數(shù)字化變電站在智能電網(wǎng)時(shí)代至關(guān)重要
日前，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬訪(fǎng)華。中美兩國(guó)最高領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)晤中，能源問(wèn)題是重要話(huà)題。
與此同時(shí)，一場(chǎng)由中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備分會(huì)主辦的有關(guān)智能電網(wǎng)的論壇正熱烈地舉行。
“智能電網(wǎng)是電力工業(yè)將來(lái)的發(fā)展方向，這是毋庸置疑的。在變電環(huán)節(jié)，在智能電網(wǎng)規(guī)劃的推動(dòng)下，未來(lái)數(shù)字化變電站將成為新建變電站的主流。”在2009年11月18日于北京舉辦的“智能電網(wǎng)與數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)高級(jí)論壇”上，與會(huì)的業(yè)內(nèi)人士及專(zhuān)家紛紛表示。
我國(guó)的智能電網(wǎng)將走在世界的前面
全球資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題日益突出，可再生能源、分布式能源快速發(fā)展，世界各國(guó)面臨著可再生能源如何接入及充分利用等一系列問(wèn)題，需要用智能化的技術(shù)和手段來(lái)應(yīng)對(duì)目前面臨的各種挑戰(zhàn)。積極發(fā)展智能電網(wǎng)，適應(yīng)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的要求，已成為國(guó)際電力發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇。
我國(guó)要打造的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，通過(guò)先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)和控制方法，實(shí)現(xiàn)安全、高效運(yùn)行的電網(wǎng)。它既可以減少長(zhǎng)距離輸電的損耗，也有利于風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等間歇性能源的并網(wǎng)利用。
專(zhuān)家指出，我國(guó)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的先行者。為了解決我國(guó)能源主要分布地與主要消費(fèi)地不一致和可再生能源發(fā)展的問(wèn)題，近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司一直在努力打造具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。
其實(shí)，智能電網(wǎng)并非中國(guó)一家在做。在美國(guó)，今年奧巴馬總統(tǒng)上任之后即提出要建設(shè)智能電網(wǎng)。但是，那時(shí)美國(guó)所提的智能電網(wǎng)與我國(guó)不同，其重點(diǎn)是研發(fā)可再生能源和分布式電源并網(wǎng)技術(shù)；同時(shí)，發(fā)展智能電表，使消費(fèi)者可以根據(jù)自身需要在不同價(jià)格時(shí)段使用電力。
對(duì)于中國(guó)版“智能電網(wǎng)”，據(jù)江蘇省電力公司許曉慧博士介紹，已經(jīng)在研究和實(shí)踐上取得不少進(jìn)展。在大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制上，對(duì)數(shù)字化電網(wǎng)、數(shù)字化變電站、電網(wǎng)調(diào)度可視化進(jìn)行了大量研究和實(shí)踐。在輸電領(lǐng)域，許多指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，包括網(wǎng)域測(cè)量技術(shù)、傳感器技術(shù)和量測(cè)技術(shù)，這些是電網(wǎng)調(diào)度基礎(chǔ)，我們已經(jīng)有700多套相量測(cè)量裝置安裝在電網(wǎng)，排國(guó)際第一位。
長(zhǎng)期以來(lái)，我們?cè)谥卮罂萍柬?xiàng)目方面往往只能對(duì)西方亦步亦趨，而這一次，我國(guó)走在了世界前面。
新能源革命倒逼電網(wǎng)智能化，除了海上風(fēng)電，開(kāi)發(fā)青藏高原和沙漠地區(qū)的太陽(yáng)能，通過(guò)大規(guī)模開(kāi)發(fā)這些可再生能源，我們就可以從容應(yīng)對(duì)礦物能源終將耗竭所帶來(lái)的危機(jī)。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，在應(yīng)付新能源接入上，已采用基于電力電子技術(shù)的靈活交流輸電技術(shù)，電網(wǎng)安裝了以提高輸送容量為目標(biāo)的固定拓?fù)溲b置、對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射器、提高電源接納容量和可再生能源即插即用的電網(wǎng)故障電流短路限制器等，正越來(lái)越多地發(fā)揮作用；數(shù)字化電網(wǎng)和電網(wǎng)調(diào)度上采用了一些關(guān)鍵技術(shù)，使數(shù)字化水平提高；數(shù)字化變電站建設(shè)上，已有70多座變電站投入運(yùn)行，華東電網(wǎng)走在了前面；配電領(lǐng)域，上海電力<5.90 -0.17%>公司在鈉硫電池儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)充電研究領(lǐng)域走在前列，鈉硫電池已達(dá)650安時(shí)水平，今年完成中試，明年能夠在現(xiàn)場(chǎng)作示范工程。此外，用電領(lǐng)域，電力用戶(hù)信息采集系統(tǒng)在未來(lái)3～5年內(nèi)會(huì)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋和采集。
