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摘要：智能电网将不同技术在输配电系统中的应用进行融合，是对电网建设目标以及理念的代表，对我国目前智能电网的建设具有十分重要的意义。在本文中，将就智能变电站智能一次设备框架设计进行一定的研究。
关键词：智能变电站；智能一次设备；框架设计
1引言
随着电力事业的发展，智能电网在此过程中具有了较广的应用范围。就我国目前的智能电网来说，其包括有电力系统的输电、变电、发电、调度、配电以及用电这几个环节，具有着鲜明的互动化以及信息化特征，其中，变电环节在智能电网运输数据的实时共享、全面采集、电网实时控制保护、智能调节以及全寿命周期管理方面都具有着重要的意义。作为变电环节的重点内容，其一次设备智能化也对智能电网的核心内涵以及理念进行了体现，是我国变电站技术的重要发展方向。在智能变电站技术应用中，智能一次设备是技术发展的关键与基础，为了能够使其发挥出更大的作用，在本文中，将以智能电网为背景框架的基础上联系智能变电站应用环境以及实际要求进行一次设备的框架设计。
2智能电网发展意义
随着我国社会的飞速发展，我国无论是在电力的生产、传输还是利用方面都具有了非常大的变化，并使得电力系统在运行以及发展中具有着较多的新问题。在该种情况下，通过电网智能化的发展，将对这部分问题的解决提供较好的途径：第一，智能电网能够对气候变化情况进行积极的应对，在对经济社会可持续发展产生促进作用的基础上对可再生能源的大规模开发进行适应。近年来，我国大量温室气体的排放对社会的可持续发展带来非常大的挑战，通过智能电网的发展，则能够在对清洁以及可再生能源广泛利用的情况下降低人们对化石燃料的依赖，以此实现温室气体排放量的减少；第二，智能电网能够对电网在不同故障情况下的自愈能力进行提升，并以此实现我国电网运行安全水平的提高。在很长一段时间以来，我国电网发展同建设相比具有着一定的滞后情况，而开展智能电网建设，则是对电网规划模式的优化，能够在对输配电潮流分配实现调节的情况下增强网架结构，对极端情况下供电的可靠以及安全特征进行保证；第三，智能电网可以提高电力企业的运行效率并降低成本。通过对电力生产、输送、零售各环节的优化管理,可以节省电费、实现智能管理、增加可再生能源的使用。
3设计方案
下图为智能一次设备的结构设计方案。
图1
3.1结构设计
在联系目前我国智能变电站建设要求以及理念的情况下，我们对智能一次设备的结构进行设计，在该结构中，其由信息以及电气这两大部分组成。其中，信息部分包括有系统内部配置的智能组件，包括有状态监测、智能操作、继电保护与录波等功能，由网络接口同信息部分连接，电气部分则包括一次设备以及互感器、传感器以及操作结构这几部分。在该电站结构中，的一次设备同普通的一次设备具有相同的功能作用，并通过传感器以及互感器在一次设备上的安装对其运行过程中的特征信息以及状态进行采集。智能组件作为系统的接入平台，则能够在系统运行当中提供通信、执行以及信息处理等基础性的服务，智能单元则是对智能化技术进行运用的终端，具有着较好的分析、决策以及计算处理能力。对于系统电气以及信息设备来说，可以按照分离的方式制造，通过就近安装组合方式的应用对一次设备智能化进行实现，且可以按照集成制造的方式使其成为智能一次设备。对于就近安装组合方式来说，其对目前的一次设备智能化改造任务还能够满足，还可以预见的是，在相关技术以及工作要求不断提升的情况下，集成方案将成为未来工作发展的重要趋势。
电气方面，其中的电气接口主要实现变电站电气主接线同一次设备本体的连接，地线接口则实现整体设备同一次设备本体的保护接地。电气部分，其所具有的接口则通过导线以及电缆的应用进行连接，并将地线接口同接地网进行连接。信息部分具有着较多类型的接口，且都同智能组件连接，包括有外部接口以及内部接口这两种类型，其中，外部接口通过光纤的应用实现同外部环境的连接，网络接口对站控层网络同智能组件连接，以此实现在站控层主机通信以及一次设备之间的通信。专项接口同智能单元连接，主要对智能单元的信息通信功能进行实现。内部接口则会在联系实际技术水平的基础上通过光纤、电缆以及内部系统总线的应用进行连接。控制接口负责对一次设备本体以及组织间的连接进行实现，能够及时发布操作命令。互感器状态以及接口则对传感器以及互感器进行了连接，并因此应用在智能组件数据测量以及采集工作当中。
