中欧智能变电站发展的对比分析.doc

中欧智能变电站发展的对比分析DOI: 10.7500/AEPS201503030012013年, 国家电网公司入股葡萄牙国家电网公司(REN), 并由中国电力科学研究院与REN共同成立了研发中心(R&D Netster)。为进一步推进中欧之间的智能变电站技术的交流, R&D Netster 于2014年5月在里斯本召开了“未来变电站”的技术研讨会。欧洲各国电网公司、国际电力设备厂家、欧美技术专家等参与了会议, 国家电网公司也派出代表做了主旨报告, 共同对未来变电站的发展方向进行了探讨和交流, 并深入地了解到欧洲乃至美国等国家对未来变电站的发展思路。本文以此次研讨会的现场讨论为基础, 结合国内外的调研, 针对我国和欧洲变电站发展情况进行对比分析。1智能变电站内涵2004年, 国家电网公司发布了智能变电站技术导则企业标准, 首次对智能变电站进行了明确和定义, 该定义作为智能变电站顶层设计, 对智能变电站的发展思路和建设理念提出了系统性要求。2012年, 该标准修订更新后升级为国家标准并正式发布, 为中国智能变电站的发展建设提供了指导,国外对于智能变电站目前尚未有明确的定义和统一的认识, 但采用IEC61850 标准的变电站在欧洲总体上都被称为下一代变电站(Next Generation Substation)”。欧美各国也有着不同的称谓, Intelligent substation, Smart Substation和Substation of the future均被广泛采用, 但总体上来讲, Smart substation的提法正在被逐步接纳。对于智能变电站自身的内涵, 因各个国家的国情及自身发展重点存在差异, 更多地是关注局部或自身关注的领域, 这也意味着我国智能变电站的成果今后在国际推广时具有极强的适应性和兼容性。2发展现状现阶段, 我国的智能变电站发展重点在于工程建设(电力需求持续增长), 当在经过几批次智能变电站试点工程的建设后, 我国的智能变电站进入新的阶段, 不再仅仅强调新技术的应用, 而是开始兼顾建设成本的问题, 因此, 占地少、造价省、效率高的新一代智能变电站成为了今后的发展方向, 其中配送式模块化变电站建设就是一种新的尝试和探索。我国发展智能变电站所产生的效益首先是能够为智能电网的发展建设提供支撑, 进一步保障电网运行的安全和可靠; 其次是技术的创新性, 能够提高变电站的整体技术水平, 最后才是经济性和便利性的考虑。欧洲国家由于电力需求相对稳定, 电网建设速度较慢, 老站改造和升级的需求较为强烈, 积极采用新技术、新设备来提高变电站及电网的利用效率, 成为了其发展智能变电站的驱动力。欧洲国家的电网公司由于更多的是商业化运作, 因此, 在经济高效的驱动力推动下, 其发展智能变电站所获得的最直接的效益就是总成本的降低(这个成本既包含前期的设计和建设, 也包括后期的运行和维护)、其次是设备功能的集成(目的也是要便于操作和维护)以及服务质量的提升, 最后才是电网的可靠性、新能源的便捷接入和减少占地面积。3技术重点3.1IEC 61850IEC61850 标准自2004年发布以来就已在数字化变电站、智能变电站大量应用, 它已经成为我国智能变电站乃至新一代智能变电站建设的基础。欧洲国家由于需求、投资等方面的因素, 基于该标准的工程应用相对较少, 因此对此标准工程应用的推进力度较小, 但由欧洲34个国家的41家输电运营商(TSO)组成的欧洲互联电网组织ENTSO-E(European network of transmission system operator for electricity)则坚定地认为, IEC61850标准是未来变电站发展建设的基础, 整个欧洲国家可以通过该标准的推广应用获得经济和技术上的效益, 并呼吁全面推广应用。3.2电子式互感器我国的电子式互感器实际是电子式电压互感器、电子式电流互感器以及光学互感器的总称, 它自IEC61850标准推广应用之际就一同试点应用, 并与IEC61850标准一起成为数字化变电站的两大核心特征。虽然目前我国的电子式互感器在实际工程中暴露出运行不稳定等一系列问题, 但不可否认的是, 电子式互感器仍然被认为是今后技术发展的趋势, 这一点在行业里已形成共识。欧洲国家的将电子式互感器统称为“非传统电磁式互感器”(NCIT, Non-Conventional Instrument Transformer), 凭借其优越的性能被认为是今后的发展方向。与之配套的合并单元数字化采样技术、开关设备基于GOOSE报文的网络跳闸技术等也被认为是今后发展的趋势。以电子式互感器和GOOSE应用为基础的过程层总线技术将成为欧洲乃至美国等国家今后发展的重点。3.3其他技术欧洲国家针对智能变电站还提出了如下技术发展方向: 变电站内部数据的便捷交互(状态监测、设备自检、远程调试和远程整定)、新的系统功能(同步向量、自动运行、分布式状态估计)、状态监测及评估、改进的变电站站间闭锁功能、系统和保护的即插即用、广域保护和监测、约束管理、柔性应用和简单的调试流程等, 这些新技术或者新功能绝大多数都是以运行维护为基础提出的。我国的智能变电站由于具有系统性的特点, 使得其涉及的领域除了涵盖上述所有技术及功能之外, 还具有更多智能化的功能, 因为我国的智能变电站是以智能化的一次设备、网络化的二次设备为基础, 通过规范信息的标准化采集、传输、接入, 构建一体化监控系统, 从而实现全站信息的统一存储、统一管理和统一分析, 也因此具备了更多智能化功能实现的基础。