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2022-02-11 10:07:15
智能化變電站的概念及架構
2022-02-11 10:07:15 來源: 網絡
一、智能化變電站的概念
智能化變電站是數字化變電站的升級和發展，在數字化變電站的基礎上，結合智能電網的需求，對變電站自動化技術進行充實以實現變電站智能化功能。從智能電網體系結構(圖1)看，智能化變電站是智能電網運行與控制的關鍵。作為銜接智能電網發電、輸電、變電、配電、用電和調度六大環節的關鍵，智能化變電站是智能電網中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調整電壓的重要電力設施，是智能電網“電力流、信息流、業務流”三流匯集的焦點，對建設堅強智能電網具有極為重要的作用。
除了變壓器、開關設備、輸配電線路及其配套設備之外，智能化變電站在硬件上的兩個重要特征是大量新型柔性交流輸電技術及裝備的應用，以及風力發電、太陽能發電等間歇性分布式清潔電源的接入。這兩個變化，在提高變電站功能的同時也增加了其復雜程度。智能化變電站自動化系統應當增加對柔性交流輸電設備和分布式電源接口的智能化管理和控制功能。
根據國家電網公司《智能變電站技術導則》，智能化變電站是采用先進的傳感器、信息、通信、控制、智能等技術，以一次設備參量數字化和標準化、規范化信息平臺為基礎，實現變電站實時全景監測、自動運行控制、與站外系統協同互動等功能，達到提高變電可靠性、優化資產利用率、減少人工干預、支撐電網安全運行，可再生能源“即插即退”等目標的變電站。其內涵為可靠、經濟、兼容、自主、互動、協同，并具有一次設備智能化、信息交換標準化、系統高度集成化、運行控制自動化、保護控制協同化、分析決策在線化等技術特征。
二、智能化變電站的功能特征
智能化變電站的設計和建設，必須在智能電網的背景下進行，要滿足我國智能電網建設和發展的要求，體現我國智能電網信息化、數字化、自動化、互動化的特征。智能化變電站應當具有以下功能特征:
1、緊密聯結全網。從智能化變電站在智能電網體系結構中的位置和作用看，智能化變電站的建設，要有利于加強全網范圍各個環節間聯系的緊密性，有利于體現智能電網的統一性，有利于互聯電網對運行事故進行預防和緊急控制，實現在不同層次上的統一協調控制，成為形成統一堅強智能電網的關節和紐帶。智能化變電站的“全網”意識更強，作為電網的一個重要環節和部分，其在電網整體中的功能和作用更加明顯和突出。
2、支撐智能電網。從智能化變電站的自動化、智能化技術上看，智能化變電站的設計和運行水平，應與智能電網保持一致，滿足智能電網安全、可靠、經濟、高效、清潔、環保、透明、開放等運行性能的要求。在硬件裝置上實現更高程度的集成和優化，軟件功能實現更合理的區別和配合。應用FACTS技術，對系統電壓和無功功率，電流和潮流分布進行有效控制。
3、高電壓等級的智能化變電站滿足特高壓輸電網架的要求。特高壓輸電線路將構成我國智能電網的骨干輸電網架，必須面對大容量、高電壓帶來的一系列技術問題。特高壓變電站應能可靠地應對和解決在設備絕緣、斷路開關等方面的問題，支持特高壓輸電網架的形成和有效發揮作用。
4、中低壓智能化變電站允許分布式電源的接入。在未來的智能電網中，一個重要的特征是大量的風能、太陽能等間歇性分布式電源的接入。智能化變電站是分布式電源并網的入口，從技術到管理，從硬件到軟件都必須充分考慮并滿足分布式電源并網的需求。大量分布式電源接入，形成微網與配電網并網運行模式。這使得配電網從單一的由大型注入點單向供電的模式，向大量使用受端分布式發電設備的多源多向模塊化模式轉變。與常規變電站相比，智能化變電站從繼電保護到運行管理都應做出調整和改變，以滿足更高水平的安全穩定運行需要。
5、遠程可視化。智能化變電站的狀態監測與操作運行均可利用多媒體技術實現遠程可視化與自動化，以實現變電站真正的無人值班，并提高變電站的安全運行水平。
