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智能电网中变电一、二次设备的发展2前言智能电网的概念由于经济发展状况、电网建设水平、内外部发展环境不同，世界各国在智能电网建设的远景和侧重点上有些差异，对智能电网概念的描述也不尽相同。以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包括发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。欧洲为解决风能等可再生能源的接入问题。美国为解决现有电网设备升级换代、绿色能源解决以及为经济复苏寻求支柱产业的问题。坚强智能3强壮的“体魄”——坚强电网网架智慧的“大脑”——智能电网调度发达的“感官”——智能电网设备信息是智能电网的基础支撑，信息的获取需要大量的智能设备来支持。在智能电网中，集成技术应用将日益广泛，专业界限的模糊将使得智能电网中智能设备的外延大大拓宽。可以预计的是，各种智设备在智能电网中将呈现功能日益整合、形态相互交融、工程实施灵活组态发展趋势。因此，在今后电网建设和改造中，需要鼓励和优先采用适用于未来智能电网建设所需的先进技术和智能设备。前言4智能电网概述用电环节配电环节变电环节输电环节调度环节发电环节5智能电网的建设更加侧重以下几方面：（1）发电环节：分布式能源的接入；（2）输电环节：加强输电线路的防灾减灾、在线监测、状态检修；（3）变电环节：推广采用智能变电站、智能一次设备，设备全寿命周期管理（4）调度环节：开展智能调度若干应用功能建设，包括：智能辅助决策、智能可视化等；（5）配电环节：加强配电网规划和建设，提高供电可靠性，提升配电自动化系统功能，开展储能、分布式发电、微电网试点，实现配电自动化系统对储能、分布式发电的分析和控制，消除市区线路越限，平缓负荷曲线；（6）用电环节：开展用电信息采集系统、双向互动营销系统建设、推广智能电表应用。智能电网概述6智能电网之变电环节概述变电环节的目标：1、设备信息和运行维护策略与电力调度实现全面共享互动，实现基于状态的全寿命周期综合优化管理；2、枢纽及中心变电站全面建成或改造成为智能化变电站；3、实现全网运行数据的统一采集、实时信息共享以及电网实时控制和智能调节，支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用。7一次设备智能化智能变电站12主要内容二次设备网络化38—智能变电站定义（国网公司）采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。----摘自国家电网公司《智能变电站技术导则》智能变电站概念9十二五智能变电站发展目标应用智能变电站相关技术，实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑电网实时控制、智能调节和各类高级应用；到2015年，110（66）kV及以上智能变电站占变电站总量的38%左右;到2020年，110（66）kV及以上智能变电站占变电站总量的65%左右。重点项目:1、新建智能变电站2、变电站智能化改造3、智能变电站运维集约化4、输变电设备状态监测系统总体目标：10数字化变电站面向间隔的系统分散分布式系统集中式RTU智能变电站变电站自动化演变过程11数据采集远动事件与操作记录保护与其他信息处理显示与告警变电站几大环节控制与调节12常规变电站框架智能变电站发展过程13互感器数字化框架智能变电站发展过程14数字化深入框架智能变电站发展过程15功能分配与重组架构智能变电站发展过程16电子式互感器应用IEC61850标准的颁布和实施高速工业通信网络技术发展数字化变电站智能断路器技术发展和应用变电站业务需求的变化和技术的进步，计算机网络技术、通信技术，光电技术的发展，变电站一、二次设备技术的融合，以及变电站运行方式的变革，由此产生了—“数字化变电站”数字化变电站智能变电站与数字化变电站17智能变电站实现形式基于数字化变电站，但在支撑智能电网建设、可再生能源即插即退等智能性方面，有更高的要求。智能变电站更深层次体现出坚强智能电网的信息化、自动化和互动化的技术特点。智能变电站与数字化变电站1818•数字化变电站–一次智能化电气设备–二次智能化电子设备（IED）–通过计算机网络实现数字化通信–全站具有统一的数据建模和实时数据平台–实现智能设备间的互操作性和互换性•智能变电站–智能设备：先进、可靠、集成、低碳、环保–基本要求：全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化–基本功能：自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等–高级功能：可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等•相互关系–数字化是基础–智能化是手段–可靠、高效是目的智能变电站与数字化变电站1919智能变电站建设宗旨•充分体现数字化设计理念–一次设备智能化和二次设备网络化。–使变电站的整体设计、建设、运行成本降低。•一次设备智能化主要体现在电子式互感器和智能组件的应用–有效地减少变电站占地面积和电磁式CT饱和问题。–应用合并器解决数据采集设备重复投资问题。–利用网络替代二次电缆，有效解决二次电缆交直流串扰问题，并简化了施工。•二次设备网络化主要体现在系统结构的三层两网–站控层、间隔层、过程层–站控层和间隔层以基于IEC61850标准的互联互操作为重心，实现数据共享。–过程层以可靠性和稳定性为首要设计原则。•高级应用：集约化、网络化、智能化的自动化功能–保护测控集成优化–在线式一体化五防–程序化控制与系统联锁–设备状态监测及检修–事故异常专家分析系统–智能检测及控制(物联网)–无人巡视支撑平台智能变电站建设原则20—智能变电站高级应用功能设备状态可视化采集主要一次设备（变压器、断路器等）状态信息，进行状态可视化展示并发送到上级系统，为实现优化电网运行和设备运行管理提供基础数据支撑。