智能变电站新技术培训教材

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1、,智能变电站新技术 New Technology in Intelligent Substation,技术培训,主要内容,智能变电站自动化系统体系结构,非常规互感器及合并单元技术,2,基于IEC61850的信息建模技术,4,智能变电站的网络通信技术,5,智能一次设备及状态检测技术,3,信息一体化平台与高级应用,6,1,智能变电站自动化系统的设计与调试,7,内容提要,智能变电站自动化系统体系结构,1,智能变电站定义 智能变电站的技术特征 智能变电站自动化系统的典型结构,智能变电站定义,智能变电站,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

2、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。,对智能变电站概念的进一步理解,相邻变电站,智能变电站,用户,电源,互动,智能一次设备,互动,互动、下放,接纳,智能告警 高级分析决策,调度中心,智能变电站的主要技术特征,系统建模标准化 系统分层分布化 系统结构紧凑化 信息交互网络化 信息应用集成化 数据采集数字化 设备操作智能化 设备检修状态化 高级应用智能化,IEC61850标准,系统架构,非常规互感器及合并单元,智能一次设备,信息一体化平台,智能变电站的关键技术,1,2,3,4,5,智能变电

3、站,智能传感技术 采用智能传感器实现 一次设备的灵活监控,网络传输技术 构成网络化二次回路实现 采样值及监控信息的网络化传输,数字采样技术 采用电子式互感器实现 电压电流信号的数字化采集,信息共享技术 采用基于IEC61850(DL860)标准的信息交互模型实现二次设备间的信息高度共享和互操作,智能变电站采用了多种新技术，其整个二次系统的整体架构、配置及与一次系统的连接方式与传统变电站相比均有较大变化,同步技术 采用 B码、秒脉冲或IEEEl588网络对时方式实现全站信息同步,智能变电站自动化系统的发展过程,第一阶段站控层和间隔层采用IEC61850-MMS网络 过程层仍采用常规互感器和常规一

4、次设备。间隔层IED采用IEC61850标准进行信息建模，间隔层与站控层之间采用映射到MMS（制造报文规范）的方法进行信息交互。 第二阶段过程层采用非常规互感器和常规一次设备 信息的数字化进程触及到了过程层，互感器采用数字输出的电子式互感器或纯光学互感器，数字量输出采用IEC60044-8或IEC 61850-9-1帧格式。用电缆硬接线实现与常规一次设备的连接。 第三阶段过程层采用非常规互感器和智能一次设备 智能变电站自动化系统的最终结构形式，由于完全智能化的一次设备研究相对滞后，采用“常规一次设备+智能终端”方案。 采样值传输采用IEC 61850-9-2标准，过程层全面网络化。,智能变电站

5、与传统变电站的区别,传统变电站 智能变电站,智能变电站与传统变电站的区别,传统变电站二次系统结构,智能变电站与传统变电站的区别,智能变电站二次系统结构,智能变电站与传统变电站的区别,智能变电站屏柜,传统变电站屏柜,智能变电站与数字化变电站, 数字化变电站 电子式互感器用于扩大数字化技术范围、统一简化采集源 IEC61850解决信息建模和互操作问题 智能变电站的重要特征体现“智能” 设备智能化+高级智能应用 数字化变电站技术是智能变电站的一部分 智能变电站是变电站整体技术的跨越 数字化是基础，智能化是手段，可靠、高效是目的。,智能变电站的技术优势,简化二次接线，少量光纤代替大量电缆； 非常规互感

6、器绝缘简单无饱和、铁磁谐振等问题； 一次、二次设备之间无直接的电气联系，不存在传输过电压和两点接地等问题； 信息高度共享，监控、远动、保护、VQC、小电流接地选线和五防等实现一体化，大大提高集成度和智能化水平； 二次设备小型化、标准化、集成化并可灵活配置，减小了变电站集控室的面积； 采用数字信号传输，提高了测量精度，增强了抗电磁干扰能力。,智能变电站自动化系统的典型结构,内容提要,非常规互感器及合并单元技术,2,非常规互感器 合并单元技术要求 同步采样技术 工程应用,非常规互感器的原理和分类,电子式互感器与常规互感器的比较,电子式互感器通常由传感模块和合并单元两部分构成，传感模块又称远端模块,

