摘要：智能变电站是电力系统中实现能源转换和控制的核心平台，智能电站建设和过程中所采用的关键技术各有其应用特点和工程实现方式，为保证继电保护系统的正常运行，需要对二次系统设备状态进行监测，实现二次系统运行状态的可视化和自动化，通过电子式互感器、模拟量输入合并单元等较新型的关键技术保证了可视化监测系统的正常运行，继而为二次设备状态检修提供数据支持。本文将分析智能电站为实现可视化应用的关键技术，继而为提高智能变电站运行可靠性提供技术借鉴。
关键词：智能电站；二次系统；可视化；关键技术
0 前言
国网公司要求智能变电站在规划、建设过程中要遵循“统一规划、统一标准、统一建设”的原则，为响应这一号召，我公司积极开展智能电站建设的关键技术研究，尤其是可视化相关技术，并在建设过程中对二次系统设备质量进行严格把关，确保电网的正常运行。为提高电力系统继电保护的安全性和可靠性，应用了一系列数字化采样设备，并进一步保证了采样回路的安全性；另外，为提高二次设备状态检修的效率，应用状态监测技术实现了二次系统运行状态参数的可视化。
1 智能电站特点简述
当前电网的建设运行大都基于IEC61850标准，“十三五”期间我国一跃成为智能电站建设数量最多的国家。
1.1 智能变电站与常规变电站的区别
二者间的差别首先体现在一次设备状态监测的自动化与智能化上，智能变电站实现了对设备状态信息的自动采集和数据的自动分析，并将分析结果与其他系统进行信息交互，实现系统的自诊断。
常规变电站采用SOE（Sequence Of Event）保证电网运行安全，智能电站则采用与站外系统联动的方式，结合IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）1558进行网络对时以此保证对时系统的精确性。
智能电站有基于逻辑系统实现的智能报警功能，其能自动识别系统中出现的异常并利用内设的程序对故障做出处理；另外，智能电站通过无功补偿的连续控制保证变压器运行的经济性，而且进一步提高了电能质量。
2 变电站配置文件建设关键问题
2.1 智能变电站二次系统的基本特征
智能电站通过全站系统配置文件（Substation configuration description，SCD）沟通工程配置工具（System configurator）和IED（Intelligent electronic device），SCD中包括二次系统虚端子、虚回路信息，所以SCD是智能变电站运行维护的关键。
2.2 SCD在智能电站二次系统可视化中的应用
IEC 61580强调通过逻辑电路实现通信信号的关联性，弱化了网络设备，因此带来的是二次系统模型描述机制上的不完整性[1]，这种不完整性是指缺乏系统描述文件（Substation specification description，SSD）、缺乏一、二次关联模型、交换机模型等，导致二次系统物理维护对象和操作对象模型化描述的可视化应用无法实现。由于SCD文件的专业性，一般人员很难对其有所了解，即使是专业人员也很难从直观上把握SCD文件的核心。所以，要在全模型SCD基础上，建立通信物理连接、逻辑链路映射、链路与功能回路映射，利用图模映射技术实现“图实相符”的可视化运维。
建立全模型SCD时需要清楚定义系统内各种信息的关系，使系统具有自我描述的特征。因此，智能变电站能够实现基于物理模型的智能运维，例如二次系统异常的自动诊断、检修安措可视化预演、电力系统故障智能分析等，从而极大地提高电力系统运行的自动化、安全性和可靠性，为变电站的自动化程度的提高提供技术支持。
3 可视化运维关键技术讨论
3.1 系统架构问题
在SCD文件的对象模型中，由于IEC 61850标准中缺乏过程层交换机模型、连接光缆模型，标准中甚至缺少国内特有的压板模型，导致整个二次系统的模型缺失，所以需要补充模型来构成完整的模型描述机制。
3.2 变电站全景可视化
SCD全模型建立之后 ，即可以利用图模映射技术实现系统架构的逐层可视化，一、二次设备状态信息通过单线图展示，能够实现异常状况的自动报警，为检修工作的及时开展提供数据支持。
3.3 软压板问题
当前二次回路可视化系统中无法显示软压板信息，SCD软压板数据集中清楚地表明了软压板数量和名称，但是SCD中并没有包括软压板和相应的GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）和SV（Sampled Value）采样数据集的控制关系。所以在智能电站二次系统SCD可视化工具中对软压板和数据集之间的对应关系就无法显示，也即智能通过可视化工具监测数据集和虚端子，而无法判断直采直跳的模式，此类信息的缺失会影响到二次系统的运行，更为二次系统可视化的运维工作带来极大的安全风险。相应规范中要求电站中双母线、单母线接线方式需要设置启动失灵和失灵联调接受软压板，而许多厂家的保护装置中仍保留有GOOSE接受软压板。总结来讲，基于SCD文件的可视化不能够像传统图纸那样反应软压板与二次回路之间的逻辑关系[2]。
所以，在解析SCD文件时，需要将软压板控制和光口导入其中，以实现对此类信息的运行检修。例如，江西省天目湖变电站500kV过程网按照GOOSE、SV两网各自独立的双重化设计，以及200kV过程层网络按GOOSE、SV共网双重化设计，站控层网络则采用MMS、GOOSE、SNTP时间同步“三网合一”、双网设计的形式，进一步减少了二次系统测控装置的设计数量，同时也实现了测控功能的双重化[3]。
3.4 电子式互感器
常规互感器存在成本高、电流二次回路开路和电压二次回路短路等危险，给电网运行带来一定的风险，而电子式互感器中新技术的信用解决了常规互感器存在的问题，已经广泛应用到智能变电站中。全光纤电流互感器结构示意图如下，
这种类型的电流互感器具有无磁饱和，频带相应宽、抗干扰能力强等性能上的优势。光纤环能够实现光电信号的转换，采集模块收集由光纤环转化的光信号形成数字量并传入合并单元中，进而完成对数字量的处理，并输出SV报文。全光纤电流互感器维护过程中，能够实现带电状态下采集模块的运维，保证了供电的连续性。（国网公司要求鉴于电子式互感器运行中存在一系列问题，新的设计要求还是建议采用常规式互感器，通过数模转换后到达合并单元。这部分需修改）
4 结语
智能变电站基于IEC 61850标准实现了二次系统运维管理的可视化，通过对二次设备建模，能够将二次系统中设备运行状态信息、自检信息及动作情况等通过MMS（Manufacturing message specification）信息方式发布，实现对通信链路信息、压板情况等的在线监测。智能电站高度集成化的设备系统为其运维管理提供了可靠的技术支持，也是我国智能电网发展的新阶段、未来趋势。
参考文献：
[1]郑宁敏, 黄肇敏, 高翔,等. 智能变电站二次系统可视化运维技术研究[J]. 供用电, 2017, 34(1):55-60.
[2]严浩军,姚勤丰,许欣. 智能变电站二次回路可视化研究与应用[J]. 浙江电力,2015,(09):6-9+33.
[3]刘玙,卜强生,袁宇波,宋亮亮. 江苏电网智能变电站二次系统关键技术应用现状[J]. 电气应用,2014,(14):30-35.
论文作者:刘涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
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