智能变电站关键技术研究(冯庆东版本).

1、 电科院电科院 2010年年1月月17日日 电科院电科院内容内容 主要内容：主要内容： （1）背景）背景 （2）国内外现状与发展趋势）国内外现状与发展趋势 （3）智能变电站的主要特征）智能变电站的主要特征 （4）智能变电站的关键技术）智能变电站的关键技术 （5）智能变电站技术导则解析）智能变电站技术导则解析 （6）实施策略及注意事项）实施策略及注意事项 电科院电科院 电科院电科院 电科院电科院数字化电网与智能电网的区别数字化电网与智能电网的区别 电科院电科院 电科院电科院 电科院电科院 电科院电科院控制中心层控制中心层变电站自动化层变电站自动化层GIS SF6传感器传感器变压器变压器传感器传感

2、器OHL传感器传感器其它状态其它状态监测传感监测传感器器变压器监变压器监测测变电站自变电站自动化动化OHL监测监测其它监测信息模其它监测信息模块块信息模块信息模块信息模块信息模块接口接口GIS监测监测以设备为对象的智能以设备为对象的智能节点信息采用节点信息采用IEC 61850 协议接入智能协议接入智能变电站系统。变电站系统。控制中心层：通过统控制中心层：通过统一信息模型掌握变电一信息模型掌握变电站系统及设备的状态。站系统及设备的状态。突出一次设备状态突出一次设备状态智能评估及预警智能评估及预警 电科院电科院： 电科院电科院 电科院电科院 电科院电科院 电科院电科院 智能变电站与传统的变电站有

3、什么差异？智能变电站与传统的变电站有什么差异？ 电科院电科院 智能变电站与传统的变电站有什么差异？智能变电站与传统的变电站有什么差异？ 电科院电科院 电科院电科院 电科院电科院智能变电站技术方向（1） 智能变电站是智能电网的重要组成部分。高可靠性的设备是变电站坚强的基础，综合分析、自动协同控制是变电站智能化的关键，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、检修状态化是发展方向，运维高效化是最终目标。 电科院电科院智能变电站技术方向（2）智能变电站的设计及建设应按照DL/T 1092三道防线要求，满足DL/T 755三级安全稳定标准；满足GB/T 14285继电保护选择性、速动性、灵敏性、可靠性的

4、要求；遵守电力二次系统安全防护总体方案。智能变电站的测量、控制、保护等单元应满足GB/T 14285、DL/T 769、DL/T 478、GB/T 13729的相关要求，后台监控功能应参考DL/T 5149的相关要求。智能变电站的通信网络与系统应符合DL/T 860标准。应建立包含电网实时同步运行信息、保护信息、设备状态、电能质量等各类数据的标准化信息模型，保证基础数据的完整性及一致性。 电科院电科院智能变电站技术方向（3）智能变电站设备应符合易集成、易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。主要设备（变压器、断路器等）状态信息应进行采集并可视化展示，为电网设备管理提供基础数据的支撑。应

5、实现变电站与调度、相邻变电站、电源、用户之间的协同互动，支撑各级电网的安全稳定经济运行。各项功能应满足变电站集中控制、无人值班的要求。宜建立站内全景数据的统一信息平台，供系统层各子系统统一数据标准化规范化存取访问及向调度系统上送。设备和系统应进行智能化能力的测试与智能化程度的评估。 电科院电科院 、 电科院电科院 设备与系统的设计选型应满足安全可靠的原则，尽可能采用符合智能变电站运维高效化要求的结构紧凑型设备，优化整合，避免装置功能的重复配置，优化设备布置和组屏方案。 系统设计所涉及的内容包括但不限于如下方面：全站的网络图、VLAN划分、IP配置、虚端子设计、虚端子的二次接线图、同步系统图等。

6、 变电站布置变电站布置 在安全可靠、技术先进、经济合理的前提下，智能变电站设计应符合资源节约、环境友好的技术原则和设计要求，优化智能变电站总平面布置（包括电气主接线、配电装置、构支架等），节约占地，节能环保。 电科院电科院土建与建筑物土建与建筑物优化建筑结构设计，合并相同功能的房间；放置系统层设备的机房、主控楼等建筑应尽可能小型化，合理减少变电站占地面积和建筑面积，节约投资。应尽可能使用光纤替代电缆，优化电缆沟布置。网络架构网络架构应充分考虑经济性，网络设备应灵活配置，优化交换机数量，降低网络总成本。应充分考虑扩展性，网络系统应易扩展、易配置；当变电站新设备接入引起网络性能下降时，应保证满足自

