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智能变电站介绍汪和龙(2011年7月)智能变电站的定义•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。智能变电站的主要特点•通信标准化•测量数字化•控制网络化•状态可视化•功能一体化•信息互动化智能变电站设计的主要依据性文件•Q/GDW383-2009《智能变电站技术导则》•Q/GDW393-2009《110(66)～220千伏智能变电站设计规范》•《高压设备智能化技术分析报告》•Q/GDW441-2010《智能变电站继电保护技术规范》•Q/GDWZ414-2010《变电站智能化改造技术规范》•Q/GDW424-2010《电子式电流互感器技术规范》•Q/GDW425-2010《电子式电压互感器技术规范》•Q/GDW426-2010《智能变电站合并单元技术规范》•Q/GDW427-2010《智能变电站测控单元技术规范》•Q/GDW429-2010《智能变电站网络交换机技术规范》•Q/GDW428-2010《智能变电站智能终端技术规范》•Q/GDW430-2010《智能变电站智能控制柜技术规范》通信标准化——IEC61850(DLT/860)•IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，全名为变电站通信网络和系统(CommunicationNetworksandSystemsinSubstations)。由国际电工委员会第57技术委员会(IECTC57)制订。•IEC61850规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关的系统要求，具有开放性、分层结构、可自我描述、完整性等特点。•IEC61850为变电站自动化系统统一协议、统一数据模型、统一接口，实现数据交换的无缝连接，实现不同厂家产品的互操作提供了可能。测量数字化——关键技术•电子式互感器•合并单元电子式互感器的分类电子式互感器电流互感器电压互感器Pockels效应电容/电感分压原理Faraday原理罗式线圈电磁式互感器与电子式互感器对比测量、保护等装置电磁式互感器A/D转换CPURAMROMI/O等微机系统CT/PT变换电缆电子式互感器对测量系统精度的提升CT0.2级VT0.2级线缆误差0.1A/D转换传统电能表0.2级测量系统误差0.7电子式CT0.2级电子式VT0.2级光缆数字传输无误差测量系统误差0.4全数字系统无误差电子式互感器对测量系统结构的影响•常规测量系统的一般架构电子式互感器对测量系统结构的影响•某智能变电站采样值传输方案电子式互感器的优点•无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、暂态特性好，不受环境因素影响；•数字信号通过光纤传输，增强了抗EMI性能，数据可靠性大大提高；•无传统二次负荷概念；•高低压部分的光电隔离，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可能导致危及设备或人身安全等问题不复存在。•避免了传统充油互感器渗漏油现象，也避免了SF6互感器的SF6气体的渗漏气现象；合并单元•用以对来自二次转换器的电流和（或）电压数据进行时间相关组合的物理单元。合并单元可以是互感器的一个组成件，也可以是一个分立单元。控制网络化•变电站的结构体系工作站1远动站工作站2工作站1远动站工作站2以太网IEC61850-8-1电子式互感器智能一次设备传统互感器传统一次设备RS485、以太网IEC-60870-5-104/103电缆光缆装置nECVTCT/PT装置1装置n装置1合并单元智能接口站控层间隔层过程层网关网关网关控制网络化关键技术之——智能一次设备•智能一次设备是将计算机、传感器、信息技术与传统一次设备组合，形成具有智能功能的一次设备。