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刘有为:智能变电站技术与发展

      “智能电网是电网发展的趋势和方向,智能变电站是智能电网变电环节的一个装备,是智能电网重要的基础和支撑。那么电工装备将如何满足智能电网?如何满足能源互联网的发展需求?最后还要落到实处,那就是装备。”刘有为先生在会上表示。

      2015年9月7日,中国国际能源峰会在顺义拉开帷幕,9日上午中国电力科学研究院技术战略研究中心副主任刘有为先生在会上发表了对智能变电站技术和发展的独到见解。

      新一代智能变电站的概念

      新一代智能变电站的基本思路:第一、要实现变电站测量控制,保护、控制、计量、监测全站统一网络,统一全站信息流,过去是各玩各的,比如我们监测,单独组一个网,计量单独组一个网,这个在变电站越做越难,风险越来越大,这个我们要统一。第二、在保证功能性和可靠性前提下,强调专业融合,我们把二次设备数量大量减少了,甚至比传统的数字化变电站还要少。比如我们把一些计量的功能跟测算的功能合并在一块给大家进行汇报。第三、应用了新的技术,当然现在还有争议。因为DCB,就是隔离断路器可以大大的减少变电站的占地,原来可能三个设备的位置,变成一个设备,还有电子互感器,过去电子互感器从2009年开始应用电子互感器,事故很高,后来有一个成熟期,电子互感器可靠性有所提升,但是还没有达到常规互感器的水平,到现在怎么用,还是有争议的。主要设备功能进行了提升,根据以前的教训进行提升。

      第一、实施运行监视与控制功能。第二、支持智能告警,过去我们有告警,智能告警是什么概念?我们加了很多传感器,比过去告警方式和告警的意义会有一些扩展。第三、支持数据控制,这也是中国特色,过去我们220kV以上,是一步一步要人到现场看,开关合到位没有,再进行下一步的操作。现在数据控制,靠传感器完成这个事,这样效率大大提高,过去可能操作需要半小时,甚至更长时间,现在可能就搞定了。这个在北京的一个站做了实验,反映非常好,大大提高了电网的可靠性。从这个意义角度上讲,这个功能跟我们智能电网是完全吻合的。第四、支持在线校验。

      我们增加了一区数据通信网关机。它兼做PMU数据集中器,原来专门有一个PMU集中其,这个还有争议,目前还没有完全的定案。第二、向主站保送实时运行控制数据,其他非实时数据,计量数据,状态监测数据通过二区网关,一区网关主要是电压、电流、PMU的数据等等,用于实时控制的数据,比如重要告警,开关的位置等等信息。第三、接收主站控制指令,包含无功能控制策略功能扩展。这是一叙网关的功能。

      二区网关,国内从安全一区和安全二区,一区安全度要求比较高,二区向主站保送非实时控制数据,包括向主站传输的故障报告,向主站报告站点数据。

      除了这个以外,加了一个综合应用服务和,这个服务器,兼做III和IV区数据通信网关机。第二、向生产MIS保送设备状态信息。第三、站内电源及辅助设备监控和管理。第四、全站二次设备状态分析和告警,新一代站二区加了一些自检功能,站端可以看到是什么一个状态,主要是装置工作的电源、电压,包括它的重要的芯片的温度,CPU的温度,这些都是关系到设备重要的安全信息,而且也是不需要传感器,本身就具有自己的功能,进行集中传输和评估。我们电能质量数据管理及分析。我们判断以后电能质量这个问题越来越严重,现在看电能质量这个问题不是很突出。

      新一代智能变电站研究情况

      为什么我们判断越来越严重?第一、现在直流越来越多了。第二、现在新能源,包括光伏、风电。这些都有直流环节,不管是风电的14点几赫兹,最后转成直流,光伏本身就是直流,所有的直流变交流。另外,它渗透到电源端,这是电源方面的形式比较严峻。另外,我们用电的负荷也是直流比例越来越高,包括现在空调都是变频的,包括计算机。这电源形式比较复杂,另外要求越来越高。像新的标准里面,过去我们关注三次谐波,四次谐波,现在最高到五十次谐波,这个要求非常高。刚才讲的是摆在站端的服务,是和电网进行交互的。

