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1、 电力综合自动化技术讲座电力综合自动化技术讲座穆大庆穆大庆第一篇第一篇 电力发展的前沿技术电力发展的前沿技术1 分布式电源（分布式电源（Distributed Generation）小型液体或气体燃料的内燃机微型燃气轮机各种工程用的无污染燃料电池。2 大功率电力电子器件（大功率电力电子器件（High Power Electronics）的应用）的应用可控整流器(SCR)、可关断的晶闸管(GTO)、MOS 控制的晶闸管(MCT)、绝缘门极双极性三极管(IGBT)等大功率高压开关器件的开断能力。大功率电力电子器件与现代控制技术的应用：新一代的高压直流输电（HVDC）：采用可关断的电力电子器件代替换
2、流变压器；消除可控整流的换流失败问题，从而可实现直流向孤立小系统的供电等。灵活的交流输电（FACTS）：实现对电力系统功率潮流、电压、相位角、参数(如线路阻抗)的连续调节控制，大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平，降低输电损耗。定质电力技术（Custom Power Technology）：为特殊用户提供特定要求的电力供应的技术。如改善电压质量（拟制电压闪变、保持电压稳定） ，消谐等。同步关断技术：利用由电子控制装置控制的电子开关实现同步关断（在电压或电流指定的相位断开或闭合电路） ，避免操作过电压及设备所受到的冲击。3 状态维修技术状态维修技术状态维修技术（Condition B
3、ased Maintenance）包涵：以设备或元件的可靠性（重要性）为中心的维修技术（Reliability Centered Maintenance）基于状态检测的预测维修技术（Predictive Maintenance）4 电磁兼容技术电磁兼容技术电磁兼容（Electricity Magnetism Compatibility）是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。电磁兼容技术是一门迅速发展的交叉学科，涉及电子、计算机、通信、航空航天、铁路交通、电力、军事以至人民生活各个方面。第二篇第二篇 变电站综合自动化系统介绍变电站综合自
4、动化系统介绍1 变电站综合自动化系统概述变电站综合自动化系统概述变电站综合自动化系统集微机监控、数据采集、故障录波及微机保护为一体。实现变电所实时数据采集、电气设备运行监控、开关闭锁、防误操作、小电流接地选线、远动通信、监测保护设备状态、检查和修改保护定值等功能。解决了各专业在技术上保持相对独立而造成的各行其是,重复投资甚至影响运行可靠性的弊端。而且采用微机保护能同时整定几种运行方式下的保护定值,当运行方式改变时,可在几分钟内把定值切换至相应位置,解决了原运行方式变化大、整定难配合的弊病,大大地提高了继电保护的“四性” 。国外变电站综合自动化公司主要有：德国：西门子、ABB、AEG美国：GE、
5、西屋法国：阿尔斯通日本：三菱电气、关西1975 年，日本关西、三菱公司开始研究，1979 年 12 月 SDCS-1在那须其竹克里变电站投运。1985 年西门子公司德 LSA67B 在德国汉诺威投运。国内主要有：北京四方：CSC2000南京南瑞集团：BSJ-2200南瑞继保：RCS-9000国电南自：PS6000许继集团：CBZ-8000烟台东方电子：DF3000北京德威特：DVPS-600湖南主要有：华能自控：MTC-3湖南紫光：DCAP3000湘能许继1987 年由清华大学电机工程系研制的我国第一套变电站综合自动化系统在山东威海的望岛变电站（35KV 城市变）投运。90 年代我国的变电站综
6、合自动化蓬勃发展。目前技术已比较成熟。2 变电站综合自动化体系的发展过程变电站综合自动化体系的发展过程集中式控制系统（CCSConcentrated Control System）：利用主控室计算机集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护及一些自动控制等（并非是指由一台计算机来完成所有这些功能，一般是由多台计算机来完成） 。集散式控制系统（DCSDistributed Control System）：把整套综合自动化系统按照不同功能组成多个屏柜，这些屏柜一般集中安装在主控室中，由监控主机集中对各屏柜进行管理，然后通过通讯接口与调度联系。基于现
7、场总线的分层分布式控制系统（FCSFieldbus Control System）：分层是指功能上的分层，一般分为间隔层、 （网络层） 、站控层；分布是指地理空间上的分布。间隔层按变电站的元件间隔进行设计，将一个元件间隔（如某断路器间隔）的数据采集、保护、测控等功能由一个或多个安装在元件柜上或元件间隔附近的智能化测控单元 IED（Intelligent electronic device）完成，各智能测控单元由现场总线相连，并由连接在现场总线上的通信管理主机连接到站控层，站控层由网络总线连接各工作站并由调度通讯站负责与调度通信。发展趋势：（1） 、功能分散单元分散（2） 、集中控制分布式网络（
8、3） 、少功能多功能（测量、监控、保护一体化，微机保护与故障录波合二为一，电压、无功综合控制，操作闭锁（五防：带负荷拉、合刀闸，误入带电间隔，误分、合开关，带电挂接地线，带地线合刀闸） ）（4） 、测量数据各自为政测量数据完全共享（5） 、电磁传感光电传感（6） 、趋于规范化、标准化（国际 IEC60870-5；国内 DL/T634-1997、DL/T667-1999、DL/T719-2000）3 目前变电站综合自动化系统的结构目前变电站综合自动化系统的结构数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类：智能化的一次设备网络化的二次设备在逻辑结构上可分为三个层次：“过程层”、 “间隔层”、 “