智能一次设备具有自动检测自身故障、自动测量、自动控制、自动调节与远方控制中心通信等功能。•目前，完全意义上的智能一次设备尚未有成熟的经验和广泛的市场供给。一般采用“电力功能元件+智能组件”的组合方式实现对常规一次设备的智能化改造，使其具备智能设备的特点。某变电站一次设备智能化方案“三层两网”的结构体系控制网络化关键技术之——GOOSE•IEC61850中定义了通用变电站事件（GSE-genericsubstationeventmodel），该模型提供了在全系统范围内快速可靠地输入、输出数据值的功能。•GSE分为2种不同的控制类和报文结构，其中一种为GOOSE(genericobjectorientedsubstationevent)，即面向通用对象的变电站事件。•GOOSE报文时间延迟规定在4ms。报文的传输服务是应用层到表示层后，直接映射到底层（数据链路层和物理层），并采用了VLAN、优先级等技术，保证报文传输的实时性。过程层GOOSE网络的拓扑结构《110(66)～220千伏智能变电站设计规范》推荐采用星型网络结构GOOSE网络的配置原则•220kV变电站220kV宜配置双套物理独立的单网，110kV宜配置双网；主变220kV侧宜配置双套物理独立的单网，主变110kV、35kV侧宜配置双网；35kV及以下若采用户内开关柜保护测控下放布置时，宜不设置独立的GOOSE网络•110kV变电站110kV、主变各侧宜配置双网；35kV及以下若采用户内开关柜保护测控下放布置时，宜不设置独立的GOOSE网络，若采用户外敞开式配电装置保护测控集中布置时，可设置独立的GOOSE网络。自动化系统的同步对时•全站时间同步系统为使全站智能设备及全系统变电站处于同一时间基准，需要配置1套全站统一的时间同步系统，采用北斗/GPS互为备用的高精度双授时方式。时间同步系统应能满足全站所有智能设备的不同对时方式及精度要求。•时间同步系统的对时目的SOE事件记录装置时标采样同步系统同步智能变电站的主要对时方式•SNTP对时即简单网络对时协议，通过交换机直接对时，无需附加接线，精度为毫秒级，主要应用于站控层设备。•IRIG-B码对时方式目前应用最广泛的对时方式，需电缆接线，精度为微秒级，主要应用于间隔层及过程层设备的装置时标或采样同步对时。•脉冲对时方式需电缆接线，精度为微秒级，在PMU系统中应用较多•IEC61588网络对时基于精密时钟原理的高精度网络对时协议，通过交换机实现，无需附加接线，精度为亚微秒级，需要被对时设备具备精密时钟对时功能，主要应用于间隔层及过程层设备的装置时标或采样同步对时。状态可视化——设备状态监测•通过传感器、计算机、通信网络等技术，实时获取设备的各种特征参量并结合专家系统分析，及早发现设备潜在故障。•状态监测主要采集设备的非电气量参数。•设备状态监测是实现设备状态检修的基础，对于设备的全寿命周期管理、有效节约变电站运行成本具有重要意义。设备状态监测系统的一般结构设备状态监测系统的组成要素•状态监测传感器负责采集设备的实时状态参量，一般以模拟信号传送至状态监测IED。•状态监测IED（采集单元）集中采集某类设备的传感器信号，并将诊断后的结果信息上传至后台系统。•网络负责状态监测IED与后台系统的通信联系。•后台系统作为系统的数据存储及处理中心，采集和处理状态量信号,集中显示设备的健康状况。设备状态监测与状态检修•状态监测是手段，状态检修、节约运行费用是目的•状态检修通过对设备的状态连续性观测并综合专家系统软件，识别设备已有的或正在发生的或潜在的设备性能劣化现象，对设备状态作出合理的评估，确定设备最佳检修时机。•状态检修的意义替代传统的计划检修，避免不必要的检修及停电，使设备检修更为合理、具有针对性，同时大大降低检修费用，实现变电站维护的智能化。功能一体化•系统功能集中化•设备功能集成化•电源系统一体化•辅助系统智能化系统功能集中化•智能变电站全景数据的采集，使其具备了完成各种相关功能的条件，如常规变电站中独立的小电流接地选线功能、防误操作功能、设备状态监测等。