許曉慧介紹，我國(guó)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略框架已經(jīng)浮出水面。其中包括一個(gè)目標(biāo)、兩條主線(xiàn)、三個(gè)階段、四個(gè)體系、五個(gè)內(nèi)涵、六個(gè)環(huán)節(jié)。
問(wèn)數(shù)字化變電站為何物
據(jù)介紹，數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的一次變革，其主要特征是“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)”，即數(shù)字化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)。這使得數(shù)字化變電站在系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)簡(jiǎn)便性方面均比常規(guī)變電站有大幅度提升。
山東理工大學(xué)教授徐丙垠介紹，傳統(tǒng)的電網(wǎng)主要注重的是信息化傳輸，數(shù)字化變電站或數(shù)字電網(wǎng)注重的是實(shí)現(xiàn)信息的網(wǎng)絡(luò)交互，而升級(jí)后的智能電網(wǎng)則更加注重信息的互換互用以及功能的智能化應(yīng)用。確切地說(shuō)，智能化電網(wǎng)是在網(wǎng)絡(luò)信息交互共享的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息互用，這需要建立電力企業(yè)的大信息平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)所要求的諸多強(qiáng)大功能。
數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。與常規(guī)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過(guò)程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅?、智能化一次設(shè)備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。
徐丙垠指出，IEC61850將數(shù)字化變電站分為過(guò)程層、間隔層和站控層，各層內(nèi)部及各層之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。整個(gè)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)可以分為：站控層和間隔層之間的間隔層通訊網(wǎng)，以及間隔層和過(guò)程層之間的過(guò)程層通訊網(wǎng)。
站控層通信全面采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)通信管理機(jī)和保護(hù)信息子站均可直接接入IEC61850裝置。同時(shí)提供了完備的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6規(guī)范的SCL文件，可在不同廠(chǎng)家的工程工具之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互。
間隔層通訊網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在該網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)跨間隔的橫向聯(lián)鎖功能。110kV及以下電壓等級(jí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可采用單以太網(wǎng)，110kV以上電壓等級(jí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)需采用雙以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)采用IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，非IEC61850規(guī)約的設(shè)備需經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后接入?？紤]到傳輸距離和抗干擾要求，各繼電小室與主控室之間應(yīng)采用光纖，而在各小室內(nèi)部設(shè)備之間的通訊則可采用屏蔽雙絞線(xiàn)。
清華大學(xué)電機(jī)系教授董新洲介紹，數(shù)字化變電站有3個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。首先是一次設(shè)備的智能化。一次設(shè)備中被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路都采用微處理器和光電技術(shù)的設(shè)計(jì)，這使常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了，傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)連接被數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)所取代?？删幊炭刂破鞔媪俗冸娬径位芈分谐Ｒ?guī)的繼電器和其邏輯回路，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。尤其是電子式互感器的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)互感器絕緣復(fù)雜、體積大且笨重。
