变电站综合自动化技术的发展

2020/1/51变电站综合自动化技术的发展方向清华大学电机系黄益庄Tel.(010)62784706137010733922020/1/52提纲１变电站综合自动化的基本概念２变电站综合自动化系统的内涵３变电站自动化技术发展的趋势3.1保护和控制集成系统的发展3.2电子式互感器的应用将促进全数字化变电站自动化系统的实现3.3变电站自动化系统要适应电力市场化的需求3.4柔性交流输电技术的发展进一步提高变电站自动化水平3.5多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用3.6传输规约和传输网络标准化4结束语2020/1/531变电站综合自动化的基本概念1.1变电站自动化是技术发展的必然趋势1.1.1当前电力系统发展的要求1.1.2科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了必要的条件1.2变电站综合自动化系统发展的回顾1.3变电站综合自动化的内涵1.4IEC对变电站自动化系统的定义1.5变电站综合自动化和变电站自动化2020/1/541.1变电站综合自动化是技术发展的必然趋势1.1.1当前电力系统发展的要求(1)全国联网的发展方向,对电力系统的可靠性提出更高要求国家电力公司陆延昌在2000年全国电网调度工作会议上明确指出：坚持全国联网、西电东送、南北互联的发展方向不动摇。并且要做到系统联网，可靠水平不降低。我国水力资源主要集中在西部和西南部，这两地区可开发电量占全国82.9%；煤炭资源华北和西北两地区占80%；而负荷中心集中在中部和东部沿海，这两地区的经济总量占全国82%，电力消费占78%。要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低，加强发电厂、变电站的安全、可靠运行、提高其自动化水平很为重要。2020/1/551.1.1当前电力系统发展的要求(2)老式变电站存在的问题★安全性、可靠性不能满足电力系统发展的需求。★不适应电力系统快速计算和实时性要求。★供电质量缺乏科学的保证。★不利于提高运行管理水平。★占地面积大，增加征地投资。2020/1/561.1.2科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了必要的条件变电站自动化技术的发展过程与相关学科的发展密切相关。变电站自动化发展过程有三个阶段：(1)变电站分立元件的自控装置阶段。*电磁式的自动装置*晶体管式的自动装置*集成电路式的自动装置2020/1/571.1.2科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了必要的条件(2)微处理器为核心的智能自动装置阶段。70年代微处理器的问世和微计算机技术的迅速发展，为变电站自动化技术的发展提供了必要的手段。这阶段厂站自动化的特点：形成变电站内的自动化孤岛。(3)变电站综合自动化的发展，全面促进变电站技术水平和运行管理水平的提高。80年代中、后期开始。2020/1/581.2变电站综合自动化系统的发展回顾1.2.1国外变电站综合自动化的早期发展概况国外变电站综合自动化的研究工作始于70年代。70年代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置都是微机型的.变电站综合自动化的研究工作，于70年代中、后期开始.●日本第一个变电站综合自动化系统1975年关西电子公司和三菱电气公司开始研究，1979年完成样机SDCS-1型，并安装于变电站现场试验，1980年开始商品化生产。其结构框图见图1。2020/1/59图1.SDCS-1结构框图2020/1/510日本第一个变电站综合自动化系统SDCS-1SDCS-1型由13台微机组成，安装于77kV/6.6kV的变电站,该站3台主变，4回77kV进线，36回6.6kV馈线。分为三个子系统：①继电保护子系统：有8个保护部件②测量子系统③控制子系统2020/1/511国外变电站综合自动化的早期发展概况80年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越来越多，例如，德国西门子公司、ABB公司、AEG公司、GE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的变电站自动化产品。1995年西门子公司的变电站自动化系统LSA678在我国已有十多个工程。国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开始就十分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调。2020/1/5121.2.2我国变电站自动化的发展过程我国变电站综合自动化的研究工作始于80年代中期。1987年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的综合自动化系统。在山东威海望岛变电站成功地投入运行。该系统由3台微机组成，其系统结构如图2.这是我国第一个变电站综合自动化系统，有显著的经济效益和社会效益。其成功的投入运行，证明了我国完全可以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国情的变电站综合自动化系统。90年代中期后，综合自动化系统迅速发展。随着微机技术的不断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济效益和社会效益，吸引全国许多用户和科研单位和高等院校，因此变电站综合自动化系统到90年代，成为热门话题。2020/1/513我国第一套变电站综合自动化系统●望岛变电站是一个35kV/10kV城市变电站，有2回35kV进线，2台主变，8回10kV出线，2组电容器。●系统功能:该系统担负全变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号等任务。按功能分为3个子系统：（1）安全监控子系统；（2）微机保护子系统；（3）电压、无功控制子系统。2020/1/514图2我国第一套变电站综合自动化系统结构框图2020/1/515我国变电站自动化的发展过程1.2.390年代中期，在中、低压变电站推广无人值班但这阶段对变电站综合自动化的威力和可行性认识不统一。强调实现无人值班不一定要实现综合自动化。1.2.490年代末期，变电站综合自动化已成为热门的话题。1.2.5当前变电站综合自动化已成为新建变电站和老站改造的首选。2020/1/516我国变电站综合自动化技术的发展•结构上(1)集中式(2)分布集中式(3)分散式•功能上(1)集成化(2)分布化2020/1/517功能上的集成化和分布化变电站自动化系统的自动化设备统称智能电子设备IED(IntelligentElectronicDevice).