7、安装在高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字信号。合并单元安装在二次侧，负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。电压等级越高电子式互感器优势越明显。,非常规互感器存在的问题,1、远端传感模块的稳定性和可靠性（安置在室外时温度、电磁干扰等） 2、绕制在陶瓷骨架上的空芯线圈结构的稳定性对测量精度的影响。 3、对独立结构的有源式电子互感器的远端模块取电技术。 4、光学互感器的传感材料、传感头组装技术、温度和振动都对测量精度有一定影响，而且长期运行稳定性有待提高。,因此，考虑到技术经济性和运行可靠性，现阶段采用了“常规模拟量采集”的合并单元来实现数据采集的数字化。,传感器及合并单元的

8、双重化,原则 传感器件双重化 A/D采样双重化 合并单元双重化,互感器及合并单元的技术要求,1、应支持可配置的采样频率，分别满足保护、测控、录波、计量及故障测距等的要求，例如采样速率40点、80点、256点； 2、采样值发送间隔离散值应小于10s； 3、工作环境温度-4070； 4、接收GPS同步对时信号的同步误差应不大于1s，在外部同步信号消失后，在10 分钟内能满足4s的同步精度要求； 5、在异常网络流量工况下的运行稳定性； 6、温度变化、湿热等环境下，稳态、暂态性能，比差、角差均应满足GB/T 20840-8的规定；,合并单元的抗干扰性能试验和要求,7、双A/D回来的采集结果独立且幅值相

9、差不大于2.5%； 8、抗电磁干扰能力要求。Q/GDW 426 2010 ,合并单元的同步采样技术,智能变电站数据采集的同步要求： 1、三相电流、电压需要同步：三相平衡； 2、间隔内电流电压之间需要同步：功率、阻抗； 3、不同间隔的电流之间需要同步：差动(变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同步问题,母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步问题)； 4、变电站之间的采样值需要同步：线路差动保护(从相邻变电站获取电流采样值需要同步)。,合并单元的同步采样技术,3种同步采样技术方案： 1、基于GPS秒脉冲同步的同步采样 IEC 61850-9-1/2，基于以太网的采样值传输延时无法确

10、定，只能采用同步时钟法。 同步方法简单 对交换机要求高 秒脉冲丢失时存在危险 同步时钟不等于对时时钟，可以不依赖于GPS,合并单元的同步采样技术,2、基于数据插值的同步采样 基于采样值传输延时是确定的，可以采用插值同步法。合并单元和保护测控装置都可采用该方法。插值算法是通过采样点的t(时间)，x(瞬时值)，以及插值目标的t，来计算插值目标的x。 采样率要求高 硬件软件要求高，实现难度较大 不依赖于GPS和秒脉冲传输系统,合并单元的同步采样技术,合并单元的插值 测控保护装置的插值,合并单元的同步采样技术,插值算法最重要的内容就是需要把所有被用于同步的数据的x必须在统一的时间体系内，例如以采样点的

11、采集时间为准。要获得准确的采样点的采集时刻，必须采取以下两种方式之一： (1) 接收方自己给数据贴上接收的时标，然后减去数据的发送延时，就可以得到数据的采集时刻，这种情况下要求数据发送延时是固定值。 (2)发送方将数据采样的时刻填写在数据帧内，接收方以发送方写入的发送时间为准进行数据处理，这种情况适用于发送延时不固定的情况。,合并单元的同步采样技术,3、基于IEEE1588协议的时钟同步 “网络测量和控制系统的精密时钟同步协议” 以太网传输，需硬件支持 与采样值传输共用链路，可靠性高 需交换机支持,合并单元的同步采样技术,主从时钟间的偏移量TOffset以及传输延迟TDelay,IEEE158