7、动化功能及性能指标的要求。网络通信架构设计应确保在运行维护时试验部分的网络不影响运行系统。 电科院电科院 通信如何提供支撑通信如何提供支撑? 应用如何满足要求应用如何满足要求? 智能电子装置如何整合智能电子装置如何整合? 如何保证标准化规范化如何保证标准化规范化? 电科院电科院(1)智能变电站建设初期，站内基本的控制与保护手段应予保留。在多个智能变电站建成投运后，可根据情况逐步实现分布协同控制与保护功能。变电站内元件保护及线路保护等基础保护，应简单可靠，能够独立完成自身功能，不受制于其他辅助设备或手段，保证设备、线路的安全可靠运行。(2)智能变电站的技术应用应满足电力系统“三道防线”（预防控制

8、、紧急控制、校正控制）、继电保护“四性”（灵敏性、选择性、速动性、可靠性）、电力二次安全防护总体方案的要求。(3)智能一次设备应以一次设备可靠性为前提，智能应用为目标，功能实现应按近期、中期、远期规划。并考虑采用多传感器信息融合与智能评估技术。 电科院电科院 电科院电科院 本报告主要依据：本报告主要依据： （1）国内智能电网调研报告国内智能电网调研报告； （2）智能电网体系研究报告智能电网体系研究报告； （3）国外智能电网调研报告国外智能电网调研报告； （4）智能电网综合研究报告智能电网综合研究报告； （5）智能电网关键技术框架研究报告智能电网关键技术框架研究报告； （6）国际电工委员会（）国

9、际电工委员会（IEC，International Electro technical Commission）标准化管理委员会（）标准化管理委员会（SMB，Standardization Management Board）组织成立的第三战）组织成立的第三战略工作组略工作组SG3，Strategy Group 3:Smart Grid）智能电网标准列表中智能电网标准列表中T57变电站部分。变电站部分。 电科院电科院智能电网标准列表中智能电网标准列表中T57变电站部分变电站部分1IEC 60870-6：控制中心内部协议（ICCP）2IEC 61968：侧重于配电网不同业务之间信息交换的CIM3IEC

10、 61850：变电站设备监测、运行、控制、协议配置、信息建模4IEC 60870-5：远程控制设备和系统5IEC 60255-24（通用交换）继电保护-Part 24：电力系统暂态数据交换通用格式6IEC 61280系列：光纤通信子系统的基本测试流程7IEC 62351：电力行业通信安全8IEC 62443：控制系统9IEC 61850-3：一般要求10IEC 61000-4：电磁兼容性11IEC 60870-2：远程操作条件 电科院电科院智能变电站关键技术 电科院电科院智能变电站状态估计技术（1） 由于现有调度中心信息的缺陷，通过传统状态估计模型和算法的改进，已无法从根本上解决调度中心信息可

11、靠性问题。 需要采用“分布、自治”的技术思路，将“集中式的控制中心状态估计”改为“分布式的变电站状态估计”，利用变电站内实时信息高度冗余的先天优势，将信息错误解决在变电站内。需要发展的核心技术如下： 电科院电科院 （1）在智能变电站和调度中心两级采用分布式网络建）在智能变电站和调度中心两级采用分布式网络建模技术：模技术：在智能变电站级，开发基于单线图的网络建模技术，实现变电站级图、模、库一体化技术，生成的各变电站的网络模型（含单线图、拓扑结构和静态参数）通过调度数据网（SPDnet），以IEC标准发送至调度中心。在调度中心级，基于系统接线图，将变电站网络模型自动拼接成全局电网模型。智能变电站状

12、态估计技术（2） 电科院电科院（2）智能变电站和调度中心两级采用分布式状态估计技术：）智能变电站和调度中心两级采用分布式状态估计技术：基于KCL定律提出变电站内无阻抗三相开关电路状态估计的数学模型，同步辨识变电站内拓扑错误（数字量）和坏数据（模拟量），将拓扑错误和坏数据解决在变电站内，获得高可靠的拓扑结构、高精度的母线复电压和支路复电流熟数据，带上GPS时标，通过高速的调度数据网（SPDnet）实时送到控制中心。在调度中心级，发展复线性状态估计的数学模型和算法，基于各变电站远程传输来的带时标的复电压、复电流和母线结构，开发线性状态估计的快速算法。智能变电站状态估计技术（3） 电科院电科院 （3

