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1、第38卷 第6期2010年6月Vol.38No.6Jun.2010华东电网智能变电站运行管理模式研究李慧星(华东电网有限公司,上海 200002)摘 要:介绍了国内外关于智能变电站的理念,分析了数字化变电站与智能变电站的区别。从我国电网实际出发,对智能电网条件下的变电站运行和管理模式进行探讨,从电网运行和设备管理两个方面提出智能变电站的基本架构。阐述了构建基于智能电网的设备管理决策模式。关键词:智能电网;智能变电站;变电站运行管理作者简介:李慧星(19792),男,硕士,研究方向为电力系统及其自动化。中图分类号:T M76 文献标志码:A 文章编号:100129529(2010)0620808
2、204Study on Operation andManagementM ode of I ntelligent Substation i n East China GridLI Hui2xing(East China Grid Co.,Ltd.,Shanghai 200002,China)Abstract:Conceptions of intelligent substation in domestic and abroad were presented and the distinctions bet weendigitalized and intelligent substationwe
3、re also analyzed.From the actual situation of domestic grids,the operation andmanagementmode of the substation in s mart gird was discussed.The basic structure of intelligent substation was pro2posed from the points of grid operation and equipment management.The construction of the equipment managem
4、entand decision2makingmode based on smart grid was elucidated.Key words:s mart grid;intelligent substation;substation operation and management1 开展智能变电站研究的背景随着能源短缺问题日益严峻、供电可靠性要求不断提高、用户服务需求更加多样,电网运营面临巨大挑战,智能化成为电网发展的必然趋势。国家电网公司结合国家资源优化配置的需求和电网发展现状,提出了建设统一坚强智能电网的战略目标。目前,国家电网公司已经将智能电网建设作为的一项重要发展战略,这不仅仅对企
5、业的技术创新能力提出了新的要求,更是一次电网管理模式的跨越式发展。随着我国东南沿海经济的快速发展,华东电网的规模日益增长,呈现交、直流混联的受端大电网特征,在长期探索的基础上,华东电网公司在智能电网建设的大背景下,不断推进高级调度中心、输变电设备状态监测系统和智能变电站等一系列符合智能电网要求的创新性工作。在智能电网建设的整体框架中,智能变电站建设既是核心工作之一,也是提升电网智能化水平的关键。智能变电站的实现,意味着变电站设备管理模式发展发生重大的突破,为设备的高效运行和维护提供现代化平台,为电网智能化建设奠定基础。华东电网公司将变电站智能化工作作为电网发展综合战略的一个重要组成部分,并按照
6、国家电网公司颁布的相关标准开展试点工作。2 智能变电站的理念2.1 国内外智能变电站的理念随着人工智能技术的发展,越来越多的工业设备和产品被赋予了智能化的理念。在电网系统中,虽然变电设备的微机保护和数字式仪表已经广泛采用,但是在变电站层面上却没有显著的突破,而依然保持着传统的控制理念和控制方式。国外有研究者阐述了智能变电站的概念1,认为智能型变电站应该能够把目前费时费力的现场操作改变为省时省力的远程操作,同时也提高了变电站的响应速度,当实现完全智能化后,变电站的操作流程应更加简洁,实现完全的自动动作。一些国外控制监测设备的厂家如I BM、BPL和ASAT则推出了有关智能变电站的理念。他们李慧星
7、 华东电网智能变电站运行管理模式研究0809认为智能变电站应当能够实现信息可靠、方便互联,能够实时判断站内设备的状况,估计操作后果,自动实现变电站的控制,确保电网安全。国内的部分研究者则从变电站控制系统的角度提出了变电站控制系统智能化的设想。该设想强调,采用电子互感器替代传统的互感器,采用光纤作为信息和数据传输载体代替传统的信号线,采用分层分布式控制结构代替传统的变电站集中控制结构,最终实现变电站自动化水平飞跃。从目前国内外的发展情况看,虽然国家电网公司已经颁布了330 kV750 kV智能变电站设计规范 、高压设备智能化技术导则 和 电力变压器、高压开关设备智能化技术条件 等一系列变电站智能