其次是二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。變電站中常規(guī)的二次設(shè)備：故障錄波裝置、繼電保護(hù)裝置、電壓無(wú)功控制、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、同期操作裝置、在線(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)裝置等，都是基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)技術(shù)而設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的通信連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)，二次設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)真正地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、資源的共享。
另外就是自動(dòng)運(yùn)行的管理系統(tǒng)。變電站運(yùn)行管理系統(tǒng)的自動(dòng)化包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無(wú)紙化、自動(dòng)化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，并且能夠及時(shí)地提供故障分析報(bào)告，指出故障原因及相應(yīng)的處理意見(jiàn)；系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告。
要想在變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備與二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。在一、二次設(shè)備之間同樣實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通信，如果變電站內(nèi)智能裝置的數(shù)量急劇增加，全站智能裝置必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，才能實(shí)現(xiàn)互操作性。
因此，無(wú)論從哪個(gè)方面，當(dāng)前的數(shù)字化變電站從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，其突出成就只是實(shí)現(xiàn)了變電站信息的數(shù)字采集和網(wǎng)絡(luò)交互，毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于智能變電站來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此說(shuō)，數(shù)字化變電站作為二次系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)階段，在技術(shù)上還存在有很大的技術(shù)提升空間。
了解到，我國(guó)電力企業(yè)每年的檢修成本是國(guó)外檢修成本的數(shù)倍甚至十多倍，節(jié)能增效作為各國(guó)所追求的目標(biāo)，因而現(xiàn)階段，國(guó)家大力倡導(dǎo)“狀態(tài)檢修”的運(yùn)行管理和檢修辦法，這相對(duì)以前的“定期檢修”優(yōu)勢(shì)巨大，對(duì)于降低運(yùn)行成本、提升供電可靠性無(wú)疑帶來(lái)具大的效益。而數(shù)字化變電站和設(shè)備的狀態(tài)檢修無(wú)疑是目前發(fā)展智能電網(wǎng)建設(shè)的最實(shí)際又最易見(jiàn)實(shí)效的兩個(gè)重要方面。
任重道遠(yuǎn)
據(jù)了解，在我國(guó)，電力工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，特別是改革開(kāi)放30年以來(lái)，經(jīng)濟(jì)得到了迅猛發(fā)展，這期間，我國(guó)的變電站都是“救火式”的發(fā)展，哪里需要就去哪里興建，非常的被動(dòng)，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)對(duì)于變電站的規(guī)劃和設(shè)計(jì)都是從需求出發(fā)，并不是完全從安全運(yùn)行的要求考慮，甚至在變電站的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，都沒(méi)有辦法全部從根本上解決。而電力系統(tǒng)發(fā)展到今天，也已經(jīng)逐漸趨于飽和，不可能再出現(xiàn)像前30年那樣每年都有較大的發(fā)展甚至翻番的狀況。
董新洲認(rèn)為，數(shù)字化變電站和目前提出的智能電網(wǎng)并不矛盾，可以說(shuō)前者是后者的基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)是更高一級(jí)的應(yīng)用。數(shù)字化變電站要實(shí)現(xiàn)信息的大量集中，避免重復(fù)建設(shè)，這些資源和信息怎么進(jìn)一步的應(yīng)用，便是智能電網(wǎng)下一步要討論的問(wèn)題。數(shù)字化變電站是要求信息用統(tǒng)一的規(guī)約去達(dá)到互聯(lián)、互通、互操作的目標(biāo)，這個(gè)信息會(huì)延伸出更多的效益，減少工作人員的運(yùn)行維護(hù)，提高工作效率。
另外，數(shù)字化變電站的管理水平跟不上技術(shù)水平的發(fā)展。數(shù)字化變電站在投運(yùn)以后，一線(xiàn)的檢修工程師和運(yùn)行工程師，卻依然用傳統(tǒng)的管理變電站的方式去管理數(shù)字化變電站。因此，如何最大限度的節(jié)約成本、提高效率，以先進(jìn)的技術(shù)促進(jìn)先進(jìn)的管理進(jìn)步，是目前亟待解決的問(wèn)題。
統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略框架中兩條主線(xiàn)是指，技術(shù)上體現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化；管理上體現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化。