12、8时钟同步过程,合并单元采样数据品质因数的处理,保护装置应处理MU上送的数据品质位(无效、同步、检修等)，及时准确提供告警信息。在异常状态下，利用MU的信息合理地进行保护功能的退出和保留，瞬时闭锁可能误动的保护，延时告警，并在数据恢复正常之后尽快恢复被闭锁的保护功能，不闭锁与该异常采样数据无关的保护功能。 1、检修态 2、数据有效/无效 3、数据同步标志（测控使用GPS对时使用）,合并单元采样数据品质因数的处理,1、检修态处理,工程配置方案主变压器,主变MU及 智能终端 配置方案,工程配置方案单母分段接线型式,单母分段接线线路保护配置方案,内容提要,智能一次设备及状态检测技术,3,智能设备的技

13、术特征 智能组件与智能终端 在线状态检测,智能设备的概念,“智能设备”不但具有传输和分配电能的主设备本体，还具有测量、控制、保护、计量等功能。其回归电力系统设备的本意，不再强调一、二次设备的划分。各功能的物理形态以智能组件方式体现，组件又是一个灵活的概念，可以由一个完成所有功能，也可以分散独立完成，可以外置于主设备本体之外，也可以内嵌于主设备本体之内。 上述概念即考虑了传统一、二次设备的现状，也考虑了未来的发展趋势，可适用于今后智能变电站的发展。 智能设备=一次设备+智能组件的有机结合,智能终端,定义 一种智能组件。与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（如

14、：断路器、刀闸、主变压器等）的测量、控制等功能。 特点 (1)能够在不改变开关现有条件下实现一次设备和间隔层二次设备的数据通信； (2)智能开关等智能一次设备的过渡产品； (3)包含断路器操作回路，完成断路器、隔离刀闸等位置信息的采集及分合控制； (4)采集主变档位、温度等信息。,智能终端,针对户外安装的需求，智能操作箱需要进行专门设计： (1)全部采用-40-85范围的器件，选用耐高温长寿命电容器； (2)从装置配置中去除了液晶； (3)去除了MMS通信插件，降低机箱内部功耗,提高环境温度的耐受能力； (4) 装置已进行了-2060范围的温度试验，进行了624小时交变湿热试验。,内容提要,基

15、于IEC61850的信息建模技术,4,电力系统通信技术回顾 IEC61850标准简介 基于IEC61850标准的信息建模,电力系统通信技术回顾,电力系统通信技术历经了几次大的发展变化： 1. 面向协议 -数据如何传输。 2. 面向对象 -数据传输的内容。 3. 面向统一的对象模型 -电力系统统一的对象模型和建模技术。 4. 电力企业统一信息架构 -一个世界，一种标准，一种技术。,IEC61850标准的体系结构,需求： Part-3，总体要求 Part-5，功能和设备模型的通信要求 设计： Part-7，建模及抽象通信服务接口(ACSI) 实现： Part-8、9，特定通信服务映射(SCSM)

16、Part-6，系统描述语言(SCL) 测试： Part-10，一致性测试 其他： Part-1，概述 Part-2，术语 Part-4，系统和项目管理,IEC61850信息建模的对象层次,IEC61850信息建模的对象层次,Physical Device (network address),DA,Logical Nodes,DA,DA,DA,DA,DA,内容提要,智能变电站的网络通信技术,5,智能变电站通信概述 过程层网络通信技术 GOOSE技术及应用,智能变电站内部信息交互接口,智能变电站内网络通信特点,通信网络要求：可行性、可靠性、实时性等 站控层网络 功能和综自站相同 多套用成熟方案（国外单环网，国内单/双星） 过程层网络 采样值: 点对点组网点对点- - -组网（未来） GOOSE: 组网点对点- - -组网（未来）