6、裝備與設施標準化設計，模塊化安裝。智能化變電站的一二次設備進行高度的整合與集成，所有的裝備具有統一的接口。建造新的智能化變電站時，所有集成化裝備的一、二次功能，在出廠前完成模塊化調試，運抵安裝現場后只需進行聯網、接線，無需大規模現場調試。一二次設備集成后標準化設計，模塊化安裝，對變電站的建造和設備的安裝環節而言是根本性的變革。可以保證設備的質量和可靠性，大量節省現場施工、調試工作量，使得任何一個同樣電壓等級的變電站的建造變成簡單的模塊化的設備的聯網、連接，因而可以實現變電站的“可復制性”，大大簡化變電站建造的過程，而提高了變電站的標準化程度和可靠性。出于以上需求的考慮，智能化變電站必須從硬件到軟件，從結構到功能上完成一個飛越。
三、智能化變電站與數字化變電站的區別
智能化變電站與數字化變電站有密不可分的聯系。數字化變電站是智能化變電站的前提和基礎，是智能化變電站的初級階段，智能化變電站是數字化變電站的發展和升級。智能化變電站擁有數字化變電站的所有自動化功能和技術特征，二者的共同點無需討論。木文認為智能化變電站與數字化變電站的差別主要體現在以下3個方面:
1、數字化變電站主要從滿足變電站自身的需求出發，實現站內一、二次設備的數字化通信和控制，建立全站統一的數據通信平臺，側重于在統一通信平臺的基礎上提高變電站內設備與系統間的互操作性。而智能化變電站則從滿足智能電網運行要求出發，比數字化變電站更加注重變電站之間、變電站與調度中心之間的信息的統一與功能的層次化。需要建立全網統一的標準化信息平臺，作為該平臺的重要節點，提高其硬件與軟件的標準化程度，以在全網范圍內提高系統的整體運行水平為目標。
2、數字化變電站己經具有了一定程度的設備集成和功能優化的概念，要求站內應用的所有智能電子裝置(IED)滿足統一的標準，擁有統一的接口，以實現互操作性。IED分布安裝于站內，其功能的整合以統一標準為紐帶，利用網絡通信實現。數字化變電站在以太網通信的基礎上，模糊了一、二次設備的界限，實現了一、二次設備的初步融合。而智能化變電站設備集成化程度更高，可以實現一、二次設備的一體化、智能化整合和集成。
3、智能電網擁有更大量新型柔性交流輸電技術及裝備的應用，以及風力發電、太陽能發電等間歇式分布式清潔電源的接入，需要滿足間歇性電源“即插即用”的技術要求。
四、智能化變電站架構
1、數字化變電站的集成化
集成化總是變電站自動化技術的發展方向和趨勢。從常規變電站，到數字化變電站，再到智能化變電站的發展過程，是變電站內的設備和系統集成化程度越來越高的過程。
數字化變電站用微機處理和光纖數字通信優化變電站層和間隔層的功能配置；控制、保護和運行支持系統通過局域網彼此互相連接，共享數據信息；簡化單個系統的結構，同時保持各個系統的相對獨立性。在此基礎上更進一步，數字化變電站內的自動化系統可以進行集成，分為三個層次，過程層集成、間隔層集成和變電站層集成。
變電站中每個控制和監視設備都需要從過程輸入數據，然后輸出控制命令到過程。過程接口將完成被監視和控制的開關場設備和變電站自動化系統的連接。數字化變電站中，集成化的一個體現是過程接口被直接集成到了過程中，也就是開關設備中。包括用于測量電流和電壓及氣體密度的電子傳感器、斷路器和隔離開關的位置指示器和傳動裝置都安裝在一個屏蔽的小盒子里，集成到一次設備中，即所謂的智能化一次設備。
數字化變電站集成化的另一個體現是間隔層的集成化:構筑一個通用的硬件和軟件平臺即統一的多功能數字裝置(UMD)，將間隔內的控制、保護、測量等功能集成在這個通用的平臺上，通過通用的硬件和軟件采集各功能需要的數據和狀態量，實現數據共享。原來控制、保護等功能不再需要專用的硬件裝置和專用的輸入、輸出通道，而是由合理的軟件設計來實現。
間隔統一多功能裝置集成了較多的功能，在設計時應按各功能響應時間要求進行分類，并確定優先級別。顯然，繼電保護、緊急控制等與
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