1.2　智能变电站的结构、功能与特征

1.2.1　智能变电站体系结构

目前，国内智能变电站大部分采用的是“三层两网”的结构，如图1.2所示。

1.2.1.1　三层

智能变电站系统分为三层，即过程层、间隔层、站控层。

过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元（Merging Unit，MU）和智能终端，完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。根据国网相关导则、规范的要求，保护应直接采样，对于单间隔的保护应直接跳闸，涉及多间隔的保护（母线保护）宜直接跳闸。智能组件是灵活配置的物理设备，可包含测量单元、控制单元、保护单元、计量单元、状态监测单元中的一个或几个。

间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置、故障录波等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、智能传感器和控制器通信。

站控层包含自动化系统、站域控制系统、通信系统、对时系统等子系统，实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。

站控层功能高度集成，可在一台计算机或嵌入式装置实现，也可分布在多台计算机或嵌入式装置中。

1.2.1.2　两网

变电站网络在逻辑上可分为站控层网络和过程层网络。站控层网络是间隔层设备和站控层设备之间的网络，实现站控层内部以及站控层和间隔层之间的数据传输；过程层网络是间隔层设备和过程层设备之间的网络，实现间隔层设备和过程层设备之间的数据传输。间隔层设备之间的通信，在物理上可以映射到站控层网络，也可以映射到过程层网络。

1.站控层网络

站控层网络设备包括站控层中心交换机和间隔交换机。站控层中心交换机连接数据通信网关机、监控主机、综合应用服务器、数据服务器等设备，间隔交换机连接间隔内的保护、测控和其他智能电子设备。间隔交换机与中心交换机通过光纤连成同一物理网络。站控层和间隔层之间的网络通信协议采用MMS，故也称为MMS网。网络可通过划分VLAN（虚拟局域网）分割成不同的逻辑网段，也就是不同的通道。

2.过程层网络

过程层网络包括GOOSE（面向通用对象事件）网和SV网。

GOOSE网用于间隔层和过程层设备之间的状态与控制数据交换。GOOSE网一般按电压等级配置，220kV以上电压等级采用双网，保护装置与本间隔的智能终端之间采用GOOSE点对点通信方式。

SV网用于间隔层和过程层设备之间的采样值传输，保护装置与本间隔的MU之间也采用点对点的方式接入SV数据，即“直采直跳”。

1.2.2　智能一次设备

高压设备是电网的基本单元，高压设备智能化（或称智能设备）是智能电网的重要组成部分，也是区别于传统电网的主要标志之一。利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控，进而实现电网设备可观测、可控制和自动化是智能设备的核心任务和目标。《高压开关设备智能化技术条件》《油浸式电力变压器智能化技术条件》对一次设备智能化做了相关规定。在满足相关标准要求的情况下，可进行功能一体化设计，包括以下3个方面：

（1）将传感器或执行器与高压设备或其部件进行一体化设计，以达到特定的监测和控制目的。

（2）将互感器与变压器、断路器等高压设备进行一体化设计，以减少变电站占地面积。

（3）在智能组件中，将相关测量、控制、计量、监测、保护进行一体化融合设计，实现一次、二次设备的融合。

1.2.3　智能设备与顺序控制

智能变电站中实现智能化的高压设备操作宜采用顺序控制，满足无人值班及区域监控中心站管理模式的要求；应可接收执行监控中心、调度中心和当地后台系统发出的控制指令，经安全校核正确后自动完成符合相关运行方式变化要求的设备控制，即能自动生成不同的主接线和不同的运行方式下的典型操作票；自动投退保护软压板；当设备出现紧急缺陷时，具备急停功能；配备直观的图形图像界面，可以实现在站内和远端的可视化操作。

