智能变电站的初步设计及可行性研究.pdf

科技论坛 关信号， 如图 6 所示。 图 6 SPWM 三角载波调制电路 5 仿真结果分析 为了便于波形观察， 图 7(a)从 0-0.1s 接入容性负载， 0.1-0.2s 接 入感性负载， 0.2s 开始系统补偿时， 系统 a 相电压和电流波形， 由此 观察系统中各参数的波形变化及应对负载扰动时的动态响应情况。 （a） STATCOM 发出的无功功率 （b） 网侧 a 相电压、 电流波形 图 7 STATCOM 动态仿真图 从 (a) 可以看出，控制脉冲设定为 0.6s 开始，在 0-0.6S 内 STATCOM 没有向网侧注入无功。0.6s 后 STATCOM 根据负载变化， 向系统注入所需的无功功率，大小基本为50kVar，可以看出 STATCOM 在应对负载扰动时具有良好的动态响应效果。(b)中(1)是 系统 a 相电压波形， (2)是系统 a 相电流波形。0-0.1s 时， 网侧加入容 性负载， a 相电压明显滞后 a 相电流； 0.1-0.2s 时，网侧加入感性负 载， a 相电流明显滞后 a 相电压，功率因数较低； 0.2s 后 STATCOM 向网侧注入所需的无功功率进行补偿后， a 相电压、 电流波形达到了 同相位， 实现了无功补偿， 提高了功率因数。 6 结论 基于瞬时无功功率理论和 SPWM 三角载波脉冲调制技术， 本文 在 PSCAD/EMTDC 仿真软件中搭建的 STATCOM 补偿系统， 具有结 构简单、 动态响应效果好、 跟踪负载变化能力强等特点。 仿真试验验 证了补偿系统和自定义元件的正确性和有效性， 为 STATCOM 进一 步的研究提供了良好的理论指导。 参考文献 1 华晓萍,王奔,孟凌凌,等.空间电压矢量 PWM 算法的 SIMULINK 仿真实现J.电气开关,2006(3):26-28. 2YuZ,MohammedA,PanahiI.AreviewofthreePWM techniques C. /Proceedings of theAmerican Control Conference Albuquerque (New Mexico): 1997: 257-261. 3 邱卫.基于 ADSP21992 的空间矢量控制三相逆变电源设计J.电 网技术,2008,32(S2):103-106. 4 林良真,叶林.电磁暂态分析软件包 PSCAD/EMTDCJ.电网技术, 2000,24(1):65-66. 5 王久和.电压型 PWM 整流器的非线性控制M.北京:机械工业出 版社,2008. 智能变电站的初步设计及可行性研究 孔祥影 （国网七台河供电公司， 黑龙江 七台河 154600） 1 选题背景及研究的目的和意义 “一个世界， 一种技术， 一种标准” 为理念的 IEC61850 标准弥补 了国内现有信息交互技术在变电站自动化领域体现出来的种种缺 陷，信息共享和互操作作为数字化变电站的特色和目标得以体现。 同时， 微机技术、 信息技术、 通讯技术、 网络技术的迅猛发展和成熟 也促进了数字化在电力行业内的进程。 数字化站从根本上解决了电 缆老化接地误动、 CT 特性恶化和不一致故障、 季节性切换压板易出 错等问题。 随着数字化技术日臻成熟， 通过对数字站进行技改， 可进 一步实现一次主设备状态监测、高级功能和辅助系统智能化等， 进 一步提升其智能化水平。 本课题研究的智能变电站设有 3 个电压等级， 即 220kV、 110kV 及 35kV 电压等级， 本期建设一组 90MVA 的 220kV/110kV/35kV 主 变变压器。变电站 220kV 部分采用单母线接线，有 2 回 220kV 出 线。变电站 110kV 部分采用单母线接线， 有 1 回 110kV 出线。