4存在的问题我国的智能变电站已经过多次改进和完善, 总体水平得到有效提升, 但结合当前的实际, 还存在以下问题:1)一次设备智能化水平不高。2)电子式互感器运行的稳定性较差, 且通信接口不规范。3)变电站高级应用功能实用化和智能化水平不高。4)智能变电站跨专业之间的技术融合未能深入开展。5)智能变电站运行维护水平和检修效率较低。6)智能变电站自动化检测调试能力不足。对于欧洲国家, 当前有过IEC61850工程建设的电力公司(如法国、西班牙等) 及设备厂家对于智能变电站发展建设中的问题都有强烈的感受, 主要表现在以下几点:1) 缺乏统一的IEC61850配置工具。IEC6850虽然制定了统一的信息模型及配置流程, 但对配置工具具体的技术要求却没有规定, 这也导致了配置工具之间缺乏互操作性。这一问题对于我国也同样存在, 而且问题还更为突出, 因为我国变电站一次接线的拓扑结构配置目前并未实际开展, 并未实现一次拓扑结构图SSD文件与ICD文件之间的融合及设备的关联。2)互操作性存在问题。欧洲国家由于对IEC61850标准理解存在差异, 在具体工程实施中存在一系列互操作问题。我国由于有统一的指导和协调, 尤其是国调中心早期组织设备厂家开展的六次互操作试验, 为当前不同厂家之间的互操作奠定了基础。另外, 欧洲国家发展智能变电站还存在一些非技术因素阻碍, 如欧洲国家普遍认为员工抵制、新技术缺乏(如通信技术)以及设备及系统的生命周期较短将会是今后智能变电站发展存在的潜在问题和主要阻力。5发展方向欧洲国家建立了学术交流的智能变电站网站, 并于2013年11月26日-28日, 在德国法兰克福召开了“下一代智能变电站”(Next-Generation Smart Substations)的研讨会, 重点针对智能变电站投资、网络安全、IEC61850标准应用、电网通信、数据管理和分析及新能源集成等领域进行了讨论, 同时在会议结束后还召开了GOOSE和SV应用的研讨会。2014年, 欧洲国家针对IEC61850标准的应用, 于2014年10月15-16日在捷克布拉格召开了在智能电网架构下, 推动IEC61850标准在输电网和配电网大规模应用的研讨会, 重点对IEC61850第二版的影响和应用、基于IEC61850标准的系统结构优化、高级应用功能、变电站运行和维护、系统工具开发以及未来智能电网应用进行了讨论。可以看出, 欧洲国家目前及今后一段时间的重点仍然是在新技术应用的深入分析、理解及相关技术的探讨交流上, 之后才会是IEC61850标准、电子式互感器等技术的大量推广应用。对于我国, 我国智能变电站今后的发展重点一方面是要不断改进和完善当前智能变电站存在的问题, 同时也会进一步向着设备高度集成、系统深度整合、结构更加开放、功能更加智能的方向发展, 并以此为导向, 开展系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体的新一代智能变电站建设。6结论智能变电站就是未来的变电站。我国智能变电站的工程建设国际领先。我国将技术研究与工程建设相结合的发展模式是正确的。当然, 在总结我国智能变电站发展建设成就时, 也发现欧洲各电网公司或电力同行们的观点能够为我国智能变电站的发展提供补充和完善:1) 注重底层技术的研究。建议进一步深入基础技术研究, 进一步拓展研究领域, 为智能变电站的全面发展提供支撑。2) 注重智能变电站全寿命周期成本的控制。建议智能变电站今后的发展要从全寿命周期进行考虑, 实现从设计、建设、研制、检测、调试和运维等整个环节成本的最优化。3) 注重智能变电站运行维护的便利性。建议从全站设计、设备研制和检测调试环节均充分考虑运维人员的建议, 积极开展运维技术的相关研究, 促使智能变电站维护管理更加便利、高效, 这不仅可以降低变电站全寿命周期成本, 同时也能够进一步提升变电站运行的安全性和可靠性。4) 注重并推动新技术带来的运行和管理模式的转变。建议结合我国智能变电站发展建设的实际情况以及新特点, 在专业管理和新技术应用方面进行综合考虑, 实现智能变电站在管理和技术上的和谐发展。主要作者介绍樊陈, 男, 湖北随州人, 硕士, 工程师, IEEE会员, 中国电机工程学会会员。从事电力系统保护、控制和自动化、IEC61850标准应用、智能变电站相关的研究和开发工作。先后负责或作为主要工作人员参与“IEC61850工程应用深化研究” “节能型数字化世博会蒙自地下变电站示范应用研究”“数字化变电站在重庆电网的应用研究” “变压器综合智能组件的研究” “智能开关设备的研制及示范应用研究” “智能变电站信息模型及交换模型研究”等国家电网公司和网省公司科技项目。先后参与开发了“基于IEC61850标准的DSA系列厂站自动化系统” “集中式保护测控装置” “智能变电站合并单元” “变压器综合智能组件” “智能开关组件”等设备的开发工作。作为主要编写人员参与编写智能变电站一体化监控系统建设技术规范和智能变电站一体化监控系统功能规范等国家电网公司企业标准。截止2012年10月, 发表核心期刊或国际会议论文13篇（第一作者10篇, 其中EI收录8篇, ISTP收录1篇）; 申请专利10项（第一发明人申请发明专利7项）, 获得授权发明专利3项（第一发明人2项）、实用新型2项, 参与编写并出版国际专著Data Acquisition Application一部。本文引文信息：樊陈,倪益民,申洪,等.中欧智能变电站发展的对比分析J.电力系统自动化