摘要：通过对当前智能变电站的二次系统的构成和具体的应用状况分析，明确了智能变电站二次系统的优化方案，通过测控保护到智能终端到一体化的信息平台等方面进行二次系统的优化，同时应用到实际的智能变电站系统中，同时也提出了二次系统的发展和展望的方向，为相应智能变电站二次系统的优化以及应用研究提供了参考的经验。
关键词：智能变电站；二次系统；优化；应用
电力是一个国家国民经济快速发展的支撑，在其中扮演着不可缺少的角色。随着科学技术的发展，同时与电力系统的完美结合，为变电站的智能系统优化和应用提供了新的方向。智能交换技术、光纤通信技术的迅猛发展，也为变电站的智能化提供了技术的支持因此，现代化的变电站已经成为自动化、智能化、信息化的代名词。目前的智能化变电站已经朝着全数字化的方向迅猛发展。
1 智能变电站二次系统的组成和特点
随着新型光电互感器技术的成熟、光通信技术和以太网智能交换技术的发展，以及IEC61850 系列国际标准的颁布实施，为解决以上问题提供了技术支撑，主要体现在建模的标准化，支持网络通信方式实现智能电子设备之间的信息交互，实现不同设备之间的互操作等。需求的推动和技术的发展使变电站向着全数字化的方向发展，符合IEC61850 的全数字化变电站的发展潮流。智能变电站二次系统突出的特点如下:(1)完全遵循 IEC61850 的规范，支持互操作;(2)数据采集数字化，采用非常规互感器提高了动态量测水平和测量精度，降低了绝缘要求，在高压系统采用节约成本效用明显；(3)二次设备网络化，大量的控制电缆被数字通信网络取代，装置冗余被信息冗余取代，降低了工程造价，提高了可靠性;(4)系统建模标准化，统一的信息模型和信息交换模型解决了互操作问题，实现了信息共享，简化了系统维护、工程配置和工程实施。
2 智能变电站二次系统的优化集成
2.1 测控保护集成
传统变电站测控装置和保护装置是分开独立的，而智能变电站基于 IEC61850 体系构建，具有信息共享标准化和网络化传输的优点，测控装置和保护装置可共享实时信息，一体化设计成为可能。图1 为测控保护一体化装置接入双套合并单元和智能终端的网络示意结构图。从图1 中可看出，测控单元由于测控保护一体化而双重化配置时，测控保护装置会收集到来自多条链路的信息，此时自动化系统需要对多重化的信号必须合并和筛选。
2.2 合并单元、智能终端集成
合并单元、智能终端是智能变电站过程层的主要设备，是一次设备与二次系统联系的纽带。合并单元对来自二次转换器的电流和电压数据进行时间相关组合，将采样值传送给测控保护装置，智能终端接收断路器、隔离开关等机构发出的断路器位置信号、设备状态信号等，支持分相跳闸、三相跳闸、重合闸、遥控分合等GOOSE命令，并能发出跳合闸指令。智能终端只需采取适当增加开入量等措施，可实现信息量的采集，因此完全可将合并单元与智能终端集整合成一套智能单元，其优点在于可避免信息重复采集，智能单元(含在线监测参量采集)与合并单元共享硬件平台，减少信息交互，提高可靠性，减少交换机端口及接线，减少户外智能控制柜体积，节省光缆，减少柜内设备功耗，减少设备的发热量，有利于柜内保持合适的温度环境，节省投资，减少运行维护工作量，降低变电站全寿命周期运行成本。
2.3 一体化信息平台集成
传统变电站的数据采集功能和具体的逻辑判断功能结合紧密，通常由单一设备完成，因此，完成不同的功能就需要配置不同的设备或系统，如保护、测控、电能量、同步相量测量装置、行波测距等。借助于信息共享机制，智能变电站更容易与调度、控制中心、其他变电站或者用户等进行信息交换，实现系统级综合应用[1]。
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一体化信息平台将统一和简化变电站的数据源，形成唯一性、一致性的基础数据及信息，以统一标准的方式实现站内外信息交互和共享，可实现变电站自动化系统、保护信息子站、五防、PMU 信息子站、TMR信息子站、一次设备状态监测系统、智能辅助服务系统的整合，实现全景数据监测与数据上传。