13、）自愈和备用技术：由于实现了智能变电站分布式建模和分布式状态估计，图、模、库分布在各变电站之中，为调度中心EMS模型异地快速拼接提供了可能，未来智能调度中心可随时快速建立多个异地备用控制中心。 通过上述技术，最终实现高可靠、高效、少维护、强自愈的信息基础。此外，随着上述变电站级的网络建模和状态估计功能的发展，可推动智能变电站技术的发展。 智能变电站状态估计技术（4） 电科院电科院 电科院电科院 电科院电科院术语及定义（1）3.1 高压设备高压设备 high voltage equipment有高压绝缘、承担系统电压的电力设备。3.2 测量单元测量单元 measurement unit实现高压设

14、备运行状态信息采集功能的单元，是智能组件的组成部分。3.3 控制单元控制单元 control unit接收、执行指令，反馈执行信息，实现对高压设备和高压设备组件控制的单元，是智能组件的组成部分。3.4 保护单元保护单元 protection unit实现保护宿主高压设备功能的逻辑元件，是智能组件的组成部分。3.5计量单元计量单元 metering unit实现高压设备电量计算功能的逻辑元件，是智能组件的组成部分。3.6 检测单元检测单元 monitoring unit检测一个或一组健康状态参量的元件，是智能组件的组成部分。 电科院电科院术语及定义（2） 3.7智能组件智能组件 intellig

15、ent component 以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化为特征，具备测量、控制、保护、计量、检测中全部或部分功能的设备组件。 说明：是上述各功能单元的物理体现，组件的概念是灵活的。可以只完成一个功能，比如测控，这时其就是一个测控装置；可以完成保护与测控功能，这时就是一个四合一装置。它可以外置，符合现有设备的状况，也可以内嵌于高压设备，这时就是现在一个智能一次设备的概念。 电科院电科院术语及定义（3）3.8智能设备智能设备 intelligent equipmentintelligent equipment高压设备与相关智能组件的有机结合体。说明：这里“设备”的概

16、念打破了传统一二次设备划分的界限，可以理解为“一次+二次”，但其注重逻辑上的概念，物理形态可以是多样的，可以完全与逻辑设备重合，也可以对应于多个物理装置的组合。可以说回归了电力设备的本意。 3.9智能变电站智能变电站 smart substationsmart substation由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，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、协同互动等高级应用功能的变电站。说明： 该定义主要强调了了设备、标准化平台、和与常规变电站所不同的功能，体现集成一体化、信

17、息标准化、协同互动化几个特征。 电科院电科院术语及定义（4）3.10全景数据全景数据 panoramic datapanoramic data采集到的变电站稳态、暂态、动态数据以及设备状态、图像等全面反映变电站设备状态与运行工况的数据。说明：针对现有变电站自动化系统采集数据不全的情况，强调不仅包含实时稳态、暂态、动态数据，还要有信息模型、设备在线监测、视频等数据。 3.11顺序控制顺序控制 sequence controlsequence control发出整批指令，由系统根据设备状态信息变化情况判断每步操作是否到位，确认到位后自动执行下一指令，直至执行完所有指令。说明：可以理解为变电站内倒闸

18、操作的集合，多组操作在一次命令中执行完成。3.12站域控制站域控制 substation area controlsubstation area control一种基于变电站统一采集的实时信息，以集中或分布协同方式判定故障，自动调整动作决策的控制保护系统。 电科院电科院术语及定义（5） 分析：新名词太多、没有实质性的东西、没有反映出智能变电站与数字化变电站有什么本质不同。 系统层和设备层划分没有实际意义。 既缺乏理论依据，又缺乏实践支撑。可操作性比较差。实质上是一个空中楼阁，好看不中用。将来还要在此基础上制定详细的设计导则。真正可以依靠的是技术标准。 电科院电科院智能变电站的总体要求（1） 首

