2013年,國家電網(wǎng)公司入股葡萄牙國家電網(wǎng)公司(REN),并由中國電力科學研究院與REN共同成立了研發(fā)中心(R&DNetster)。為進一步推進中歐之間的智能變電站技術(shù)的交流,R&DNetster于2014年5月在里斯本召開了“未來變電站”的技術(shù)研討會。歐洲各國電網(wǎng)公司、國際電力設(shè)備廠家、歐美技術(shù)專家等參與了會議,國家電網(wǎng)公司也派出代表做了主旨報告,共同對未來變電站的發(fā)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(fā)展思路。本文以此次研討會的現(xiàn)場討論為基礎(chǔ),結(jié)合國內(nèi)外的調(diào)研,針對我國和歐洲變電站發(fā)展情況進行對比分析。
1、智能變電站內(nèi)涵
2004年,國家電網(wǎng)公司發(fā)布了《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》企業(yè)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(shè)計,對智能變電站的發(fā)展思路和建設(shè)理念提出了系統(tǒng)性要求。2012年,該標準修訂更新后升級為國家標準并正式發(fā)布,為中國智能變電站的發(fā)展建設(shè)提供了指導(dǎo),國外對于智能變電站目前尚未有明確的定義和統(tǒng)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(NextGenerationSubstation)”。歐美各國也有著不同的稱謂,Intelligentsubstation,SmartSubstation和Substationofthefuture均被廣泛采用,但總體上來講,Smartsubstation的提法正在被逐步接納。對于智能變電站自身的內(nèi)涵,因各個國家的國情及自身發(fā)展重點存在差異,更多地是關(guān)注局部或自身關(guān)注的領(lǐng)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(yīng)性和兼容性。
2、發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)階段,我國的智能變電站發(fā)展重點在于工程建設(shè)(電力需求持續(xù)增長),當在經(jīng)過幾批次智能變電站試點工程的建設(shè)后,我國的智能變電站進入新的階段,不再僅僅強調(diào)新技術(shù)的應(yīng)用,而是開始兼顧建設(shè)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(fā)展方向,其中配送式模塊化變電站建設(shè)就是一種新的嘗試和探索。我國發(fā)展智能變電站所產(chǎn)生的效益首先是能夠為智能電網(wǎng)的發(fā)展建設(shè)提供支撐,進一步保障電網(wǎng)運行的安全和可靠;其次是技術(shù)的創(chuàng)新性,能夠提高變電站的整體技術(shù)水平,最后才是經(jīng)濟性和便利性的考慮。
歐洲國家由于電力需求相對穩(wěn)定,電網(wǎng)建設(shè)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(shù)、新設(shè)備來提高變電站及電網(wǎng)的利用效率,成為了其發(fā)展智能變電站的驅(qū)動力。歐洲國家的電網(wǎng)公司由于更多的是商業(yè)化運作,因此,在經(jīng)濟高效的驅(qū)動力推動下,其發(fā)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(shè)計和建設(shè),也包括后期的運行和維護)、其次是設(shè)備功能的集成(目的也是要便于操作和維護)以及服務(wù)質(zhì)量的提升,最后才是電網(wǎng)的可靠性、新能源的便捷接入和減少占地面積。
3、技術(shù)重點
3.1IEC61850
IEC61850標準自2004年發(fā)布以來就已在數(shù)字化變電站、智能變電站大量應(yīng)用,它已經(jīng)成為我國智能變電站乃至新一代智能變電站建設(shè)的基礎(chǔ)。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(yīng)用相對較少,因此對此標準工程應(yīng)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(lián)電網(wǎng)組織ENTSO-E(Europeannetworkoftransmissionsystemoperatorforelectricity)則堅定地認為,IEC61850標準是未來變電站發(fā)展建設(shè)的基礎(chǔ),整個歐洲國家可以通過該標準的推廣應(yīng)用獲得經(jīng)濟和技術(shù)上的效益,并呼吁全面推廣應(yīng)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(yīng)用之際就一同試點應(yīng)用,并與IEC61850標準一起成為數(shù)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(wěn)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(shù)發(fā)展的趨勢,這一點在行業(yè)里已形成共識。
歐洲國家的將電子式互感器統(tǒng)稱為“非傳統(tǒng)電磁式互感器”(NCIT,Non-ConventionalInstrumentTransformer),憑借其優(yōu)越的性能被認為是今后的發(fā)展方向。與之配套的合并單元數(shù)字化采樣技術(shù)、開關(guān)設(shè)備基于GOOSE報文的網(wǎng)絡(luò)跳閘技術(shù)等也被認為是今后發(fā)展的趨勢。以電子式互感器和GOOSE應(yīng)用為基礎(chǔ)的過程層總線技術(shù)將成為歐洲乃至美國等國家今后發(fā)展的重點。
3.3其他技術(shù)
歐洲國家針對智能變電站還提出了如下技術(shù)發(fā)展方向:變電站內(nèi)部數(shù)據(jù)的便捷交互(狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備自檢、遠程調(diào)試和遠程整定)、新的系統(tǒng)功能(同步向量、自動運行、分布式狀態(tài)估計)、狀態(tài)監(jiān)測及評估、改進的變電站站間閉鎖功能、系統(tǒng)和保護的即插即用、廣域保護和監(jiān)測、約束管理、柔性應(yīng)用和簡單的調(diào)試流程等,這些新技術(shù)或者新功能絕大多數(shù)都是以運行維護為基礎(chǔ)提出的。
