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智能变电站体系结构研究王子琛

发表时间：2020/11/13 来源：《基层建设》2020年第21期作者：王子琛

[导读] 摘要：随着国家电网公司智能电网建设，智能变电站作为智能电网的重要组成部分，成为研究的热点。

        国网山西省电力公司长治市上党区供电公司山西长治 047100
        摘要：随着国家电网公司智能电网建设，智能变电站作为智能电网的重要组成部分，成为研究的热点。文章介绍了智能变电站的体系结构，并对变电站的过程层、间隔层和站控层的构成和功能进行了介绍，对每一层涉及的技术进行了说明。阐述了智能变电站需要进一步研究和解决的问题。
        关键词：智能电网；智能变电站；体系结构
        0 引言
        智能变电站作为智能电网的重要支撑节点，对智能电网的运行有至关重要的作用。IEC61850将智能变电站自动化系统分为站控层、间隔层和过程层。常规变电站一般分为站控层和间隔层，对一次设备所在的过程层没有涉及，与智能变电站差异很大。而智能变电站要求的一次设备智能化、二次设备网络化正是智能变电站的最大技术特点。国家电网公司将智能变电站定义为：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。本文分别对智能变电站的各层次进行详细的介绍，同时，分析各层的关键技术，并提出了智能变电站需要进一步研究的问题。
        1过程层
        过程层，即一次设备层，主要由智能化的一次设备构成，如电子式互感器、光互感器。其次，还包括智能终端、合并单元及变压器、断路器、隔离开关。过程层的设备通过智能化的电子设备组网，而传统变电站一次设备各自独立，通过间隔层的测控单元点对点的测量和传输信息，智能变电站的一次设备在过程层组网，由智能终端及合并单元将采集的设备送入过程层网络，设备之间进行信息交互和共享，通过GOOSE和采样值进行遥信和遥测信号的传输。因此，过程层最重要的就GOOSE网和采样值网络，它们的性能直接关系到变电站信息上送到调度主站的及时性，影响到电网的运行。因此，过程层网络是智能变电站的重要基础，直接关系到全站数据采集和开关控制的可靠性和实时性。GOOSE网和采样值网是过程层的核心网络，智能变电站的遥信、遥测数据分别通过GOOSE网和采样值网络进行传输。因此，如何提高上述网络的性能，成为过程层网络研究的热点。为了提高网络的性能，一般将GOOSE网和采样值网分开，变电站的各个间隔分别组成GOOSE网和采样值网，通过VLAN技术将各个间隔的网络分开。由于GOOSE网和采样值网共网产生的信息较大，因此，需要采用合理的限制网络流量的技术，如虚拟局域网（VLAN）技术、GMPR组播注册技术等，这些技术已成为当前过程层网络技术研究的热点。由于当前主流的交换机对VLAN技术的支持比较成熟，建议使用VLAN对网络进行隔离，从而避免网络风暴和网络堵塞。
        2 间隔层
        间隔层处在站控层和过程层之间，是它们的联系纽带。传统变电站的间隔层包括每个间隔的一次设备和二次设备。

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智能变电站将一次设备划分到过程层，间隔层包含保护设备和测控设备。过程层的信息通过GOOSE网和采样值网传输到间隔层的保护设备、测控设备、测量设备及故障录波装置，再由间隔层将信息传输到站控层，在站控层实现对全站的运行和监控。间隔层和站控层之间的网络主要是MMS网。间隔层设备将采集和处理后的信息经MMS网传输到变电站层，间隔层网络采用IEC61850标准。由于智能变电站没有运行经验，很多问题还有待进一步的发现及解决。为了确保变电站的可靠运行，保护设备直接从智能终端及合并单元采集数据，而不通过过程层网络，采用IEC61850-9-1点对点的传送方式，而不用担心数据流量对其他间隔设备传输的影响。
        3 站控层
        站控层是智能变电站的最高层，负责监控整个变电站的运行及操作。站控层和间隔层之间一般是双网配置，以提高系统的可靠性。站控层采集间隔层传输的数据，对数据进行加工处理，包括数据的换算、告警及越限的判断、遥测数据封锁与解锁等。站控层的高级应用包括数值计算、历史数据统计及各种分析计算，将采集的数据通过调度数据网设备送到调度主站。
        智能化变电站是未来变电站技术发展的方向，有的问题还需要进一步研究探索。如电子式互感器和光互感器的可靠性需要时间证明，互感器设备的制造工艺、测量精度、恶劣环境的适应能力等需要进一步提高。一次设备的智能化需要进一步研究，开发出实用的智能一次设备。二次设备的网络化水平，对网络接口支持能力，也需要进一步提高。变电站网络技术需要不断的实践提升，GOOSE网和采样值网共网问题，网络的性能问题，事故状态下网络的运行问题有待进一步研究。变电站网络技术需要不断的实践提升，GOOSE网和采样值网共网问题，网络的性能问题，事故状态下网络的运行问题有待进一步研究。
        4 总结
        智能变电站作为智能电网的重要支撑节点，是智能电网建设过程中的重要一环。智能变电站毕竟是新生事物，很多问题都需要通过时间证明。本文对智能变电站的过程层、间隔层和站控层分别进行了介绍，对各层的设备及技术要点进行了说明。随着智能电网的建设，智能变电站将是变电技术发展的方向。
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