19、先解释智能变电站在智能电网中的定位，作用和发展目标。 强调智能变电站应满足电力系统基本的安全管理方面的规定。 解释智能变电站的基本功能应遵循的标准和规范。 强调智能变电站应统一建模，通信过程也要标准化。 强调应满足工业化要求。 电科院电科院智能变电站的总体要求（2） 强调设备本身应具有高可靠性，不是所有的设备都需要在线监测，主要设备要在线监测功能，并实现全寿命周期管理，不要把系统复杂化。 强调与四种客户端的协同互动。 变电站在智能化后，更要高效，继续贯彻无人值班的管理运行模式，并提倡集控。 打造统一的、标准的信息化数据平台，是智能变电站的首要任务。 汲取数字化变电站的建设经验，智能变电站应该进

20、行评估，给出某些指标。 强调支持未来新能源的接入。 电科院电科院智能变电站的体系结构（1） 体系分层体系分层智能变电站分为设备层、系统层。设备层主要由高压设备、智能组件和智能设备构成，实现过程层和间隔层的功能。系统层面向全站或一个以上高压设备，通过智能组件获取并综合处理变电站中关联智能设备的相关信息，按照变电站和电网安全稳定运行要求，控制各设备层协同完成多个应用功能。系统层包含监控系统、站域保护、通信系统、对时系统等子系统，实现站控层功能。 电科院电科院智能变电站的体系结构（2）设备层设备层设备层完成变电及测量、控制、保护、检测、计量等相关功能。智能组件是灵活配置的物理设备，包含如下单元：测量

21、单元、控制单元、保护单元、计量单元、检测单元中的一个或几个。外置的智能组件的形态可以是测控装置、保护装置、状态检测的智能附件等。每个智能设备可以是如下形式之一：a） 独立运行的高压设备加上外置的智能组件。b） 高压设备加上内嵌的包含状态检测单元的智能组件，再加上外置的一个或多个智能组件。c） 高压设备加上内嵌的智能组件。 电科院电科院智能变电站的体系结构（3）系统层系统层数据采集和监视控制（SCADA）、操作闭锁、同步相量采集、电能量采集、备自投、低压/低频解列、故障录波、保护信息管理等各项功能应高度集成一体化。根据变电站电压等级和复杂程度，可以集成在一台计算机或嵌入式装置，也可以分布在多台计

22、算机或嵌入式装置。站内应具备合理的网络架构，可以配置采用点对点、环形、星型或混合等方式；220 kV及以上变电站网络应考虑冗余方案，冗余方式宜符合IEC 61499及 IEC 62439的要求。应统一和简化变电站的数据源，并提供基于网络的数据共享。智能设备之间应实现进一步的互联互通，促进采用系统级的运行控制策略。智能设备操作宜采用程序化操作。 电科院电科院说明（1）设备层对应的是系统层。设备系统的描述也仅仅是功能描述的范围，与2层或3层网络体系并不矛盾，设备与系统之间的网络系统灵活可变，这也是目前数字化变电站系统网络架构灵活的体现。对于信息模型描述，仍然可以采用IEC61850体系，并不矛盾。

23、在234综合考虑下，实现智能设备的测控保计检功能，则可对采样进行综合考虑，不必要割裂开来安装多个测量设备。 电科院电科院说明（2）描述设备层构成，对应于传统的过程层和间隔层设备。但过程层设备和间隔层设备是可以组合的，可以完全融合在一起，也可以外置安装，符合现状与未来的发展。考虑到现有的一次设备状况，设备层设备采用传统一次设备本身+智能组件的模式，智能综合附件可以集成、可以分散；可以内嵌、可以外挂，给出了可以任意组合的灵活架构。但发展的方向还是“一次智能设备”，不是“一次设备智能化”。智能组件构成，包含了传统间隔层的设备。 电科院电科院说明（3）描述系统层构成，其划分原则是其功能和应用是面向整个

24、变电站，不是面向单个个体间隔。强调原来变电站站内多套系统应该集成，系统功能实现的计算机根据变电站的实际规模灵活配置。站内网络结构需要考虑网络拓扑、冗余、分级和流量等问题。总体设计思路也是集成一体化，优先采用系统级控制策略。实现程序化控制是为提高工作效率。 电科院电科院建议调整方案说明建议调整方案说明设备智能化演变趋势，大致分为三个阶段：a）属于智能组件的保护、测控、在线检测等装置都是外置独立的，也是传统的二次设备，其与高压设备（传统的一次设备），构成了一个松散的“智能设备”。而智能组件和高压设备之间的横线刚好划出了相当于过程层和间隔层的界限，其表现形式适合现阶段的变电站设备技术。由此可见设备层