变电站智能告警在线处理专家系统根据告警信息的级别，实行优先级管理，方便重要告警信息的及时处理，有助于智能变电站应对各类突发事件。智能变电站高级功能21变电站事故信息综合分析辅助决策系统在故障情况下对包括SOE信号及保护装置、相量测量、故障录波等数据进行数据挖掘、多专业综合分析，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。智能变电站经济运行与优化控制利用无功电压控制设备，配合自动电压调节系统，从基于电网的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制。与智能电网其他节点的互动具备与大用户及各类电源等外部系统进行信息交换的功能。智能变电站高级功能22目前变电站自动化现状•IEC61850标准不断完善中；•数字接口的保护具有现场运行的条件；•新型互感器（如光纤互感器）在实际中接受检验；•智能高压开关设备，全部采用智能终端＋传统开关模式；•针对不同等级的变电站，由于重要性、可靠性等原因，对新设备、技术的采用具有一定程度的滞后性；•层与层之间、同一层之间的接口规范需要进一步明确；•运维规范；•数字式计量表计；•变电站技术处于不断的发展过程中。23一次设备智能化智能变电站12主要内容二次设备网络化324智能设备是附加了智能组件的高压设备，智能组件通过状态感知和指令执行元件，实现状态的可视化、控制的网络化和自动化，为智能电网提供最基础的功能支撑。2.一次设备智能化25智能组件是若干智能电子装置的集合，安装于宿主设备旁，承担与宿主设备相关的测量、控制和监测等功能。满足相关标准要求时，智能组件还可集成相关继电保护功能。2.一次设备智能化26智能组件的概念是灵活的可以只完成一个功能，比如测控，这时其就是一个测控装置；可以完成保护与测控功能，这时就是一个四合一装置可以外置，符合现有设备的状况可以内嵌于高压设备，这时就是一个智能一次设备的概念2.一次设备智能化27哪些高压设备需要智能化设备在电网中的重要性、故障影响及其发生几率、故障是否可监测、监测的成本和可靠性、有无更加经济的替代方案（如带电检测）等，都是决定设备是否需要智能化和如何智能化的依据。变压器、电抗器、断路器、GIS、电力电缆、高压套管等，这些设备，或故障率相对较高，或故障影响较大，具有自检测的需求。另一方面，对于这些设备，可用的自检测技术已有一定的研究基础和应用经验，具备进行智能化应用的基本条件。2.一次设备智能化282.一次设备智能化智能高压设备由高压设备和智能组件组成。高压设备与智能组件之间通过状态感知元件（传感器或其一部分）和指令执行元件控制单元或其一部分）组成一个有机整体。“身体”“大脑”“神经”高压设备本体智能组件状态感知元件指令执行元件29技术特征控制网络化测量数字化状态可视化功能一体化信息互动化传感器与本体一体化互感器与本体一体化测量、控制、计量、监测、保护一体化与调度系统交互与设备运行管理系统交互2.一次设备智能化302.一次设备智能化——智能组件312.一次设备智能化——智能组件322.一次设备智能化——智能组件33常规互感器过程层演变趋势控制室小室间隔柜设备柜设备上综自阶段数字化早期数字化后期趋势:光纤越来越长，电缆越来越短一次设备与合并单元连接标准化2.一次设备智能化——电子互感器34电子式互感器优点高低压完全隔离，绝缘结构简单。不含铁芯，消除了磁饱和及铁磁谐振等问题。抗电磁干扰性能好，低压侧无开路高压危险动态范围大，测量精度高，频率响应范围宽。数据传输抗干扰能力强没有因充油而潜在存在的污染及易燃、易爆等危险体积小、重量轻2.一次设备智能化——电子互感器35电子式互感器的结构及应用框图一次电流（电压）传感器一次转换器传输系统二次转换器合并单元A相电子式电流（电压）互感器Ｐ１Ｐ２Ｂ相电子式电流（电压）互感器Ｃ相电子式电流（电压）互感器保护、测控IEC60044-8IEC61850-9-1/22.一次设备智能化——电子互感器36电子式互感器的分类按工作原理划分:1、有源式电子互感器2、无源式电子互感器按应用场合划分：1、GIS结构的电子互感器2、AIS结构(独立式)电子互感器3、直流用电子式互感器2.一次设备智能化——电子互感器37电子式互感器集成一体化采集单元底座绝缘伞裙一次导电杆外壳LPCT罗氏线圈屏蔽罩壳二次导线管屏蔽双绞线绝缘油合并单元……至其它互感器本体的采集单元秒脉冲或1588数据输出IEC61850-9-2IEC61850-9-1IEC60044-8直流电源直流电源数据输出光纤•一体化设计，界面清晰、节省屏位•合并单元可户外工作，与互感器一体化安装•工厂可以完成一体化部分的安装调试至集控室的铠装光缆光纤保护钢管二次接口盒合并单元IEC61850-9-2/9-1、IEEE15882.一次设备智能化——电子互感器38GIS中的电子式CT/PT供电电源光缆通信2.一次设备智能化——电子互感器39一次设备智能化智能变电站12主要内容二次设备网络化340现阶段智能变电站系统三层架构–站控层–间隔层–过程层数据流–MMS数据流–GOOSE横向闭锁数据流–采样数据流、GOOSE控制数据流三个数据网–MMS网–GOOSE网–SMV网3.二次设备网络化41统一信息平台技术统一建模统一存取网络通信技术网络结构通信介质网络的配置与管理3.二次设备网络化42IEC61850标准实现技术3.二次设备网络化433.二次设备网络化——网络通信技术443.二次设备网络化——网络通信技术453.二次设备网络化——网络通信技术463.二次设备网络化——网络通信技术47时钟同步技术IEC61850标准体系对时钟同步性能要求保护及控制类IED时钟同步性能要求：互感器类IED时钟同步性能要求：3.二次设备网络化——网络通信技术48时钟同步技术•基于同步时钟•基于算法•IEEE15883.二次设备网络化——网络通信技术49