／中国电器工业协会智能电网设备工作委员会 郑新／

“3C”绿色电网技术主要体现在与智能电网技术相关的“3C”前沿技术以及绿色环保技术两方面。其中“3C”前沿技术除了一次设备的智能化外，主要表现在以一体化电网运行智能系统（OS2）为载体的二次系统及设备的数字采集、网络传输、信息共享、集成应用四个方面。绿色环保技术则体现在节地、节能、节水、节材、环保等方面。

一、“3C”绿色电网建设情况

1、“3C”绿色电网及其发展战略

“3C”绿色电网是南方电网发展智能电网的具体形式。“3C”是指将计算机、通信、控制等现代信息技术与传统电力技术有效结合，提升电网安全稳定、经济运行、客户服务和节能水平，实现电网发展向“智能、高效、可靠、绿色”的转变。2011年11月28日，南方电网首个3C绿色示范工程——广州110kV尖峰变电站正式开工建设，标志着南方电网公司建设3C绿色变电站的开始。

采用智能化技术手段，建设高效、可靠、绿色的电网是南方电网建设“3C”绿色电网的总体战略。智能——增强系统的可测、可观、可控和自愈；高效——技术创新与管理创新相结合，提高电网资产利用效率；可靠——促进新能源和电动汽车接入，提高电网可靠性；绿色——节地、节水、节材、环境保护，如图1所示。

图1 “3C”绿色电网总体建设战略

2、各领域建设情况

南方电网公司在“3C”绿色电网的建设过程中非常重视新技术的研究与应用，在网络保护、灵活输电、数字化变电站、分布式供能系统、新能源与可再生能源快速灵活接入电网、节能调度、不同特性发电设备综合调控、交直流电网稳定控制，以及提高配网智能化水平、提高终端负荷侧的科学管理水平、提高全社会节能减排水平等方面取得了显著成效。

2.1 输变电领域

重点是在电网智能运行控制、智能变电站、柔性直流输电等关键技术实现突破。通过努力，完成一体化运行智能系统标准、变电站驾驶舱、3C输变电装备技术规范的制定，完成3C绿色输变电示范工程建设和实用化推广应用。

在智能变电站方面，开展了OS2和变电站驾驶舱的研究和试点工作（见图2）。通过变电站统一信息平台和一体化监控系统建设，实现了对电网运行监控、设备运行监视、变电站维护管理“一站式”功能 。通过试点工程，规范了公司3C变电站的建设内容。主要示范工程：110kV尖峰3C绿色变电站、珠海琴韵变电站。

多端柔性直流（VSC-MTDC）关键技术研究和示范应用，旨在解决多个风电场接入技术、柔性直流及多端技术、装备制造及试验技术等问题。示范工程：南澳±160kV/200MW柔性三端（远期四端）直流输电系统示范工程。

图2 变电站驾驶舱架构图

2.2 智能配电领域

重点是在配电网自愈控制系统、智能终端、配电资产管理系统等关键技术的研制。通过阶段性的发展，完成高级配电自动化规划设计导则及系统功能规范的制定，完成高级配电管理系统示范工程建设和实用化推广应用。

南网承担了国家863课题：含分布式电源的智能配电网自愈控制技术研究与应用。课题基于我国配电网现状及智能化发展需求，突破含分布式电源、微网、储能装置的配电网分析与仿真、安全预警、故障定位、快速恢复供电技术，研制智能配电网自愈控制关键设备与系统，提高配电网供电安全可靠性，增强配电网应急能力。课题最终将提出一整套适合我国配电网智能化发展的自愈控制技术体系，建立我国智能配电网自愈控制技术标准，为智能配电网自愈控制技术在我国的推广应用奠定坚实的基础。

示范工程选址在广东省金融高新技术服务区。以广东金融高新技术服务区为依托，建成含多种分布式电源及储能系统的智能配电网自愈控制示范区。示范区总面积约4.98km2，建成的智能配电网自愈控制示范园区，在三座变电站、20条配电线路供电范围内实现自愈控制正确率达到98%，配电网供电可靠性指标达到99.999%。

