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摘 要：智能变电站是智能电网六大基础环节之一，也是最关键的环节。从智能变电站的概念、技术原则、体系结构及关键设备四个方面，对智能变电站的理论进行了较为深入的阐述，并对智能变电站今后的发展趋势及其在工厂实际生产中的应用进行了展望。
关键词：智能变电站 智能电网 应用
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）005-048-02
1 智能变电站的概念
2009年5月，国家电网公司根据中国电网的实际发展，出台了一个建设“智能电网”的发展战略。智能电网的网络主题框架为现代高压电力网，以各级中、低压电网为基础，利用现代通信和信息平台作为技术支撑，支持信息技术，自动化技术，互动功能，包括电力的发、输、变、配和系统调度各个环节，包含了所有电压等级，最终实现“电力流、信息流、商务流”高度集成的现代化网络。
数字化变电站是智能变电站的基础，它通过智能化一次系统设备（电子式互感器，智能开关等）和二次设备的网络分层来构建，IEC61850是数字化和智能变电站的通信技术基础，在此基础上支持变电站电子设备之间的互操作和资源共享。
2 智能变电站的技术基础
智能变电站的坚强基础是拥有高可靠性的设备，其智能的关键是有良好的综合分析能力以及自动协同控制功能，未来的发展方向是设备功能集成化、信息数字化、检修状态化、结构紧凑化，而智能变电站要达到的最终目标是运行和维护的高效化。依照智能变电站的技术导则，其设计要遵循以下的技术原则：
(1)智能变电站的设计和施工应当严格按照DL / T1092的要求，既要满足DL / T755的三个安全和稳定标准，又要满足GB/ T14285继电器的“可靠性、选择性、速动性、灵活性”的“四性”要求，并遵守《电力二次系统安全防护总体方案》。
(2)智能变电站的后台监控功能应参考DL/T 5149的相关要求，而其测量、控制、保护等单元应满足GB/T 13729、DL/T 478、DL/T 769、GB/T 14285的相关要求。
(3)智能变电站的通信网络与系统应符合DL/T 860标准。为了满足基础数据的完整性及一致性的要求，在设计中应建立包含电网实时同步运行的实时信息、电能质量、保护信息、设备状态等各类关键数据的标准化信息模型。
(4)智能变电站所选用的设备应尽可能的满足“容易集成、容易扩展、容易升级、容易改造、容易维护”的工业化应用要求。
(5)应能采集并实现可视化展示智能变电站中的主要设备（变压器、断路器等）的状态信息，为电网设备管理提供基础信息支撑。
(6)应能强有力地支撑各级电网，保证其能安全、稳定、经济运行，实现该变电站与上级调度、相邻变电站、电源以及用户之间的协同互动。
(7)各项功能应满足智能变电站“集中控制、无人值守”的要求，尽量减少人员现场操作。
(8)为使系统层的各子系统数据能标准化、规范化地存取和访问，同时能向调度等其它系统进行标准化的交互传送，智能变电站应能建立站内全景数据的统一信息平台。
(9)智能变电站应进行性能方面的测试与评估。
(10)宜具备接入可再生新能源的能力。
3 智能变电站的体系结构
目前国内设计和建造的智能变电站大部分采用的是IEC61850标准中所建议的三层式结构，即站控层、间隔层和设备层。站控层包括站级计算机、维修站、操作站、人机设备、服务器或路由器等。它的功能是监视变电站控制、操作闭锁、记录和自诊断功能、继电器的设定值的变化、故障分析和变电站的远程控制；站控层与间隔层之间是通过光纤局域网络通信的。间隔层主要包括监控装置以及继电保护设备等，其功能是利用本间隔数据对一次设备进行控制、操作闭锁和继电保护。采用GIS控制柜，将保护、测控装置整合一体化，通过光纤，用以太网通信方式，节省了以往一、二次设备之间通信所要铺设的大量电缆。设备层中的智能化一次设备采用光电技术。一次设备的智能化为间隔层和设备层之间的数字通信提供基础。