25、并没有排斥过程层、间隔层的概念。b）在过渡阶段，在线检测设备应融入高压设备中，主要是传感器的嵌入，可以反映高压设备的诊断信息，其余的组件还是独立于高压设备外部，当然其也可以走出小室，安装在高压设备附近。松散的“智能设备”体现了紧凑化的趋势。c）随着技术发展，智能组件和高压设备进一步融合，高压设备可以集成的组件也越来越多，最终形成真正意义上的紧凑型一体化智能设备。 电科院电科院建议调整方案说明建议调整方案说明智能设备采用“高压设备智能组件”的模式。智能组件是各种保护、测量、控制、计量和检测等装置的统称，与高压设备相对独立。智能组件的概念是灵活的，可以分散（一个组件一个功能），也可以集成（一个组件

26、几个功能）；安装方式是既可以外置，也可以内嵌。智能组件的构成，包含了传统间隔层的设备，其灵活的配置方式符合现状与未来的发展。对于保护、测控、通信、状态检测等各种组件与高压设备集成，需要充分考虑传统二次设备与一次设备融合的技术难度与复杂性。在技术发展的不同阶段，应考虑不同的技术方案，但原则上还是在保证安全可靠性的前提下，尽可能采用设计紧凑的集成方案，同时兼顾经济性。 电科院电科院智能变电站功能要求（1）设备层功能要求设备层功能要求1 高压设备高压设备高压设备应具有高可靠性，尽可能免维护。高压设备外绝缘应与当地环境相适应，推荐采用复合材料。说明：说明：高压设备相当于传统的一次设备。智能设备可以是高

27、压设备与智能组件有机结合的形式，因此要求其今后设计、生产时应考虑与智能组件的对接所带来的接口、安装等问题。强调其本身应具有高可靠性，不是所有的高压设备都需要在线监测，需要经常维护。2 智能组件智能组件2.1 基本功能要求a）信号传变、数据采集输出宜符合数字化的要求，且满足各种应用对数据采集精度、频率、故障暂态分量的要求。b）采集与控制系统宜就地设置，就地安装时应适应现场电磁、温度、湿度、沙尘、振动等恶劣运行环境。 电科院电科院智能变电站功能要求（2）c）应具备异常时钟信息的识别防误功能，同时具备守时功能。d）应具备参量自检测、就地综合评估、实时状态预报、自诊断、自恢复功能，相关信息能以网络方式

28、输出。e）宜具备即插即用功能。f）宜有标准化的物理接口及结构。g）一台智能设备只对应一个状态检测单元智能组件；不同检测功能模块宜集成到一个统一的硬件平台上。h）宜将测量、控制、计量、保护和检测等功能进行一体化设计，但不同功能区要有足够绝缘强度的电气隔离功能。 电科院电科院智能变电站功能要求i）220kV及以上电压等级应按测控、保护分体设备配置。110kV及以下电压等级宜配置测控保护一体化设备，宜分散就地安装。j）应严格控制网络延时，不能影响智能组件功能及性能实现。说明：对智能组件提出基本要求。强调户外安装、对时异常、自诊断、标准化等方面的要求，并进一步扩大数字化采集范围。智能组件可灵活组合，功

29、能单元之间可相对独立。智能组件的形态可以是独立的保护、测控装置。 电科院电科院智能变电站功能要求（3）2.2 测量单元a）宜采用高精度数据采集技术，用不小于16位的数据长度表示。b）应实现统一断面实时数据的同步采集，提供带精确的绝对时标的电网数据。c）宜采用基于三态数据（稳态数据、暂态数据、动态数据）综合测控技术，进行全站数据的统一采集及标准方式输出。d）测量单元设备应保证测量输出数据与被测电力参量在较大频谱范围内的响应一致性。e）宜具有电能质量的数据测量功能。f）接口标准宜符合DL/T860.9.2。说明：测量单元作为通用性很强的功能单元，为满足采集数据的多种用途，强调采集数据的统一和通用。