8、化建设相关的技术标准,但对于智能变电站运行管理模式尚处于酝酿阶段,需要各网省公司和基层单位在实践中进行分析总结。2.2 智能变电站与数字化变电站区别数字化变电站强调信息获取、传输、存储和控制形式方面的问题,更加看重变电站多种信息数字化传输和数字化控制。建设数字化变电站是对传统变电站二次系统的巨大变革,电磁式的TA、TV将被电子式的光TA、光TV替代,所有变电站测量和保护设备也必须满足这一变化,摒弃传统的模拟输入而改用数字式的输入。实现完全的数字化后,保护设备将输出数字信号,一次设备控制回路也将采用数字化的接口替代传统的模拟量控制方式。在全站数字化的基础上,传统变电站运行的实时信息传输速度将达到
9、前所未有高速,IEC61850/IEC61970等复杂的设备信息模型和灵活的传输协议能够发挥其最佳的效果。智能变电站不仅仅是设备和传输方式的革新,更多地强调远程操作和智能控制,强调一次设备信息的完备和操作的友好性特征,体现智能电网的自动化和互动化的概念,所以智能变电站和数字化变电站是具有显著差异的,可以说数字化强调的是“实现的手段”,而智能化强调的是“实现的目的”。当然,变电站的数字化能够为智能变电站的建设提供极大的便利,所以从某种角度上说数字化变电站可以作为智能变电站建设的基础。另外,值得一提的是,在常规变电站基础上也可以进行智能变电站的改造或建设,这需要增加一定数量的信息转换装置。3 基于
10、实际需求的智能变电站运行管理模式 通过调研情况能够看出,虽然不同国家、不同组织对于智能变电站的实现策略各有差异,但是其主要理念是基本一致的,就是要求智能变电站具备智能控制和智能管理的能力。基于这一理念,就可以从我国的国情出发,从电网的具体实际出发,具体勾画出智能变电站的运行管理模式的大致轮廓。3.1 智能变电站对运行方式的要求目前电网操作采取的是集中控制模式,所有的设备的操作命令都由调度部门下达,调度人员对电网进行操作时,需要落实到某个具体设备,甚至落实到每个操作指令。操作流程如图1所示。图1 传统的电网操作流程示意图图1所示的电网操作方式由调度人员和调度系统保障操作的正确性,由变电站人员及相
11、应的规章制度保障操作的准确性,虽然一定程度上保证了控制的精确和细致,但其中涉及多个人工操作环节,控制过程较为复杂,设备操作时间较长,特别是对设备的状态无法准确把握,同时也大大增加了误操作风险。智能电网的发展要求电网能够自动、快速的对电网状态的变化做出响应,显然目前的电网控制方式是无法满足这一要求的。而且,随着电网规模的扩大,网内设备数量会越来越多,新型设备也会越来越多,设备的特性会越来越复杂,很难继续采用人工控制的方式把每个电网控制命令都细化到设备操作步骤。这就促使我们思考一种全新的电网运行方式,能够把调度人员从复杂设备操作细节中解脱出来,进而把更多的精力放到电网整体控制的层面上。这就需要一种
12、智能的变电08102010,38(6)站,它能够将调度对电网节点的操作意图自动的解析成为具体的单步指令,并反馈给调度人员。同时针对每一步操作进行分析,对可能的风险进行预测,从根本上满足智能电网的运行要求。3.2 智能变电站对设备管理模式的要求设备是组成变电站的基本元件,限于设备的技术管理水平和手段,电网企业尚没有也没有多余的精力从变电站整体的角度进行考虑设备管理和运行方式管理的融合,长期以来电网企业一直采用专业化设备管理的策略,由生产部门负责。基于这种管理策略,专业管理人员往往只专注于某种设备的检修、缺陷、试验等方面管理和技术问题。而目前设备的运行方式是调度部门根据电网的运行需求来决定的。可见
13、,因此设备的运行方式和设备管理实际上是彼此隔离的,即设备的使用价值和资产价值体现是彼此孤立的。为了满足电网的安全可靠供电,由于不了解设备的实际状态,调度一般采取冗余的方式,对设备运行方式的可靠性提出很高的要求,为此随着电网的规模增长,电网的发展越来越不经济,其次,对设备状态估计不足的调度方式对电网存在巨大的潜在风险。随着智能电网技术的发展,需要我们构建一种全新的设备管理理念,从设备管理上升到变电站管理的层次。使变电站具有自主管理能力,能够自动报告站内设备的状态,自动向管理人员提出检修、试验方面的请求,并给出相应的时限和建议,这样就能大大提高设备管理的及时性和有效性,成为一个具有设备管理能力的智
