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摘要：本文总结了智能化变电站的建设进展及技术现状，并对智能化变电站应该具备的高级应用功能进行了研究。智能化变电站的高级应用功能以一体化信息平台和站内状态估计为支撑平台，对站内测量数据进行处理，并与调度主站协调互动，在此基础上可完成站域控制与保护辅助运行管理与维护，支撑区域电网运行等几类主要功能。
关键词：智能化变电站；高级应用；智能电网
智能电网是当今世界电力乃至能源产业发展变革的最新动向，代表着未来发展的方向和社会的进步，智能化变电站是智能电网的重要基础和支撑。智能化变电站是采用先进、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。智能化变电站的高级应用功能是智能化变电站区别于以往数字化变电站的重要特征之一，对于建设坚强的智能电网具有重要意义。
一、智能化变电站技术现状
智能化变电站的体系架构遵循IEC-61850标准，采用“三层两网”的结构。全站的智能设备在功能逻辑上分为站控层、间隔层和过程层，三层设备之间通过站控层网络和间隔层网络进行通信。
1.过程层
过程层设备主要包括智能一次设备和电子式互感器。智能一次设备是智能化变电站的显著标志之一，它由高压设备本体和智能组件两部分构成，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等特征。智能组件由若干智能电子设备(IED)组成，承担一次设备的测量、控制和在线监测等功能，随着技术的发展还可进一步集成保护、计量等功能。目前，国内各主要的一次设备生产厂家都在进行智能化高压设备的研发，尚无投入现场运行的产品。在线监测技术还不够成熟，短期内不能达到状态检修的要求。
电子式互感器从原理上可分为光学原理和非光学原理。光学原理的电子式互感器按光学介质可分为磁光玻璃型和全光纤型，非光学原理的电子式互感器主要指采用罗氏线圈和低功率线圈的电子式互感器。目前电流互感器测量精度可达到0.2S级，保护精度可达到5TPE级。非光学电子式互感器技术上比较成熟，工程应用较多；光纤式电流互感器已经在越来越多的工程中投入使用，磁光玻璃型电流互感器也在一些变电站挂网运行。这几种不同原理的电子式互感器各有优缺点，其性能有待在现场运行中进一步考查。
2.间隔层
间隔层设备主要包括测控、保护、录波、计量、PMU等设备。近年来，间隔层设备有逐渐融合的趋势。集测控、录波和PMU功能于一体的三态测控装置已研制成功，可同时进行稳态、暂态和动态信息的采集。测控保护一体化装置已经用于220kV电压等级，厂家具备提供500kV产品的能力。
对于跨间隔的母线保护和变压器保护，目前均有采用分布式方式实现的产品。分布式保护采用主、子单元模式，子单元采用点对点模式接入多个间隔智能终端完成跳闸，同时点对点接收多个间隔的合并单元采样值数据，主单元完成逻辑判断和动作执行功能，与子单元采用光纤点对点直连。
3.站控层
站控层设备主要有监控主机、高级应用服务器、操作员站、远动工作站和对时设备等。与数字化变电站相比，智能化变电站的站控层增加了高级应用服务器，可以完成多种高级应用功能。变电站的主时钟双重化配置，支持北斗系统和GPS系统单向标准授时信号，优先采用北斗系统。时钟同步精度和守时精度满足站内所有设备的对时精度要求。也可采用卫星时钟(优先采用北斗)与地面时钟互备方式获取精确时间。
4.组网方式
智能化变电站站控层网络结构与数字化变电站相同，全站统一设置站控层网络(MMS网)，采用双星形网络结构，双网双工热备用方式运行。全站的站控层设备以及间隔层设备，均通过100M双网口接入站控层双星形MMS网络。
过程层采样值传输可采用点对点传输或组建采样值网络(SV网)两种方式。在传输规约方面，IEC61850－9－1标准已被取消，IEC60044 7／8也将废除。今后IEC61850－9－2采样值传输方案将成为唯一的国际标准。过程层GOOSE跳闸可采用点对点和组网两种方式。GOOSE网与SV网可共同组网。GOOSE、SV和对时三网合一的组网方式已经用于实际工程。
5.对时方式