3.2工作原理
在智能组件当中，其具有着标准化的结构以及内部接口，通过统一软、硬件系统的应用为不同智能单元实现通信以及工作平台的提供，并由智能单元对具体计算工作进行负责。根据实际要求以及类型的不同，不同智能一次设备组件也可以根据实际需求对不同的智能单元进行选取以及组合配置，且具有智能单元的即插即用功能。对此，不同智能单元也将对不同的智能技术进行实现，根据设备要求可以灵活的实现其到智能组件的接入。对于智能单元以及智能组件来说，其实际功能的实现过程为：第一，信息采集与处理。在设备运行中，其上层命令信息、设备状态信息、电气量信息、专项接口信息以及开关量信息等都将根据不同接口实现向智能组件的传输，并由智能组件对信息进行处理之后供不同单元进行分析；第二，分析过程。当信息由智能组件完成分析以及处理之后，智能单元则会根据其需求情况对不同信息数据进行计算，并得出分析处理结构，进而对不同智能化功能进行实现。通过多智能体技术的应用，不同的智能单元间也能够对相互协作进行实现，以此对整体目标进行协同实现；第三，决策过程。根据智能单元处理完成的结果，智能组件将在联系结构数据的情况下开展信息发布以及动作操作工作。对于所发布的操作命令，其将在通过控制接口之后实现对一次设备本体动作的控制，而故障信息、设备状态、操作指令结果以及测量数据等也将通过专项接口以及网络接口的应用实现智能一次设备同站控层主机的提供。通过这部分的研究以及分析可以了解到，在整个系统当中，一次设备智能化工作的实现同信息部分具有十分密切的联系，其中，智能组件具有着对检测数据进行处理的功能，且同时能够实现外界数据同设备数据间配合以及通信的实现，在此过程中，智能单元则会在自行分析的基础上对相应的决策进行获得，并根据决策情况对相应的操作功能进行实施。
3.3智能组件结构
在智能组件结构当中，根据其功能的不同可以将其分为输入、分析处理以及输出这几个部分。其中，智能单元在分析处理部分工作，且根据配置的不同具有一定的差异，而对于不同智能一次设备来说，其输出同输入部分则基本相同：第一，输入部分。在结构当中，输入部分具有着对状态接口数据以及互感器接口数据信号变换以及处理的作用，以此使其能够形成统一的数据格式。对于信号处理模块来说，其由变换器以及硬件滤波器等部分组成，而信号变换则由A/D、采样保持以及多路转换器构成。在实际运行当中，数据在经过系统输入部分处理之后将通过光电隔离的方式实现向第一级系统总线的输入，而同步模块也将为互感器信号处理对标准时间进行提供，在实现秒脉冲信号倍频之后实现A/D转换的触发；第二，分析处理部分。该部分对双网络化模块进行进行应用，且智能单元插件自备总线接口电路，在由第一级总线对输入数据进行获得之后，根据一系列的分析实现结果在第二级总线的发布，且单元协同通信也将在第二级总线上运行。在此过程中，同步模块会将时间以及PPS实现向第二级系统总线智能单元的发布以及应用。对于系统中的不同智能单元来说，其都在相互、同外界连接的情况下形成网络，在该网络中，其中不同单元都属于网络当中的节点，能够以较为便利的方式对模块的减少、增加以及升级替换等功能进行实现；第三，输出部分。在该部分中，具有着3个智能单元，该种配置情况也可以说是智能组件固有配置。在实际运行过程中，其能够将智能组件运行过程中产生的重点信息进行记录，而通信单元在对设备通信控制完成的同时从网络当中对时钟同步信息获得，实现向同步模块的提供，并通过操作单元的应用实现设备动作控制。在该种情况下，智能组件结构的不同部分则将通过2级总线实现相互间的通信以及隔离，以此对智能单元的即插即用以及开放性接入进行实现。
4智能单元设计