2.3 智能用电领域

重点是对用户侧智能终端、电动汽车充换电管理系统、分布式储能系统等关键技术的研制。通过阶段性的发展，完成双向互动服务平台技术标准和双向互动服务终端技术标准的制定，完成电动车充换电网络、需求响应示范工程建设和实用化推广应用。

南方电网以广州中新知识城、珠海横琴新区、深圳前海新区、广州南沙新区作为城镇智能电网综合示范区，开展了大量工作。在新能源领域，重点是在新能源接入电网的接口、控制及运行等关键技术实现突破。

2.4 新能源领域

南方五省（区）主要的能源资源为水能、煤炭、天然气和风能资源。相比全国来看，南方五省（区）风能资源不算丰富，风能理论储量和技术可开发量分别为2.3亿kW、950万kW，分别占全国5.2%、3.2%。其中广东风能资源最优越，其次是云南、广西，海南和贵州风能资源相对贫乏。

在新能源领域，重点是在新能源接入电网的接口、控制及运行等关键技术实现突破，通过阶段性的努力，预期目标是完成分布式电源、储能系统、微网系统接入配电网的技术规范的制定，完成风光储互补的微网与配电网协调控制等示范工程建设和实用化推广应用。示范工程：珠海万山群岛智能微电网。

万山群岛智能微电网示范项目总投资约3.86亿元，在桂山岛、东澳岛和大万山岛建设分布式微电源和智能微电网，主要建设桂山海上风力发电、太阳能光伏发电、柴油机发电及电池储能等微电源，装机总容量19MW；以及220kV海岛联网工程（升压站和吉大站）、35kV降压站、10kV开关站、10kV线路及配网等微电网工程。

2.5 综合示范

南方电网还有一个省级智能电网综合示范项目——海南智能岛。

海南智能岛是基于海南打造世界一流国际旅游岛的国家战略需求，结合海南电网实际，建立智能、高效、可靠的省级智能绿色电网集成示范项目。

海南岛综合示范项目主要包含了七大内容：

1）在海口湾将建设一个大规模间歇式能源和储能设备以及负荷的协同优化道路系统，因为海南也有大量的风电接入，在某些情况下其间歇式能源渗透率能够达到甚至超过15%，这个间歇能源也是电网的一个研究课题。

2）抽水蓄能和汽车充放电站以及多种形式的储能的优化配置，在海南要建设两台65万的核电机组，配套就要建设一个抽水蓄能电站。

3）建设智能变电站和设备的状态监视。

4）建设一些电动汽车的充放电设施。

5）居民区用户互动示范。

6）文明生态村用户互动示范。

7）酒店群智能自愈配网、智能微网、大规模储能、用户互动、电动汽车示范。

通过这些项目的研究，提高间歇式能源的整体消耗能力，提高系统的可靠性，在实现智能电网智育控制示范区内，供电可靠性要希望不低于99.999%。要极大提高防灾减灾的能力，同时要建成12个电力汽车充放电设施，来实现环岛绿色自由行，将来要围绕海南岛建设12个，在环岛公路上建设12个电动汽车充电站，这样能够实现电力用户、发电企业、电网企业和社会的效益最大化，也就是说实现社会和经济环境效益的最大化。

2.6 智能电网实验室

1）智能配电网实验室

2012年6月，南网科研院与广州供电局签订战略合作框架协议，合作开展科技创新平台建设，创立智能配电网实验室。

智能配电网实验室涵盖电网中的三个部分，包括配电、变电及用电。其中配电部分包括智能配电实验平台、配网设备检测实验室以及电能质量实验平台，变电部分包括变电站驾驶舱仿真测试培训平台，用电部分包括智能用电实验平台、电池检测实验平台、风光储发电系统以及电动汽车实验平台。

该实验室承担了国家高技术研究发展计划（863计划）智能电网关键技术研发（一期）项目“智能配电网自愈控制技术研究与开发”的研究工作。

智能配电网自愈控制可以描述为，在配电网的不同层次和区域内实施充分协调且技术经济优化的控制手段与策略，使其具有自我感知、自我诊断、自我决策、自我恢复的能力，实现配电网在不同状态下的安全、可靠与经济运行。项目依托南方电网实际系统提出的62节点标准算例，主要用于智能配电网自愈控制的研究与分析，可实现包括网络重构、故障自愈、微网孤岛运行等测试。