許曉慧指出，數(shù)字化變電站作為智能變電站的初級(jí)階段，兩者在應(yīng)用中存在著很大差距。要達(dá)到國(guó)網(wǎng)公司提出的信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化和互動(dòng)化智能電網(wǎng)目標(biāo)，現(xiàn)階段的數(shù)字化變電站仍需要提升更優(yōu)化的功能。而智能變電站與智能電網(wǎng)是相匹配的，現(xiàn)在的數(shù)字化變電站只是具備了智能變電站的一些基本條件。
對(duì)于國(guó)家提出的“2020年建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)”，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為不太樂(lè)觀(guān)，“一次設(shè)備的智能化就算從現(xiàn)在開(kāi)始，至少也要3～5年才會(huì)出現(xiàn)比較成熟的技術(shù)，在試點(diǎn)運(yùn)行中，還需要不斷改進(jìn)，這個(gè)過(guò)程也要2～3年的時(shí)間。一個(gè)產(chǎn)品從研發(fā)到成熟再到工業(yè)應(yīng)用需要5～8年，同時(shí)新設(shè)備的出現(xiàn)不可能一夜之間就能把老的全部拆掉，還需要循序漸進(jìn)的逐年更換?！蹦壳?，一次設(shè)備中只有互感器有一些突破，并已投入運(yùn)行，然而現(xiàn)在運(yùn)用的電子互感器屬于電子式的設(shè)備，對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求也較苛刻，在一次設(shè)備的惡劣環(huán)境中，電磁干擾以及環(huán)境的影響，對(duì)它的壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
采訪(fǎng)中記者了解到，現(xiàn)在數(shù)字化變電站處于科技項(xiàng)目或者試點(diǎn)階段，各大電網(wǎng)公司還沒(méi)有大面積推廣，特別是一次設(shè)備智能化的實(shí)現(xiàn)都沒(méi)有哪一個(gè)公司把它作為強(qiáng)制性政策去實(shí)施。而電力系統(tǒng)是一個(gè)很保守的行業(yè)，更注重的是安全性和可靠性，新技術(shù)的使用到了決策層，要慢慢消化接受，等待更成熟的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)才會(huì)逐步推廣?，F(xiàn)在南方電網(wǎng)在數(shù)字化變電站的建設(shè)方面主要偏重二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)，如新建的變電站，在間隔層／變電站層等二次設(shè)備上面做一些嘗試，電子式互感器的大規(guī)模推廣仍然有待時(shí)日。
與此同時(shí)，一場(chǎng)由中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備分會(huì)主辦的有關(guān)智能電網(wǎng)的論壇正熱烈地舉行。
“智能電網(wǎng)是電力工業(yè)將來(lái)的發(fā)展方向，這是毋庸置疑的。在變電環(huán)節(jié)，在智能電網(wǎng)規(guī)劃的推動(dòng)下，未來(lái)數(shù)字化變電站將成為新建變電站的主流。”在2009年11月18日于北京舉辦的“智能電網(wǎng)與數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)高級(jí)論壇”上，與會(huì)的業(yè)內(nèi)人士及專(zhuān)家紛紛表示。
我國(guó)的智能電網(wǎng)將走在世界的前面
全球資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等問(wèn)題日益突出，可再生能源、分布式能源快速發(fā)展，世界各國(guó)面臨著可再生能源如何接入及充分利用等一系列問(wèn)題，需要用智能化的技術(shù)和手段來(lái)應(yīng)對(duì)目前面臨的各種挑戰(zhàn)。積極發(fā)展智能電網(wǎng)，適應(yīng)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的要求，已成為國(guó)際電力發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇。
我國(guó)要打造的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，通過(guò)先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)和控制方法，實(shí)現(xiàn)安全、高效運(yùn)行的電網(wǎng)。它既可以減少長(zhǎng)距離輸電的損耗，也有利于風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等間歇性能源的并網(wǎng)利用。
專(zhuān)家指出，我國(guó)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的先行者。為了解決我國(guó)能源主要分布地與主要消費(fèi)地不一致和可再生能源發(fā)展的問(wèn)題，近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)公司一直在努力打造具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。
其實(shí)，智能電網(wǎng)并非中國(guó)一家在做。在美國(guó)，今年奧巴馬總統(tǒng)上任之后即提出要建設(shè)智能電網(wǎng)。但是，那時(shí)美國(guó)所提的智能電網(wǎng)與我國(guó)不同，其重點(diǎn)是研發(fā)可再生能源和分布式電源并網(wǎng)技術(shù)；同時(shí)，發(fā)展智能電表，使消費(fèi)者可以根據(jù)自身需要在不同價(jià)格時(shí)段使用電力。
