第十章 数字化和智能化变电站简介.doc

第十章 数字化和智能化变电站介绍第一节 数字化变电站一 、什么是数字化变电站数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，并以网络数据为基础，采用智能化策略实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。二、数字化变电站的构成完整的数字化变电站方案应包括符合IEC61850标准的全部一次、二次系统的实现。大体可分为以下几部分内容：1、一次部分变压器开关、刀闸直流系统等2、二次部分二次系统在逻辑上按功能可分为过程层、间隔层和变电站层，结构如图1所示：变电站层合并单元开关控制器ECTEPT开关刀闸间隔层过程层光纤以太网操作员站远动主机至调度光纤以太网合并单元开关控制器ECTEPT开关刀闸系统控制器图1 数字化变电站逻辑功能分层体系结构示意图3、硬件设备为实现图1所示的逻辑功能，二次系统设备包括：电子式互感器、合并单元变压器智能单元开关、刀闸控制器直流系统智能单元满足IEC61850标准的系统控制器监控主机（操作员站，工程师站）远动主机打印服务器工业以太网交换机和用于光纤通信的光端机4、软件系统软件系统采用跨平台结构设计，可选择windows、Unix、linux操作系统；数据库结构按照IEC61850模型定义、实现，所有程序支持IEC61850模型。系统集成工程化工具为工程人员或用户提供完善、方便的配置、测试、维护手段,包括系统的配置/组态、实时库的管理、模型/通信的一致性测试、SCL配置文件和参数化的管理等功能。5、站内通信网络系统应以网络交换以太网技术为基础，站级总线采用星型结构光纤10M/100M以太网，组网方式为VLAN虚拟以太网，具有自愈功能；过程总线选择星型结构光纤100/1000Mb以太网，防止出现实时信息在网络上发生碰撞以至影响实时响应要求。必要时可考虑采用VLAN优先级协调多以太网跨过多交换机运行。6、授时系统时钟同步系统由网络时间服务器（主时钟）及时钟扩展输出装置（扩展时钟）组成。时钟同步系统具有两台互为备用的网络时间服务器，时钟扩展输出装置的具体数量根据现场实际进行选项匹配，以满足时间系统对信号数量和种类的要求。网络时间服务器和时钟扩展输出装置既可以集中组屏，也可根据现场的实际情况单独组屏。7、 这是数字化变电站全站框架：三层两网、双套独立、测保合一3 、数字化变电站的特点数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个站内信息的网络化，以及开关设备实现智能化。(一)智能化的一次设备 一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之，变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。(二)网络化的二次设备 变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的IO现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。(三)自动化的运行管理系统 变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。4、数字化变电站还有六个方面的优点：一是各种功能共用统一的信息平台，避免设备重复投入。二是测量精度高、无饱和、无CT二次开路。三是二次接线简单。四是光纤取代电缆，电磁兼容性能优越。五是信息传输通道都可自检，可靠性高。六是管理自动化。第二节 智能化变电站1什么是智能化变电站采用先进、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。智能化变电站是智能电网运行与控制的关键。作为衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键，智能化变电站是智能电网中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的重要电力设施，是智能电网“电力流、信息流、业务流”三流汇集的焦点，对建设坚强智能电网具有极为重要的作用。根据国家电网公司智能变电站技术导则，智能化变电站是采用先进的传感器、信息、通信、控制、智能等技术，以一次设备参量数字化和标准化、规范化信息平台为基础，实现变电站实时全景监测、自动运行控制、与站外系统协同互动等功能，达到提高变电可靠性、优化资产利用率、减少人工干预、支撑电网安全运行，可再生能源“即插即退”等目标的变电站。其内涵为可靠、经济、兼容、自主、互动、协同，并具有一次设备智能化、信息交换标准化、系统高度集成化、运行控制自动化、保护控制协同化、分析决策在线化等技术特征。