国内智能变电站发展现状

国内智能变电站发展现状

严艺明

（广东深圳供电局，广东深圳518000）

摘要：智能变电站是智能电网的重要组成部分，它代表了变电站新技术的发展方向。对智能变电站的IEC61850标准，电子式互感器，智能开关，智能变压器，在线监测技术等主要技术环节进行了介绍了，分析了其目前发展情况。

关键词：智能变电站；IEC61850；电子式互感器；智能开关；智能变压器；在线监测系统

中图分类号：TM63文献标识码：B

Development Status of the Domestic Intelligent Transformer Substation

YAN Yi-ming

（Shenzhen Power Supply Bureau，Shenzhen518000，China）

Abstract：An intelligent transformer substation is an important part of the intelligent grid．It embodies a development di-rection of new techniques of the substatin．IEC61850standard，electronic transformer，intelligent switch，intelligent trans-former and main technique links on on-line monitoring techniques of the intellgent substation are presented and analyzs its developing conditions at present．

Key words：intelligent substation；IEC61850；electronic transformer；intelligent switch；inteelgent transformer；on-line monitoring

1引言

近年来，“智能电网”一词已成为一个流行的专业术语，代表了当今世界电力系统发展变革的最新动向，被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到发电、输电、变电、配电、用电各个环节。在上述这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。作为智能电网的重要基础，智能变电站为智能电网提供标准的、可靠的节点（包括一次、二次和系统）支撑。

智能变电站是采用先进、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。智能变电站的建设能够实现设备信息、运行维护策略与电力调度全面互动，实现基于状态的全寿命周期综合优化管理，实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑电网实时控制、智能调节和各类高级应用，保障各级电网安全稳定运行。

本文对智能变电站的IEC61850标准、电子式互感器、智能开关、智能变压器、在线监测技术等主要技术环节进行了介绍了，分析了其目前发展情况。

2IEC61850标准

智能变电站信息共享的基础首先在于信息的规范化与标准化，进而实现互操作。IEC61850标准作为变电站通信网络与系统的惟一国际标准和电力系统无缝通信体系（变电站内、变电站与控制中心之间）的基础，是变电站信息建模与信息交互的必然选择。IEC61850标准与以往的通信规约相比，有着本质的不同。

以往规约主要用于传输电力系统实时数据和一些定值及配置信息，完全基于点表方式，缺乏对变电站系统模型和功能模型的描述，也没有将系统应用与通信技术进行分层处理，同时还缺乏一致性测试，因此变电站自动化系统的应用受到通信技术的，传输的信息量偏少，且互操作性差，扩展性差。

IEC61850具有3项基本目标：①真正意义上的互操作；②功能自由分布；③良好的扩展性以适应SA和通信技术的发展。为实现上述目标，与以往的变电站通信标准相比，IEC61850体现出如下技术特征：①功能分层的变电站；②面向对象的信息模型；③面向对象的数据自描述；④变电站配置语言。