1.2.4　智能变电站应实现的高级功能

智能变电站应实现的高级应用功能包括：设备状态监测、防误功能扩展应用、智能告警及事故信息综合分析决策等。

1.2.4.1　设备状态监测

智能变电站设备实现广泛的在线监测，使设备状态检修更加科学可行。在智能变电站中，可以有效地获取电网运行状态数据、各种智能电子装置的故障和动作信息及信号同路状态；智能变电站中二次设备状态特征量的采集上减少了盲区。但就目前的在线监测发展水平来看，尚不具备实现囊括所有设备在内的全面在线监测的可能性，对变电站内主要一次设备采取有针对性的在线监测技术可取得较好的投资效益。对主变、HGIS/GIS、避雷器等设备实现在线监测，监测的参量为主变油色谱、HGIS/GIS SF6气体微水和局部放电、避雷器泄漏电流、次数等。

状态监测与诊断系统是一套变电站设备综合故障诊断系统，依据获得的被监测设备状态信息，采用基于多信息融合技术的综合故障诊断模型，结合被监测设备的结构特性和参数、运行历史状态记录以及环境因素，对被监测设备工作状态和剩余寿命做出评估。

1.2.4.2　防误功能扩展应用

智能变电站主要采用了以下防误闭锁的关键技术：

（1）相对于常规变电站的防误闭锁，智能变电站增加了监控中心层面的防误闭锁逻辑。

（2）顺序控制操作方式。所谓顺序控制是指通过控中心的计算机监控系统下达操作任务，由计算系统独立地按顺序分步骤地实现操作任务。全站有隔离开关、接地开关，防误操作方式为远、近均采用逻辑防误加本间隔电气节点防误。其中逻辑防误通过GOOSE传输机制实现，取消常规HGIS/GIS跨间隔电气节点闭锁回路，通过GOOSE信息现跨间隔操作的闭锁。

1.2.4.3　智能告警及事故信息综合分析决策

智能变电站监控系统上安装有智能告警及事故信息综合分析决策系统，对信号进行分类显示处理，提取故障告警信息，辅助故障判断及处理。根据变电站逻辑和推理模型，实现对告警信息的分类和信号过滤，对变电站的运行状态进行在线实时分析和推理，自动报告变电站异常并提出故障处理指导意见，为主站提供智能告警，也为主站分析决策提供事件信息。

系统可以根据告警信号的重要性将每个告警信号进行定义，标注重要等级，以实现告警信息按分类分页显示。告警实时显示窗口可由多个页面组成，包括时序信息、提示信息、告警信息、事故及变位信息、检修信息、未复归告警信息。另外，告警信息可按厂站或间隔进行过滤，即只显示某个厂站或间隔的信息。

1.2.5　智能变电站的特征

作为智能电网的一个重要节点，智能变电站是指以变电站一次、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现站内外信息共享和互操作，实现测量监视、控制保护、信息管理、智能状态监测等功能的变电站。智能变电站应坚强可靠，应具有“一次设备智能化、全站信息数字化、信息共享标准化、高级应用互动化”等重要特征。

（1）坚强可靠的变电站。智能变电站除了关注站内设备及变电站本身可靠性外，更关注自身的自诊断和自治功能，做到设备故障提早预防、预警，并可以在故障发生时自动将设备故障带来的供电损失降低到最小限度。

（2）一次设备智能化。随着基于光学或电子学原理的电子式互感器和智能断路器的使用，常规模拟信号和控制电缆将逐步被数字信号和光纤代替，测控保护装置的输入输出均为数字通信信号，变电站通信网络进一步向现场延伸，现场的采样数据、开关状态信息能在全站甚至广域范围内共享，实现真正意义的智能变电站。

（3）全站信息数字化。实现一次、二次设备的灵活控制，且具备双向通信功能，能够通过信息网进行管理，满足全站信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化。

（4）信息共享标准化。基于IEC 61850标准的统一标准化信息模型实现了站内外信息共享。智能变电站将统一和简化变电站的数据源，形成基于同一断面的唯一性、一致性基础信息，通过统一标准、统一建模来实现变电站内的信息交互和信息共享，可以将常规变电站内多套孤立系统集成为基于信息共享基础上的业务应用。

（5）高级应用互动化。实现各种站内外高级应用系统相关对象间的互动，服务于智能电网互动化的要求，实现变电站与控制中心之间、变电站与变电站之间、变电站与用户之间和变电站与其他应用需求之间的互联、互通和互动。