目前主要的对时方式有SNT P、IRIG－B和IEEE1588等。SNTP对时采用以太网传输方式，实现简单，精度能达到毫秒级，站控层对时均采用该方式。IRIG－B对时是十分成熟的技术，在数字化变电站的过程层网络中已经取得了广泛的应用。IEEE1588网络对时技术的对时精度可达到亚微秒级，且可利用过程层网络而不用铺设专用的对时网络，在国内某些变电站已经获得了使用。IEEE1588网络对时技术需要继电保护、测控、合并单元等装置提供硬件支持，目前产品的稳定性还不是很好，而且支持该网络对时功能的交换机价格比较昂贵。
二、智能化变电站的高级应用功能
智能化变电站的高级应用功能是智能化变电站区别于数字化变电站的重要特征之一。智能化变电站只有具备了高级应用功能，才会成为智能电网中的坚强节点。目前各自动化设备制造商对于高级应用功能的研发处于起步阶段，尚无产品用于实际工程。今后一两年内用于工程中的产品会实现部分相对简单的高级应用功能。本节对智能化变电站应该具备的各种高级应用功能加以讨论，内容不包括目前在数字化变电站中已经采用的相对比较成熟的技术，如：顺序控制、一体化五防、站内自动电压无功控制(AVOC)等。
1.支撑平台
(1)一体化信息平台。在高级应用系统中，高级应用服务器与HMI采用统一软件平台来实现，基于此平台来建立站内全景数据的一体化信息平台。各种高级应用功能均建立在一体化信息平台提供的基础数据之上。
(2)站内状态估计。随着调度中心智能化和自动化水平的提高，对基础数据的要求和依赖程度也越来越高，基础数据不准确会带来严重影响。站内状态估计是在变电站内实现数据辨识与处理，保证基础测量数据的正确性，为站内高级应用提供支持。另外，站内状态估计还为调度主站EMS的状态估计提供可靠的数据以减轻主站系统的运算负担并提高可靠性。
2.站域控制与保护
传统变电站的控制与保护装置基本上是按照间隔配置的，这主要是由于装置间无法方便地实现信息共享。智能化变电站依托站内高速通信网及发布／订阅者通信机制，可以方便的共享信息。这就为实现全站级别的控制和保护提供了条件。
(1)站域控制。站域控制是指通过对站内信息的集中处理、判断，实现站内自动控制装置的协调工作，适应系统运行方式的要求。在通信和数据处理速度满足要求的情况下，变电站级的运行控制策略优于面向单间隔的策略。所以，实现该功 能采用的是集中式控制装置，采集站内全部或者部分实时运行数据集中运算，基于全站级策略实现控制。站域控制功能包括：全站公用备自投、低频低压减负荷、站用光伏发电系统控制等。
(2)站域保护。站域保护是指通过信息共享，结合系统运行状态，对站内一次设备实现自适应和协调保护。主要功能包括：全站统一的后备保护、FACTS元件保护、分布式新能源接入保护、保护定值自动生成和修改等。
目前变电站中110kV及以下电压等级使用测控保护一体化装置。同样，智能化变电站中的站域控制和站域保护功能可以采取适当的方式一体化实现。
3.辅助运行管理与维护
(1)设备状态可视化。状态可视化是指基于自监测信息和经由信息互动获得的高压设备其他状态信息，通过智能组件的自诊断，以智能电网其他相关系统可辨识的方式表述自诊断结果，使高压设备状态在电网中是可观测的。这里所谓状态可视并非对运行人员而言，而是对上级系统的，如高压设备运行管理主站和电网调度主站。变电站的高级应用服务器将站内设备的状态在线监测信息上送，是上级部门能够监视站内设备状态并制定合理的检修策略。目前设备状态可视化工作主要针对变压器、断路器等一次设备开展。今后随着二次设备状态监测技术的发展和成熟，二次设备也要逐渐实现状态可视化。
(2)智能告警。智能告警功能通过建立变电站故障信息的逻辑和推理模型，实现对故障告警信息的分类和过滤，对变电站的运行状态进行在线实时分析和推理，自动报告变电站异常状况。可根据调度主站需求，为主站提供分层分类的故障告警信息。设置智能告警功能主要是为了减轻主站系统的负担。
(3)故障信息综合分析与决策。故障信息综合分析决策是指在事故或故障情况下对包括事件顺序记录信号及保护装置、相量测量、故障录波等数据进行数据挖掘、多专业综合分析，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。该功能可自动为值班运行人员提供一个事故分析报告并给出事故处理预案，便于迅速确定事故原因和应采取的措施，而且可以为事后相关部门分析事故原因提供相关数据信息。该功能与继电保护故障信息子站的功能联系非常紧密，所以可将继电保护故障信息子站集成到高级应用服务器中，实现设备的功能。