30、根据现有硬件和通信规约的技术条件，测量采集模数转换位数提高至16位；同时需要绝对时标，同时满足三态数据采集要求。 电科院电科院智能变电站功能要求（4）2.3 控制单元a）应具有全站防止电气误操作闭锁功能。b）宜具有同期电压选择功能。c）应具有本间隔程序化操作功能。d）遥控回路宜采用两级开放方式抗干扰。e）应支持紧急操作模式的功能。f）应支持在线调试功能。 说明：控制单元要有纵横双向闭锁功能。保护单元功能强调安全性和可靠性，在基于通信方式获得采样数据的方式下，保护功能和性能不应受到影响，特别是在对时同步、网络延时等情况下。 电科院电科院智能变电站功能要求（5）2.4 保护单元a）应遵守继电保护基

31、本原则，满足DL/T 769等相关保护的标准要求。b）宜通过网络通信方式接入电流电压等数值和输出控制信号，信号的输入及输出环节的故障不应导致保护误动作，并应发出告警信号。c）保护单元应不依赖于外部对时系统实现其保护功能。d）双重化配置的两套保护，其信息输入输出环节应完全独立。e）当采用电子式互感器时，应针对电子式互感器特点优化相关保护算法、提高保护动作性能。f）线路保护宜支持一端为电子式互感器另一端为常规互感器或两端均为电子式互感器的配置形式。g）应充分考虑网络延时，确保保护功能及性能要求。 电科院电科院智能变电站功能要求（6）2.5 检测单元应逐步扩展设备的自诊断范围，提高自诊断的准确性和时

32、效性。应具有通过传感器自动采集设备状态信息（可采集部分）的能力，同时应具有从生产管理系统（PMS）自动复制宿主设备其它状态信息的能力，包括指纹信息、家族缺陷信息、现场试验信息等。在不影响测量和可靠性的前提下，宜采用外置型传感器，确需内置的，仅内置最必要部分。不论内置或外置，传感器的接入应不影响宿主高压设备的安全运行。应具备远方设定采集信息周期、报警阈值功能。说明：状态检测单元目前采集技术还需完善。这里强调一是扩大采集范围和提高准确度，二是也可以通信方式获得更多的信息。另外还讲述了传感器内置和外置的原则。 电科院电科院智能变电站功能要求（7）2.6 计量单元应能准确的计算电能量，计算数据完整、可

33、靠、及时、保密，满足电能量信息的唯一性和可信度的要求。应具有分时段、需量电能量自动采集、处理、传输、存储等功能，并能可靠的接入网络。应根据重要性对某些部件采用双重设备以提高冗余度。计量用互感器的选择配置及准确度要求应符合DL/T 448的规定。电能表应具有可靠的数字量或模拟量输入接口，用于接收合并单元输出的信号。合并单元应具有参数设置的硬件防护功能，其准确度要求应能满足计量的需要。宜针对不同计量单元特点制定各方认可的检定和溯源规程。说明：计量单元与传统模式有着本质区别，数据采样以通信方式获得，准确度已经不完全依赖于本身，而是依赖于数据采集前端-电子式互感器。 电科院电科院智能变电站功能要求（8

34、）2.7 通信单元宜采用完全自描述的方法实现站内信息与模型的交换。应具备对报文丢包及数据完整性甄别功能。网络上的数据应分级，有优先传送功能，并计算和控制流量，满足在全站电力系统故障时保护与控制设备正常运行的需求。宜按照IEC 62351要求，采用信息加密、数字签名、身份认证等安全技术，保证信息通信安全。宜采用非MMS映射进行通信。说明：通信单元功能提倡采用自描述方式实现信息，特别是模型的交互，这可能需要新的自描述方法。在不影响实时性的情况下，可以采用通信安全措施。 电科院电科院智能变电站功能要求（9）系统层功能要求系统层功能要求1 1 基本功能要求基本功能要求1.1 程序化操作满足无人值班及区

35、域监控中心站管理模式的要求。可接收执行监控中心、调度中心和当地后台系统发出的控制指令，经安全校核正确后自动完成符合相关运行方式变化要求的设备控制。应具备自动生成不同的主接线和不同的运行方式下的典型操作流程的功能。应具备投退保护软压板功能。应具备急停功能。可配备直观图形图像界面，在站内和远端实现可视化操作。说明：顺控应可视化操作，并可自动生成典型的操作票（比如间隔倒闸），在操作时每一步都是在控、可控，还可急停干预。顺控不全是开关、刀闸的控制操作，一些智能组件具体功能的运行方式设置包括软压板投退、定值区切换等也在操作范围。 电科院电科院智能变电站功能要求（10）1.2 站内状态估计应具有站内状态估