9、站控层”。各层次内部及层次之间采用高速网络通信。1、过程层过程层是一次设备与二次设备的结合面。主要功能分三类：* 电力运行的实时电气量检测。* 运行设备的状态参数在线检测与统计。* 操作控制的执行与驱动（执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制等） 。2、间隔层间隔层设备的主要功能是：*汇总本间隔过程层实时数据信息。*实施对一次设备保护控制功能。*实施本间隔操作闭锁功能。*实施操作同期及其他控制功能。*对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制。*承上启下（上、下层之间）的高速双口全双工工作方式的通信功能。3、站控层站控层的
10、主要任务是：*通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库。*按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心。*接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。*具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能。*具有(或备有)站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能。*具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能。*具有(或备有)变电站故障自动分析和操作培训功能。4 目前变电站综合自动化系统中的网络选型目前变电站综合自动化系统中的网络选型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输的快速性决
11、定了系统的可用性。其中网络的适应性是最基本的条件，网络通信速度的提高和合适的通信协议的制定是关键技术。网络所选用的一般方式有：*RS485 接口（有主站、从站之分，主站存在瓶颈现象；无统一标准）*局部操作网 Lonworks(Local operating system)*控制局域网 CAN(Controller Area Network)*现场总线基金会网 FF(Fields Foundations)*局域网 LAN：以太网(ethernet)等目前以太网异军突起，已经进入工业自动化过程控制领域，有进入间隔层而取代现场总线的趋势。基于 TCP/IP 协议（传输控制协议/网际协议） ，速率达到
12、 100MHz 的嵌入式以太网控制与接口芯片已大量出现，数字化变电站自动化系统的两级网络全部采用100MHz 以太网技术是可行的。5 数字化变电站综合自动化系统发展的新技术数字化变电站综合自动化系统发展的新技术1、智能化的一次设备（一次设备的智能检测及控制与设备的一体化）2、网络化的二次设备3、分层分布式系统结构（尤其是以太网的应用）4、自动化的运行管理系统5、数字式视频图象监视技术6、状态检测与故障诊断技术7、光纤通讯技术的应用8、光电互感器（OCToptical current transducer、OVToptical voltage transducer）的应用9、电能质量在线检测技术
13、10、新硬件技术的应用（如 32 位微处理芯片、数据采集芯片 DSP、高速高精度的 A/D、FLASH 闪存等）11、软件新算法应用（如小波算法用于微机保护、故障定位、设备状态监视与故障诊断、谐波检测；模糊数学用于同期装置的均频控制、机组振动及故障诊断；神经网络用于解决非线性复杂系统的控制等）6 数字化变电站自动化系统发展中的主要问题数字化变电站自动化系统发展中的主要问题1、研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关。2、材料器件方面的缺陷及改进。3、试验设备、测试方法、检验标准，特别是 EMC(电磁兼容)控制与试验还是薄弱环节。第三篇第三篇 微机保
14、护介绍微机保护介绍（在变电站综合自动化中，微机保护是其中最重要的一部分。 ）1 微机保护概述微机保护概述1.1 微机保护的发展微机保护的发展一、微机保护发展概况1、国外：20 世纪 60 年代开始研究，由英、澳、美等国学者倡导，由于当时技术、经济等条件的限制，仅在计算方法和程序结构等方面进行了理论探索，然而却为微机保护的发展奠定了理论基础。70 年代初期，计算机技术出现重大突破，以微处理器为核心的微机进入实用阶段，从而带来了微机保护的研究高潮，70 年代中、后期出现了比较完善的微机保护样机，并在电力系统中投运。80 年代微机保护的硬件及软件技术日趋成熟，并在少数发达国家推广应用。90 年代微机
15、保护已开始在电力系统中得到广泛应用。2、国内：70 年代末开始研究，80 年代投运，90 年代推广*华北电力学院研制的第一套 MDP-1 线路微机保护装置于 1984 年在河北马头电厂投运。*东南大学与华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护及发电机-变压器组保护相继于 1989 年、1994 年通过鉴定并投运。*南京自动化研究院研制的微机线路保护装置于 1991 年通过鉴定并投运*天津大学与南京自动化设备厂研制的微机相电压补偿式方向高频保护于 1993 年通过鉴定并投运*西安交通大学与许昌继电器厂研制的正序故障分量方向高频保护于1996 年通过鉴定并投运从 90 年代至今，微机保护在我国
16、已得到推广应用，不同原理、不同机型的微机保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的微机保护装置。国内主要的变电站综合自动化（以微机保护为主）生产厂家：五大厂家：南京南瑞公司，南京自动化设备厂，北京四方公司，许昌许继集团，烟台东方电子。湖南的主要生产厂家：华能自动化公司，湖南紫光测控公司等。湘能许继公司，二、微机保护硬件的发展历程及趋势1、第一代：以“01”型（WXB-01）为代表特点：单 CPU 结构，多路转换的 ADC 模数变换（12 位的 AD574） 。2、第二代：以“11”型（WXH-11 及 WXB-11）为代表特点：多个 CPU 并行工作（多个 8 位单片机） ，总线不引出插件，采用 VFC 模数变换（AD654） 。3、第三代：以 CS 系列（北京哈德威四方公司及华北电力大学研制的 CSL-101 线路保护，CST-200 变压器保护）及 LFP-900 系列（国电南瑞公司即原南京自动化研究所研制）等为代表特点：采用总线不引出芯片的高性能的不扩展 16 位单片