(4)源端维护。变电站作为调度主站数据采集的源端，提供各种可自描述的配置参量，维护时仅需在变电站利用统一配置工具进行配置，生成标准配置文件(包括变电站主接线图、网络拓扑等参数及数据模型)。调度主站可自动获得变电站的标准配置文件，自动导人到自身系统数据库中，并自动更新运行监控画面。实现该功能需要调度中心和变电站基于IEC61850或IEC61970标准建立统～的模型。源端维护是智能化变电站的重要概念，数据从源头就实现标准化，便于后面各种系统使用，可以大幅提高工作效率，减少重复工作。
4.支撑区域电网运行
(1)经济运行与优化控制。经济运行与优化控制功能是指将变电站的电压、无功调节设备纳入区域无功电压调节系统，进行整体策略控制，实现区域级别的电压无功自动优化调节。该功能既可进行单站AVOC，也可以与调度配合，实现区域AVQC功能。在区域控制失效情况下，具备自动转换为单站AVOC的能力。该功能强调变电站为调度系统服务，如电压无功控制的限值可能是由调度系统下发。目前多数自动化设备生产厂家开发的产品已具备单站AVQC功能，为下一步实现区域级别的经济运行与优化控制打下了良好的基础。
(2)区域网络保护。区域网络保护实际上实现的是后备保护的功能。利用电压、电流的同步采样信息以及开关量信息，完成对区域电网多个元件的保护与控制。网络保护功能借助广域信息完成，利用空间多点信息做出判断而不是动作时间上的配合来保证后备保护的选择性，从而达到缩短后备保护的动作时间，缩小故障切除范围的目的。
(3)协同互动。智能化变电站可与分布式电源、大用户等相互交换数据，实现协调运行与控制。对于外部接入的分布式电源，通过信息交互，可对其运行状态进行监视，相应调整控制模式，实现分布式电源的灵活接入。对于钢厂等大客户，可通过协同互动对用户的电能质量进行在线监测，还可实时传送客户需要的相关信息，支持电力交易，为客户提供更好的服务。
三、结语
智能电网代表着电力工业的发展方向和社会的进步，智能化变电站是智能电网的重要环节。本文对智能化变电站的建设进展和技术现状进行了总结，并探讨了智能化变电站应具备的高级应用功能。智能化变电站高级应用功能的完善需要较长时间，将随着智能化变电站技术的发展和智能电网建设的推进而逐步走向成熟。
参考文献：
[1]许晓慧，智能电网导论[M]，北京：中国电力出版社，2010
[2]Q／ODW 383 2009，智能变电站技术导则[s]，国家电网公司，2009
[3]Q／ODW Z41 0 201 0，高压设备智能化技术导则[s]，国家电网公司，2010，
(责任编辑：苏宇嵬)
关键词：智能化变电站；高级应用；智能电网
智能电网是当今世界电力乃至能源产业发展变革的最新动向，代表着未来发展的方向和社会的进步，智能化变电站是智能电网的重要基础和支撑。智能化变电站是采用先进、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。智能化变电站的高级应用功能是智能化变电站区别于以往数字化变电站的重要特征之一，对于建设坚强的智能电网具有重要意义。
一、智能化变电站技术现状
智能化变电站的体系架构遵循IEC-61850标准，采用“三层两网”的结构。全站的智能设备在功能逻辑上分为站控层、间隔层和过程层，三层设备之间通过站控层网络和间隔层网络进行通信。
1.过程层
过程层设备主要包括智能一次设备和电子式互感器。智能一次设备是智能化变电站的显著标志之一，它由高压设备本体和智能组件两部分构成，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化等特征。智能组件由若干智能电子设备(IED)组成，承担一次设备的测量、控制和在线监测等功能，随着技术的发展还可进一步集成保护、计量等功能。目前，国内各主要的一次设备生产厂家都在进行智能化高压设备的研发，尚无投入现场运行的产品。在线监测技术还不够成熟，短期内不能达到状态检修的要求。
电子式互感器从原理上可分为光学原理和非光学原理。光学原理的电子式互感器按光学介质可分为磁光玻璃型和全光纤型，非光学原理的电子式互感器主要指采用罗氏线圈和低功率线圈的电子式互感器。目前电流互感器测量精度可达到0.2S级，保护精度可达到5TPE级。非光学电子式互感器技术上比较成熟，工程应用较多；光纤式电流互感器已经在越来越多的工程中投入使用，磁光玻璃型电流互感器也在一些变电站挂网运行。这几种不同原理的电子式互感器各有优缺点，其性能有待在现场运行中进一步考查。
2.间隔层
