中歐智能變電站發展的對比分析
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中歐智能變電站發展的對比分析

DOI: 10.7500/AEPS20150303001

樊陳, 倪益民, 申洪, 劉有為, 徐明, 楊威


2013年, 國家電網公司入股葡萄牙國家電網公司(REN), 并由中國電力科學研究院與REN共同成立了研發中心(R&D Netster)。為進一步推進中歐之間的智能變電站技術的交流, R&D Netster 于2014年5月在里斯本召開了“未來變電站”的技術研討會。歐洲各國電網公司、國際電力設備廠家、歐美技術專家等參與了會議, 國家電網公司也派出代表做了主旨報告, 共同對未來變電站的發展方向進行了探討和交流, 并深入地了解到歐洲乃至美國等國家對未來變電站的發展思路。本文以此次研討會的現場討論為基礎, 結合國內外的調研, 針對我國和歐洲變電站發展情況進行對比分析。


1
智能變電站內涵


2004年, 國家電網公司發布了《智能變電站技術導則》企業標準, 首次對智能變電站進行了明確和定義, 該定義作為智能變電站頂層設計, 對智能變電站的發展思路和建設理念提出了系統性要求。2012年, 該標準修訂更新后升級為國家標準并正式發布, 為中國智能變電站的發展建設提供了指導,


國外對于智能變電站目前尚未有明確的定義和統一的認識, 但采用IEC61850 標準的變電站在歐洲總體上都被稱為下一代變電站(Next Generation Substation)”。歐美各國也有著不同的稱謂, Intelligent substation, Smart Substation和Substation of the future均被廣泛采用, 但總體上來講, Smart substation的提法正在被逐步接納。對于智能變電站自身的內涵, 因各個國家的國情及自身發展重點存在差異, 更多地是關注局部或自身關注的領域, 這也意味著我國智能變電站的成果今后在國際推廣時具有極強的適應性和兼容性。


2
發展現狀


現階段, 我國的智能變電站發展重點在于工程建設(電力需求持續增長), 當在經過幾批次智能變電站試點工程的建設后, 我國的智能變電站進入新的階段, 不再僅僅強調新技術的應用, 而是開始兼顧建設成本的問題, 因此, 占地少、造價省、效率高的新一代智能變電站成為了今后的發展方向, 其中配送式模塊化變電站建設就是一種新的嘗試和探索。我國發展智能變電站所產生的效益首先是能夠為智能電網的發展建設提供支撐, 進一步保障電網運行的安全和可靠; 其次是技術的創新性, 能夠提高變電站的整體技術水平, 最后才是經濟性和便利性的考慮。


歐洲國家由于電力需求相對穩定, 電網建設速度較慢, 老站改造和升級的需求較為強烈, 積極采用新技術、新設備來提高變電站及電網的利用效率, 成為了其發展智能變電站的驅動力。歐洲國家的電網公司由于更多的是商業化運作, 因此, 在經濟高效的驅動力推動下, 其發展智能變電站所獲得的最直接的效益就是總成本的降低(這個成本既包含前期的設計和建設, 也包括后期的運行和維護)、其次是設備功能的集成(目的也是要便于操作和維護)以及服務質量的提升, 最后才是電網的可靠性、新能源的便捷接入和減少占地面積。


3
技術重點


3.1
IEC 61850


IEC61850 標準自2004年發布以來就已在數字化變電站、智能變電站大量應用, 它已經成為我國智能變電站乃至新一代智能變電站建設的基礎。歐洲國家由于需求、投資等方面的因素, 基于該標準的工程應用相對較少, 因此對此標準工程應用的推進力度較小, 但由歐洲34個國家的41家輸電運營商(TSO)組成的歐洲互聯電網組織ENTSO-E(European network of transmission system operator for electricity)則堅定地認為, IEC61850標準是未來變電站發展建設的基礎, 整個歐洲國家可以通過該標準的推廣應用獲得經濟和技術上的效益, 并呼吁全面推廣應用。


3.2
電子式互感器


我國的電子式互感器實際是電子式電壓互感器、電子式電流互感器以及光學互感器的總稱, 它自IEC61850標準推廣應用之際就一同試點應用, 并與IEC61850標準一起成為數字化變電站的兩大核心特征。雖然目前我國的電子式互感器在實際工程中暴露出運行不穩定等一系列問題, 但不可否認的是, 電子式互感器仍然被認為是今后技術發展的趨勢, 這一點在行業里已形成共識。


歐洲國家的將電子式互感器統稱為“非傳統電磁式互感器”(NCIT, Non-Conventional Instrument Transformer), 憑借其優越的性能被認為是今后的發展方向。與之配套的合并單元數字化采樣技術、開關設備基于GOOSE報文的網絡跳閘技術等也被認為是今后發展的趨勢。以電子式互感器和GOOSE應用為基礎的過程層總線技術將成為歐洲乃至美國等國家今后發展的重點。


3.3
其他技術


歐洲國家針對智能變電站還提出了如下技術發展方向: 變電站內部數據的便捷交互(狀態監測、設備自檢、遠程調試和遠程整定)、新的系統功能(同步向量、自動運行、分布式狀態估計)、狀態監測及評估、改進的變電站站間閉鎖功能、系統和保護的即插即用、廣域保護和監測、約束管理、柔性應用和簡單的調試流程等, 這些新技術或者新功能絕大多數都是以運行維護為基礎提出的。


