2013年,國(guó)家電網(wǎng)公司入股葡萄牙國(guó)家電網(wǎng)公司(REN),并由中國(guó)電力科學(xué)研究院與REN共同成立了研發(fā)中心(R&DNetster)。為進(jìn)一步推進(jìn)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(kāi)了“未來(lái)變電站”的技術(shù)研討會(huì)。歐洲各國(guó)電網(wǎng)公司、國(guó)際電力設(shè)備廠家、歐美技術(shù)專(zhuān)家等參與了會(huì)議,國(guó)家電網(wǎng)公司也派出代表做了主旨報(bào)告,共同對(duì)未來(lái)變電站的發(fā)展方向進(jìn)行了探討和交流,并深入地了解到歐洲乃至美國(guó)等國(guó)家對(duì)未來(lái)變電站的發(fā)展思路。本文以此次研討會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)討論為基礎(chǔ),結(jié)合國(guó)內(nèi)外的調(diào)研,針對(duì)我國(guó)和歐洲變電站發(fā)展情況進(jìn)行對(duì)比分析。
1、智能變電站內(nèi)涵
2004年,國(guó)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(biāo)準(zhǔn),首次對(duì)智能變電站進(jìn)行了明確和定義,該定義作為智能變電站頂層設(shè)計(jì),對(duì)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(biāo)準(zhǔn)修訂更新后升級(jí)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)并正式發(fā)布,為中國(guó)智能變電站的發(fā)展建設(shè)提供了指導(dǎo),國(guó)外對(duì)于智能變電站目前尚未有明確的定義和統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),但采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站在歐洲總體上都被稱(chēng)為下一代變電站(NextGenerationSubstation)”。歐美各國(guó)也有著不同的稱(chēng)謂,Intelligentsubstation,SmartSubstation和Substationofthefuture均被廣泛采用,但總體上來(lái)講,Smartsubstation的提法正在被逐步接納。對(duì)于智能變電站自身的內(nèi)涵,因各個(gè)國(guó)家的國(guó)情及自身發(fā)展重點(diǎn)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(guó)智能變電站的成果今后在國(guó)際推廣時(shí)具有極強(qiáng)的適應(yīng)性和兼容性。
2、發(fā)展現(xiàn)狀
現(xiàn)階段,我國(guó)的智能變電站發(fā)展重點(diǎn)在于工程建設(shè)(電力需求持續(xù)增長(zhǎng)),當(dāng)在經(jīng)過(guò)幾批次智能變電站試點(diǎn)工程的建設(shè)后,我國(guó)的智能變電站進(jìn)入新的階段,不再僅僅強(qiáng)調(diào)新技術(shù)的應(yīng)用,而是開(kāi)始兼顧建設(shè)成本的問(wèn)題,因此,占地少、造價(jià)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(guó)發(fā)展智能變電站所產(chǎn)生的效益首先是能夠?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的發(fā)展建設(shè)提供支撐,進(jìn)一步保障電網(wǎng)運(yùn)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(jì)性和便利性的考慮。
歐洲國(guó)家由于電力需求相對(duì)穩(wěn)定,電網(wǎng)建設(shè)速度較慢,老站改造和升級(jí)的需求較為強(qiáng)烈,積極采用新技術(shù)、新設(shè)備來(lái)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(dòng)力。歐洲國(guó)家的電網(wǎng)公司由于更多的是商業(yè)化運(yùn)作,因此,在經(jīng)濟(jì)高效的驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)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(gè)成本既包含前期的設(shè)計(jì)和建設(shè),也包括后期的運(yùn)行和維護(hù))、其次是設(shè)備功能的集成(目的也是要便于操作和維護(hù))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(diǎn)
3.1IEC61850
IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自2004年發(fā)布以來(lái)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(guó)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(guó)家由于需求、投資等方面的因素,基于該標(biāo)準(zhǔn)的工程應(yīng)用相對(duì)較少,因此對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)工程應(yīng)用的推進(jìn)力度較小,但由歐洲34個(gè)國(guó)家的41家輸電運(yùn)營(yíng)商(TSO)組成的歐洲互聯(lián)電網(wǎng)組織ENTSO-E(Europeannetworkoftransmissionsystemoperatorforelectricity)則堅(jiān)定地認(rèn)為,IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是未來(lái)變電站發(fā)展建設(shè)的基礎(chǔ),整個(gè)歐洲國(guó)家可以通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用獲得經(jīng)濟(jì)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(guó)的電子式互感器實(shí)際是電子式電壓互感器、電子式電流互感器以及光學(xué)互感器的總稱(chēng),它自IEC61850標(biāo)準(zhǔn)推廣應(yīng)用之際就一同試點(diǎn)應(yīng)用,并與IEC61850標(biāo)準(zhǔn)一起成為數(shù)字化變電站的兩大核心特征。雖然目前我國(guó)的電子式互感器在實(shí)際工程中暴露出運(yùn)行不穩(wěn)定等一系列問(wèn)題,但不可否認(rèn)的是,電子式互感器仍然被認(rèn)為是今后技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),這一點(diǎn)在行業(yè)里已形成共識(shí)。
歐洲國(guó)家的將電子式互感器統(tǒng)稱(chēng)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(rèn)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(kāi)關(guān)設(shè)備基于GOOSE報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)跳閘技術(shù)等也被認(rèn)為是今后發(fā)展的趨勢(shì)。以電子式互感器和GOOSE應(yīng)用為基礎(chǔ)的過(guò)程層總線技術(shù)將成為歐洲乃至美國(guó)等國(guó)家今后發(fā)展的重點(diǎn)。
3.3其他技術(shù)
歐洲國(guó)家針對(duì)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(cè)、設(shè)備自檢、遠(yuǎn)程調(diào)試和遠(yuǎn)程整定)、新的系統(tǒng)功能(同步向量、自動(dòng)運(yùn)行、分布式狀態(tài)估計(jì))、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及評(píng)估、改進(jìn)的變電站站間閉鎖功能、系統(tǒng)和保護(hù)的即插即用、廣域保護(hù)和監(jiān)測(cè)、約束管理、柔性應(yīng)用和簡(jiǎn)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(yùn)行維護(hù)為基礎(chǔ)提出的。
我國(guó)的智能變電站由于具有系統(tǒng)性的特點(diǎn),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?yàn)槲覈?guó)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(guò)規(guī)范信息的標(biāo)準(zhǔn)化采集、傳輸、接入,構(gòu)建一體化監(jiān)控系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)全站信息的統(tǒng)一存儲(chǔ)、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(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。
4、存在的問(wèn)題
我國(guó)的智能變電站已經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)和完善,總體水平得到有效提升,但結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際,還存在以下問(wèn)題:
1)一次設(shè)備智能化水平不高。
2)電子式互感器運(yùn)行的穩(wěn)定性較差,且通信接口不規(guī)范。
3)變電站高級(jí)應(yīng)用功能實(shí)用化和智能化水平不高。
4)智能變電站跨專(zhuān)業(yè)之間的技術(shù)融合未能深入開(kāi)展。
5)智能變電站運(yùn)行維護(hù)水平和檢修效率較低。
6)智能變電站自動(dòng)化檢測(cè)調(diào)試能力不足。
對(duì)于歐洲國(guó)家,當(dāng)前有過(guò)IEC61850工程建設(shè)的電力公司(如法國(guó)、西班牙等)及設(shè)備廠家對(duì)于智能變電站發(fā)展建設(shè)中的問(wèn)題都有強(qiáng)烈的感受,主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
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(duì)配置工具具體的技術(shù)要求卻沒(méi)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(wèn)題對(duì)于我國(guó)也同樣存在,而且問(wèn)題還更為突出,因?yàn)槲覈?guó)變電站一次接線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置目前并未實(shí)際開(kāi)展,并未實(shí)現(xiàn)一次拓?fù)浣Y(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(wèn)題。歐洲國(guó)家由于對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)理解存在差異,在具體工程實(shí)施中存在一系列互操作問(wèn)題。我國(guó)由于有統(tǒng)一的指導(dǎo)和協(xié)調(diào),尤其是國(guó)調(diào)中心早期組織設(shè)備廠家開(kāi)展的六次互操作試驗(yàn),為當(dāng)前不同廠家之間的互操作奠定了基礎(chǔ)。
