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1、毕 业 设 计 开 题 报 告题 目 数 字 化 变 电 站 研 究 学生姓名 雷 娇 学号 0717024034 所 在 院 (系 ) 电 气 工 程 系 专业班级 电 气 071 指导教师 徐 蓉 2011 年 3 月 15 日陕西理工学院本科毕业设计开题报告题 目 数字化变电站研究一、数字化变电站的研究背景及研究意义数字化变电站，即是指变电站内一次电气设备实现数字化通信，数字化一次设备和二次智能装置均按照全站统一的标准平台（IEC61850 标准）进行数据建模及通信，并在此平台的基础上实现相互之间的互操作性。随着电力系统自动化水平的提高和软硬件技术的不断发展和成熟，特别是电子式电流互感器
2、和智能化开关的发展，数字化变电站技术越来越瘦到人们的重视。数字化变电站也将成为变电站技术的发展方向。研究意义：作为国家电网公司“十一五”科技发展规划中列出的提高电网自动化水平的五大重点技术课题之一，也是国家电网“十二五”规划中智能电网的重要组成部分之一，数字化变电站是目前电力自动化领域中最热门的话题，数字化变电站试点工作正在全国变电站建设中广泛开展。变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在 220KV 及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高里了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电
3、网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价，这已经成为不争的事实。然而，技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响，全数字化的变电站自动化系统即将出现。数字化变电站的建成投产将为电网数字化奠定基础，在变电站发展历程史上具有划时代的意义，是变电技术的革命。二、数字化变电站在国内外的研究现状及发展趋势国内：数字化变电站在我国发展迅速。1954 年，我国从前苏联引进来远方终端装置 RTU，东北电网安装了 16 套遥测装置。1956 年，
4、北京实现了第一个遥控变电站，到 1959 年全国已有 29 个变电站实现了遥控和无人值班，此外，还在 2 个水电厂和 7 个火电厂安装了遥测、遥控、遥信装置。此后，国内开始了系列运动产品的研制工作，并且在华北、华东和东北三大网推广应用。20世纪 60 年代中期，随着电子技术的迅速发展，许多国家都开始了基于计算机的数据采集和监控系统 SCADA 的研制，20 世纪 70 年代基于微处理器技术的微机型运动装置问世，它采用数字通信技术取代原来的编码传输，用软件编程来实现各种逻辑和控制，具有很高的可靠性、灵活性且性价比高。20 世纪 80 年代中期开始的四大网引进工程极大地推动了我国微机型 RTU 技
5、术的发展，从而也幅度的提高了我国变电站自动化技术的水平。于此同时开展微机型继电保护装置的研究工作，最早通过鉴定的微机型继电保护装置是 WXB-01 型，随后研制的 WXB-11 型线路保护性能得到了很大的提高，产品的实用化水平也不断提高。在微机型线路保护广泛使用的同时，微机型的元件保护、微机型的故障录波器等设备也逐渐在电力系统中投入了使用。这些微机型智能设备的广泛使用，为变电站综合自动化理论的提出提供了一个基本的技术基础。数字化变电站技术是变电站自动化技术中具有里程碑意义的一次变革，对变电站自动化系统的各方面将产生深远的影响。数字化变电站三个主要的特征就是“一次设备智能化，二次设备网络化，符合
6、 IEC61850 标准” ，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的信息平台。从 1995 年德国提出制定 IEC61850的设想开始，中国就一直关注 IEC61850 的发展。全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会自 2000 年起，就将对 IEC61850 的转化作为工作重点之一。从 CD 到 CDU，从 FDIS 到正式出版物，标委会及其工作组专家密切跟踪 IEC 标准的进展，用近 5 年的时间，二十多位专家的辛勤工作，完成了 IEC61850 到行业标准 DL/T860 的转化。标准转化的同时，国内顶级设备制造商同
7、步开展了标准研究和软硬件研发。2006 年以来，相继有采用 IEC61850 标准的变电站投入运行，从 110Kv 到 500kV，从单一厂家到多家集成，国内对数字化变电站工程实践的探索正在向纵深发展。在国调中心的领导下，从 2004 年底开始，标委会成功组织了 6 次大规模互操作实验，极大地推动了基于 IEC61850 标准的设备研制和工程化。目前，国内各网省公司都进行了数字化变电站试点，对 DL/T860 标准的应用程度和技术水平各不相同。未来，在智能电网建设的大背景下，数字化变电站快速发展是必然趋势，但首先还是要解决电子式互感器的可靠性问题、网络交换机的可靠性问题等。国外：国外从 70
8、年代末、80 年代初就开始进行保护和控制综合自动化系统的新技术开发和试验研究工作。如由美国西屋电气公司和美国电力科学研究院（EPR I）联合研制的 SPCS 变电站保护和控制综合自动化系统，由日本关西电力公司与三菱电气公司共同研制的 SDS-、保护与控制综合自动化系统从 19771979 年进行了现场试验及试运行，80 年代初已交付商业应用。目前，日本日立、三菱、东芝公司，德国西门子公司（SIEM EN S） 、A EG 公司，瑞士 ABB 公司，美国通用电气公司(GE)、西屋电气公司（Wesing house） ，法国阿尔斯通公司（AL-STHOM）,瑞士Landis&Gyr 公司国际著名大
