第 2 章 智能变电站概述
2.1 智能变电站的定义和主要技术特点
所谓智能变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、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、计量和监测等基本功能，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。
智能变电站具有数字化全站信息、网络化通信平台、标准化信息共享和互动化高级应用的主要技术特点。
（1）数字化全站信息。数字化全站信息是指实现一次、二次设备的灵活控制，并具有双向通信功能，可以通过信息网进行管理，满足全变电站信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化。主要表现在信息的接地数字化，通过采用电子互感器，或者常规互感器就地配置合并单元，实现了就地数字化的信息采样；通过一次设备智能终端的配置，实现就地采集设备本体信息和就地执行控制命令。使电缆缩短，光缆延长。
（2）网络化通信平台。网络化通信平台是指使用基于 IEC 61850 的标准化网络通信体系，具体表现是网络化传输全站信息。变电站能根据实际需求灵活选择网络拓扑结构，利用冗余技术增强系统可靠性；互感器的采样数据可通过过程层网络同时发送到测控、保护、故障录波及相角测量等装置，从而共享了数据；利用光缆代替电缆可大幅度减少变电站二次回路的连接线数量，同时提高了系统的可靠性。
（3）标准化信息共享。标准化信息共享就是形成基于一致的断面的唯一性、一致性基础信息，一致的标准化信息模型，通过一致的标准、一致的建模来实现变电站里外的信息交换和信息共享。具体表现在信息一体化系统下，将全站的数据按照一致的格式、一致的编号存放在一块儿，使用时按照一致的检索方式、一致的存取机制进行，避免了不同功能应用时对相同信息的重复建设。
（4）互动化高级应用。互动化高级应用就是实现各种变电站里外高级应用系统相关对象之间的互动，全面满足智能电网运行、控制要求。具体而言，就是建立变电站内全景数据的信息一体化系统，供各个子系统同一数据标准化规范化存取访问以及和调度等其他系统进行标准化交互；满足变电站集约化管理、顺序控制的要求，并能与相邻变电站、电源、用户之间的协调互动，支撑各级电网的安全稳定经济运行[5,6].
2.2 智能变电站的构成与特点
智能变电站应用先进设备和技术，强调优化系统功能和结构，它的根本是为应用服务，从业务需求的角度出发，把技术问题、经济问题、管理问题统筹考虑，实现对三态数据（稳态数据、暂态数据、动态数据）的统一采集和处理，因而提高智能电网感知全景信息的能力，提高高级应用的深度和广度，实现自动化、互动化的目标。
智能变电站的功能优势见表 1.
为了更好地实现以支持表 1 中所述智能变电站功能，智能变电站在结构上更加着重于物理集成与逻辑集成。首先，在站在系统层面，物理集成真正体现了面向对象、功能自治的思想，同时利用提高间隔功能的可靠性，从而降低了运行和维护的费用；其次，电力系统其本质是一个互联的系统，如果只以开单间隔、局部信息是很难在系统层面优化保护和控制功能的。所以，智能变电站同时强调逻辑集成，从而构成面向系统的应用，以实现就地、区域及全局功能的协调，支持具有在线决策、协同互动特征的各种高级应用[15].
智能变电站与常规变电站的结构差异如图 1 所示。与常规变电站对比，智能变电站通过设备或者系统的物理集成，为逻辑功能集成提供了载体，因而可以更好地实现高级应用。
智能变电站的优越性主要体现在以下几方面。
（1） 一次设备智能化。一次设备智能化是智能变电站的重要特征，也是智能变电站区别于常规变电站的主要标志之一。 目前，智能变电站通过合并单元和智能终端进行就地采样控制，实现一次设备的测量数字化、控制网络化；通过传感器与一次设备的一体化安装实现设备状态可视化。同时，进一步通过对各类状态监测后台的集成，建立设备状态监测系统，为状态检修、校验自动化和远程化提供了条件，进而提高了一次设备的管理水平，延长设备寿命，降低设备全寿命周期成本[13].