在变电站一次设备中，其需要配置的智能单元具有以下几方面：第一，继电保护与录波。在该功能中，将在联系互感器数据的基础上进行故障选相测距、继电保护自调整、录波以及继电保护计算等工作，并根据计算获得的结果对象对相应的动作命令发出，如录波、跳闸以及调节等。之后，则需要向上级对故障报告进行发布。跳合闸指令方面，其通过GOOSE报文进行发布，包括有录波故障报告以及测距，将以压缩方式上传，以此实现网络传输压力的减轻。同时，状态监测单元也将对设备诊断信息进行处理，以此对继电保护的自调整实现，使保护单元在设备不稳定状态的情况下通过具有高灵敏度设备进行保护，并通过对定值的调整实现保护灵敏度的提升；第二，状态监测。在该功能中，在对一次设备运行状态、机械状态、电气状态以及绝缘状态等状态量信息提取之后，对诊断结果得出，并对设备目前所属状态进行判断，之后，联系目前状态情况开展相关操作，如运行方式的调整以及停运检修等，并在做好特征数据上传之后将其传输到站控层的状态监测主机当中；第三，设备记录。在该内容中，其包括有参数、历史故障、使用寿命、设备型号以及检修历史等信息，范围包括有设备运行记录、出厂属性以及智能组件中的发布信息。对于信息的记录这项工作来说，其在运行当中可以接收来自上层指令的补充、修改以及调用，也是不同智能单元在实际工作中的重要信息参考；第四，测量计量。对测量以及计量这两项功能来说，会将其集成在同一个单元当中，并根据传感器以及互感器采样数据情况进行开关量测量、有功潮流计算、电气量以及电能的测量，在获得这部分数据之后，则会根据相应命令以及时间间隔对测量以及计量结果进行发布，并联系上层控制对实时遥信以及遥测进行实现；第五，智能操作。在该功能中，单元将接受到来自保护单元、监测单元以及上层的动作以及控制命令。在获得命令信息、对信息的可行性以及正确性进行检测以及判断之后在，则可以在联系实际运行状态、任务以及保护对象差异的基础上进行策略规划，并对相应的操作执行。在操作郭晨该种，需要配合其他设备进行顺序操作以及防误闭锁，即在对设备操作问题自我发现的基础上实现报警信号的发布。同时，其也能够在联系现场实际运行状态的基础上根据保护对象、任务的差异对自适应操作进行应用，在本单元中，也可以出现断路器失灵保护，如果断路器失灵情况发生，则会及时对命令进行发送，使关联断路器因此跳闸。
5配置方案
对于智能一次设备来说，其在配置方案方面存在的差异主要是智能组件同一次设备本体间对应关系的不同。对于不同一次设备来说，如果对每个设备都配置一个智能组件，那么将具有较大的耗费，且对于较为简单的一次设备如隔离开关等，并没有独立对其进行配置的必要，且对于目前的电站智能化改造来说也具有更为复杂化的特征。对此，在实际工作开展中则多个设备对一个智能组件进行撇被的方案进行考虑，也可以按照主接线不同线路情况进行配置，即对于一个智能组件来说，其将对同一线路的所有设备本体进行管理，也可以按照主接线间隔方式进行配置，即一个智能组件将对同一间隔的一次设备本体进行管理。在该种情况下，能够在较为经济的情况下对一次设备智能化换将的发展要求进行实现，同时共用智能组件减少了数据量在上层网络的交换，减轻了网络负担，在实际对设备进行操作时也具有了更为便利的特征。断路器方面，则可以按照间隔方式进行配置，即即一台断路器和前后的隔离开关、互感器和接地刀闸配置一个智能组件，称之为智能开关。同该模式相似，对于一台变压器同其相应刀闸以及互感器的连接对智能组件进行形成，则可以称之为智能变压器。在此，我们以双母分段主接线为例进行研究，在该研究中，先不对母线以及输电线路的智能化配置进行考虑，即仅仅对主接线同智能变压器以及智能开关的配置进行实现。在该种情况下，变电站电气接线除了线路以及母线之外，都由智能一次设备组装形成，且主接线具有着接线间接、节约空间以及结构紧凑的特征。在该结构中，智能开关所配置的智能单元需要包括开关所属线路断路器以及继电保护的断路器保护，所在线路的电压、功率以及电流采集将由智能开关负责实施。对于分段以及母联开关来说，其都数据智能开关当中的同种类型，即仅仅在内部配置方面具有一定的区别，智能变压器智能单元负责变压器本体冷却系统的操作与控制，变压器纵联差动保护通过专项接口控制两侧的智能开关跳闸。
6结束语
在新的用电形势下，智能电网已经成为了我国电力事业发展的重要方向。在上文中，我们对智能变电站智能一次设备框架设计进行了一定的研究，具有较好的应用价值。
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作者简介:
李戈1984男汉族陕西咸阳人，硕士研究生学历，主要从事750kV智能变电站运维工作