二、智能化变电站的构成1、组成： 1）电子式互感器 2）智能化开关设备3）网络化的二次设备4）EC61850的应用2、解释智能设备intelligent equipment一次设备和智能组件的有机结合体，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化特征的高压设备，是高压设备智能化的简称智能组件intelligent component由若干智能电子装置集合组成，承担宿主设备的测量、控制和监测等基本功能；在满足相关标准要求时，智能组件还可承担相关计量、保护等功能。可包括测量、控制、状态监测、计量、保护等全部或部分装置。智能单元smart unit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：断路器、刀闸、主变等）的测量、控制等功能。智能电子装置Intelligent Electronic Device (IED)一种带有处理器、具有以下全部或部分功能的一种电子装置：（1）采集或处理数据；（2）接收或发送数据；（3）接收或发送控制指令；（4）执行控制指令。3、智能化变电站的架构智能化变电站的架构如图1所示，其结构和功能总体上分为两层，即智能设备层和变电站层。智能设备层主要由综合集成化智能装置(CIID)和高压一次设备构成，二者之间通过非常规电流互感器、非常规电压互感器以及各类传感器建立直接联系。除了高压开关设备之外，智能化变电站中的一次设备多了分布式电源接口和柔性交流输电装置(FACTS装置)。由于CIID内综合集成了各个变电站自动化系统的功能模块，因此可以实现并完成IEC61850标准提出的变电站分层结构中的过程层和间隔层的功能。可以认为智能设备层是对过程层和间隔层的集成。智能化变电站的变电站层的功能主要包括各个CIID在站级的管理和协调应用，站级的一体化数据管理以及与远方调度控制中心和其它智能化变电站的信息交互、协调控制的管理等。当多个智能化变电站实现标准化的互联时，即可构成支撑智能电网的重要节点。图1 综合集成的智能化变电站的架构在该架构中, 变电站中每个控制和监视设备都需要从过程输入数据, 然后输出控制命令到过程。而CIID是核心, 它将控制、保护、测量等功能集成在这个通用的平台上, 通过通用的硬件和软件采集各功能需要的数据和状态量, 实现数据共享。CIID 主要有以下几个模块:1) 智能化现场测控模块, 它接受全网统一的同步时钟信号, 实现对一次设备的模拟量、开关量与状态量的同步采集, 也接受运行控制模块、继电保护模块等的控制命令, 实现对一次设备操作的控制与执行。2) 继电保护模块, 它可以直接从智能化现场测控装置获取所需信息, 以最短的时间做出反应, 并且在任何情况下其保护功能都不被闭锁,因此它是优先级别最高的模块。3) 通信模块, 通过标准化的接口与变电站层和其它的CIID通讯交互。三智能化变电站的特点智能化变电站的设计和建设，必须在智能电网的背景下进行，要满足我国智能电网建设和发展的要求，体现我国智能电网信息化、数字化、自动化、互动化的特征。智能化变电站应当具有以下功能特征:1、紧密联结全网。从智能化变电站在智能电网体系结构中的位置和作用看，智能化变电站的建设，要有利于加强全网范围各个环节间联系的紧密性，有利于体现智能电网的统一性，有利于互联电网对运行事故进行预防和紧急控制，实现在不同层次上的统一协调控制，成为形成统一坚强智能电网的关节和纽带。智能化变电站的“全网”意识更强，作为电网的一个重要环节和部分，其在电网整体中的功能和作用更加明显和突出。2、支撑智能电网。从智能化变电站的自动化、智能化技术上看，智能化变电站的设计和运行水平，应与智能电网保持一致，满足智能电网安全、可靠、经济、高效、清洁、环保、透明、开放等运行性能的要求。在硬件装置上实现更高程度的集成和优化，软件功能实现更合理的区别和配合。应用FACTS技术，对系统电压和无功功率，电流和潮流分布进行有效控制。3、高电压等级的智能化变电站满足特高压输电网架的要求。特高压输电线路将构成我国智能电网的骨干输电网架，必须面对大容量、高电压带来的一系列技术问题。特高压变电站应能可靠地应对和解决在设备绝缘、断路开关等方面的问题，支持特高压输电网架的形成和有效发挥作用。4、中低压智能化变电站允许分布式电源的接入。在未来的智能电网中，一个重要的特征是大量的风能、太阳能等间歇性分布式电源的接入。智能化变电站是分布式电源并网的入口，从技术到管理，从硬件到软件都必须充分考虑并满足分布式电源并网的需求。大量分布式电源接入，形成微网与配电网并网运行模式。这使得配电网从单一的由大型注入点单向供电的模式，向大量使用受端分布式发电设备的多源多向模块化模式转变。与常规变电站相比，智能化变电站从继电保护到运行管理都应做出调整和改变，以满足更高水平的安全稳定运行需要。5、远程可视化。智能化变电站的状态监测与操作运行均可利用多媒体技术实现远程可视化与自动化，以实现变电站真正的无人值班，并提高变电站的安全运行水平。6、装备与设施标准化设计，模块化安装。