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智能變電站介紹 汪和龍 (2011年7月) 智能變電站的定義 采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。 智能變電站的主要特點(diǎn) 通信標(biāo)準(zhǔn)化 測量數(shù)字化 控制網(wǎng)絡(luò)化 狀態(tài)可視化 功能一體化 信息互動化 智能變電站設(shè)計(jì)的主要依據(jù)性文件 Q/GDW383-2009《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》 Q/GDW393-2009 《110(66)～220千伏智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》 《高壓設(shè)備智能化技術(shù)分析報(bào)告》 Q/GDW 441-2010 《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》 Q/GDW Z 414-2010《變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范》 Q/GDW 424-2010 《電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范》 Q/GDW 425-2010 《電子式電壓互感器技術(shù)規(guī)范》 Q/GDW 426-2010 《智能變電站合并單元技術(shù)規(guī)范》 Q/GDW 427-2010 《智能變電站測控單元技術(shù)規(guī)范》 Q/GDW 429-2010 《智能變電站網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)技術(shù)規(guī)范》 Q/GDW 428-2010 《智能變電站智能終端技術(shù)規(guī)范》 Q/GDW 430-2010 《智能變電站智能控制柜技術(shù)規(guī)范》 通信標(biāo)準(zhǔn)化——  IEC61850(DLT/860) IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一國際標(biāo)準(zhǔn)，全名為變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)(Communication Networks and Systems in Substations)。由國際電工委員會第57技術(shù)委員會(IEC TC57) 制訂。 IEC61850規(guī)范了變電站內(nèi)智能電子設(shè)備（IED）之間的通信行為和相關(guān)的系統(tǒng)要求，具有開放性、分層結(jié)構(gòu)、可自我描述、完整性等特點(diǎn)。 IEC61850為變電站自動化系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)議、統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型、統(tǒng)一接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的無縫連接，實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互操作提供了可能。 測量數(shù)字化 ——關(guān)鍵技術(shù) 電子式互感器 合并單元 電子式互感器的分類 電磁式互感器與電子式互感器對比 電子式互感器對測量系統(tǒng)精度的提升 電子式互感器對測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響 常規(guī)測量系統(tǒng)的一般架構(gòu) 電子式互感器對測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響 某智能變電站采樣值傳輸方案 電子式互感器的優(yōu)點(diǎn) 無磁飽和、頻率響應(yīng)范圍寬、精度高、暫態(tài)特性好，不受環(huán)境因素影響； 數(shù)字信號通過光纖傳輸，增強(qiáng)了抗EMI性能，數(shù)據(jù)可靠性大大提高； 無傳統(tǒng)二次負(fù)荷概念； 高低壓部分的光電隔離，使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能導(dǎo)致危及設(shè)備或人身安全等問題不復(fù)存在。 避免了傳統(tǒng)充油互感器滲漏油現(xiàn)象，也避免了SF6互感器的SF6氣體的滲漏氣現(xiàn)象； 合并單元 用以對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和（ 或）電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行時間相關(guān)組合的物理單元。合并單元可以是互感器的一個組成件，也可以是一個分立單元。 控制網(wǎng)絡(luò)化 變電站的結(jié)構(gòu)體系 控制網(wǎng)絡(luò)化關(guān)鍵技術(shù)之 ——智能一次設(shè)備 智能一次設(shè)備是將計(jì)算機(jī)、傳感器、信息技術(shù)與傳統(tǒng)一次設(shè)備組合，形成具有智能功能的一次設(shè)備。智能一次設(shè)備具有自動檢測自身故障、自動測量、自動控制、自動調(diào)節(jié)與遠(yuǎn)方控制中心通信等功能。 目前，完全意義上的智能一次設(shè)備尚未有成熟的經(jīng)驗(yàn)和廣泛的市場供給。一般采用“電力功能元件+智能組件 ”的組合方式實(shí)現(xiàn)對常規(guī)一次設(shè)備的智能化改造，使其具備智能設(shè)備的特點(diǎn)。 某變電站一次設(shè)備智能化方案 “三層兩網(wǎng)” 的結(jié)構(gòu)體系 控制網(wǎng)絡(luò)化關(guān)鍵技術(shù)之  ——GOOSE IEC61850中定義了通用變電站事件（GSE-generic substation event model），該模型提供了在全系統(tǒng)范圍內(nèi)快速可靠地輸入、輸出數(shù)據(jù)值的功能。 