按IEC61850标准将智能变电站系统从功能上划分为变电站层、间隔层和过程层三部分组成，并通过分层、分布、开放式网络系统实现连接（如图1所示）

。

图1智能变电站分层示意图

（1）过程层

该层直接和一次设备的传感器信号、状态信号接

口和执行器相接，该层设备可以和一次设备一起实现

就地现场安装，通过合并单元MU和智能单元实现电

力一次设备工作状态和设备属性的数字化，过程层设

备通过过程层总线和间隔层设备相连，并通过GPS授

时信号产生系统同步时钟信号。

（2）间隔层

间隔层设备主要实现保护和监控功能，并实现相

关的控制闭锁和间隔级信息的人机交互功能，间隔层

设备可以通过间隔层总线实现设备间相互对话机制，

间隔层设备可以集中组屏或就地下放。

（3）变电站层

变电站层设备包括变电站就地操作后台系统、外

部数据交互接口（控制中心数据转发、保护信息管理

系统数据接口、设备管理系统）和通用功能服务等。

通用功能服务模块通过间隔层设备传送来的信息实现

变电站级跨间隔的控制服务，如变电站防误闭锁功能、

电压无功控制，也可接收来自控制中心的命令实现区

域系统防误操作、区域安全稳定控制和区域电压无功

优化控制等功能。

3电子式互感器

鉴于电子式互感器的快速发展，国际电工委员会

（IEC）制定了《电子式电压互感器标准IEC60044－7》

和《电子式电流互感器标准IEC60044－8》。按照标

准，电子式互感器是由一次传感器、传输系统和转换器

组成，用于传输正比于被测量的信号，供给测量仪器仪

表、保护或控制装置。

非传统互感器的应用是智能变电站技术体系中重

要的一个环节。智能变电站内新一代的二次装置支持

电压电流值的小功率信号输入及数字信号输入，以及

基于IEC61850标准的过程总线通信技术的发展，使得

电子式互感器在技术上有了应用的可能性，在实际工

程中也具有越来越多的应用需求。

由于电子式互感器和间隔层的保护、测控等设备

一般来自于多个生产厂商，为保证兼容性和互操作性，

设备之间数字化接口通信的标准化十分重要，这是目

前电子式互感器应用于变电站中亟待解决的重要问

题。国际电工委员会也发布了电子式电压互感器

（IEC60044－7）、电子式电流互感器（IEC60044－8）的

标准，国内已经将这两部标准等同采用并转化为相应

的国标：GB20840．7－2007（电子式电压互感器）和

GB20840．8－2007（电子式电流互感器）。电子式互感

器分类如图2所示。

目前较为成熟并投入变电站运行的主要是有源电

子式互感器，应用场合主要有高压直流输电、SF6气体

绝缘开关（GIS）及中低压开关柜等。无源光电互感器

图2电子式互感器分类

因其一次侧光学电流、电压传感器无需工作电源，具有较大的优势，但光学传感器的制作工艺复杂，稳定性及一致性不易控制，因此国内在这方面较国外尚有一定差距。不过，近几年，国内相关产品发展较快，已有较为成熟的商业化产品面市。

4智能开关

与常规变电站开关设备相比，智能变电站在应用方面进一步加大了开关设备信息化。智能化的开关设备将监测更多设备自身状态信息，全面实现对开关设备的物理状况、动作情况、运行工况等方面的信息化实现；在自动化功能方面，进一步实现智能化，在控制功能、状态自检测、状态检修等方面实现智能化控制操作；设备信息及智能功能，可通过网络实现与上级系统及其它设备的运行配合，自动化程度更高，具有比常规自动化设备更多、更复杂的自动化功能；具备互动化能力，与上级监控设备、系统及相关设备、调度及用户等及时交换信息，分布协同操作。

目前，智能开关设备是智能变电站技术体系中技术相对滞后的环节。开关设备仅限于通过智能终端（也称智能操作箱，相当于控制执行、采集单元）与开关设备接口实现网络化操作和接入，与智能变电站信息化、自动化、互动化有较大的差距。

5智能变压器

智能变压器是一个能够在智能系统环境下，通过网络与其他设备或系统进行交互的变压器。其内部嵌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。出厂时将该产品的各种特性参数和结构信息植入智能化单元，运行过程中利用传感器收集到实时信息，自动分析目前的工作状态，与其他系统实时交互信息，同时接收其他系统的相关数据和指令，调整自身的运行状态。

智能变压器主要包括：变压器主体；检测各种状态的传感器；执行器；通讯网络；变压器智能化单元（Transformer intelligent electric device，可简称为TIED）。

从智能组件结构可以看出，监测功能组一般包括油气及微水监测IED、局放监测IED、套管小电流监测IED等。监测功能组设一个主IED，承担全部监测结果的综合分析，并与相关系统进行信息互动。监测功能组所属各监测IED采用IEC61850协议与主IED通信，各监测IED的评价结果通过过程层网络采用RE-PORT服务传输至主IED，监测数据文件通过文件传输至主IED，主IED汇总并综合分析，采用同样服务接入站控层网络，其中监测数据文件仅在召唤时传送。

由于变压器是变电站中的主要设备，在其上安装智能传感器需考虑设备绝缘、可靠性、使用寿命等因素，因此全面实现智能变压器尚需一定时间。

6在线监测技术

以往对于变压器、断路器等变电站一次设备的工作状况多年来普遍采用对设备进行定期检修预试制度，即定期停电后进行预防性试验（离线）来掌握其信息以决定能否继续运行，存在需要停电、试验真实性和实时性差等缺点。智能变电站常见的在线监测项目如图3所示

