摘要：智能变电站分为系统层和设备层，系统层实现数字化变电站站控层的功能；设备层主要由高压设备、智能组件和智能设备构成，实现数字化变电站过程层和间隔层的功能。智能变电站将一、二次设备融合。智能变电站的保护装置作为智能组件的一部分面向间隔层。智能变电站架构及其功能分布的变化，从系统的角度，对功能实现的各个环节进行周密保护，提高对电网的供电可靠性。
0引言
智能变电站系统除了要满足所需的功能性要求外，还需满足各种性能要求。通过研究发现了智能变电站保护的可靠性、可用性、实时性和经济性的系统有效度指标；从复杂网络理论出发，以逻辑节点为节点、逻辑连接为边，将智能变电站抽象成一个复杂网络。基于IEC61850标准，将系统功能分解成由逻辑节点和逻辑连接构成的逻辑节点连接图，计算系统的可用率。
1.智能变电站保护和测控装置的新要求
数字化变电站“三层两网”结构使间隔层保护测控可以充分利用资源高度共享的优势使装置往集成化的方向发展。只要硬件处理能力足够强大，全站式保护也是可能的。智能变电站强调了间隔功能自治，智能组件和高压一次设备一体化设计。保护测控装置作为智能组件的一部分而存在，是面向间隔的。不管是往多间隔二次设备集成的方向发展，还是往按间隔一、二次设备集成的方向发展，都对装置设计提出了新的要求。主要表现为以下6个方面：
（1）具有多个不同用途的以太网通信接口。数字化变电站的典型结构为三层两网，间隔层智能设备IED要具有分别与站控层和过程层的通信接口。由于交换信息、网络流量和实时性要求的不同，它们将组成不同的以太网网络。在发展的过程中出于可靠性的担忧，甚至要求GOOSE和采样值SV分别组网。智能变电站两层一网的结构简化了通信网络，但对网络带宽、组网方式、优先级控制、网络安全等方面提出了更高的要求。保护测控装置的设计必须具有多个不同用途的以太网通信接口。
（2）具备与光电互感器和智能开关设备数字接口和大流量数据处理能力。从数字化变电站通过合并单元MU或智能单元对一次设备智能化到智能变电站提出的智能化的一次设备，都强调了数据获取的通信手段，这是光缆替代电缆的必然结果。保护测控装置直接模拟采样并进行数据运算的方式发生了根本性的变化。因此要求保护测控装置必须具备与智能一次设备的数字接口。尤其是SV数据流量对保护测控装置的平台处理能力是一个巨大考验。
（3）统一的硬件平台。正因为测量部分和执行部分随着一次设备智能化而从保护测控装置中分离出来，保护装置仅需要强大的通信能力和逻辑运算功能，这为保护测控装置采用统一的硬件平台创造了条件，也是装置可互换的一个内在要求。
（4）良好的互操作性。保护测控装置必须符合IEC61850系列标准，具有良好的互操作性。要求装置的功能设计必须按IEC61850建模。
（5）具有间隔录波和事故简报功能。智能变电站的智能更多体现在高级应用方面。比如在线分析决策，事故快速恢复。事故分析要做好，要在2个方面做到标准化：语义模型的标准化，事件表示的标准化。前者是基于IEC61850统一建模，使得基于计算机的自动分析成为可能；后者是要从模拟量中提取出事件，将模拟量信息转换为事件信息，然后将来自保护、断路器的事件皆做统一表达。
（6）功能强大、方便易用的配套工具。为实现IEC61850所倡导的功能的自由分布，保护测控功能采用模块化设计，要专门的基于IEC61131-3的可视化开发工具。智能变电站的保护测控功能基于通信来完成，通信比较抽象，装置开发过程中最频繁出现的概念是模型、映射、参引、服务、IED能力描述文件ICD、系统规格文件SSD、全站系统配置文件SC、IED实例配置文件CI等，要使继电保护人员能不被这些概念所困扰，就必须有配套的配置工具，使抽象变得具象。
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2.智能变电站的保护校验系统
智能变电站保护系统校验可分为要素级、设备级以及系统级。校验功能的实现集成于保护系统设计中，通过在现有的智能变电站保护系统中添加校验手段，实现对保护系统的周密校验。系统级校验根据保护系统完成的功能设计设备间配合校验方案，进行整体校验；设备级校验针对单个设备进行；要素级校验对设备内部实现的各个环节进行逐级检验。三级校验的配置，不仅可以实现对保护系统的整体状态检测，同时可以从多角度明确系统内各组成部分的性能状态。站控层设置校验信息分析专家系统，以来自智能变电站保护系统各个环节的校验及检测信息为基础，实现对智能变电站保护系统状态的综合评估。
3.智能变电站分层配置的继电保护性能分析
继电保护的分层设计方案，实现了继电保护性能的提升，主要体现在由以下几部分：独立决策快速保护、集中决策后备保护、站域智能后备保护和控制。
在分层配置的中，线路保护、变压器保护等主设备保护，其快速动作不需要依赖其它间隔信息，就地安放在过程层，直接和MU智能操作箱过程层设备通过直连方式进行信息交互，即是网络信息瘫痪，主保护的动作行为不受影响，在智能变电站完全实现了传统保护性能，保护不依赖与外部通信条件可靠切除故障，消除了传统继电保护人员的对网路安全的担心。
集中后备保护实现变电站后备保护原理和功能模块的统一，使原来分散到变压器、母线、线路和断路器保护的重复设置的后备保护得以简化，由于集中后备保护可以充分利用变电站站域信息，能快速得到变电站的运行方式变化，可以运用专家系统的知识进行决策，判断故障具体位置，并能处理诸如断路器失灵、保护拒动等问题给故障判断带来的影响，不必通过牺牲快速性来保证选择性，它可以较好地解决后备保护动作时间过长、故障切除范围较大等问题，还可以防止故障后相邻线路过负荷导致后备保护误动作的情况。
4.智能变电站继电保护性能优势
1）自适应的跟踪系统运行方式，可根据共享信息，在线修改电网拓扑结构的快速反应策略，快速跟踪并更新发生变化的局部网络拓扑，为系统分析与定值计算做准备。
2）自适应的投退相关保护功能，借助相关的辅助信息，自动识别投入或退出相关保护功能，不再采用常规变电站由运行人员投入或退出保护屏前硬压板的做法。
3）自适应调整保护定值和保护范围，电网的运行方式不断调整和变化，对应的保护定值要随之改变，常规站中由运行人员切换定值区方式实现，数字化站可根据运行方式自动调整定值。比如对于线路保护，大方式、小方式或旁路运行方式时，可根据实际运行情况调整保护定值，也可考虑采用切换定值区的方式来实现定值调整。
5.结语
通过对智能变电站继电保护自动系统的进行研究，体现了先进的保护的原理与配置思想，可快速切除故障元件，又解决了后备保护易受系统运行方式影响，配合关系复杂，动作时间长等问题。随着智能电网的建设和人们对站域信息的作用进一步了解，智能变电站继电保护设计方案将得到进一步拓展、深化和应用，将在智能电网中发挥重要作用。
参考文献：
[1]尹项根，陈庆前，王博，等.基于四层集合模型的复杂电力系统脆弱性评估体系[J].电工技术学报，2013，1.
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论文作者:倪呈祥,陈泽华,程金牛,施微
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/16
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