GSE分為2種不同的控制類和報(bào)文結(jié)構(gòu)，其中一種為GOOSE(generic object oriented substation event)，即面向通用對象的變電站事件。 GOOSE報(bào)文時間延遲規(guī)定在4ms。報(bào)文的傳輸服務(wù)是應(yīng)用層到表示層后，直接映射到底層（數(shù)據(jù)鏈路層和物理層），并采用了VLAN、優(yōu)先級等技術(shù)，保證報(bào)文傳輸?shù)膶?shí)時性。 過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 《110(66)～220千伏智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GOOSE網(wǎng)絡(luò)的配置原則 220kV變電站 220kV宜配置雙套物理獨(dú)立的單網(wǎng)，110kV 宜配置雙網(wǎng)；主變 220kV 側(cè)宜配置雙套物理獨(dú)立的單網(wǎng)，主變110kV 、35kV 側(cè)宜配置雙網(wǎng)；35kV 及以下若采用戶內(nèi)開關(guān)柜保護(hù)測控下放布置時，宜不設(shè)置獨(dú)立的 GOOSE 網(wǎng)絡(luò) 110kV變電站 110kV 、主變各側(cè)宜配置雙網(wǎng)；35kV 及以下若采用戶內(nèi)開關(guān)柜保護(hù)測控下放布置時，宜不設(shè)置獨(dú)立的 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)，若采用戶外敞開式配電裝置保護(hù)測控集中布置時，可設(shè)置獨(dú)立的 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)。 自動化系統(tǒng)的同步對時 全站時間同步系統(tǒng) 為使全站智能設(shè)備及全系統(tǒng)變電站處于同一時間基準(zhǔn)，需要配置1套全站統(tǒng)一的時間同步系統(tǒng)，采用北斗/GPS互為備用的高精度雙授時方式。時間同步系統(tǒng)應(yīng)能滿足全站所有智能設(shè)備的不同對時方式及精度要求。 時間同步系統(tǒng)的對時目的 SOE事件記錄 裝置時標(biāo) 采樣同步 系統(tǒng)同步 智能變電站的主要對時方式 SNTP對時 即簡單網(wǎng)絡(luò)對時協(xié)議，通過交換機(jī)直接對時，無需附加接線，精度為毫秒級，主要應(yīng)用于站控層設(shè)備。 IRIG-B碼對時方式 目前應(yīng)用最廣泛的對時方式，需電纜接線，精度為微秒級，主要應(yīng)用于間隔層及過程層設(shè)備的裝置時標(biāo)或采樣同步對時。 脈沖對時方式 需電纜接線，精度為微秒級，在PMU系統(tǒng)中應(yīng)用較多 IEC61588網(wǎng)絡(luò)對時 基于精密時鐘原理的高精度網(wǎng)絡(luò)對時協(xié)議，通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，無需附加接線，精度為亞微秒級，需要被對時設(shè)備具備精密時鐘對時功能，主要應(yīng)用于間隔層及過程層設(shè)備的裝置時標(biāo)或采樣同步對時。 狀態(tài)可視化—— 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測 通過傳感器、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)， 實(shí)時獲取設(shè)備的各種特征參量并結(jié)合專家系統(tǒng)分析，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障。 狀態(tài)監(jiān)測主要采集設(shè)備的非電氣量參數(shù) 。 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，對于設(shè)備的全壽命周期管理、有效節(jié)約變電站運(yùn)行成本具有重要意義。 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組成要素 狀態(tài)監(jiān)測傳感器 負(fù)責(zé)采集設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)參量，一般以模擬信號傳送至狀態(tài)監(jiān)測IED。 狀態(tài)監(jiān)測IED（采集單元） 集中采集某類設(shè)備的傳感器信號，并將診斷后的結(jié)果信息上傳至后臺系統(tǒng)。 網(wǎng)絡(luò) 負(fù)責(zé)狀態(tài)監(jiān)測IED與后臺系統(tǒng)的通信聯(lián)系。 后臺系統(tǒng) 作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲及處理中心，采集和處理狀態(tài)量信號，集中顯示設(shè)備的健康狀況。 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修 狀態(tài)監(jiān)測是手段，狀態(tài)檢修、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用是目的 狀態(tài)檢修 通過對設(shè)備的狀態(tài)連續(xù)性觀測并綜合專家系統(tǒng)軟件，識別設(shè)備已有的或正在發(fā)生的或潛在的設(shè)備性能劣化現(xiàn)象，對設(shè)備狀態(tài)作出合理的評估，確定設(shè)備最佳檢修時機(jī)。 狀態(tài)檢修的意義 替代傳統(tǒng)的計(jì)劃檢修，避免不必要的檢修及停電，使設(shè)備檢修更為合理、具有針對性，同時大大降低檢修費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)變電站維護(hù)的智能化。 