9、型电气公司均开发和生产了变电站综合自动化系统（或称保护与控制一体化装置） ，并取得了较为成熟的运行经验。其主要特点为：系统一般采用分层分布式，系统由站控级和元件/间隔级组成，大部分系统在站控级和元件/间隔级的通信采用星形光纤连接，继电保护装置下放到就地，主控室与各级电压配电装置之间仅有光缆联系，没有强电控制电缆进入主控室，这样节约了大量控制电缆，大大减少对主控室内计算机系统及其他电子元器件的干扰，提高了运行水平和安全可靠性。总统看来，国外变电站自动化技术的发展趋势和国内发展趋势基本上一致，分布式变电站自动化系统已逐步成为技术发展的主流。三、本课题的研究内容、关键技术及论文写作提纲1、研究内容：
10、本课题研究的主要内容是电子式互感器（包括电流式互感器和电压式互感器）的工作原理、数字化变电站的架构特点、数字化变电站二次装置配置原则和方案、IEC61850 通信规约的特点以及分析传统变电站与数字化变电站的区别及数字化变电站的发展方向。2、关键技术：关键技术即在数字化变电站的研究及发展中遇到的瓶颈问题的解决方案。数字化变电站研究中的几个技术问题如下：（1）电子式互感器的可靠性问题。变电站全数字化最大的障碍在于一次设备，特别是一次测量设备。近年来，电子式互感器正逐步走向实用化，电子式互感器中采用了一些光学器件和电子器件等相对易耗元件，有必要展开对电子式互感器可靠性问题的研究。由于电子式互感器和电
11、磁式互感器在实现原理上有很大的不同，其可靠性也会呈现出一些新的特点。可靠性有可能成为制约电子式互感器发展的一个重要因素。（2）数字化测量系统的稳定性问题。数字化电气测量的稳定性对于数字化变电站至关重要。其中主要是非常规互感器，非常规互感器中包含的光电传感器和光纤二次回路通信网络的可靠性、稳定性直接关系到数字化变电站数据采集的稳定性，需要在具体工程中得到进一步大检验。（3）数据采集共享问题。由于继电保护设备在保证电力系统安全稳定运行上有着特殊的作用，因而决定了它电力系统中的地位是非常重要的，所以继电保护如果与变电站综合自动化系统其他设备进行数据采集和共享，必须解决各个系统的设备对数据的采集速率问
12、题，这也是较难实现的。（4）系统的网络选型问题。网络系统是数字化变电站自动化系统的命脉，它的可靠性与信息传送的快速性，决定了系统的可用性。全数字化的系统中信息的采样、保护算法与控制命令的形成，是由网络上多个 CPU 协同完成的。如何控制好采样的同步和保护命令的快速输出是一个复杂问题，起最基本的条件是网络的适应性，关键技术是网络通信速度的提高和合适的通信协议的制定。如果采用通常的现场总线技术，可能不能胜任数字化变电站自动化的技术要求。目前，以太网已经进入工业自动化或称控制领域，嵌入式以太网的出现为数字化变电站综合自动化系统的设计提供了实现站内网络通信的新途径，数字化变电站自动化系统的两级网络，全
13、部采用 100MHz 以太网技术是可行的。（5）IED 的互操作性问题。IEC61850 对变电站自动化信息具有完整的建模方法，不仅可支持站内的通信语义，也为变电站信息发布提供了统一的模型。制定 IEC61850 标准的主要目标之一是实现 IED 的互操作性和互换性。为了保证 IED 的互操作性，需要对其进行一次测试和性能测试。由于 IEC61850 标准的复杂性、其性能在网络异常是的未知性以及保护、监控系统对实时性的严格要求等原因，很可能出现单独产品已通过一致性测试，将其构成应用系统是却不能通过应用测试的情况。通过一致性测试只是通过应用测试的充分而非必要条件。对 IEC61850 标准的一致
14、性测试还需要进一步加强研究，但还只停留在相对简单的 IEC61850 各个功能服务测试，缺乏组网整体的性能测试以及尚缺乏相应的数字式试验设备，国内急需建立一个完整全面的数字式设备测试环境。3、毕业论文的简单提纲：一、序论二、本论（一）国内外数字化变电站的现状及数字化变电站与传统变电站的区别（二）电子式互感器工作原理及与传统互感器的比较（三）数字化变电站的架构特点（四）数字化变电站二次装置配置原则和方案（五）IEC61850 通信规约简介三、结论四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1 高翔.数字化变电站应用技术.北京：中国电力出版社，2008 年 1 月.2 高翔，张沛超.数字化变电站的主
15、要特征和关键技术.电网技术，2006 年 8 月.3 高翔.数字化变电站应用展望J.华东电力，2006.4 葛荣良.数字化变电站技术综述（上、下）.华东电力设计研究院有限公司，2009.5 汪觉恒.国内外变电站综合自动化技术的现状与发展.湖南：湖南省电力勘测设计院，1999.6 丁书文，史志鸿.数字化变电站的几个关键技术问题.河南：郑州电力高等专科学校；许继电气股份有限公司，2008 年 5 月.7 沈建，黄晓峰，高贵旺，徐石明，丁杰，黄国方.数字化变电站的关键技术.江苏：国电南瑞科技股份有限公司，2007.8 吴琴芳，陈恳.IEC61850 与数字化变电站的应用研究.南昌：南昌大学信息工程学
16、院，2009.9 宋文伟，岑凯辛.数字化变得站在我国的新发展.大众用电，2010 年 6 月（2627）.10 陈浩敏，陈伟浩.数字化变电站研究与应用.广州电力学院.11 周佺宪.110kV 数字变电站的应用研究.硕士学位论文.云南：昆明理工大学，2007.12 黄颖.数字化变电站二次智能装置的研究.硕士学位论文.上海：上海交通大学，2006 年 6 月.13 李慧.基于 IEC61850 标准的数字化变电站研究.硕士学位论文.浙江：浙江大学，2008 年 5 月.14 Communication networks and systems in substationsS.IEC 61850.2