2）智能电网仿真实验室

南方电网仿真重点实验室，也即国家能源局大电网研发（试验）中心。是目前国内外规模最大、应用功能最强、配备现代化水平最高的仿真实验研究基地之一。实验室拥有世界最大规模的实时数字仿真系统，该RTDS实时数字仿真系统由三部分组成：一是由33个Racks和主工作站构成的RTDS 实时仿真器；二是与南方电网现场结构和性能一致的四套直流控制保护装置；三是南方电网典型的安稳控制、多直流协调控制、SVC 控制保护、交流保护装置等。此外还辅助配套功率放大器、直流电源/测试设备以及投影演示设施等，作为国家能源大电网研发（实验）中心和南方电网重点实验室，是目前国内外最具规模和技术水准的的电力系统仿真与控制实验研究平台（见图3）。

图3 2012年南方电网220kV及以上系统RTDS实时仿真结构图

二、“3C”绿色电网关键技术与产品

1、关键技术及特点

“3C”绿色电网技术主要体现在与智能电网技术相关的“3C”前沿技术以及绿色环保技术两方面。其中“3C”前沿技术除了一次设备的智能化外，主要表现在以一体化电网运行智能系统（OS2）为载体的二次系统及设备的数字采集、网络传输、信息共享、集成应用四个方面。绿色环保技术则体现在节地、节能、节水、节材、环保等方面。

1.1 “3C”前沿技术

1.1.1 数字采集

（1）一次设备状态在线监测

利用在线监测装置采集输变电设备状态信息，及时发现设备潜在性故障，为电网安全运行提供可靠的保障。

（2）全光纤电子式电流互感器、罗氏线圈电子式电流互感器

通过与常规电流互感器的对比应用，探索更为成熟可靠、安全经济的电子式互感器配置方案。

（3）电能计量比对系统

主变压器 10kV变低采用电子式互感器，开展常规电流互感器和电子式电流互感器计量比对，以论证数字计量的精度及其在电网中的应用情况。

1.1.2 网络传输

SV/GOOSE两网合一，采用SV/GOOSE合并组网，为共享网络传输提供建设及运行经验。

SV（Sampled Value）即采样值，它基于发布/订阅机制，交换采样数据集中的采样值的相关模型对象和服务，以及这些模型对象和服务到ISO/IEC 8802-3帧之间的映射。GOOSE（Generic Object-Oriented Substation Event）是一种面向通用对象的变电站事件。主要用于实现在多个智能电子设备（IED）之间的信息传递，包括传输跳合闸、联闭锁等多种信号（命令），具有高传输成功概率。

1.1.3 信息共享

（1）一体化信息支撑平台

采用标准的信息模型、通信规约、接口规范，实现变电站Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区数据的贯通。

（2）四大智能应用中心

在一体化信息支撑平台的基础上实现数据中心、监视中心、控制中心和管理中心等四大中心功能。

1.1.4 集成应用

（1）智能远动机

集成远动、保信、PMU、计量和在线监测五大业务，基于统一建模，实现数据统一采集、处理、传输和应用。

（2）保护测控一体化

110kV 线变组采用保护测控一体化装置，10kV开关柜电气二次部分采用保护、测控、合并单元、智能终端四合一装置。

（3）一体化测控装置

集成测量、控制、PMU以及计量等功能。

（4）一体化运行记录分析装置

将故障录波装置、网络记录分析仪整合，实时监视和分析网络状态，进行数据分析及记录。

（5）一体化交直流电源系统

将站内直流系统、UPS、交流系统、通信电源整合，采用一体化管理单元进行从单纯的专业管理整合到设备与管理整合兼顾。

（6）变电站驾驶舱

简洁、直观地展示变电站实时运行状态、设备健康状态和环境状态，为设备的状态评价、风险评估以及资产管理提供有效技术手段。

（7）智能视频技术

视频系统与火灾报警、自动化等系统实现联动，并实现智能周界监控、智能门禁等功能，对提高视频系统智能化水平具有重要意义。

（8）在线式五防

深化一体化五防技术应用，采用一体化五防技术监控软件，将监控系统的测控单元兼做控制器，控制闭锁继电器的分、合和专用锁具的解锁、闭锁，形成多层次、高可靠性的新型在线式五防系统。

