字化变电站技术与智能化变电站技术的区别主要体现在智能化變电站的智能设备和智能功能上，智能变电站在数字化变电站的基础上，实现了诸多智能功能，具有更多的智能特征，如智能变电站可实现监控管理的一体化，充分利用大量的数字信息来完成一些分布功能、自动控制功能。智能变电站是数字化变电站的更进一步推进，从本质上讲，数字化变电站实现了变电站内一、二次设备的数字化，而智能变电站实现了变电站内一、二次设备的智能化，管理的自动化和监控、操作的人工神经智能化。智能变电站和数字化变电站的主要区别体现在以下几个方面：
（1）智能变电站一次设备状态监视与一次设备智能化。采用状态监视智能组件和传感器与一次设备组合，实现一次设备状态监测；采用测量、控制、状态监测等智能组件与主设备就地安装，实现一次设备智能化。
（2）一体化的信息平台、智能高级应用功能。建立变电站全景数据统一信息平台，实现设备状态可视化、智能告警及分析决策、远端维护、顺序控制功能，也可选配故障信息综合分析决策、站域控制及大用户等外部系统互动等功能。
（3）信息建模和通信的标准化。站控层、间隔层设备实现通信协议标准化，取消协议互换设备；间隔层设备与过程层设备采用电缆直接连接。辅助系统相关信息可以通过智能接口机按标准建立相应数据模型，接入统一的信息平台。
（4）辅助系统智能化。实现视频监视、安防系统、环境监视系统智能化，全站电源一体化设计，并将辅助系统告警信号、测量数据通过站内智能接口机转换为标准模型数据后，接入一体化信息平台，视频监控可与站内监控系统在设备操作、事故处理时给予GOOSE信息协同联动。
五、智能化变电站的模式
1、智能变电站的架构
智能化变电站的系统层面将面向全站或数个一次电气设备的相关信息，通过智能化的组件获取并综合处理，协调完成智能化变电站中相关联智能设备的综合信息，以智能化变电站和智能电网的安全稳定运行要求为指导，协调控制各个电气设备层以同时完成多种功能。电气设备层主要包括智能的一次设备、合并单元、智能终端等智能组件，其主要的功能是完成实时的运行电气量等相关参数的采集、设备相关运行状态的监测和控制以及使电气二次设备执行相关命令等。
2、智能化变电站的结构模式
智能化变电站系统将在IEC61850的通信技术规范的基础上，以分层分布式为基准，最大限度地实现智能化变电站内的智能电气一次设备和智能电气二次设备间的信息共享性和互操作性。变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即构架中的设备层和系统层，而在逻辑上可分为三层，根据IEC61850通信协议草案定义，这三个层次分别为过程层、间隔层和站控层。目前智能变电站设计模式主要有三种：
（1）基于站控层IEC61850模式。此模式与传统的变电站自动化系统类似，是采用IEC61850协议的过渡型数字化变电站。间隔层智能电子设备IED仍可被安装在间隔层设备上或集中组屏。过程单元与间隔单元之间的关系将保持原来的模式，IEC61850的衔接将在间隔层单元和智能变电站层单元间展开，按IEC61850标准进行设备建模和信息交换。这种模式比较方便地解决了传统变电站中智能设备的互联及信息互操作问题，可以在不改变电气一次设备本体结构的前提下，实现一次设备的智能控制，实时性强且可靠性高，比现有的变
电站数字化程度高。
（2）基于传统互感器及过程层信息交换模式。这种模式在前一种模式的基础上将在线监测功能集成于一次设备本体，这就增加了网络信息交换过程中的信息量，但同时也利用了过程层进行网络信息的交换。可以利用单个间隔配置过程层的设备合并单元，在每个间隔内同时配置过程层的智能操作箱，这样就能将常规的一次电气设备的信息操作数字化和规范化，且与之相关的过程层智能电子的IED设备可以通过光纤以太网的对应间隔进行合并单元和智能操作箱的衔接。
（3）全信息交换的模式。这种模式是智能化开关设备的理想工作模式，这种工作模式最大的优点是采用先进的电子式互感器代替了原有的传统电磁互感器，由于电子式互感器的优势，这种工作模式必将在高压及超高压、特高压智能化变电站的发展中占据一席之地。