36、计及数据辨识与处理功能，保证基础数据的正确性，并支持智能调度技术支持系统实现电网状态估计。1.3 与主站系统通信宜采用基于模型的通信协议与主站进行通信。 1.4 同步对时系统站内采用基于卫星时钟的对时系统，系统层之间可采用IEC61588或SNTP协议对时方式，设备层之间可采用IEC61588或IRIG-B码对时方式，对时精度满足分布式应用功能的需要。说明：主站系统希望变电站能提供可靠的数据以减轻主站系统的运算负担并提高可靠性，这种数据看的可靠性就需要通过变电站状态估计计算来实现。 电科院电科院说明与主站通信时强调模型信息也要传输，不能仅限于简单的四遥数据，有模型的数据可以让主站信息接收处理简

37、化，且保证信息齐全。智能变电站的对时要求远高于传统变电站和数字化变电站。传统变电站对时主要用于SOE时标，用于判断动作时序，但不影响电网本身的安全运行。数字化变电站强调采样的同一时刻，但并不强调绝对时刻。智能变电站由于有协同互动功能，必须要有精确的绝对时标。 电科院电科院智能变电站功能要求（11）1.5 通信系统应充分考虑可靠性，应具有网络风暴抑制功能，网络设备局部故障不应导致系统性问题。应充分考虑简便性，应有方便的配置向导进行网络配置、监视、维护。应具有对网络所有节点的工况监视与报警功能。工业以太网交换机应满足以下要求：a) 宜采用冗余直流供电和无风扇设计；b) 电磁兼容等性能满足DL/T

38、860-3要求；c) 应具有服务质量保证、虚拟局域网、组播过滤、广播风暴限制、抵御拒绝服务攻击和防止病毒传播的功能；d) 宜支持遵循DL/T 860建模及对外通信。说明：对通信系统这里仅给出一般要求。 电科院电科院智能变电站功能要求（12）1.6 电能质量评估与决策系统宜实现包含电压、谐波监测在内的电能质量监测、分析与决策的功能，为电能质量的评估和治理提供依据。1.7 变电站培训仿真系统特高压变电站宜配置变电站培训仿真系统，提供智能变电站虚拟现实功能，实现设备巡检、故障分析、运行操作等培训功能。1.8 区域集控功能当变电站在系统中承担集中控制功能，即在满足本变电站监控的基础上，实现对周边多个变

39、电站的集中监控时，则变电站应满足集控站的相关技术标准及规范。1.9 区域智能防误操作根据变电站高压设备的网络拓扑结构，对开关、刀闸操作前后不同的分合状态，进行高压设备的有电、停电、接地三种状态的拓扑变化计算，自动实现防误操作的闭锁逻辑判断。 电科院电科院说明具有电能质量评估功能，尤其是与大用户互动时需要。由于高电压等级变电站操作的重要性，所以应完善培训手段，加快运行人员对巡检、操作环境的熟悉。区域集控可以节约资源，提高维护工作效率，尤其是在今后小型变电站结构紧凑，全户外模式，不存在主控室的情况下。区域智能防误操作强调按高压设备的拓扑结构，进行智能操作访误判别。智能变电站自动化系统今后模型处理的

40、任务会越来越重，一个好的配置工具是必备手段。模型统一即可以实现统一配置。 电科院电科院智能变电站功能要求（13）1.10 配置工具应通过统一的配置工具对全站设备进行全站数据模型及通信配置。1.11 源端维护变电站作为调度/集控系统数据采集的源端，应提供各种可自描述的配置参量，维护时仅需在变电站利用统一配置工具进行配置，生成标准配置文件，包括变电站主接线图、网络拓扑等参数及数据模型。变电站监控系统与调度/集控系统可自动获得变电站的标准配置文件，并自动导入到自身系统数据库中。变电站监控系统的主接线图和分画面图形文件，应以网络图形标准SVG格式提供给调度/集控系统。1.12 网络记录分析系统宜配置独