（9）高级应用

实现智能告警、源端维护、程序化控制、故障分析决策等高级应用功能，提高变电站智能化水平。

1.2 绿色环保技术

2、关键产品

2.1 智能巡检系统

安装红外测温装置、可见光摄像头及RFID标签，实现现场95%以上设备巡视检查项目要求（见图4）。

2.2 智能辅助系统

智能辅助系统实现视频监控系统、安全防范系统、消防报警系统、环境监测系统、智能控制系统、门禁管理系统、语音对讲系统等各个子系统之间信息共享，并将信息传送到站内一体化信息平台，使变电站的信息更加完整，功能更加完善，从而提高变电站安全运行水平（见图5）。

2.3 一体化信息平台

通过一体化信息平台，形成变电站完整的信息树，涵盖八大类信息（以变压器为例）。

电网运行信息：开关位置；调压分接头位置；电压、电流、功率等；

图4 智能巡检系统构架图

图5 智能辅助系统概念图

故障和保护信息：保护动作事件；主变故障滤波；

运行分析信息：保护测控装置报文分析、主变健康状态；

设备状态监测信息：铁心接地电流、绕组温度；油色谱、局放图谱；

电能质量信息：各侧电能质量信息；

视频信息：主变视频图像；

环境信息：温湿度等；

作业管理信息：缺陷记录；巡视检修记录（见图6）。

图6 一体化信息平台概念图

2.4 变电运行驾驶舱

变电运行驾驶舱通过一体化信息平台读取相关变电站综合信息，对信息进行分层管理、综合分析，实现设备监视、风险评估、协同管理，为实施巡维中心业务的一体化管理提供简便、可靠、智能的“一站式”服务，保障巡维中心设备的安全、可靠运行，促进巡维工作的经济、高效开展。通常情况下部署在巡维中心或集控中心。

开发监视、诊断、作业、协同等高级应用，进行简洁直观KPI展示；为执行层提供多层次、多维度的设备运行信息及业务指导，为管理层提供资产分析和辅助决策支持（见图7）。

作为变电运行驾驶舱的重要组成部分，风险评估窗基于变电站健康状态信息（包括电网运行数据、在线监测数据、缺陷数据、定检）和变电站重要性信息（包括系统风险等级、负荷重要性等），评估变电站风险、分析原因（见图8）。

图7 变电运行驾驶舱概念图

三、“3C”绿色电网未来发展趋势

3C绿色技术作为南方电网智能电网的发展主线，在新能源、柔性直流输电、智能变电站、配电、分布式电源接入、微电网、用电及信息通信等领域将继续开展技术研究，并开展一些智能电网的顶层设计，实施一些重大项目。

作为引领研究方向的南方电网智能电网发展路线，共分为三阶段。第一阶段是规划阶段，重点在于打牢基础；第二阶段是示范落地阶段，着重加强平台建设；第三阶段是全面突破阶段，实行综合示范。目前南方电网智能电网发展处于第二阶段。

为了实现南方电网智能电网发展路线所规划的远景目标，3C绿色电网技术必须努力实现以下五个方面的平衡：

1、先进技术与运行可靠性的平衡

（1）电子式互感器

由于供电可靠性、抗干扰等方面还存在明显不足，电子式互感器目前尚不具备大面积试点应用条件。需继续进行专项研究，确定互感器的智能化方案。

（2）过程层组网方式

星形拓扑组网，SV原则上采用点对点方式，试点SV组网方式，IED间通过GOOSE网络交换开关量信号。

（3）GOOSE跳闸

推荐采用GOOSE网络跳闸方案，每套保护的GOOSE网络应冗余配置。

2、功能多样性与系统实用性的平衡

目前，3C绿色变电站主站与站端采取远程调阅与源端维护的方式进行运维。区域变电站利用变电站驾驶舱系统进行协同管理，站内各子系统执行智能巡检。通过顺序控制以及告警直传，实现设备的在线监测及故障报警，并采用在线式五防技术保证系统安全可靠运行。

