论文:智能化变电站关键技术的应用与发展

智能化变电站与其关键技术的应用与发展

学 院 水 能 学 院

专 业 电气工程及其自动化

班 级 电气1404

姓 名 李克铖

学 号 141502408

2014年12月

摘要:

随着电力系统的迅猛发展，变电站控制与保护系统在经历了电磁式、半导体和集成

电路保护阶段、微机保护时代。虽然变电站综合自动化技术迅猛发展，但就传统变电站和数

字变电站而言仍有许多不足的地方，比如在微机保护和综自系统方面已经越发的达不到当今

的工业需要。因此为了解决数据传输低速、在恶劣环境下不稳定、终端设备成本高等一系列

问题。近些年，智能变电站的概念被提出。

关键词：

智能变电站、智能化设备、IEC61850、非常规互感器

一、智能变电站的定义及其特点优势及作用

（1）定义

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。这个定义实际上是出自于《智能变电站技术导则》，从中我们可以了解到智能变

电站建立在变电站数字化的基础之上，以变电站的数字化为硬件基础。但是较之传统变电站，

先进的非常规传感器和高速安全的通信网络，是智能变电站改进过程中最重要的两环而其

。

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目标是构成以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，实现自动完

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。从而最终实现

即使是在无人值班或无人集中监控时仍保证整个系统的稳定、正常运行，即实现“自动化”