●集成化：功能的集成化最突出表现在IED上，例如：微机保护装置，一台装置可集成多种保护功能，甚至全部主保护和后备保护或集成了保护和测量的功能。2020/1/518功能上的集成化和分布化•分布化：为了充分利用计算机的潜力，简化自动化系统的结构，降低成本，目前的另一种趋势是把原来由集中式的自动装置完成的功能分散至相应的继电保护装置中。例如：①低频减载功能②单相接地选线。2020/1/5191.3变电站综合自动化的内涵变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、中央信号系统、继电保护装置、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和重新设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、信号处理技术和通信技术与电力系统的有关理论和技术相结合，实现对全部主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和保护以及与调度通信等功能。变电站自动化系统是由多台微计算机和大规模集成电路组成的多种功能的自动化系统。2020/1/5201.4IEC对变电站自动化系统的定义1.4.1IEC（国际电工委员会）对变电站自动化系统的定义:TheSubstationAutomationSystemprovidesautomationinasubstation,includingthecommunicationinfrastructure.2020/1/5211.4.2IEC将变电站自动化系统分层为三层结构1997年国际电工委员会（IEC）制定变电站通信网络时，将变电站自动化系统分为三层结构，如图3。2020/1/522图3变电站自动化系统的三层结构功能1功能2保护控制保护控制过程接口过程接口高压设备过程层①⑥⑨①⑥⑧③②③②④⑤④⑤间隔/单元层远方保护变电站层2020/1/523变电站自动化系统的三层结构①过程层(processlevel)：主要指变电站的断路器、隔离刀闸、电流互感器（TA）、电压互感器（TV）等。②间隔层(baylevel)：主要指变电站的智能电子设备IED(IntelligentElectronicDevice),这些智能电子设备包括；微机保护装置、多功能电子仪表、RTU以及自动控制装置等。③变电站层(stationlevel)功能：分两部分：a.与过程有关的站层功能：b.与接口有关的站、层功能。自动化系统的核心部分为设备层和变电站层。2020/1/5241.5变电站综合自动化和变电站自动化80年代和90年代中期，国内都把上述功能的系统称为变电站综合自动化系统，以区别于只有局部功能的自动化。国外发表的文章也称“综合自动化”，或一体化的变电站控制与保护。1997年国际大电网会议（CIGRE）WG34·03工作组在“变电站数据流的通信要求”报告中，采用“变电站自动化”和“变电站自动化系统”的名词。此后电工委员会（IEC）的电力系统控制和通信技术委员会（TC57）在制定变电站通信网络和系统标准（IEC61850）中，也采用变电站自动化的名词。2020/1/5252变电站综合自动化系统的功能2.1监控子系统2.2继电保护子系统2.3电能量计量子系统2.4自动控制子系统2.5谐波分析与监视子系统2.6变电站综合自动化系统的通信功能2.7变电站综合自动化系统的特点2020/1/5262.1监控子系统2.1.1数据采集（1）模拟量的采集（2）开关量的采集（3）事件顺序记录（SOE）（4）电能量的采集2.1.2数据处理2.1.3安全监控功能2.1.4操作与控制功能2.1.5人机联系功能2.1.6运行记录功能2.1.7对时功能2020/1/5272.1.3安全监控功能1.对采集的模拟量不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信息，同时记录和显示越限时间和越限值，并将越限情况远传给调度中心或控制中心。2.对微机保护装置和其它各种自动装置的工作状态进行监视。3.将监视结果及时传送给调度中心，并接收和执行调度中心下达的各种命令。2020/1/5282.1.4操作与控制功能操作、控制包括对断路器、隔离开关的操作，对自动装置和保护装置定值设定、投退控制等。无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的闭锁措施。断路器的操作闭锁应包括的内容:2020/1/5292.1.5人机联系功能1.人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。2．CRT或液晶显示器显示画面的内容（1）显示采集和计算的实时运行参数（2）显示实时主接线图（3）事件顺序记录（SOE）（4）越限报警显示（5）值班记录显示（6）历史趋势显示（7）保护定值和自控装置的设定值显示。（8）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。3.输入数据（1）TA、TV变比（2）保护定值和越限报警定值（3）自控装置的设定值（4）运行人员密码2020/1/5302.1.6运行记录功能对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能:①定时打印报表和运行日志；②开关操作记录打印；③事件顺序记录打印；④越限打印；⑤召唤打印；⑥抄屏打印；⑦事故追忆打印。对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行报表，集中在控制中心打印输出。2020/1/5312.1.7对时功能配备GPS卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。2020/1/5322.2继电保护子系统2.2.1微机保护子系统的内容在变电站综合自动化系统中，微机保护应包括全变电站主要设备和输、配电线路的全套保护。2.3.2对微机保护子系统要求（1）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求（2）软、硬件结构要相对独立；它的工作不受监控系统和其它子系统的影响。（3）具有故障记录功能（4）察看和授权修改保护整定值方便（5）具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能（6）具有对时功能（7）具有通信功能和标准的通信规约。2020/1/5332.3电能量计量子系统电能量包括有功电能和无功电能。电能量的采集和管理是变电站综合自动系统的重要组成部分。2020/1/5342.4自动控制子系统自动控制子系统包括:(1)电压无功综合控制(2)低频低压控制(3)单相接地自动选线