虽然三层式体系结构使超高压和高压变电站内的二次回路得以简化，并且基本上解决了变电站内电气设备数字化的问题，但是对于大型的变电站来说，过程层的网络复杂、结构冗余，需要配置大量的以太网交换机，投资成本高，而且采样率和同步性能不能满足高级应用的要求。因此在智能变电站设计导则中提出了两层式的体系分层，即分为设备层和系统层，见图1。
3.1 设备层及其功能
设备层的功能包括变电站测量、保护、控制、检测、计量等，由高压设备和智能组件组成，以电气间隔为单位进行模块化设计。其中的智能组件是灵活配置的物理设备，它由测量单元、保护单元、控制单元、检测单元、计量单元中的一个或几个组成。
由测控装置、保护装置、状态检测的智能组件等可以组成外置的智能组件。智能设备可采用方式如下：
(1)独立运行的高压设备加上外置的智能组件。
(2)高压设备加上内嵌的包含状态检测单元的智能组件，再加上外置的一个或多个智能组件。
(3)高压设备加上内嵌的智能组件。
3.2 系统层及其功能
系统层包含自动化系统、站域控制、通信系统、对时系统等子系统，实现DL/T860中所提及的站控层功能。系统层具备基本的数据处理功能，它面向全站或一个以上高压设备，通过智能组件获取并综合处理变电站中关联智能设备的相关信息，按照变电站和电网安全稳定运行要求，控制各设备层协同完成多个应用功能。
系统层中将数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁、备自投、同步相量采集、电能量采集、低压/低频解列、故障录波、保护信息管理等各项功能高度集成一体化。根据变电站电压等级和复杂程度，可以选择集成在一台嵌入式装置或计算机运行，也可以选择分布在多台嵌入式装置或计算机运行。
4 智能变电站核心设备 输电和配电变电站中的一次设备包括：断路器、隔离开关和接地开关、负荷开关、互感器、SF6气体绝缘开关(GIS)、避雷器、变压器等，其中最重要的是电子互感器和智能化开关。
在智能变电站中使用的互感器都是电子互感器。电子互感器不仅克服了传统互感器的不足，而且它的动态范围大、频带宽、重量轻、体积小。电子式电流/电压互感器（ECT/EVT）通过光纤、合并单元、网络设备等将电流电压信号数字化输出并传输至保护、测控设备。与传统互感器相比，由于其采用光纤通信，安装维护简单，抗干扰能力强、可靠性高。
智能开关是指断路器能够通过其内部的智能控制装置独立处理各种信息并做成正确的操作，而不需要由站控层给出控制指令。智能开关将不再是由传统的辅助开关和辅助继电器构成的机械结构，它将主要由电力电子技术、智能控制设备的执行单元组成，在基于计算机技术、微电子技术和新型传感器的基础上创建一个新的断路器系统将是智能开关今后的发展趋势。
5 智能变电站的应用展望
变电环节智能化可以显著提高电网稳定性和可靠性、输送能力以及设备健康水平，未来电网通过分阶段、分层次的应用智能设备、状态监测等成熟技术，最终能够实现全网设备运行数据的统一采集、电网的实时信息共享和实时控制以及智能调节，并最终支撑各级电网的安全稳定运行以及各类高级应用。
智能变电站的研究和建设刚刚起步，从长远来说，为了满足智能电网的需求，还需要对智能变电站的传感、测量、通信和信息技术做大量的研究和实践工作。通过构建以智能变电站为基础的高效、互连的发电厂、电网、负荷一体化系统，使电源合理配置、满足不断增长的工厂负荷需求，从而实现智能电网所提出的“安全可靠、清洁高效、自愈可调”的建设目标。可以展望，性能优越的智能化变电站终将会随着智能化进程上的难题逐一破解，在不久的将来不断实施建设。
参考文献：
[1] 李祥珍.物联网与智能电网的融合与发展[J].办公自动化(综合版),2010,(182):7-10.
[2] 李孟超,王允平,李献伟,等.智能变电站及技术特点分析[J].电力系统保护与控制,2010,38(18):59-63.
[3] 赵辰鹏.智能变电站一次设备的选择及应用研究[D].华北电力大学,2010.