变电 站 35kV 部分采用单母线接线， 有 4 回出线， 1 组所用变， 主变 35kV 侧装设 2 组 8Mvar 并联电容器。 主变压器采用三相、 三绕组、 有载调 压变压器； 220kV、 110kV 断路器采用户外瓷柱式， 35kV 采用户内开 关柜。本变电站作为本地区的第一个智能化变电站， 为保证区域电 网的安全稳定运行有着至关重要的的意义。 2 本课题研究领域的国内外发展规划 2.1 我国智能电网的发展规划： 2.1.1 2009-2010 年为第一阶段， 即研究试点阶段。完成智能电 网整体规划， 形成顶层设计， 加强各级电网建设， 开展关键性、 基础 性、 共用性技术研究， 进行技术和应用试点。 2.1.2 2011-2015 年为第二阶段， 即全面建设阶段。形成坚强智 能电网建设标准， 规范建设要求； 滚动修订发展规划， 智能电网建设 全面铺开。 2.1.3 2016-2020 年为第三阶段， 即引领提升阶段。在全面建设 的基础上， 评估建设绩效， 结合应用需求和技术发展， 进一步完善和 提升中国坚强智能电网的综合水平，引领国际智能电网的技术发 展。 2.2 国外智能电网的发展规划： 2.2.1 美国未来的智能电网朝着自愈、 经济、 清洁的电网方向发 展。未来智能电网应当能够实现预先察觉并防止瓦解事故的发生； 能够更方便的接纳大量可再生资源和更加清洁的分布式发电。 2.2.2 欧洲智能电网侧重关注可再生能源接入和分布式发电， 欧洲智能电网的核心是围绕可再生能源的 “即插即用” 实现电网的 智能化， 到 2020 年能够达到电网双向互动、 安全与环保的目标。 3 本课题研究的主要内容及预期目标 3.1 智能变电站和传统变电站的区别。 3.1.1 通信方面： 常规变电站的通信介质通信协议不统一； 而智能 摘要： 主要阐述了智能变电站的初步设计及可行性研究的目的和意义、 研究领域的国内外发展规划， 提出了研究的主要内容及预 期目标、 研究方法， 论证了可能遇到的困难和解决办法。 关键词： 智能变电站； 初步设计； 可性性研究 （转下页） 128 科技论坛 站制定了 IEC61850 标准， 解决了常规站通信方面的下列弊端： a.规 约的功能比较有限； b.各厂家对应用功能自行扩充无法互操作； c.规 约数据表达能力限制应用功能的发展； d. 不支持装置间的通讯功 能。 3.1.2 设备方面。 a.由原来的 RCS 系列保护测控装置、 自动化系 统及通信设备换为 PCS 系列； b.原来的大部分电缆连接回路改为光 缆连接， 通过光纤的 “直采直跳” 实现采样、 跳闸等功能； c.建立了 GOOSE、 SV 组网； d.用电子式互感器及智能化开关代替原有的传统 互感器及传统开关， 新增了合并单元装置。 3.2 了解数字化变电站各层网络的含义， 在变电站内， 各层网 络内各智能设备的类型和特点是什么。 全站网络在逻辑功能上可由站控层、 间隔层、 过程层网络组成。 3.2.1 设备方面： 站控层设备包括主机兼操作员工作站、 远动通 信装置等； b.间隔层设备包括测控装置、 保护装置等； c.过程层设备 包括电子式互感器、 合并单元及智能终端等。 3.2.2 网络方面： a.站控层网络:可传输 MMS 报文和 GOOSE 报 文。 宜采用冗余网络， 网络结构拓扑宜采用双星型或单环形 （220kV 及以下） 。b.间隔层网络： 可传输 MMS 报文和 GOOSE 报文。逻辑功 能上覆盖间隔层内数据交换、 间隔层间数据交换接口。c.过程层网 络： 逻辑功能上， 覆盖间隔层与过程层数据交换接口。 3.3 了解 GOOSE、 SV 的组网特性。 变电站信息服务模型包括 MMS （制造报文规范） 、 GOOSE （面向 通用对象的变电站事件） 、 SV （采样值） 三类。