数字化变电站关键技术及未来展望分析

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1、数字化变电站关键技术及将来展望分析 数字化变电站对电气设备行业影响庞大，将导致二次设备行业、互感器行业甚至开关行业的洗牌，并且以IEC61850为纽带将促进一次设备和二次设备企业的互相合作与渗透。将来数字化变电站将实现一次设备的智能化和二次设备的信息化，通过在变电站的站控层、间隔层以及过程层采纳全面的标准IEC61850通信协议，避免设备的重复投入。在站控层方面，除了继承传统的监控系统外，应配置远动工作站，目的是向调度实现远程数据传输；在间隔层方面，由于多种IED的应用使的数字变电站产生多种不同的框架结构；在过程层方面，一些高级设备的研发和应用，例如智能化开关设备等。据行业内的分析报告显示，每

2、年都有上千座35 kV及以上等级的新建变电站投入运行，新建变电站基本上都采纳自动化系统模式，因此估计将来几年电力系统变电站自动化市场规模每年将保持在5080亿元。 随着国家电网公司保持智能电网计划的实施，变电站将向智能变电站发展，一次设备要升级为智能电力设备，二次设备则成为智能控制单元，这是一个革命性的变化。 数字化变电站对电气设备行业影响庞大，将导致二次设备行业、互感器行业甚至开关行业的洗牌，并且以IEC61850为纽带将促进一次设备和二次设备企业的互相合作与渗透。将来数字化变电站将实现一次设备的智能化和二次设备的信息化，通过在变电站的站控层、间隔层以及过程层采纳全面的标准IEC61850通

3、信协议，避免设备的重复投入。在站控层方面，除了继承传统的监控系统外，应配置远动工作站，目的是向调度实现远程数据传输；在间隔层方面，由于多种IED的应用使的数字变电站产生多种不同的框架结构；在过程层方面，一些高级设备的研发和应用，例如智能化开关设备等。据行业内的分析报告显示，每年都有上千座35 kV及以上等级的新建变电站投入运行，新建变电站基本上都采纳自动化系统模式，因此估计将来几年电力系统变电站自动化市场规模每年将保持在5080亿元。 随着国家电网公司保持智能电网计划的实施，变电站将向智能变电站发展，一次设备要升级为智能电力设备，二次设备则成为智能控制单元，这是一个革命性的变化。3.数字变电站

4、的研究 方面的资料 什么是数字化变电站？ “一次设备智能化，二次设备网络化 多种技术的综合应用。 1)IEC61850的应用； 2电子式互感器及智能高压电器； 3网络化继电保护与测控装置； 4网络化电能计量技术； 5数字化变电站安全可靠性； 6数字化变电站相关的制定、试验、验收、运行、维护技术标准与规范研究。 变电站自动化系统模式演化 通信是关键，IEC61850提供了完整解决方案。 什么是数字化变电站？ 什么是数字化变电站？ 推举方案：采纳三层结构，星形以太网传输数据，全面支持IEC61850，主要使用MMS、GOOSE、SV。 什么是数字化变电站？ 什么是数字化变电站？ 内容提要 什么是数

5、字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程施行 交流输入模件 A/D变幻 微计算机 开入开出模件 人机对话模件 端子箱 二次设备和一次设备功能重新定位。 如何实现数字化变电站？ 交流输入模件 A/D变幻 微计算机 开入开出模件 人机对话模件 MU 一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构： 1、A/D变幻没有了，代之以高速数据接口。 2、开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置公布命令，由一次设备的执行器来执行操作。 高速以太网通信 ECT IED 执行器 如何实现数字化变电站？ 如何实现数字化变电站

6、？ 间隔层设备具备独立的GOOSE网口和SV网口： 3个站控层以太网+2个GOOSE以太网+保护SV以太网 +录波SV以太网 如何实现数字化变电站？ 智能操作箱按就地安装的环境条件制定，具备两个独立的GOOSE以太网接口： 如何实现数字化变电站？ 合并单元按就地安装的环境条件制定，具备两个独立的SV以太网接口： 站控层网络拓扑结构基本不变，采纳IEC61850通信，不作具体介绍： 如何实现数字化变电站？ 如何实现数字化变电站？ 站控层设备采样SNTP对时，间隔层设备和智能操作箱采纳IRIG-B码对时，合并单元采纳PPS秒脉冲对时，支持双星模式。 如何实现数字化变电站？ 关于不支持IEC6185

7、0的设备采纳信息管理机间接接入 如何实现数字化变电站？ 间隔互锁通过站控层网络的GOOSE实现： 如何实现数字化变电站？ 保护装置双重化，GOOSE网络双重化，双网跳闸报文“或逻辑出口，本套保护仅与本套操作箱配合： 如何实现数字化变电站？ 保护装置单重化，GOOSE网络单重化： 如何实现数字化变电站？ 特别状况：母联分段间隔。 如何实现数字化变电站？ 采样值SV单重化组网，测控接入第一套网络： 如何实现数字化变电站？ 典型间隔示例：双重化配置线路间隔。 如何实现数字化变电站？ 智能操作箱双重化配置时只有一个合圈： 如何实现数字化变电站？ 智能操作箱双重化配置时有两个合圈： 如何实现数字化变电站

8、？ 电流互感器有罗式线圈和低功率线圈两种，其中罗式线圈对一次电流进行了微分，低功率线圈原理与传统线圈相同。 如何实现数字化变电站？ 合并单元和互感器为一个厂家生产：将同步信号和激光电源共用光纤，互感器有激光输入和数据输出两个光纤串口。 如何实现数字化变电站？ 合并单元和互感器为不同厂家生产：具备独立激光电源装置，互感器多一个同步信号接口。 如何实现数字化变电站？ 低电位采集的互感器使用直流供电： 如何实现数字化变电站？ 过程层交换机和站控层交换机独立设置； 过程层采纳100M多模光纤以太网，SC接口； 如何实现数字化变电站？ 分层分布，按间隔配置交换机：造价高，风险分散。 如何实现数字化变电站