[4] 陈文升,钱唯克,楼晓东.智能变电站实现方式研究及展望[J].华东电力,2010,38(10):1570-1573.
关键词：智能变电站 智能电网 应用
中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）005-048-02
1 智能变电站的概念
2009年5月，国家电网公司根据中国电网的实际发展，出台了一个建设“智能电网”的发展战略。智能电网的网络主题框架为现代高压电力网，以各级中、低压电网为基础，利用现代通信和信息平台作为技术支撑，支持信息技术，自动化技术，互动功能，包括电力的发、输、变、配和系统调度各个环节，包含了所有电压等级，最终实现“电力流、信息流、商务流”高度集成的现代化网络。
数字化变电站是智能变电站的基础，它通过智能化一次系统设备（电子式互感器，智能开关等）和二次设备的网络分层来构建，IEC61850是数字化和智能变电站的通信技术基础，在此基础上支持变电站电子设备之间的互操作和资源共享。
2 智能变电站的技术基础
智能变电站的坚强基础是拥有高可靠性的设备，其智能的关键是有良好的综合分析能力以及自动协同控制功能，未来的发展方向是设备功能集成化、信息数字化、检修状态化、结构紧凑化，而智能变电站要达到的最终目标是运行和维护的高效化。依照智能变电站的技术导则，其设计要遵循以下的技术原则：
(1)智能变电站的设计和施工应当严格按照DL / T1092的要求，既要满足DL / T755的三个安全和稳定标准，又要满足GB/ T14285继电器的“可靠性、选择性、速动性、灵活性”的“四性”要求，并遵守《电力二次系统安全防护总体方案》。
(2)智能变电站的后台监控功能应参考DL/T 5149的相关要求，而其测量、控制、保护等单元应满足GB/T 13729、DL/T 478、DL/T 769、GB/T 14285的相关要求。
(3)智能变电站的通信网络与系统应符合DL/T 860标准。为了满足基础数据的完整性及一致性的要求，在设计中应建立包含电网实时同步运行的实时信息、电能质量、保护信息、设备状态等各类关键数据的标准化信息模型。
(4)智能变电站所选用的设备应尽可能的满足“容易集成、容易扩展、容易升级、容易改造、容易维护”的工业化应用要求。
(5)应能采集并实现可视化展示智能变电站中的主要设备（变压器、断路器等）的状态信息，为电网设备管理提供基础信息支撑。
(6)应能强有力地支撑各级电网，保证其能安全、稳定、经济运行，实现该变电站与上级调度、相邻变电站、电源以及用户之间的协同互动。
(7)各项功能应满足智能变电站“集中控制、无人值守”的要求，尽量减少人员现场操作。
(8)为使系统层的各子系统数据能标准化、规范化地存取和访问，同时能向调度等其它系统进行标准化的交互传送，智能变电站应能建立站内全景数据的统一信息平台。
(9)智能变电站应进行性能方面的测试与评估。
(10)宜具备接入可再生新能源的能力。
3 智能变电站的体系结构
目前国内设计和建造的智能变电站大部分采用的是IEC61850标准中所建议的三层式结构，即站控层、间隔层和设备层。站控层包括站级计算机、维修站、操作站、人机设备、服务器或路由器等。它的功能是监视变电站控制、操作闭锁、记录和自诊断功能、继电器的设定值的变化、故障分析和变电站的远程控制；站控层与间隔层之间是通过光纤局域网络通信的。间隔层主要包括监控装置以及继电保护设备等，其功能是利用本间隔数据对一次设备进行控制、操作闭锁和继电保护。采用GIS控制柜，将保护、测控装置整合一体化，通过光纤，用以太网通信方式，节省了以往一、二次设备之间通信所要铺设的大量电缆。设备层中的智能化一次设备采用光电技术。一次设备的智能化为间隔层和设备层之间的数字通信提供基础。