      间隔层设备及功能。监控装置,包括软件、硬件,常规测控功能,支持四遥。兼有非关口计量功能,把过去很多计量表计的功能完成,因为测控装置实际上就是一个算法的问题,把这个功能集成在这个测控装置里边,让一个装置承担很多功能,它从物理上是一个设备,逻辑上承载了多个设备的功能。有非关口计量,我们去年在2013年的新一代站里面,把这个功能集成在测控装置里面。硬件上级湖没有什么大的改动。另外,支持同期操作,这个是扩展的一个功能。另外,也有PMU的功能,实际深PMU也是,我们算向量,它通过同步,也可以把PMU的功能实现。这个PMU同样也是有争议的。特别是我们国调担心这个装置里面,这么多工艺,和PMU的工艺是不是能很准确的完成这个功能。一些厂家做完,在中国电科院做测试的时候是没有问题的,后续怎么弄?一个是利用我们制造企业设备的可靠性,到底处理能力是否能达到这个水平?第二、取决于领导的决策,我们现在在测控装置里面,集成了这种功能。冷外,支持带时标数据上送的功能,支持间隔级智能联闭锁的功能。

      现在智能变电站发展包括以后智能电网发展过程中,电网跟装备之间的关系变得复杂了。过去装备的一个标准规范的很清楚,拿来就能用。现在装备本身的从硬件来说,硬件接口很清楚,但是软件接口现在变得模糊了。因为现在技术没有达到那么成熟,所以现在国网公司没有办法,把联调做的很重要,本来把硬件接口放清楚,软件接口放清楚,接在一起有能工作,不需要任何太多的工作。现在智能电网一些新发展的设备还远远没有到所谓的即插即用,尽管我们老说即插即用,所以理念跟现实的距离太大了,理念讲的太多了。这也是对装备的一个考验,有的时候因为这样一个政策,影响到很多厂家。比如把这个集成的功能交给自设备了,过去电子互感器是销售给电网,现在变成一次厂家了,因为一次厂家也要开发这个电子互感器,所以这个还是有很大的影响。

      另外,站域保护装置,这是一个新的设备。所谓保护,层次化保护,跟过去的保护有一个概念的变化,一个是具有安稳装置的功能,另外它作为一个后备保护的功能,还有具备备自投的功能。这些功能在2013年做了以后,已经有这个功能,而且也是这样调试的,但是真正在电网公司,有的电网公司有另外一套安网装置,两套相伴运行。从这个也可以看到,我们在标准化方面,大家还是有顾忌的。我们经过一段时间盲目的创新之后,大家还得回归理性,很多东西还是要慢慢的来。110kv兼有冗余保护功能,兼有广域保护控制子站功能,还没有完全的立项。

      我们重要的一个装置,动态记录装置,主要记录变电站整个用电过程中的三态数据,站态、稳态、动态的数据。同时,同台记录装置要求把保护动作的逻辑记下来。

      计量表计,计费需配置独立计量表计,因为有一个结算的问题。非计费的已经集成到测控装置里去了,当时集成在这个里边,其中我们每个电都影响到一些厂未来的发展,一集成,表计厂家市场大大缩减,可能原来一个站,大部分表是非计量的,如果非计量的功能一集成到这个装置里面,表计厂家的生意就大大减少。所以,受到他们强烈的抵制,但是技术发展,可能也不由得我们个别企业想法随着变化来转移,还是技术发展的一个趋势。

      现在为了统一,我们变电站现在是输出量种采样数据,一个是80个点,为了满足保护测控的需要,还有256个点,满足计量的需要,包括电量采样监测的需要。

      10kV侧有多合一装置,还是需要和经济性进行评价,不能盲目的太多的智能化的装置,因为智能化的装置,电子装置,总的来说,目前还不如传统装置可靠,另外它的智能化的价格很大。所以,合并单元,我们把多个功能合在一起,原来叫六合一,现在叫多合一,把保护测控装置,计量表计,开关设备控制器都集成在一起,这也是减少造价,同时又保证它基本的智能化。

      2009年提出搞智能高压设备,实际上也是智能变电站跟原来的数字化变电站,或者早期的变电站有一个区别,现在国外提出的电网的态势感知,除了电网的信息以外,还有包括电网的设备信息要包含进去。很多国际上的大型电都有设备故障的影子,电网设计的再好,冗余度,各方面都考虑了,但是还是没法避免大型的事故,背后都有设备的影子。所以,电网的态势感如果不考虑设备,这种事故很难。所以,我们要把之内设备融进去。这个观点我们在国际上交流,比如我们在西班牙开智能变电站会的时候,也是受到他们的高度肯定。包括我们跟国际上跨国公司的交流,我们也慢慢接受这些观点,他们也参与到这个工作中。

      智能化设备要使常规的一次设备能够更多的跟电网进行信息交互。主要是一次设备过去,我们提供的信息很少,比如变压器太高的位置,现在像提供更多的信息,来支撑电网对它更好的控制和判断,提高它的运行控制的水平。