14、能变电站。在实现智能变电站管理模式的基础上,还能够进一步优化电网设备的管理方式,建立设备管理中心,实现多个智能变电站的需求的数据融合、决策仲裁等功能,并能够实现设备管理与调度运行的互动,大大提升电网的管控能力。3.3 智能变电站对信息保障体系的要求智能变电站并不是孤立存在的,建立智能变电站不仅仅需要智能的设备,更需要与之相应的信息保障体系进行支持,才能成为真正意义上的智能变电站。信息是管理的基础也是智能变电站的基础,目前电网中的信息系统还不够完善,业务部门往往仅从自身需求出发建立信息体系。各系统间有的存在交叉,相互的联系比较松散,缺乏统一规划。而智能变电站对于信息系统的要求是多方面的,一方面要
15、有畅通的信息上传通道,另一方面要有快捷的信息访问途径。智能变电站自主工作过程中,至少需要设备资料、运行环境、风险成本等多方面的信息。如果这些信息来自于多个孤立系统,就很难保证信息的完整性和统一性,因此需要统一、强大的变电站信息工作站和相关生产管理信息系统作为智能变电站的信息支持。4 智能变电站的技术特点通过从电网运行和设备管理面两个方面进行分析,已经可以勾勒出智能变电站的基本架构。4.1 智能变电站的运行管理架构智能变电站的运行是一种智能的、友好的、迅速的、方便的管理方式,其基本架构如图2所示。图2 智能变电站运行管理架构示意图如图2所示,智能变电站由智能型的电气设备构成,每个智能变电站都有一
16、个智能处理核心。处理核心能够接收调度指令,并分解成单步的操作步骤,操作前处理核心可以将智能设备的信息反馈给调度中心,并对操作可能造成的风险进行提示,得到调度确认后,操作将直接执行,指令执行后,执行结果会返回给调度。每个指令、操作步骤和操作结果都会自动记录在处理核心的数据库中。智能变电站建成后应当成为电网中的一个可操作的智能节点,调度人员只需将操作意图发送给智能变电站,变电站会自动汇报、自动操作和自动记录,实现便捷、快速和安全的电网运行。4.2 智能变电站的设备管理架构智能变电站的设备管理是传统设备管理方式的进步,可以实现设备状态监视、设备可靠性和风险预测、设备状态和检修策略辅助决策的功能,从李
17、慧星 华东电网智能变电站运行管理模式研究0811而达到优化管理的目标,管理架构如图3所示。图3 智能变电站设备管理架构示意图如图3所示,智能变电站中应当具有设备状态信息网络,智能设备通过专用的信息网络将信息发送给动态监测、风险预测和辅助决策模块,各处理模块将形成的建议发送至管理优化模块形成优化的管理建议。管理建议将被发送至设备管理中心,管理中心将对来自各智能变电站的管理建议进行综合决策,决策结果会发送给调度和任务执行部门,在调度部门的协调下执行管理措施。4.3 设备管理中心的信息体系架构从信息体系的角度而言,智能变电站应该是一个局部的信息融合中心,能够对站内和站外的信息进行的加工,进而形成局部
18、决策。而多个智能变电站之间的决策则需要由设备管理中心进行处理。因此,在智能变电站的信息架构方面应当考虑建设两个信息平台,一个是智能变电站的信息工作站;另一个是设备管理中心。这两个平台能够相辅相成,成为支持智能变电站的信息体系架构。根据华东电网的现状,可以考虑对已有系统进行整合,成为适应智能电网的设备管理中心,其基本架构如图4所示。图4 设备管理中心系统架构示意图设备管理中心不仅仅承担着智能变电站的管理职能,而且担负系统外数据接口和信息安全保障的职能。设备管理中心建成后能够为智能变电站的决策提供数据支持,同时也能实现不同变电站信息的对比和综合决策。5 基于智能电网的设备管理流程智能变电站是电网中
19、的一个智能节点,多个智能节点和之间的线路构成了智能电网的基础。在智能电网的框架下,设备管理也需要从具体设备、具体技术的专业管理模式逐步提升到从变电站着眼、从电网着眼的高级管理的水平上。因此需要构建基于智能电网的设备管理决策模式,其基本框架可以用图5进行描述。图5 基于智能电网的设备管理流程框架智能变电站作为智能电网的一个基本单元,其信息不仅仅来源于站内也需要来自设备管理中心的信息支持,而且还需要了解出线线路的风险情况。线路作为输电设备,其运行信息可以通过线路监管平台传输到设备管理中心,智能变电站根据需要自动提取所需的线路信息用于变电站的风险预测和决策支持。同时设备管理中心可以综合线路、调度、基层设备管理平台和外部提供(如气象、经济)的信息,来自智能变电站、线路等设备的信息进行决策,交由维护实施单位执行,从而使设备管理从具体设备的层面提升到了电网层面,同时也能更加有力的支持调度部门,达到降低电网运行风险,提高供电可靠性的目的。参考文献:1 COSSR E Jr.,BOWEN J E,COMBS H T,et al.SmartIndustrial SubstationsJ.IEEE IndustryApplicationsMaga2zine,2005,11(2).收稿日期:2010205210本文编辑:杨林青