另外,歐洲國(guó)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(guó)家普遍認(rèn)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(huì)是今后智能變電站發(fā)展存在的潛在問(wèn)題和主要阻力。
5、發(fā)展方向
歐洲國(guó)家建立了學(xué)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(guó)法蘭克福召開(kāi)了“下一代智能變電站”(Next-GenerationSmartSubstations)的研討會(huì),重點(diǎn)針對(duì)智能變電站投資、網(wǎng)絡(luò)安全、IEC61850標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了討論,同時(shí)在會(huì)議結(jié)束后還召開(kāi)了GOOSE和SV應(yīng)用的研討會(huì)。
2014年,歐洲國(guó)家針對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用,于2014年10月15-16日在捷克布拉格召開(kāi)了在智能電網(wǎng)架構(gòu)下,推動(dòng)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的研討會(huì),重點(diǎn)對(duì)IEC61850第二版的影響和應(yīng)用、基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高級(jí)應(yīng)用功能、變電站運(yùn)行和維護(hù)、系統(tǒng)工具開(kāi)發(fā)以及未來(lái)智能電網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行了討論。可以看出,歐洲國(guó)家目前及今后一段時(shí)間的重點(diǎn)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(huì)是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、電子式互感器等技術(shù)的大量推廣應(yīng)用。
對(duì)于我國(guó),我國(guó)智能變電站今后的發(fā)展重點(diǎn)一方面是要不斷改進(jìn)和完善當(dāng)前智能變電站存在的問(wèn)題,同時(shí)也會(huì)進(jìn)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(kāi)放、功能更加智能的方向發(fā)展,并以此為導(dǎo)向,開(kāi)展系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)布局合理、裝備先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)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(lái)的變電站。我國(guó)智能變電站的工程建設(shè)國(guó)際領(lǐng)先。我國(guó)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(dāng)然,在總結(jié)我國(guó)智能變電站發(fā)展建設(shè)成就時(shí),也發(fā)現(xiàn)歐洲各電網(wǎng)公司或電力同行們的觀點(diǎn)能夠?yàn)槲覈?guó)智能變電站的發(fā)展提供補(bǔ)充和完善:
1)注重底層技術(shù)的研究。建議進(jìn)一步深入基礎(chǔ)技術(shù)研究,進(jìn)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(jìn)行考慮,實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、建設(shè)、研制、檢測(cè)、調(diào)試和運(yùn)維等整個(gè)環(huán)節(jié)成本的最優(yōu)化。
3)注重智能變電站運(yùn)行維護(hù)的便利性。建議從全站設(shè)計(jì)、設(shè)備研制和檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)均充分考慮運(yùn)維人員的建議,積極開(kāi)展運(yùn)維技術(shù)的相關(guān)研究,促使智能變電站維護(hù)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(shí)也能夠進(jìn)一步提升變電站運(yùn)行的安全性和可靠性。
4)注重并推動(dòng)新技術(shù)帶來(lái)的運(yùn)行和管理模式的轉(zhuǎn)變。建議結(jié)合我國(guó)智能變電站發(fā)展建設(shè)的實(shí)際情況以及新特點(diǎn),在專(zhuān)業(yè)管理和新技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行綜合考慮,實(shí)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）