南网公司将继续坚持以上的总体运维思路，并根据目前方式中出现的问题以及存在的不足，进行针对性的研究与改进，在保证系统实用性的前提下，继续增强其功能的多样性。

3、装置集约化与维护分工界面的平衡

对于一、二次设备融合的问题，要保证装置整合的“深度”，并努力统一设备生产厂家的认识，确定统一的行动方式。

全方位统筹，兼顾设备装置集约化技术发展与生产运行单位各部门运维界面。适当调整运维界面，对一体化装置功能进行灵活裁剪。

图8 风险评估案例

4、新技术应用与运维水平同步的平衡

设计、运维手段“三化”：标准化、规范化、“傻瓜化”。包括：设计图纸、虚端子、运维界面 SCD文件管控工具、运维工具、定检工具、标准化接线、统一屏柜配置等方面。

全过程管控：推行设备全生命周期管理和资产精细化管理。建立完善的检测平台和检测手段，完善WHS，即见证点（W点 Witness Point）、停工待检点（H点Hold Point）、旁站点（S点 Standby Point）建设，以及规范化运维。

5、规模化建设与设备水平同步的平衡

伴随着3C绿色电网的快速发展，智能化设备同样需要不断的完善与提高，方可适应并满足电网建设的需要。重点在以下几个方面进行推进：

开展智能化设备前瞻性研究及标准研究，建立高效的设备信息平台，统一整体认识，促进产业交流；

联合设备供应商，努力解决传统设备对新技术支持度不足的问题；

关注基层电网的实际体验，解决设备运行中实际存在的问题，引导设备更新换代；

确定统一的形式，努力促进一、二次设备的高效融合，实现装置集约化。

四、总结

截止2013年，南网共建成（全站投运）58座智能化站，其中220kV站3座，110kV站55座，取得了大批的“3C”智能变电站建设及研究成果。

围绕建设智能、高效、可靠、绿色电网的发展目标，南方电网公司将继续加大“3C”绿色变电站建设与运营工作，陆续新建10座“3C”绿色变电站；争取在2015年达到网内新增智能化变电站165座的目标（其中220kV新增36座，110kV新增129座）。

结合以上介绍的南方电网“3C”绿色变电站相关的设备、技术、关键产品等方面的情况，对其总体的发展及建设思路总结如下。

1、注重用户体验

在介绍“3C”绿色电网发展趋势的过程中，提到了五个平衡：即先进技术与运行可靠性的平衡、功能多样性与系统实用性的平衡、装置集约化与维护分工界面的平衡、新技术应用与运维水平同步的平衡以及规模化建设与设备水平同步的平衡。

可以发现，无论是运行可靠性、系统实用性，还是运维分工与运维水平同步，均强调的是如何使用好、运行好、控制好智能电网，即通过“3C”绿色电网的发展，最大程度地增强用户体验，满足用户各方面的要求。

这是智能电网从输变电端向配电及用电端延伸的体现，也是智能电网行业发展的必备环节。以人为本，才是智能电网发展的最终目的。截止2013年，南网共建成（全站投运）58座智能化站，其中220kV站3座，110kV站55座，取得了大批的“3C”智能变电站建设及研究成果。

2、注重资产管理

“3C”绿色电网关键技术中，包含了数字采集、网络传输、信息共享、集成应用等方面的内容。其中大部分技术，如电能计量比对、一体化信息平台、智能远动、在线五防等，通过智能化的手段，实现了电网内各系统及设备的优化配置及经济化运行。

这些技术的大量运用，强化了电网的资产管理功能，使得运行及管理部门能够在第一时间掌握实时的数据信息，并通过对这些信息的智能化判断及分析，采取及时正确的行动，安全高效地完成相关工作。

3、注重节能环保

南方电网早在2011年就预见到能源及环境问题的重要性，提出了“3C”绿色电网的概念，强调在电网建设和运营中节水、节能、节地、节材和环境保护。

通过近年来“3C”绿色智能变电站的试点建设，南方电网积累了大量电网节能环保的经验，形成了一套系统的节能环保措施。而且从目前来看，提升的空间依然巨大，随着相关技术的不同发展与运用，更加注重节能环保的新一代“3C”绿色电网将陆续展现在我们眼前。

“3C”绿色电网项目的实施，为我国智能电网的发展提出了许多新的目标，丰富了智能电网的概念。“3C”绿色电网将继续在探索与实践中前行，开辟我国智能电网新的发展道路！