9、？ 不区分功能集中设置交换机：经济性好，风险集中。 如何实现数字化变电站？ VLAN的细化用于隔离数据，提升系统可靠性： 如何实现数字化变电站？ 使用非组合式互 感器时PT切换方 式：由合并单元 完成 如何实现数字化变电站？ 使用非组合式互 感器时PT并列方 式：由合并单元 完成 如何实现数字化变电站？ 10kV使用SV方案： 如何实现数字化变电站？ 10kV使用组合式小信号互感器方式： 内容提要 什么是数字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程施行 IEC61850与数字化变电站1 IEC61850为数字化变电站提

10、供了全面的网络通信解决方案 1)IEC61850首次提出了变电站层、间隔层和过程层的3层变电站自动化通信模型； 2)3层模型能够满足数字化变电站信息组织和通信必需求，例如提供了间隔层保护/测控装置与智能组合电器或非传统互感器ECT/PT,OCT/PT的通信协议。 制定IEC61850的目标： 互操作1 互操作定义： 不同厂家的IED之间能够交换信息并能够利用交换的信息完成各自的功能。 实现一个世界、一种技术、一个标准的理想。 上述是IEC61850标准给出的互操作定义。 制定IEC61850的目标： 互操作2 IEC61850获得互操作的途径： 1统一数据模型 2统一服务模型 3统一通信协议

11、4统一物理网络 5统一工程数据交换格式 6统一一致性测试标准 IEC61850同时对这6个方面进行统一和规范，以前。 智能电网技术主要内容： 智能电网是当前全球电力工业关注的热点，涉及从发电到用户的整个能源转换过程和电力输送链，成为将来电网的发展方向。 智能电网技术在借鉴国内外相关领域研究结果的基础上，结合正在展开的研究施行工作，对智能电网的概念、主要领域和关键技术、工程施行进行了较为系统、全面的介绍。 全书共分七章。 第一章概要介绍智能电网的基本知识和国内外的研究现状，第二章至第七章分别介绍智能电网基础技术、大规模新能源发电及并网技术、智能输电网技术、智能配电网技术、智能用电技术、智能电网施

12、行与展望。附录中对目前智能电网技术标准体系及部分智能电网国际组织与研究机构进行了简要介绍。 智能电网技术主要供电力系统管理人员和技术人员使用，也可供政府部门、企事业单位以及高等院校相关人员参照。 智能电网smart power grids，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。 美国电力科学研究院将智能电网 定义为： 一个由众多自动化 的输电和配电系统构成的电力系统，以协调、有效和可靠的方式实现所有的

13、电网 运作，具有自愈功能；快速响应电力市场和企业业务必需求；具有智能化的通信 架构，实现实时、安全和灵活的信息流，为用户提供可靠、经济的电力服务。 中国的智能电网的基本特征是在技术上要实现信息化、自动化、互动化。 智能电网概念的发展有3个里程碑： 第一个就是2006年，美国IBM公司提出的“智能电网解决方案。IBM的智能电网主要是解决电网安全运行、提升可靠性，从其在中国公布的建设智能电网革新运营管理-中国电力发展的新思路白皮书可以看出，解决方案主要包括以下几个方面：一是通过传感器 连接资产和设备提升数字化程度；二是数据的整合体系和数据的收集体系；三是进行分析的能力，即依据已经掌握的数据进行相关

14、分析，以优化运行和管理。 该方案提供了一个大的框架，通过对电力生产、输送、零售的各个环节的优化管理，为相关企业提升运行效率及可靠性、降低成本描述了一个蓝图。是IBM一个市场推广策略。 第二个是奥巴马上任后提出的能源计划，除了已公布的计划，美国还将着重集中对每年要耗费1200亿美元的电路损耗和故障修理的电网系统进行升级换代，建立美国横跨四个时区的统一电网；发展智能电网产业，最大限度发挥美国国家电网 的价值和效率，将逐步实现美国太阳能 、风能、地热能的统一入网管理；全面推动分布式能源管理，创造世界上最高的能源使用效率。 可以看出美国政府的智能电网有三个目的，一个是由于美国电网设备 比较落后，急必需

15、进行更新改造，提升电网运营的可靠性；二是通过智能电网建设将美国拉出金融危机的泥潭；三是提升能源利用效率。 第三个是中国能源专家武建东提出的“互动电网。互动电网，英文为Interactive Smart Grid，它将智能电网的含义涵盖其中。 互动电网定义为：在开放和互联的信息模式基础上，通过加载系统数字设备和升级电网网络 管理系统，实现发电、输电、供电、用电、客户售电、电网分级调度、综合服务等电力产业全流程的智能化、信息化、分级化互动管理，是集合了产业革命、技术革命和管理革命的综合性的效率变革。它将再造电网的信息回路，构建用户新型的反馈方式，推动电网整体转型为节能基础设施，提升能源效率，降低客户成本，减少温室气体排放，创造电网价值的最大化。 历史发展 2005年，坎贝尔发明了一种技术，利用的是Swarm 群体行为原理，让大楼里的电器互相协调，减少大楼在用电高峰期的用电量。坎贝尔发明了一种无线 控制器 ，与大楼的各个电器相连，并实现有效控制。 比如，一台空调运转15分钟，以把室内温度维持在24；而另外两台空调可能会在确保室内温度的前提下，停运15分钟。这样，在不牺牲每个个体的前