對(duì)于中國(guó)版“智能電網(wǎng)”，據(jù)江蘇省電力公司許曉慧博士介紹，已經(jīng)在研究和實(shí)踐上取得不少進(jìn)展。在大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制上，對(duì)數(shù)字化電網(wǎng)、數(shù)字化變電站、電網(wǎng)調(diào)度可視化進(jìn)行了大量研究和實(shí)踐。在輸電領(lǐng)域，許多指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，包括網(wǎng)域測(cè)量技術(shù)、傳感器技術(shù)和量測(cè)技術(shù)，這些是電網(wǎng)調(diào)度基礎(chǔ)，我們已經(jīng)有700多套相量測(cè)量裝置安裝在電網(wǎng)，排國(guó)際第一位。
長(zhǎng)期以來(lái)，我們?cè)谥卮罂萍柬?xiàng)目方面往往只能對(duì)西方亦步亦趨，而這一次，我國(guó)走在了世界前面。
新能源革命倒逼電網(wǎng)智能化，除了海上風(fēng)電，開(kāi)發(fā)青藏高原和沙漠地區(qū)的太陽(yáng)能，通過(guò)大規(guī)模開(kāi)發(fā)這些可再生能源，我們就可以從容應(yīng)對(duì)礦物能源終將耗竭所帶來(lái)的危機(jī)。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，在應(yīng)付新能源接入上，已采用基于電力電子技術(shù)的靈活交流輸電技術(shù)，電網(wǎng)安裝了以提高輸送容量為目標(biāo)的固定拓?fù)溲b置、對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射器、提高電源接納容量和可再生能源即插即用的電網(wǎng)故障電流短路限制器等，正越來(lái)越多地發(fā)揮作用；數(shù)字化電網(wǎng)和電網(wǎng)調(diào)度上采用了一些關(guān)鍵技術(shù)，使數(shù)字化水平提高；數(shù)字化變電站建設(shè)上，已有70多座變電站投入運(yùn)行，華東電網(wǎng)走在了前面；配電領(lǐng)域，上海電力<5.90 -0.17%>公司在鈉硫電池儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)充電研究領(lǐng)域走在前列，鈉硫電池已達(dá)650安時(shí)水平，今年完成中試，明年能夠在現(xiàn)場(chǎng)作示范工程。此外，用電領(lǐng)域，電力用戶(hù)信息采集系統(tǒng)在未來(lái)3～5年內(nèi)會(huì)實(shí)現(xiàn)全面覆蓋和采集。
許曉慧介紹，我國(guó)統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略框架已經(jīng)浮出水面。其中包括一個(gè)目標(biāo)、兩條主線(xiàn)、三個(gè)階段、四個(gè)體系、五個(gè)內(nèi)涵、六個(gè)環(huán)節(jié)。
問(wèn)數(shù)字化變電站為何物
據(jù)介紹，數(shù)字化變電站技術(shù)是變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中具有里程碑意義的一次變革，其主要特征是“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)”，即數(shù)字化變電站內(nèi)的信息全部做到數(shù)字化，信息傳遞實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，通信模型達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，使各種設(shè)備和功能共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)。這使得數(shù)字化變電站在系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)簡(jiǎn)便性方面均比常規(guī)變電站有大幅度提升。
山東理工大學(xué)教授徐丙垠介紹，傳統(tǒng)的電網(wǎng)主要注重的是信息化傳輸，數(shù)字化變電站或數(shù)字電網(wǎng)注重的是實(shí)現(xiàn)信息的網(wǎng)絡(luò)交互，而升級(jí)后的智能電網(wǎng)則更加注重信息的互換互用以及功能的智能化應(yīng)用。確切地說(shuō)，智能化電網(wǎng)是在網(wǎng)絡(luò)信息交互共享的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息互用，這需要建立電力企業(yè)的大信息平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上逐步實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)所要求的諸多強(qiáng)大功能。
數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。與常規(guī)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過(guò)程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅?、智能化一次設(shè)備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。
徐丙垠指出，IEC61850將數(shù)字化變電站分為過(guò)程層、間隔層和站控層，各層內(nèi)部及各層之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。整個(gè)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)可以分為：站控層和間隔層之間的間隔層通訊網(wǎng)，以及間隔層和過(guò)程層之間的過(guò)程層通訊網(wǎng)。
站控層通信全面采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)通信管理機(jī)和保護(hù)信息子站均可直接接入IEC61850裝置。同時(shí)提供了完備的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6規(guī)范的SCL文件，可在不同廠(chǎng)家的工程工具之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互。
