随着大数据、云计算、人工智能、5G 通信、信息安全防护、物联网等数字信息技术的创新突破,以数字驱动为特征、数据资源为要素的数字经济得到了蓬勃发展。智慧化新生产方式的加快到来,为基于输变电物联的智慧变电站建设提供了技术支撑,同时,外部复杂多变的环境和电网企业可持续发展的要求给智慧变电站建设带来新的机遇和挑战。
电网规模和变电设备数量不断增大,设备监控强度不足、运维管理细度不足、支撑保障能力不足等问题日益凸显。大电网安全与设备运维监控成为电网企业安全生产常抓不懈的焦点,需进一步加强对安全责任、安全防范的重视程度。
智慧变电站是指在智能变电站基础上,采用主辅设备全面感知、智慧联动、一键顺控、智能巡视、作业管控等技术建设的智慧型变电站。智慧变电站关键技术成功应用后,将实现倒闸操作一键顺控、站内设备自动巡检、人员行为智能管控、主辅设备智能联动、设备异常主动预警、故障跳闸智能决策、设备台账周期管理等智慧应用;实现运维检修效率大幅提升、设备监测能力全面提升、设备管控方式全面提升;实现变电站监控、巡视、预警、决策、现场安全作业管控智慧提升,达到运维智慧化的效果。运行状态的反馈,支撑变电站内业务仿真与实时智能控制,真正由预防性检修向预测性检修转变,使运维管理更高效、生产作业更精准、成本开支更精益、安全防御更主动、人员配置更集约。
国内外研究现状
国外对于智能变电站的定义和含义尚未统一。在欧洲,将基于IEC 61850通信标准建设的变电站称为下一代变电站。虽然智能变电站在欧美各国中的叫法不尽相同,但是将智能变电站定为Smart Substation逐渐被西方各国广泛采纳。欧洲国家的电力行业发展起步早,现在已较为稳定可靠,因此其对新变电站的建设并不迫切,重点需求在于老变电站的技术改造和运行维护。目前,部分电力公司发展智能变电站的目的在于通过利用新技术、新设备、新材料提升变电站和电网的综合利用率。2004年发布的IEC 61850通信标准作为建设智能变电站的基础,已大规模应用于数字化变电站和智能变电站。欧洲国家出于技术、经济等方面的综合考量,智能变电站的数量不是很多。欧洲互联电网组织却大力推广标准的应用,并认为IEC 61850通信标准作为未来变电站建设、运维的基础和核心,以使欧洲国家都能分享在标准的推广应用上所带来的可观效益。故从2013年起,欧洲国家组织ABB、SIEMENS等知名厂商在多次研讨会上,就智能变电站数据管理和分析、IEC 61850通信标准的推广应用提出建议。
现在,ABB、SIEMENS等知名电气制造商对于变电站电气设备的智能化研究成果丰硕。但是,在某些具体环节中却没能够大规模使用。ABB公司的GIS设备可实现功能更融合,初步具备保护测量一体功能。ABB、SIEMENS等公司对间隔层设备的互操作性进行了试验,初步对工作难度的简易化进行了验证。
我国关于智能变电站的研究起步较早,并已大规模建设,相关领域的标准不断完善。国家电网有限公司于2009年提出了建设智能电网的目标。同年12月,确定第一批智能变电站建设试点(示范)工程。而后,又发布了《智能变电站技术导则》(Q/GDW 383—2009)等一系列标准和规范,对技术标准、结构体系等方面做了规定,积极推进智能变电站的发展。2012年初,新一代智能变电站被提出。由原先被动选择产品向自主研发新型变电站设备转变,构成以集成化智能设备、一体化业务系统及站内统一信息流为特征的新一代智能变电站。
21世纪初,IEC 61850通信标准不断得到完善,并引入我国,实现了智能变电站硬件系统集合、功能融合、互换性等目标。由IEC 61850通信标准可知,智能变电站的网络分为三层,并通过网络技术实现信息互联。
2009年以来,我国电力建设步入智能变电站的飞速发展期,不断突破智能变电站的高级应用,实现电网的智能互联。目前,在已投运的智能变电站中,已初步实现了电气设备的智能化。
发展历程及发展阶段。
变电站智慧化建设整个发展历程经历了:传统变电站、综合自动化变电站、数字化变电站、智能变电站、新一代智能变电站及智慧变电站。直至2020年初,随着云计算、物联网、移动互联网、大数据等技术的快速发展,国家电网有限公司及南方电网有限公司先后提出智慧变电站建设及电网数字化转型等发展战略。智慧变电站采用先进的传感技术,对设备状态参量、安全消防、动力环境等进行全面采集,充分应用现代信息技术,以本质安全、先进实用、面向一线、运检高效、状态全面感知、信息互联共享、人机友好交互、设备诊断高度智能、运检效率大幅提升为基本特点,实现变电站操作一键顺控、设备自动巡检、主辅设备智能联动等智能应用,全面推进变电站运维管理智能化、现代化、提升变电站安全水平,提高变电站运检质量,大幅增加运维效益。
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