间隔层设备主要包括测控、保护、录波、计量、PMU等设备。近年来，间隔层设备有逐渐融合的趋势。集测控、录波和PMU功能于一体的三态测控装置已研制成功，可同时进行稳态、暂态和动态信息的采集。测控保护一体化装置已经用于220kV电压等级，厂家具备提供500kV产品的能力。
对于跨间隔的母线保护和变压器保护，目前均有采用分布式方式实现的产品。分布式保护采用主、子单元模式，子单元采用点对点模式接入多个间隔智能终端完成跳闸，同时点对点接收多个间隔的合并单元采样值数据，主单元完成逻辑判断和动作执行功能，与子单元采用光纤点对点直连。
3.站控层
站控层设备主要有监控主机、高级应用服务器、操作员站、远动工作站和对时设备等。与数字化变电站相比，智能化变电站的站控层增加了高级应用服务器，可以完成多种高级应用功能。变电站的主时钟双重化配置，支持北斗系统和GPS系统单向标准授时信号，优先采用北斗系统。时钟同步精度和守时精度满足站内所有设备的对时精度要求。也可采用卫星时钟(优先采用北斗)与地面时钟互备方式获取精确时间。
4.组网方式
智能化变电站站控层网络结构与数字化变电站相同，全站统一设置站控层网络(MMS网)，采用双星形网络结构，双网双工热备用方式运行。全站的站控层设备以及间隔层设备，均通过100M双网口接入站控层双星形MMS网络。
过程层采样值传输可采用点对点传输或组建采样值网络(SV网)两种方式。在传输规约方面，IEC61850－9－1标准已被取消，IEC60044 7／8也将废除。今后IEC61850－9－2采样值传输方案将成为唯一的国际标准。过程层GOOSE跳闸可采用点对点和组网两种方式。GOOSE网与SV网可共同组网。GOOSE、SV和对时三网合一的组网方式已经用于实际工程。
5.对时方式
目前主要的对时方式有SNT P、IRIG－B和IEEE1588等。SNTP对时采用以太网传输方式，实现简单，精度能达到毫秒级，站控层对时均采用该方式。IRIG－B对时是十分成熟的技术，在数字化变电站的过程层网络中已经取得了广泛的应用。IEEE1588网络对时技术的对时精度可达到亚微秒级，且可利用过程层网络而不用铺设专用的对时网络，在国内某些变电站已经获得了使用。IEEE1588网络对时技术需要继电保护、测控、合并单元等装置提供硬件支持，目前产品的稳定性还不是很好，而且支持该网络对时功能的交换机价格比较昂贵。
二、智能化变电站的高级应用功能
智能化变电站的高级应用功能是智能化变电站区别于数字化变电站的重要特征之一。智能化变电站只有具备了高级应用功能，才会成为智能电网中的坚强节点。目前各自动化设备制造商对于高级应用功能的研发处于起步阶段，尚无产品用于实际工程。今后一两年内用于工程中的产品会实现部分相对简单的高级应用功能。本节对智能化变电站应该具备的各种高级应用功能加以讨论，内容不包括目前在数字化变电站中已经采用的相对比较成熟的技术，如：顺序控制、一体化五防、站内自动电压无功控制(AVOC)等。
1.支撑平台
(1)一体化信息平台。在高级应用系统中，高级应用服务器与HMI采用统一软件平台来实现，基于此平台来建立站内全景数据的一体化信息平台。各种高级应用功能均建立在一体化信息平台提供的基础数据之上。
(2)站内状态估计。随着调度中心智能化和自动化水平的提高，对基础数据的要求和依赖程度也越来越高，基础数据不准确会带来严重影响。站内状态估计是在变电站内实现数据辨识与处理，保证基础测量数据的正确性，为站内高级应用提供支持。另外，站内状态估计还为调度主站EMS的状态估计提供可靠的数据以减轻主站系统的运算负担并提高可靠性。
2.站域控制与保护
传统变电站的控制与保护装置基本上是按照间隔配置的，这主要是由于装置间无法方便地实现信息共享。智能化变电站依托站内高速通信网及发布／订阅者通信机制，可以方便的共享信息。这就为实现全站级别的控制和保护提供了条件。
(1)站域控制。站域控制是指通过对站内信息的集中处理、判断，实现站内自动控制装置的协调工作，适应系统运行方式的要求。在通信和数据处理速度满足要求的情况下，变电站级的运行控制策略优于面向单间隔的策略。所以，实现该功 能采用的是集中式控制装置，采集站内全部或者部分实时运行数据集中运算，基于全站级策略实现控制。站域控制功能包括：全站公用备自投、低频低压减负荷、站用光伏发电系统控制等。
(2)站域保护。站域保护是指通过信息共享，结合系统运行状态，对站内一次设备实现自适应和协调保护。主要功能包括：全站统一的后备保护、FACTS元件保护、分布式新能源接入保护、保护定值自动生成和修改等。