間隔層通訊網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在該網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)跨間隔的橫向聯(lián)鎖功能。110kV及以下電壓等級(jí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可采用單以太網(wǎng)，110kV以上電壓等級(jí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)需采用雙以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)采用IEC61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，非IEC61850規(guī)約的設(shè)備需經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后接入?？紤]到傳輸距離和抗干擾要求，各繼電小室與主控室之間應(yīng)采用光纖，而在各小室內(nèi)部設(shè)備之間的通訊則可采用屏蔽雙絞線(xiàn)。
清華大學(xué)電機(jī)系教授董新洲介紹，數(shù)字化變電站有3個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。首先是一次設(shè)備的智能化。一次設(shè)備中被檢測(cè)的信號(hào)回路和被控制的操作驅(qū)動(dòng)回路都采用微處理器和光電技術(shù)的設(shè)計(jì)，這使常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了，傳統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)連接被數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號(hào)網(wǎng)絡(luò)所取代?？删幊炭刂破鞔媪俗冸娬径位芈分谐Ｒ?guī)的繼電器和其邏輯回路，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號(hào)和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。尤其是電子式互感器的應(yīng)用，克服了傳統(tǒng)互感器絕緣復(fù)雜、體積大且笨重。
其次是二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。變電站中常規(guī)的二次設(shè)備：故障錄波裝置、繼電保護(hù)裝置、電壓無(wú)功控制、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、同期操作裝置、在線(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)裝置等，都是基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)技術(shù)而設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的通信連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)，二次設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)真正地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、資源的共享。
另外就是自動(dòng)運(yùn)行的管理系統(tǒng)。變電站運(yùn)行管理系統(tǒng)的自動(dòng)化包括電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無(wú)紙化、自動(dòng)化；變電站運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，并且能夠及時(shí)地提供故障分析報(bào)告，指出故障原因及相應(yīng)的處理意見(jiàn)；系統(tǒng)能自動(dòng)發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告。
要想在變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備與二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間的互操作性。在一、二次設(shè)備之間同樣實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通信，如果變電站內(nèi)智能裝置的數(shù)量急劇增加，全站智能裝置必須采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，才能實(shí)現(xiàn)互操作性。
因此，無(wú)論從哪個(gè)方面，當(dāng)前的數(shù)字化變電站從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，其突出成就只是實(shí)現(xiàn)了變電站信息的數(shù)字采集和網(wǎng)絡(luò)交互，毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于智能變電站來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因此說(shuō)，數(shù)字化變電站作為二次系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)階段，在技術(shù)上還存在有很大的技術(shù)提升空間。