智能化变电站的一二次设备进行高度的整合与集成，所有的装备具有统一的接口。建造新的智能化变电站时，所有集成化装备的一、二次功能，在出厂前完成模块化调试，运抵安装现场后只需进行联网、接线，无需大规模现场调试。一二次设备集成后标准化设计，模块化安装，对变电站的建造和设备的安装环节而言是根本性的变革。可以保证设备的质量和可靠性，大量节省现场施工、调试工作量，使得任何一个同样电压等级的变电站的建造变成简单的模块化的设备的联网、连接，因而可以实现变电站的“可复制性”，大大简化变电站建造的过程，而提高了变电站的标准化程度和可靠性。第三节 数字化变电站和智能化变电站的区别智能化变电站与数字化变电站有密不可分的联系。数字化变电站是智能化变电站的前提和基础，是智能化变电站的初级阶段，智能化变电站是数字化变电站的发展和延伸。智能化变电站拥有数字化变电站的所有自动化功能和技术特征。智能化变电站与数字化变电站的区别主要体现在以下几个方面:1、要求不同：数字化变电站主要从满足变电站自身的需求出发，实现站内一、二次设备的数字化通信和控制，建立全站统一的数据通信平台，侧重于在统一通信平台的基础上提高变电站内设备与系统间的互操作性。而智能化变电站则从满足智能电网运行要求出发，比数字化变电站更加注重变电站之间、变电站与调度中心之间的信息的统一与功能的层次化。需要建立全网统一的标准化信息平台，作为该平台的重要节点，提高其硬件与软件的标准化程度，以在全网范围内提高系统的整体运行水平为目标。2、集成化程度不同数字化变电站己经具有了一定程度的设备集成和功能优化的概念，要求站内应用的所有智能电子装置(IED)满足统一的标准，拥有统一的接口，以实现互操作性。IED分布安装于站内，其功能的整合以统一标准为纽带，利用网络通信实现。数字化变电站在以太网通信的基础上，模糊了一、二次设备的界限，实现了一、二次设备的初步融合。而智能化变电站设备集成化程度更高，可以实现一、二次设备的一体化、智能化整合和集成。3、定义不同字化变电站是从实现手法上来定义的，智能变电站着重从功能上定义： 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。数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站4 概念时间不同数字电站这个概念是在03年提出的，当时国家并没有引进智能电网概念；而智能电站是后来与智能电网概念一起引进的，在概念时间上要晚于数字电站，可以说数字电站就是智能电站的前身。数字电站方面由于产生时并无智能电网概念，导致数字电站相对与传统电站的区别仅在于信号采集传送控制等项目的数字化改进，与智能无关；而智能电站由于是符合智能电网要求，则需要在数字电站的基础上，增加相关高级应用。包括智能告警，经济优化运行，分布式电源接入等。我国智能电站最关键的应用是“坚强”二字。为了保障电站的“坚强”及故障自恢复等特性，需要增加在线检测设备及智能控制设备。目前所了解到的智能监测设备有断路器在线检测，SF6气体绝缘在线检测，SF6微水在线检测，GIS局部放电在线检测这4种。5技术特点不同数字化变电站的两个技术特点：整个变电站的控制实现了数字化；测量信号实现了数字化。智能化变电站在数字化变电站的基础上实现了两个技术上的跨越：监测设备的智能化，重点是对开关、变压器的状态监测；故障信息综合分析决策，变电站要和调度器进行信息的双向交流。 第四节 河南110kv金谷园变电站2006年，河南省电力公司结合110kv金谷园变电站综合改造，实施“变电站网络化二次系统研究与应用”科技项目，使金谷园变电站在具备国内数字化变电站特征基础上，成功创新了以网络化二次功能为核心技术主题的“全数字网络化二次系统”。2007年12月，金谷园变电站成为河南电网第一座数字化变电站；2010年12月，金谷园变电站智能化改造试点工程顺利通过国家电网公司验收。从传统变电站到数字化变电站，再到智能化变电站，5年内，河南洛阳电网110千伏金谷园变电站三连跳，成为110千伏变电站智能化改造的样本。1、 金谷园变电站之数字化金谷园110kv变电站1962年建成，为110 kV 和 10 kV 两个电压等级，110 kV 为单母分段接线，4 回 110 kV 出线，每段母线各带两条110 kV 进线；主变 3 台，2*31.5+4 MVA；10 kV 采用单母三分段接线形式，出线负荷为 50 条。此次工程改造中采用光电互感器，配电装置采用 PASS 110 MO 组合电器，通过数字化变电站系统建设，取消传统的控制电缆；变电站各类信息与命令通过标准网络传输和全数字化处理，实现设备间信息的互通与共享；实现自动化网络化间隔层五防闭锁；智能操作功能、网络化的备自投、母线保护功能；数字电度计量等。提高变电站二次系统整体技术水平，实现变电站设备智能化、信息数字化、传输网 络化、运行管理自动化。110kV洛阳金谷园数字化变电站于2007年12月成功投运。2、金谷园变电站之智能