虽然三层式体系结构使超高压和高压变电站内的二次回路得以简化，并且基本上解决了变电站内电气设备数字化的问题，但是对于大型的变电站来说，过程层的网络复杂、结构冗余，需要配置大量的以太网交换机，投资成本高，而且采样率和同步性能不能满足高级应用的要求。因此在智能变电站设计导则中提出了两层式的体系分层，即分为设备层和系统层，见图1。
3.1 设备层及其功能
设备层的功能包括变电站测量、保护、控制、检测、计量等，由高压设备和智能组件组成，以电气间隔为单位进行模块化设计。其中的智能组件是灵活配置的物理设备，它由测量单元、保护单元、控制单元、检测单元、计量单元中的一个或几个组成。
由测控装置、保护装置、状态检测的智能组件等可以组成外置的智能组件。智能设备可采用方式如下：
(1)独立运行的高压设备加上外置的智能组件。
(2)高压设备加上内嵌的包含状态检测单元的智能组件，再加上外置的一个或多个智能组件。
(3)高压设备加上内嵌的智能组件。
3.2 系统层及其功能
系统层包含自动化系统、站域控制、通信系统、对时系统等子系统，实现DL/T860中所提及的站控层功能。系统层具备基本的数据处理功能，它面向全站或一个以上高压设备，通过智能组件获取并综合处理变电站中关联智能设备的相关信息，按照变电站和电网安全稳定运行要求，控制各设备层协同完成多个应用功能。
系统层中将数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁、备自投、同步相量采集、电能量采集、低压/低频解列、故障录波、保护信息管理等各项功能高度集成一体化。根据变电站电压等级和复杂程度，可以选择集成在一台嵌入式装置或计算机运行，也可以选择分布在多台嵌入式装置或计算机运行。
4 智能变电站核心设备 输电和配电变电站中的一次设备包括：断路器、隔离开关和接地开关、负荷开关、互感器、SF6气体绝缘开关(GIS)、避雷器、变压器等，其中最重要的是电子互感器和智能化开关。
在智能变电站中使用的互感器都是电子互感器。电子互感器不仅克服了传统互感器的不足，而且它的动态范围大、频带宽、重量轻、体积小。电子式电流/电压互感器（ECT/EVT）通过光纤、合并单元、网络设备等将电流电压信号数字化输出并传输至保护、测控设备。与传统互感器相比，由于其采用光纤通信，安装维护简单，抗干扰能力强、可靠性高。
智能开关是指断路器能够通过其内部的智能控制装置独立处理各种信息并做成正确的操作，而不需要由站控层给出控制指令。智能开关将不再是由传统的辅助开关和辅助继电器构成的机械结构，它将主要由电力电子技术、智能控制设备的执行单元组成，在基于计算机技术、微电子技术和新型传感器的基础上创建一个新的断路器系统将是智能开关今后的发展趋势。
5 智能变电站的应用展望
变电环节智能化可以显著提高电网稳定性和可靠性、输送能力以及设备健康水平，未来电网通过分阶段、分层次的应用智能设备、状态监测等成熟技术，最终能够实现全网设备运行数据的统一采集、电网的实时信息共享和实时控制以及智能调节，并最终支撑各级电网的安全稳定运行以及各类高级应用。
智能变电站的研究和建设刚刚起步，从长远来说，为了满足智能电网的需求，还需要对智能变电站的传感、测量、通信和信息技术做大量的研究和实践工作。通过构建以智能变电站为基础的高效、互连的发电厂、电网、负荷一体化系统，使电源合理配置、满足不断增长的工厂负荷需求，从而实现智能电网所提出的“安全可靠、清洁高效、自愈可调”的建设目标。可以展望，性能优越的智能化变电站终将会随着智能化进程上的难题逐一破解，在不久的将来不断实施建设。
参考文献：
[1] 李祥珍.物联网与智能电网的融合与发展[J].办公自动化(综合版),2010,(182):7-10.
[2] 李孟超,王允平,李献伟,等.智能变电站及技术特点分析[J].电力系统保护与控制,2010,38(18):59-63.
[3] 赵辰鹏.智能变电站一次设备的选择及应用研究[D].华北电力大学,2010.
[4] 陈文升,钱唯克,楼晓东.智能变电站实现方式研究及展望[J].华东电力,2010,38(10):1570-1573.