另外由于通信标准的统一以及保护装置与自动化装置的充分融合，保护装置的管理也将逐渐纳入自动化系统实现。智能变电站自动化系统小电流接地选线功能防误操作功能计算机监控功能保护管理设备状态监测设备功能集成化•得益于测量的数字化以及控制方式的网络化，常规间隔层设备的采样模块及I\O模块极大的简化，因此有条件进一步强化其逻辑计算的能力，功能集成化程度越来越高，如10kV及35kV的保护测控合并单元一体化装置，110kV及220kV保护测控一体化装置，以母线为单元的集中保护测控装置等。同时还可集成间隔级的故障录波、电能计量等功能目前设备组成未来智能设备智能设备高压设备智能组件（一体化）保护单元控制单元计量单元测量单元高压设备智能组件(分散布置)保护单元控制单元计量单元检测单元测量单元保护单元控制单元计量单元检测单元测量单元检测单元（可内置）过渡阶段设备功能集成化的趋势•设备功能的横向集成保护、测控、录波、计量等功能融为一体跨间隔的集中式保护测控装置•设备功能的纵向集成保护、测控、智能终端、合并单元的集成，设备就地布置。电源系统一体化•全站直流、交流、逆变、UPS、通信等电源一体化设计、一体化配置、一体化监控，其运行工况和信息数据能通过一体化监控单元展示并转换为标准模型数据，以标准格式接入自动化系统，并上传至远方。电源系统一体化•一直以来，变电站站用电源各子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装，由不同的专业人员进行管理，从使用角度来说，存在诸多弊端。•智能站用交直流一体化系统实现全站电源安全化、控制智能化、通信网络化。交流进线监控模块至自动化系统MMS网一体化总监控装置交流馈线监控模块直流馈线监控模块电池在线监控模块高频开关电源模块UPS电源辅助系统智能化•增加变电站视频系统、安防系统等辅助设备的智能化特性，提高变电站的安全性，运行维护的方便性，满足变电站集中控制、无人值班的要求。•视频监控、安防、监控后台操作、火灾报警、轴流风机等实现联动。•具体行为：视频监控，在事故处理时与站内监控系统联动；安防系统可转换为标准数据模型；触碰电子围栏时摄像头自动转向该区域并进行录像，同时启动保卫室、控制室或监控中心的警铃；消防报警时应闭锁轴流风机。•二次设备室空调系统、智能汇控柜实现温湿度范围的自动控制。信息互动化——变电站的高级应用•顺序控制•信息分层分类优化处理•智能告警及事故信息综合分析决策•电压无功自动分析控制顺序控制•实现远方监控中心、变电站就地顺序控制功能，包括单间隔“运行←→热备用←→冷备用←→检修”状态转换操作，双母线倒闸操作，变压器各侧跨电压等级操作，以及其它任意典型操作票的组合任务的操作，包括开关柜运行、试验位置和断路器分、合闸的完整顺序控制。•（1）监控中心的顺序控制方案：由集控站和变电站共同实现，存票和判别均在变电站侧完成，集控站配合选票、传票和验证。•（2）站内自动化系统的顺序控制方案：可采用集中式方案，顺控的功能全部由变电站计算机监控系统的远动数据通信和处理装置实现。信息分层分类优化处理•按照信息作用、服务对象以及重要级别，对信息实现分层控制。•数据库按装置模型进行信息分类，提高系统性能和信息吞吐量。维护工作站集控监视服务集控监视服务重要信息次要信息操作信息...重要信息次要信息操作信息...站端分层判断是A区?=Y是B区?=Y其它区?=YA区B区信息分类监视信息分类监视关系型数据库DB_SEVER服务器信息处理服务器①⑥：返回信息的类型信息和分层信息查询结果②:站端上传装置静态数据信息③:提交装置分类信息数据给DB_SERVER进行数据保存④:站端上送的装置故障等信息或召唤装置运行的数据（如定值、软压板、定值去等）⑤:信息分类、分层信息查询⑦：根据信息分层和分类结果，判断信息下发区域和告警行为、显示区域②③④⑤⑥⑦⑧：处理告警数据显示区域和显示方式⑨：召唤和修改下发数据（如定值、软压板、定值区等）①:装置静态数据召唤⑧⑧说明：信息分层、分类处理流程简图⑨⑨智能告警及事故信息综合分析决策•对站内各种告警信息分类、过滤，