      这个是我们智能变压器的例子,在变压器旁边装了传感了,通过变电站的控制网络进行交互信息,开关的情况差不多,我们现在的开关还有一个课题,跟西电集团,跟清华,跟西交大,跟华电合作起来,这个项目刚完成,也受到专家的高度评价,智能的专家都去看的这个项目。

      电子互感器,现在是一个核心的器件,螺丝线圈,现在有光纤,2013年新一代站的时候开始搞得时候都是用螺丝线圈,但是螺丝线圈也有一些问题,故障率高,上面有一个部件需要激光赋能,这个要求比较高,另外各方面还有一些问题,但是也是一个发展方向。今年开始,我们扩大示范,这是一个示范的例子,这个电子互感器卡在中间,过去电子互感器是一个一次设备,现在变成一个传感器了。

      新一代智能站建设情况

      2013年底已经建成6座,设备集成度提升,19类设备或新研制或重新设计,设备数量大幅减少。设备及信息流得到规范,每一个设备有什么功能,它输出什么,都有规范。运维的一致性大大好了。2014年总结会上,决定扩大示范,范围扩充到全国各个省,几乎每个省有示范工程,扩大50个站。

      新一代站研究的情况,技术都很成熟,但是实际上真的在工程上用起来,说的是一回事,用的是另外一回事,我们有漫长的路要走。合并单元的可靠性,还有电子互感器的频谱特性尚需深入研究,包括误差的问题,都是不清楚的,现在我们明年的课题在做这个研究。另外,保护动作链路加长,动作时延增加。现在这个链路是中间多了两个设备,多了核心单元,多了智能终端。现在判断的过程也延长了,所以这个国调坚决反对,要求过去用的要改过来,现在为了避免这个情况,我们要重新研究,一次设备二次设备都要进行新的研究和改进。另外,DCB的可靠性还是受到很多争议,这个设备现在没有说服力的证明,大家还在争议中,两派意见,一派是好的,一派是有问题。另外,设备及信息流的标准化依然面临挑战。设备厂家不停的做新实验,不停的卖新设备,这几年他们原来充满了期待,现在是苦不堪言。全站的智能化水平也是需要有很大的空间,到底智能在哪里?大家老打个问号,说的是那么回事。原来有一个笑话,美国一个讲智能电网,现在讲智能电网,这些理念大家一讲都能明白,一个不懂这个专业的人讲的也很好,把理念变成技术蓝图,这是考验我们智慧的地方。我觉得这是一个很重要的东西。

      重点研究方向。电子互感器的稳定性,可靠性。电子互感器不得不用,尽管我们对传统互感器的可靠性有依赖,从质量建设这一块,传统互感器根本满足不了要求,甚至我们提出以后可能电能质量称为保护跳转的依据之一。所以,电子互感器肯定要继续研究下去,目前看来各有各的优势,包括冗余配置方案,过去传统的互感器有7个,8个,现在有2个就够了,到底冗余多,还是冗余少,这也是有争议的东西。

      互换性及运维规范研究,硬件版本如何控制,这是涉及到我们有没有隐患的一个重大问题。同厂同型设备整个装置的互换问题。还有智能设备的电子兼容问题,电子互感器到下面用的多了,越来越深入到一次设备去,现在反映电子设备的故障率有所增加,这是我们变电站整个智能电网以后运行的可靠性的一个重要的瓶颈,需要我们克服。现在美国IDI公司已经跟我们谈了一年多了,他想从芯片级合作解决这个问题,我觉得这个问题,任何一个单一厂家解决不了。举个例子,我们跟清华合作比较多,这个根本不够,我们有距离,一个企业没有能力解决这个问题。

      需要进一步研究的重点方向。保护动作时延的问题,需要一次设备,二设备都要携起手来解决问题,这个问题不解决,对这个问题就有迟疑。我们要通过设备的优化和设备技术的改进把这个东西吃掉,把它跟常规的比较,这也是对我们一次设备,二次设备提出的新的挑战。第二、稳步提升变电站的智能化水平,装了这么多传感器和电子装置,最后对电网有什么贡献。不能玩什么化验,这个意义不大,甚至没有意义,一开始领导看看,过去一个直观的数据表,现在变成一个图形展示了,好像有意义,实际上本质上没有意义,我们要做真正对电网安全有贡献的东西。包括智能告警,包括主动保护等等这些概念,如果这些概念实施了,我们智能化就落到实处了,智能电网的智能化水平也真正提高了。这里边我们装备承担了很大的使命,现在目前来说,装备跟电网要紧密的合作。

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