2.4 故障录波与网络记录分析集成
现在国内已经出现了几种智能变电站网络报文记录装置和录波装置，网络报文记录装置可实现原始报文记录，录波装置可实现暂态录波，但这两种装置需要分别组屏，各自实现各自的功能。报文记录装置主要实现对智能变电站中网络系统异常的数据记录和诊断，录波装置主要实现对一次系统异常的数据记录和诊断，当智能变电站内出现异常情况时，常常需要将两个装置记录的信息结合在一起分析才能更快更准确地定位异常位置，分析异常原因。采用一套装置同时实现网络报文预警记录和暂态录波功能，两种记录信息共用统一的数据源和时标，不仅可以节省变电站的屏柜空间，还能更方便地实现原始报文数据和暂态录波数据的对比组合分析。报文记录子系统对每一条异常报文均记录了日志，通过日志条目可以直接快速地提取报文数据，这样就可以方便地将暂态录波数据和原始报文数据建立索引关系，实现对比组合分析功能。
2.5 网络配置优化
智能变电站网络建立在 IEC61850 通信技术规范基础上，网络设计的合理性很大程度上决定了变电站运行的可靠性。变电站网络配置应综合考虑运行可靠性、实用性和经济性，合理配置网络，尽量减少网络交换。对于采用桥式接线、线变组接线的110kV及以下电压等级变电站，可不组建过程层网络，GOOSE/SV报文采用点对点方式传输，保护及安全自动装置之间信息传输采用直连方式，其优点是避开了交换机环节，减少了传输延时;对于少于三个装置需要接受 SV报文时，可不组建SV网络；当需要组建网络时，宜采用星形拓扑结构。
目前，个别变电站采用 GOOSE、SV、MMS 三网合一的方式组网[2]，可减少网络交换机配置，简化网络接线，但是对网络的带宽、交换机的处理能力、通信的安全可靠均提出了很高的要求。该方式理论上具备可行性，建议通过少量的工程试点来检验完善该方式的实际可行性。
2.6 二次组屏优化
只要解决好二次设备电磁抗干扰和环境适应问题，确保二次设备在强磁场环境中可靠运行，二次设备就地安装是可行和具有高效益的。以220kV变电站为例，若将各间隔保护测控、合并单元、智能终端、在线监测IED等二次设备均下放布置于配电装置现场的智能控制柜，由此可节省了二次设备室40%～50%的屏位和全站 20%～30% 的缆材，其经济效益是非常显著的。
3 智能变电站二次系统的发展方向
在IEC61850 体系中，变电站分为过程层、间隔层、站控层三层，随着智能变电站设备集成度的提升，间隔层设备功能会逐渐向过程层、站控层转移，体现出两极化发展的态势。一是间隔层功能下放到过程层实现，二次设备按间隔分布分散就地布置，承担对宿主设备采集、测量、控制、保护、计量、检测等功能;二是间隔层功能由站控层统一实现，过程层设备仅实现对宿主设备的采集、测量功能，站控层完成对全站设备的控制及保护功能，即集中式控制及保护。
4 结语
现阶段的智能变电站优化和应用工作尽管取得了一定的成果，但仍然存在着很大的不足，研究工作还有很大的提升空间。如不同商家的合并单元等装置的不可兼容性还是存在；监控网络设计的方案还不完善，仍比较费时费力，数据的采集也不完全，存在着缺失的现象。因此，关于智能变电站的各部分功能还有待提高。有关的专业人士需要更具体、更细致的研究问题所在和解决方式。
参考文献
[1]刘延冰，李红斌，余春雨，等.电子式互感器、原理技术及应用[M].北京：科学出版社，2009.
[2]姜振超，刘明忠．智能变电站二次系统调试技术研究[J]．电网技术，2011，35(1):12－17.
论文作者:周海雁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/11
标签：变电站论文; 智能论文; 报文论文; 设备论文; 装置论文; 系统论文; 信息论文; 《电力设备》2017年第32期论文;