。

图3智能变电站常见的在线监测项目

随着技术的进步，逐渐发展了一些参数的在线监测技术，以变压器为例，如套管介损、铁芯电流、油中气体、局部放电、油中微水、热点温度、绕组变形等，部分解决了停电试验的一些缺点，近年来在此方面已取得一定经验和成效，但仍存在诸如检测的参数不全、自成系统、相互兼容性差、不能统筹考虑、有时需要改动设备而实施困难等缺点，还不能保证全面、实时的反映设备的运行状况，缺乏相应的标准，尚无法满足智能电网

（下转第25页）为了检验小波神经网络的泛化能力，选取训练样本以外的故障情况作为测试样本。部分测试样本如表1所示［5］，相应的诊断结果如表2所示。如果输出向量的某一分量大于0.5，则表示相应的元件故障。

表2小波神经网络测试样本诊断输出

故障序号B1B2B3B4T1L1L2L3L4

10.92490.04150.2310－0.10080.05620.12630.07880.0752－0.0730

20.0250 1.0637－0.16300.030.05－0.08610.09530.0857－0.0546

3－0.17850.050.96680.020.0685－0.05480.03870.03240.0596 4－0.1205－0.05460.2945 1.03570.03230.21120.0871－0.85430.1326 5－0.2207－0.09560.02590.25610.9974－0.04350.07650.0163－0.0429

60.05460.0297－0.04630.02680.0715 1.2334－0.29860.04350.0516

7－0.050.04630.15780.35490.0534－0.1008 1.03970.0429－0.0216 8－0.05410.03560.15970.16730.05460.0479－0.0638 1.00250.0619

90.04060.0295－0.41560.03860.09740.0713－0.14500.06380.9971

由表2可见，小波神经网络具有很好的故障诊断能力。

采用BP神经网络进行电网故障诊断，选取学习因子η=0.1，动量因子α=0.5，训练误差为10－3。以与小波神经网络同样的样本对BP网络进行训练和测试，所得结果表3所示。

表3小波神经网络和BP神经网络故障诊断比较

参数小波神经网络BP神经网络隐含层神经元数/个2424

训练迭代次数/次1063785

训练时间/s 2.06143.58

测试精度100%66.7%

由表3可见，在同样的网络结构和训练误差下，小波神经网络比BP神经网络具有更好的故障诊断能力。

4结语

在电网故障诊断中引入小波神经网络并进行了仿真分析，结果表明该方法具有很好的故障诊断能力。与BP神经网络进行对比表明，小波神经网络在电网故障诊断中不论从诊断速度还是诊断精度上都优于BP神经网络。

参考文献

［1］毕天姝，倪亿信，吴复立，等．基于径向基函数神经网络和模糊控制系统的电网故障诊断新方法［J］．中国电机工程学报，2005，25（14）：12－18．

［2］林圣，何正友，钱清泉．基于人工免疫算法的输电线路故障类型识别新方法［J］．电力系统保护与控制，2011，39（11）：95－101．

［3］李东敏，刘志刚，苏玉香，等．基于多小波包和人工神经网络的电力系统故障类型识别［J］．电力自动化设备，2009，29（1）：99－103．［4］田雨波．混合神经网络技术［M］．北京：科学出版社，2009．

［5］毕天姝，倪亿信，吴复立，等．基于新型神经网络的电网故障诊断方法［J］．中国电机工程学报，2002，22（2）：73－78．

收稿日期：2011－08－05

作者简介：朱俊敏（1986－），男，甘肃兰州人，硕士研究生，研究方向为控制理论与控制工程；

景利学（1986－），男，甘肃天水人，硕士研究生，研究方向为电力电子

与电力传动

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

。

（上接第18页）

建设对变电站在线监测的要求。

7结论

本文对智能变电站的IEC61850标准、电子式互感器、智能开关、智能变压器、在线监测技术等主要技术环节进行了介绍了，分析了其目前发展情况。尽管智能变电站具有很多优点，但全面实现变电站智能化还需解决很多实际问题。

参考文献

［1］高翔，数字化变电站若干关键技术研究［D］．杭州：浙江大学，2007．

［2］桂洲，何甜，变电站自动化及智能化发展方式展望［J］．湖北电力，2010，34（3）：37－39．

［3］陈冬，IEC61850规约的理解及使用［J］．湖北电力，2008，32（1）：68．

［4］练思妤，数字化变电站关键技术的研究［D］．广州：华南理工大学，2009．

收稿日期：2011－08－29

作者简介：严艺明（1983－），男，河北保定人，本科，助理工程师，现主要在深圳供电局从事变电站运行相关工作。