了解到，我國(guó)電力企業(yè)每年的檢修成本是國(guó)外檢修成本的數(shù)倍甚至十多倍，節(jié)能增效作為各國(guó)所追求的目標(biāo)，因而現(xiàn)階段，國(guó)家大力倡導(dǎo)“狀態(tài)檢修”的運(yùn)行管理和檢修辦法，這相對(duì)以前的“定期檢修”優(yōu)勢(shì)巨大，對(duì)于降低運(yùn)行成本、提升供電可靠性無(wú)疑帶來(lái)具大的效益。而數(shù)字化變電站和設(shè)備的狀態(tài)檢修無(wú)疑是目前發(fā)展智能電網(wǎng)建設(shè)的最實(shí)際又最易見(jiàn)實(shí)效的兩個(gè)重要方面。
任重道遠(yuǎn)
據(jù)了解，在我國(guó)，電力工業(yè)已經(jīng)發(fā)展了幾十年，特別是改革開(kāi)放30年以來(lái)，經(jīng)濟(jì)得到了迅猛發(fā)展，這期間，我國(guó)的變電站都是“救火式”的發(fā)展，哪里需要就去哪里興建，非常的被動(dòng)，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)對(duì)于變電站的規(guī)劃和設(shè)計(jì)都是從需求出發(fā)，并不是完全從安全運(yùn)行的要求考慮，甚至在變電站的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，都沒(méi)有辦法全部從根本上解決。而電力系統(tǒng)發(fā)展到今天，也已經(jīng)逐漸趨于飽和，不可能再出現(xiàn)像前30年那樣每年都有較大的發(fā)展甚至翻番的狀況。
董新洲認(rèn)為，數(shù)字化變電站和目前提出的智能電網(wǎng)并不矛盾，可以說(shuō)前者是后者的基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)是更高一級(jí)的應(yīng)用。數(shù)字化變電站要實(shí)現(xiàn)信息的大量集中，避免重復(fù)建設(shè)，這些資源和信息怎么進(jìn)一步的應(yīng)用，便是智能電網(wǎng)下一步要討論的問(wèn)題。數(shù)字化變電站是要求信息用統(tǒng)一的規(guī)約去達(dá)到互聯(lián)、互通、互操作的目標(biāo)，這個(gè)信息會(huì)延伸出更多的效益，減少工作人員的運(yùn)行維護(hù)，提高工作效率。
另外，數(shù)字化變電站的管理水平跟不上技術(shù)水平的發(fā)展。數(shù)字化變電站在投運(yùn)以后，一線(xiàn)的檢修工程師和運(yùn)行工程師，卻依然用傳統(tǒng)的管理變電站的方式去管理數(shù)字化變電站。因此，如何最大限度的節(jié)約成本、提高效率，以先進(jìn)的技術(shù)促進(jìn)先進(jìn)的管理進(jìn)步，是目前亟待解決的問(wèn)題。
統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)戰(zhàn)略框架中兩條主線(xiàn)是指，技術(shù)上體現(xiàn)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化；管理上體現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化。
許曉慧指出，數(shù)字化變電站作為智能變電站的初級(jí)階段，兩者在應(yīng)用中存在著很大差距。要達(dá)到國(guó)網(wǎng)公司提出的信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化和互動(dòng)化智能電網(wǎng)目標(biāo)，現(xiàn)階段的數(shù)字化變電站仍需要提升更優(yōu)化的功能。而智能變電站與智能電網(wǎng)是相匹配的，現(xiàn)在的數(shù)字化變電站只是具備了智能變電站的一些基本條件。
對(duì)于國(guó)家提出的“2020年建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)”，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為不太樂(lè)觀(guān)，“一次設(shè)備的智能化就算從現(xiàn)在開(kāi)始，至少也要3～5年才會(huì)出現(xiàn)比較成熟的技術(shù)，在試點(diǎn)運(yùn)行中，還需要不斷改進(jìn)，這個(gè)過(guò)程也要2～3年的時(shí)間。一個(gè)產(chǎn)品從研發(fā)到成熟再到工業(yè)應(yīng)用需要5～8年，同時(shí)新設(shè)備的出現(xiàn)不可能一夜之間就能把老的全部拆掉，還需要循序漸進(jìn)的逐年更換?！蹦壳?，一次設(shè)備中只有互感器有一些突破，并已投入運(yùn)行，然而現(xiàn)在運(yùn)用的電子互感器屬于電子式的設(shè)備，對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求也較苛刻，在一次設(shè)備的惡劣環(huán)境中，電磁干擾以及環(huán)境的影響，對(duì)它的壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性都是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
采訪(fǎng)中記者了解到，現(xiàn)在數(shù)字化變電站處于科技項(xiàng)目或者試點(diǎn)階段，各大電網(wǎng)公司還沒(méi)有大面積推廣，特別是一次設(shè)備智能化的實(shí)現(xiàn)都沒(méi)有哪一個(gè)公司把它作為強(qiáng)制性政策去實(shí)施。而電力系統(tǒng)是一個(gè)很保守的行業(yè)，更注重的是安全性和可靠性，新技術(shù)的使用到了決策層，要慢慢消化接受，等待更成熟的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)才會(huì)逐步推廣?，F(xiàn)在南方電網(wǎng)在數(shù)字化變電站的建設(shè)方面主要偏重二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的建設(shè)，如新建的變電站，在間隔層／變電站層等二次設(shè)備上面做一些嘗試，電子式互感器的大規(guī)模推廣仍然有待時(shí)日。
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