我國的智能變電站由于具有系統(tǒng)性的特點,使得其涉及的領(lǐng)域除了涵蓋上述所有技術(shù)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(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備為基礎(chǔ),通過規(guī)范信息的標準化采集、傳輸、接入,構(gòu)建一體化監(jiān)控系統(tǒng),從而實現(xiàn)全站信息的統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一分析,也因此具備了更多智能化功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)。
4、存在的問題
我國的智能變電站已經(jīng)過多次改進和完善,總體水平得到有效提升,但結(jié)合當前的實際,還存在以下問題:
1)一次設(shè)備智能化水平不高。
2)電子式互感器運行的穩(wěn)定性較差,且通信接口不規(guī)范。
3)變電站高級應(yīng)用功能實用化和智能化水平不高。
4)智能變電站跨專業(yè)之間的技術(shù)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(diào)試能力不足。
對于歐洲國家,當前有過IEC61850工程建設(shè)的電力公司(如法國、西班牙等)及設(shè)備廠家對于智能變電站發(fā)展建設(shè)中的問題都有強烈的感受,主要表現(xiàn)在以下幾點:
1)缺乏統(tǒng)一的IEC61850配置工具。IEC6850雖然制定了統(tǒng)一的信息模型及配置流程,但對配置工具具體的技術(shù)要求卻沒有規(guī)定,這也導(dǎo)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(jié)構(gòu)配置目前并未實際開展,并未實現(xiàn)一次拓撲結(jié)構(gòu)圖SSD文件與ICD文件之間的融合及設(shè)備的關(guān)聯(lián)。
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(tǒng)一的指導(dǎo)和協(xié)調(diào),尤其是國調(diào)中心早期組織設(shè)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(chǔ)。
另外,歐洲國家發(fā)展智能變電站還存在一些非技術(shù)因素阻礙,如歐洲國家普遍認為員工抵制、新技術(shù)缺乏(如通信技術(shù))以及設(shè)備及系統(tǒng)的生命周期較短將會是今后智能變電站發(fā)展存在的潛在問題和主要阻力。
5、發(fā)展方向
歐洲國家建立了學術(shù)交流的智能變電站網(wǎng)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-GenerationSmartSubstations)的研討會,重點針對智能變電站投資、網(wǎng)絡(luò)安全、IEC61850標準應(yīng)用、電網(wǎng)通信、數(shù)據(jù)管理和分析及新能源集成等領(lǐng)域進行了討論,同時在會議結(jié)束后還召開了GOOSE和SV應(yīng)用的研討會。
2014年,歐洲國家針對IEC61850標準的應(yīng)用,于2014年10月15-16日在捷克布拉格召開了在智能電網(wǎng)架構(gòu)下,推動IEC61850標準在輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的研討會,重點對IEC61850第二版的影響和應(yīng)用、基于IEC61850標準的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高級應(yīng)用功能、變電站運行和維護、系統(tǒng)工具開發(fā)以及未來智能電網(wǎng)應(yīng)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(shù)應(yīng)用的深入分析、理解及相關(guān)技術(shù)的探討交流上,之后才會是IEC61850標準、電子式互感器等技術(shù)的大量推廣應(yīng)用。
對于我國,我國智能變電站今后的發(fā)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(shè)備高度集成、系統(tǒng)深度整合、結(jié)構(gòu)更加開放、功能更加智能的方向發(fā)展,并以此為導(dǎo)向,開展系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)布局合理、裝備先進適用、經(jīng)濟節(jié)能環(huán)保、支撐調(diào)控一體的新一代智能變電站建設(shè)。
6、結(jié)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(shè)國際領(lǐng)先。我國將技術(shù)研究與工程建設(shè)相結(jié)合的發(fā)展模式是正確的。
當然,在總結(jié)我國智能變電站發(fā)展建設(shè)成就時,也發(fā)現(xiàn)歐洲各電網(wǎng)公司或電力同行們的觀點能夠為我國智能變電站的發(fā)展提供補充和完善:
1)注重底層技術(shù)的研究。建議進一步深入基礎(chǔ)技術(shù)研究,進一步拓展研究領(lǐng)域,為智能變電站的全面發(fā)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(fā)展要從全壽命周期進行考慮,實現(xiàn)從設(shè)計、建設(shè)、研制、檢測、調(diào)試和運維等整個環(huán)節(jié)成本的最優(yōu)化。
3)注重智能變電站運行維護的便利性。建議從全站設(shè)計、設(shè)備研制和檢測調(diào)試環(huán)節(jié)均充分考慮運維人員的建議,積極開展運維技術(shù)的相關(guān)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(shù)帶來的運行和管理模式的轉(zhuǎn)變。建議結(jié)合我國智能變電站發(fā)展建設(shè)的實際情況以及新特點,在專業(yè)管理和新技術(shù)應(yīng)用方面進行綜合考慮,實現(xiàn)智能變電站在管理和技術(shù)上的和諧發(fā)展。（樊陳倪益民申洪劉有為徐明楊威）