其具体功能简要介绍 如下： 3.3.1 MMS：规范了间隔层 IED 与站控层监控主机之间进行运 行、 维护报文的传输， 有效的解决了各类 IED 运行维护信息标准化 上传给主站的问题； 3.3.2 GOOSE： 规范了间隔层 IED 之间以及间隔层与过程层之 间的开关量报文的快速传输； 3.3.3 SV： 规范了间隔层 IED 与合并单元之间采样值报文的传 输， 使 IED 直接接受来自合并单元的测量数字信息， 实现测量信息 的共享。 3.4 以该 220kV 智能变电站为例，对站内的二次设备产品、 网 络、 监控后台进行设计和配置。其中包括： 3.4.1 完成智能变电站一次系统设计 主要电气设备选择： 220kV、 110kV、 35kV 设备短路电流水平 分别按 50kA、 40kA、 31.5kA 选择。户外 220kV、 110kV、 35kV 电气设 备电瓷外绝缘最小有效爬距分别为 6300mm、 3150mm、 1256mm。主 变压器采用三相、 三绕组、 有载调压变压器， 额定电压 220 1.2511538.5。 220kV、 110kV 断路器采用户外 SF6 瓷柱式 断路器。220kV、 110kV 采用电子式电流互感器和电压互感器， 电流 互感器和隔离开关组合安装。35kV 采用户内开关柜。 电气主接线设计： 220kV 远期按双母线接线规划，本期采用 单母线接线， 安装 台断路器。110kV 远期按双母线接线规划， 本 期采用单母线接线， 安装 台断路器。35kV 远期采用单母线分段 接线， 本期采用单母线接线， 安装 面开关柜 （主变进线柜 面、 柜 面、 出线柜 面、电容器柜 面、 站用变柜 面） 。 3.4.2 完成智能变电站二次系统设计 包括继电保护、 调度自动化、 对时系统、 通信方式设置及通讯系 统协议等。 变电站每回 220kV 线路配置 套 220kV 微机线路保护装 置， 220kV 母线配置 2 套微机母线保护装置等， 保护装置、 自动装置 及故障录波装置均采用 DL/T860 标准规约， 保护装置采用直采直跳 方式， 接口满足接入 MMS、 SMV 及 GOOSE 网络的要求。 采用计算机监控系统， 按无人值班设计。 操作系统采用 UNIX 系统。 变电站自动化系统采用开放式分层分布式系统，三层设备 结构。统一组网， 信息共享， 采用 DL/T860 通信标准， 传输速率不低 于 100Mb/s。 全站统一配置 套时间同步系统， 采用 GPS 和北斗系统标 准授时信号进行时钟校正。站控层设备宜采用 SNTP 网络对时方 式； 间隔层和过程层设备采用 IRIG-B 点对对时方式， 时间同步系统 独立组柜。 4 本课题的研究方法 运用本科及研究生学习期间所学到的基础理论和专业理论知 识， 利用五年来从事继电保护工作的相关经验， 并以智能变电站方 面的著作、 论文等作为参考； 结合本地区电网当前的实际情况和未 来发展战略； 采用理论联系实际， 实地考察并收集其他相关智能变 电站新建工程的相关资料及经验总结， 对当前电力设备市场认真调 研分析等提出问题、 分析问题并提出相应的解决措施， 最终完成该 智能变电站的初步设计方案。 5 研究中可能遇到的困难和解决办法 a.由于该智能变电站是我地区第一个智能化变电站， 缺乏智能 站的相关资料及工作实践经验， 在新建过程中可能会遇到各种各样 的问题。 在工程开工前， 我们会查阅智能站的有关资料， 建起智能站 的网络构架； 与设备厂家积极沟通交流， 掌握智能化设备的有关工 作原理并将其总结归类； 还要借鉴其他已建成智能站的相关工作经 验， 争取如期完成该智能变电站的新建工程。 b.国家尚未出台详细统一的智能变电站相关的设计标准及相关 的各项规程，智能化开