的目标。

（2）特点及优势

与常规变电站比较，智能变电站采用的是全数字接口的二次设备，利用的是光缆解决了

传统变电站因多使用的是传统电缆所以存在CT开路、PT短路、电磁干扰、一点接地等一

系列干扰继电保护安全稳定运行的问题，同时节约了大量二次电缆和造价，体现了节能环保

理念；采用智能组件技术实现一次设备智能化，可对一次设备进行在线故障诊断，为运维自

动化及设备全寿命周期管理提供技术支撑；建立了信息一体化平台，融合保护信息、视频安

防系统、电源系统、一次设备状态监测等多套系统的信息及功能。简化了二次系统的配置，

实现全景数据集成、标准化后统一上送，实现了源端维护，提高了工程调试效率和系统的安

全性。基于信息一体化平台构建了多个智能高级应用功能，使原先人工运维的工作全部实现

自动化，为大运行管理提供了可靠的技术保证。

（3）作用

智能化变电站是智能电网运行与控制的关键。作为衔接智能电网发电、输电、变电、配

电、用电和调度六大环节的关键，智能化变电站是智能电网中变换电压、接受和分配电能、

控制电力流向和调整电压的重要电力设施，是智能电网“电力流、信息流、业务流”三流汇集

的焦点，对建设坚强智能电网具有极为重要的作用。

二、智能化电气设备在智能变电站中的应用

采用智能化的电气设备是智能变电站较传统变电站最大的不同之一，而电气设备的智能

化主要体现在各电气设备之间的交互性增强，设备之间能够组成有机的自动化系统，这些由

微电子技术、计算机技术、网络技术的发展而带来的优势特点为电力系统高级功能和新技术

指标的实现提供基础技术支撑。

（1）智能断路器

传统的断路器有很多不足之处，无法实现综合重合闸或交流电流过零点最优时刻切断

电流等技术要求。而且提供的信息量小，状态不够直观。智能断路器主要由有传感器、电子

控制决策装置，执行器组合而成，能够完成更高的控制要求。一方面，能够实现是分、合闸

相角控制，实现断路器选相合闸和同步分断。另一方面，根据检测系统的信息判断故障是永

久性的还是瞬时性的，进而确定断路器是否重合，以提高重合闸的成功率，减少对断路器的

短路合闸冲击以及对电网的冲击。以及可视化的操作界面，人性化的人机交互接口等都是针

对传统断路器的缺点改进而来的。

（2）智能变压器

智能变压器是利用先进的检测技术和手段，将多种检测装置综合在一起，实现变压器

运行状态的综合数据分析和数据处理从而为变压器的状态维护提供可靠依据的一种改进型

变压器。一方面，智能变压器内部植入的各类传感器和执行器在智能化单元的管理下，保证

变压器在安全、可靠、经济条件下运行。通过将各种特性参数和结构信息植入智能化单元中，

实现在运行过程中自行利用传感器收集到实时信息，自动分析目前的工作状态。在通讯和数

据处理能力方面，智能变压器能将其的各种工况数据、位置信号经处理后发送至数据网络，

并能够接受各种对变压器操作的数字指令

。

（3）非常规互感器

传统的互感器具有不便于安装、饱和会造成输出失真、二次侧存在短路或开路问题、需

要采用ADC模块才能与微机系统连接等一系列问题，这些问题对电力系统中各种测量、保护、

计量等功能的实现具有诸多不利的影响。非常规互感器的应用能实现变电站运行信息的全数

字化实时采集，能够实现电气量的精准测量，提高了电力系统内部信号采集系统的抗干扰能

力，对提高电网状态估计的水平、改进继电保护性能等具有重要作用。同时，非常规互感器

所运用的交换式以太网和光纤通信技术结合为变电站实现一些高级功能和电力系统设备的

状态检修提供了硬件感知方面的基础。

（4）IEC61850通信规约的应用

传统变电站存在系统自我封闭，各个系统之间信息交互能力差等问题，由各子系统构成

的“信息孤岛”。上述问题主要由不同厂家之间设备采用的通信规约复杂繁冗，各系统之间

信息交互接口没有统一标准等因素造成。为此，智能变电站在信息交换和传输方面采用IEC

61850通信网络规约，对变电站内的IED和测控装置进行统一的信号传输建模，实现变电站

内信息量的全景采集和交换，形成基于一致性基础信息的信息平台系统。这一应用最大的意

义在于能够满足测控、保护等各种智能装置的无缝通信，支持功能自由分配和重构、装置互

换、信息智能分析、综合处理等功能，从而满足变电站安全操作和与用户互动需求。

三、智能变电站发展现状

在智能变电站的建设过程中，呈现出一些尚需解决的技术问题，需继续深化研究。在几

个站的应用中，比如非常规互感器的稳定性和可靠性的研究还有待深化，对相关标准也需要

进一步研究完善，再比如在IEC61850标准应用过程中，出现各设备供应厂家在联调及测试

阶段，存在模型不统一、配置工具不统一等问题，影响了现场调试进程。因此需要继续补充

完善IEC61850标准的工程应用规范，并实现配置工具的标准化设计。我国的智能化变电站

可以说是一个从无到有的过程，变电站设备智能化水平的发展仍处于不同的阶段和深度。总

的来说前景很光明，路途也很艰辛。

四、总结与反思

在这次论文撰写的过程中，我在网上查找了不少的资料，虽然对于很多涉及的专业名词

和概念还是一知半解，但是在对智能电网的发展建设过程的学习和翻阅过程中，我也有所收

获，对现代自动化技术有了一个浅层次上的了解与认识。我发现，现代自动化技术的不断发

展过程中，各个部件装置间信息、数据的时时交流互换十分关键。如果是说微电子技术的发

展大大提高了个体装置的工作性能，那么计算机技术、网络技术的发展则是将这些功能强大

的部分、个体有机结合成了一个具有更系统化性能的整体，而后者甚至比前者更为重要。把

更多拥有各自功能的部件设备集成化统一控制是一个趋势。通过计算机技术对数据进行统一

处理，做出“智能化“的判断，从而达到解放人力实现自动化则是最终的目标。而在实现自

动化过程中出现的种种问题，可能也正是我们作为这个专业系统中一份子将来应该去努力解

决的事情。

参考文献

[1] 程天华.智能变电站的关键技术The Key Technologies of Smart Substation.[J] .中

国矿业大学学报.2011.8

[2] 孙鹏 卢军 陈理 蔡勇. 智能变电站关键技术和设备的应用研究[J].《湖北电力》

2011.S1

[3] 严艺明.国内智能变电站的发展现状[J].《电气开关》2011. 6