（ 2 ） 采样就地数字化。电子互感器与常规互感器比较而言，其体积更小、抗饱和能力更强、线性度更好；能避免传统互感器固有的缺点，例 如 :绝缘油爆炸、铁磁谐振、六氟化硫气体泄漏、T A 断线导致高压危险等。并且可以节约大量铜线、铁芯等金属材料，更加符合智能变电站低碳环保的设计理念。在高电压等级，电子互感器与常规互感器相比有明显的经济性；在低电压等级，则采用“常规互感器+合并单元”方式的实现就地采样数字化，经济性更优。现阶段智能变电站中，以采样值得就地数字化为目的，提倡互感器的选择兼顾技术经济性与先进性。
（3）电缆被光缆取代、模拟量被数字量取代。在常规变电站中，采用电缆连接二次设备与一次设备、以及连接二次设备之间，电缆感应电磁干扰和一次设备传输过电压丢可能导致二次设备运行异常，长电缆的电容耦合干扰以及二次回路两点接地都可能引起机电保护误动作。
智能变电站不同于常规变电站，增加了过程层网络，通过合并单元、智能终端实现就地采集和控制，常规变电站的大量长电缆被光缆所取代。取消了常规电流互感器、电压互感器的大功率输入回路，避免电缆带来的传输过电压、电磁兼容和两点接地问题，从根本上解决抗干扰问题，提高传输可靠性。
（4）通信规约标准化。常规变电站二次设备缺乏统一的通信标准和信息模型规范，为达到不同厂家设备的互连的目的，就要设置大量的协议转换器，加大了系统复杂度和设计、调试以及维护的难度。各种功能要建设各自的信息采集、传输以及执行系统，增加了变电站的成本和复杂性。
智能变电站的全部智能设备都按统一的 IEC61850 建立模型和通信接口，设备间可实现无缝对接。各种设备按统一的通信规约接入变电站通信网络，实现信息共享，不用为不同功能建立各自的信息采集、传输以及执行系统，使软硬件的重复投资大大减少[10].在该基础上还能建立基于全站信息的数据中心以及面向对象的故障录波分析平台。建立真正的电力系统运行分析“黑匣子”,支撑事故分析的可追忆数据。
（5）功能集成，设备简化。智能变电站就地化采样控制和网络化信息传输，令二次设备采样、执行机构简化，促使了装置集成。例如，110kV 及以上电压等级的保护测控一体化装置、网络化故障录波的应用，一方面缩减了二次设备的数量。另一方面，也促使了设备接口的简化和规范。智能变电站通过通用面向对象变电站事件方式达到各保护装置之间的交互、跳合闸出口等目的，原来传统的实端子概念消失，取而代之的是虚端子，以虚端子的逻辑连线从而完成保护装置之间的配合。端子排与电缆接线简化为光口与光缆接线。因为大量的继电器回路被逻辑回路替代，从前的保护功能投退和跳闸出口等压板，也可由软压板代替，相应功能由软件内部的控制字设置来完成，从而促使了装置硬件的简化。
另外，交直流一体化电源系统能够实现站内电源各类系统的一体化设计、配置和监控，使蓄电池数量减少，也简化了屏间接线，使整个变电站站用电源可靠、高效的管理起来。建立智能辅助控制系统，解决了常规变电站缺乏全面的环境监测、依赖人工巡检、辅助系统鼓励、无智能告警联动与管理难度大等问题。减少了辅助系统的人工干预，减少了误动误判，达到了对变电站辅助系统实行智能运行管理的目的[11].
（6）实现调试手段变革。当智能变电站全站信息数字化的发展越来越快，统一的规约、模型，简化接线和标准化接口，变电站自动化系统的硬件回路将越来越少，从前大量的二次电缆连接模式变成了虚端子、虚回路的配置。常规变电站围绕纸质版图纸，而智能变电站围绕变电站系统配置描述文件，并提供给各设备厂商，供厂家直接导入，彻底避免了从前对照图纸，依靠人力进行信息输入和现场接线的缺陷，因而在工程实施的关键环节体现智能变电站的特点和价值，实现“最大化工程工作量，最小化现场工作量”.
（7）提高运行自动化水平，降低全寿命周期成本。智能变电站使用智能一次设备、所有功能都能遥控完成。通信系统传输的信息更全面，大幅度提高了通信的实时性和可靠性。变电站从而可实现更多、更复杂的自动化功能，提高自动化水平。
智能变电站设备之间信息交互都按照统一的IEC61850规约通过通信网络实现，在扩充变电站的规模和功能时，仅在通信网络上接入新增符合国际标准的设备，不需改造或更换原有设备，减少变电站全寿命周期成本。
（8）精简设备配置、优化场地布置。基于安全可靠、技术先进、经济合理的前提，智能变电站的总布置遵循节约、环境友好的技术原则，结合新设备、新技术的使用，优化配电装置场地和建筑物布置。例如，为了减少常规变电站的电缆、提高抗干扰能力，在配电装置现场设置多个继电小室；在智能变电站中由于智能设备的使用，减少了二次保护测控和现场的长电缆数量，因而可按照变电站的配电装置形式、规模等因素尽量减少继电器小室的数量。
结合设备整合，通过优化设备布置和建筑结构，与相同规模的常规变电站相比，智能变电站可实现战地面积和建筑面积的减少。由于少量光缆替代大量电缆，连接介质的减少，克缩小智能变电站内电缆沟截面，减少敷设材料，实现电缆沟的优化。