我國的智能變電站由于具有系統性的特點, 使得其涉及的領域除了涵蓋上述所有技術及功能之外, 還具有更多智能化的功能, 因為我國的智能變電站是以智能化的一次設備、網絡化的二次設備為基礎, 通過規范信息的標準化采集、傳輸、接入, 構建一體化監控系統, 從而實現全站信息的統一存儲、統一管理和統一分析, 也因此具備了更多智能化功能實現的基礎。


4
存在的問題


我國的智能變電站已經過多次改進和完善, 總體水平得到有效提升, 但結合當前的實際, 還存在以下問題:


1)一次設備智能化水平不高。


2)電子式互感器運行的穩定性較差, 且通信接口不規范。


3)變電站高級應用功能實用化和智能化水平不高。


4)智能變電站跨專業之間的技術融合未能深入開展。


5)智能變電站運行維護水平和檢修效率較低。


6)智能變電站自動化檢測調試能力不足。


對于歐洲國家, 當前有過IEC61850工程建設的電力公司(如法國、西班牙等) 及設備廠家對于智能變電站發展建設中的問題都有強烈的感受, 主要表現在以下幾點:


1) 缺乏統一的IEC61850配置工具。IEC6850雖然制定了統一的信息模型及配置流程, 但對配置工具具體的技術要求卻沒有規定, 這也導致了配置工具之間缺乏互操作性。這一問題對于我國也同樣存在, 而且問題還更為突出, 因為我國變電站一次接線的拓撲結構配置目前并未實際開展, 并未實現一次拓撲結構圖SSD文件與ICD文件之間的融合及設備的關聯。


2)互操作性存在問題。歐洲國家由于對IEC61850標準理解存在差異, 在具體工程實施中存在一系列互操作問題。我國由于有統一的指導和協調, 尤其是國調中心早期組織設備廠家開展的六次互操作試驗, 為當前不同廠家之間的互操作奠定了基礎。


另外, 歐洲國家發展智能變電站還存在一些非技術因素阻礙, 如歐洲國家普遍認為員工抵制、新技術缺乏(如通信技術)以及設備及系統的生命周期較短將會是今后智能變電站發展存在的潛在問題和主要阻力。


5
發展方向



歐洲國家建立了學術交流的智能變電站網站, 并于2013年11月26日-28日, 在德國法蘭克福召開了“下一代智能變電站”(Next-Generation Smart Substations)的研討會, 重點針對智能變電站投資、網絡安全、IEC61850標準應用、電網通信、數據管理和分析及新能源集成等領域進行了討論, 同時在會議結束后還召開了GOOSE和SV應用的研討會。


2014年, 歐洲國家針對IEC61850標準的應用, 于2014年10月15-16日在捷克布拉格召開了在智能電網架構下, 推動IEC61850標準在輸電網和配電網大規模應用的研討會, 重點對IEC61850第二版的影響和應用、基于IEC61850標準的系統結構優化、高級應用功能、變電站運行和維護、系統工具開發以及未來智能電網應用進行了討論?梢钥闯, 歐洲國家目前及今后一段時間的重點仍然是在新技術應用的深入分析、理解及相關技術的探討交流上, 之后才會是IEC61850標準、電子式互感器等技術的大量推廣應用。


對于我國, 我國智能變電站今后的發展重點一方面是要不斷改進和完善當前智能變電站存在的問題, 同時也會進一步向著設備高度集成、系統深度整合、結構更加開放、功能更加智能的方向發展, 并以此為導向, 開展系統高度集成、結構布局合理、裝備先進適用、經濟節能環保、支撐調控一體的新一代智能變電站建設。


6
結論


智能變電站就是未來的變電站。我國智能變電站的工程建設國際領先。我國將技術研究與工程建設相結合的發展模式是正確的。


當然, 在總結我國智能變電站發展建設成就時, 也發現歐洲各電網公司或電力同行們的觀點能夠為我國智能變電站的發展提供補充和完善:


1) 注重底層技術的研究。建議進一步深入基礎技術研究, 進一步拓展研究領域, 為智能變電站的全面發展提供支撐。


2) 注重智能變電站全壽命周期成本的控制。建議智能變電站今后的發展要從全壽命周期進行考慮, 實現從設計、建設、研制、檢測、調試和運維等整個環節成本的最優化。


3) 注重智能變電站運行維護的便利性。建議從全站設計、設備研制和檢測調試環節均充分考慮運維人員的建議, 積極開展運維技術的相關研究, 促使智能變電站維護管理更加便利、高效, 這不僅可以降低變電站全壽命周期成本, 同時也能夠進一步提升變電站運行的安全性和可靠性。


4) 注重并推動新技術帶來的運行和管理模式的轉變。建議結合我國智能變電站發展建設的實際情況以及新特點, 在專業管理和新技術應用方面進行綜合考慮, 實現智能變電站在管理和技術上的和諧發展。


作者:『陳鄭山』  來源:『電力系統自動化』
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