目前变电站中110kV及以下电压等级使用测控保护一体化装置。同样，智能化变电站中的站域控制和站域保护功能可以采取适当的方式一体化实现。
3.辅助运行管理与维护
(1)设备状态可视化。状态可视化是指基于自监测信息和经由信息互动获得的高压设备其他状态信息，通过智能组件的自诊断，以智能电网其他相关系统可辨识的方式表述自诊断结果，使高压设备状态在电网中是可观测的。这里所谓状态可视并非对运行人员而言，而是对上级系统的，如高压设备运行管理主站和电网调度主站。变电站的高级应用服务器将站内设备的状态在线监测信息上送，是上级部门能够监视站内设备状态并制定合理的检修策略。目前设备状态可视化工作主要针对变压器、断路器等一次设备开展。今后随着二次设备状态监测技术的发展和成熟，二次设备也要逐渐实现状态可视化。
(2)智能告警。智能告警功能通过建立变电站故障信息的逻辑和推理模型，实现对故障告警信息的分类和过滤，对变电站的运行状态进行在线实时分析和推理，自动报告变电站异常状况。可根据调度主站需求，为主站提供分层分类的故障告警信息。设置智能告警功能主要是为了减轻主站系统的负担。
(3)故障信息综合分析与决策。故障信息综合分析决策是指在事故或故障情况下对包括事件顺序记录信号及保护装置、相量测量、故障录波等数据进行数据挖掘、多专业综合分析，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。该功能可自动为值班运行人员提供一个事故分析报告并给出事故处理预案，便于迅速确定事故原因和应采取的措施，而且可以为事后相关部门分析事故原因提供相关数据信息。该功能与继电保护故障信息子站的功能联系非常紧密，所以可将继电保护故障信息子站集成到高级应用服务器中，实现设备的功能。
(4)源端维护。变电站作为调度主站数据采集的源端，提供各种可自描述的配置参量，维护时仅需在变电站利用统一配置工具进行配置，生成标准配置文件(包括变电站主接线图、网络拓扑等参数及数据模型)。调度主站可自动获得变电站的标准配置文件，自动导人到自身系统数据库中，并自动更新运行监控画面。实现该功能需要调度中心和变电站基于IEC61850或IEC61970标准建立统～的模型。源端维护是智能化变电站的重要概念，数据从源头就实现标准化，便于后面各种系统使用，可以大幅提高工作效率，减少重复工作。
4.支撑区域电网运行
(1)经济运行与优化控制。经济运行与优化控制功能是指将变电站的电压、无功调节设备纳入区域无功电压调节系统，进行整体策略控制，实现区域级别的电压无功自动优化调节。该功能既可进行单站AVOC，也可以与调度配合，实现区域AVQC功能。在区域控制失效情况下，具备自动转换为单站AVOC的能力。该功能强调变电站为调度系统服务，如电压无功控制的限值可能是由调度系统下发。目前多数自动化设备生产厂家开发的产品已具备单站AVQC功能，为下一步实现区域级别的经济运行与优化控制打下了良好的基础。
(2)区域网络保护。区域网络保护实际上实现的是后备保护的功能。利用电压、电流的同步采样信息以及开关量信息，完成对区域电网多个元件的保护与控制。网络保护功能借助广域信息完成，利用空间多点信息做出判断而不是动作时间上的配合来保证后备保护的选择性，从而达到缩短后备保护的动作时间，缩小故障切除范围的目的。
(3)协同互动。智能化变电站可与分布式电源、大用户等相互交换数据，实现协调运行与控制。对于外部接入的分布式电源，通过信息交互，可对其运行状态进行监视，相应调整控制模式，实现分布式电源的灵活接入。对于钢厂等大客户，可通过协同互动对用户的电能质量进行在线监测，还可实时传送客户需要的相关信息，支持电力交易，为客户提供更好的服务。
三、结语
智能电网代表着电力工业的发展方向和社会的进步，智能化变电站是智能电网的重要环节。本文对智能化变电站的建设进展和技术现状进行了总结，并探讨了智能化变电站应具备的高级应用功能。智能化变电站高级应用功能的完善需要较长时间，将随着智能化变电站技术的发展和智能电网建设的推进而逐步走向成熟。
参考文献：
[1]许晓慧，智能电网导论[M]，北京：中国电力出版社，2010
[2]Q／ODW 383 2009，智能变电站技术导则[s]，国家电网公司，2009
[3]Q／ODW Z41 0 201 0，高压设备智能化技术导则[s]，国家电网公司，2010，
(责任编辑：苏宇嵬)