功能一體化 系統(tǒng)功能集中化 設(shè)備功能集成化 電源系統(tǒng)一體化 輔助系統(tǒng)智能化 系統(tǒng)功能集中化 智能變電站全景數(shù)據(jù)的采集，使其具備了完成各種相關(guān)功能的條件，如常規(guī)變電站中獨(dú)立的小電流接地選線功能、防誤操作功能、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等。另外由于通信標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一以及保護(hù)裝置與自動化裝置的充分融合，保護(hù)裝置的管理也將逐漸納入自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 設(shè)備功能集成化 得益于測量的數(shù)字化以及控制方式的網(wǎng)絡(luò)化，常規(guī)間隔層設(shè)備的采樣模塊及I\O模塊極大的簡化，因此有條件進(jìn)一步強(qiáng)化其邏輯計(jì)算的能力，功能集成化程度越來越高，如10kV及35kV的保護(hù)測控合并單元一體化裝置，110kV及220kV保護(hù)測控一體化裝置，以母線為單元的集中保護(hù)測控裝置等。同時還可集成間隔級的故障錄波、電能計(jì)量等功能 設(shè)備功能集成化的趨勢 設(shè)備功能的橫向集成 保護(hù)、測控、錄波、計(jì)量等功能融為一體 跨間隔的集中式保護(hù)測控裝置 設(shè)備功能的縱向集成 保護(hù)、測控、智能終端、合并單元的集成，設(shè)備就地布置。 電源系統(tǒng)一體化 全站直流、交流、逆變、UPS、通信等電源一體化設(shè)計(jì)、一體化配置、一體化監(jiān)控，其運(yùn)行工況和信息數(shù)據(jù)能通過一體化監(jiān)控單元展示并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)，以標(biāo)準(zhǔn)格式接入自動化系統(tǒng)，并上傳至遠(yuǎn)方。 電源系統(tǒng)一體化 一直以來，變電站站用電源各子系統(tǒng)采用分散設(shè)計(jì)，獨(dú)立組屏，設(shè)備由不同的供應(yīng)商生產(chǎn)、安裝，由不同的專業(yè)人員進(jìn)行管理，從使用角度來說，存在諸多弊端。 智能站用交直流一體化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全站電源安全化、控制智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化。 輔助系統(tǒng)智能化 增加變電站視頻系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等輔助設(shè)備的智能化特性，提高變電站的安全性，運(yùn)行維護(hù)的方便性，滿足變電站集中控制、無人值班的要求。 視頻監(jiān)控、安防、監(jiān)控后臺操作、火災(zāi)報(bào)警、軸流風(fēng)機(jī)等實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。 具體行為：視頻監(jiān)控，在事故處理時與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動；安防系統(tǒng)可轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型；觸碰電子圍欄時攝像頭自動轉(zhuǎn)向該區(qū)域并進(jìn)行錄像，同時啟動保衛(wèi)室、控制室或監(jiān)控中心的警鈴；消防報(bào)警時應(yīng)閉鎖軸流風(fēng)機(jī)。 二次設(shè)備室空調(diào)系統(tǒng)、智能匯控柜實(shí)現(xiàn)溫濕度范圍的自動控制。 信息互動化 ——變電站的高級應(yīng)用 順序控制 信息分層分類優(yōu)化處理 智能告警及事故信息綜合分析決策 電壓無功自動分析控制 順序控制 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控中心、變電站就地順序控制功能，包括單間隔“運(yùn)行←→熱備用←→冷備用←→檢修”狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作，雙母線倒閘操作，變壓器各側(cè)跨電壓等級操作，以及其它任意典型操作票的組合任務(wù)的操作，包括開關(guān)柜運(yùn)行、試驗(yàn)位置和斷路器分、合閘的完整順序控制。 （1）監(jiān)控中心的順序控制方案：由集控站和變電站共同實(shí)現(xiàn)，存票和判別均在變電站側(cè)完成，集控站配合選票、傳票和驗(yàn)證。 （2）站內(nèi)自動化系統(tǒng)的順序控制方案：可采用集中式方案，順控的功能全部由變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)通信和處理裝置實(shí)現(xiàn)。 信息分層分類優(yōu)化處理 按照信息作用、服務(wù)對象以及重要級別，對信息實(shí)現(xiàn)分層控制。 數(shù)據(jù)庫按裝置模型進(jìn)行信息分類，提高系統(tǒng)性能和信息吞吐量。 智能告警及事故信息綜合分析決策 對站內(nèi)各種告警信息分類、過濾，并按功能分頁顯示。 建立設(shè)備專家知識庫，對告警及事故信息分析處理。 電壓無功自動分析控制 由調(diào)度/集控主站系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)集成應(yīng)用，根據(jù)各類節(jié)點(diǎn)參數(shù)計(jì)算出最優(yōu)VQC和AVC方案，并下發(fā)至變電站自動化系統(tǒng)，執(zhí)行無功調(diào)節(jié)命令。 謝謝！3Ji紅軟基地

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