41、立的网络报文记录分析系统，实现对全站各种网络报文的实时监视、捕捉、存储、分析和统计功能。网络报文记录分析系统宜具备变电站网络通信状态的在线检测和状态评估功能。 电科院电科院说明源端维护是智能变电站的重要概念。数据从源头就实现标准化，便于后面各种应用利用，可以大幅提高工作效率，减少重复工作。比如今后调度端的数据、模型、各种图表等工程数据均可根据变电站提供的文件（或者通过自描述手段）自动生成。采用SVG交换图形格式目前已为电力系统中的图形交换的主要采用方式。自数字化变电站之后，通信的重要性日益上升，甚至比保护还重要。借鉴保护专业通过故障录波作为第三方仲裁的思路，智能变电站也有必要对网络数据进行监视

42、、记录和分析。可以这样理解，在智能变电站中，故障录波升级变成了网络录波。网络的在线监测功能是确保网络系统运行正常的重要手段。 电科院电科院站内智能高级功能要求 2.1 设备状态可视化 应采集主要高压设备（变压器、断路器等）状态信息，进行可视化展示并发送到上级系统，为电网实现基于状态检测的设备全寿命周期综合优化管理提供基础数据支撑。 说明：变电站中的变压器、断路器等主设备的设备状态应接入系统，可随时监视。为今后实现变电站全寿命周期管理提供必要的数据和技术支撑。 电科院电科院站内智能高级功能要求 2.2 智能告警及分析决策 应根据变电站逻辑和推理模型，实现对告警信息的分类和信号过滤，对变电站的运行

43、状态进行在线实时分析和推理，自动报告变电站异常并提出故障处理指导意见，为主站提供智能告警，也为主站分析决策提供事件信息。 说明：智能告警是对变电站内的各种事件做一个梳理，理清其间的轻重缓急。根据事件的重要性，合理安排告警信息，屏蔽没有意义或者在运行情况下低一级的告警信息。例如在正常操作或者保护动作之后，遥测越限告警就意义不大了。主要是为减轻主站系统的负担。 电科院电科院站内智能高级功能要求 2.3 故障信息综合分析决策故障信息综合分析决策 宜在故障情况下对包括事件顺序记录信号及保护装置、相量测量、故障录波等数据进行数据挖掘、多专业综合分析，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。

44、 说明：事故信息综合分析决策是指在发生电力系统事故或者故障情况下，系统根据获取的各种信息，自行为值班运行人员提供一个事故分析报告并给出事故处理预案，便于迅速判定事故原因和应采取的措施，而且可以人工分析直接提供相关数据信息。 电科院电科院站外智能高级应用 2.4 支撑经济运行与优化控制 综合利用FACTS、变压器自动调压、无功补偿设备自动调节等手段，达到支撑调度系统安全经济运行和优化控制的目的。 说明：根据变电站实时运行的情况，运用数学模型算法，结合站内的调压、无功投切等手段，给出经济运行和优化控制策略，强调为调度系统服务,如电压无功控制的限值可能是由调度系统下发。 电科院电科院站外智能高级应用

45、 2.5 系统级安全自动控制 宜利用统一采集的信息，集中处理，实现全站备自投、安全稳定控制等功能。 说明：在通信和数据处理速度满足要求的情况下，应考虑基于全站数据信息的集中式处理架构的应用，系统级的运行控制策略优于面向单间隔的策略。与以往的分散、分布式保护完全不同，采集全站内全部或者部分实时运行数据，集中运算，基于全站系统级策略，实现保护，是一种集中式处理。 电科院电科院站外智能高级应用 2.6 站域保护 运用集中或分布协调的方式采集全站实时信息并进行分析计算，优化后备保护、辅助保护性能，提高保护对智能变电站多种运行方式的自适应能力。 利用冗余信息比对相关数据和装置状态，实现继电保护的状态检测

46、和检修。 2.7 与外部系统信息交互 具有与大用户、电源等外部系统进行信息交换的功能，能转发进线、出线运行状况等相关信息。 说明：是智能变电站的互动化体现。 电科院电科院辅助设施功能要求 1.视频监控视频监控 站内宜配置视频监控系统并可远传，与站内监控系统在设备操控、事故处理时协同联动，并具备设备就地、远程视频巡检及远程视频工作指导的功能。 说明：视频监控应与监控系统联动，在设备操控和事故处理时显示被操作对象的实时图像信息，进一步保证整个过程的可靠实施，减轻工作人员劳动强度，也是今后无人值班站操作模式的发展方向。 电科院电科院辅助设施功能要求 2 安防系统安防系统 应配置灾害防范、安全防范子系

47、统，告警信号、量测数据宜通过站内监控设备转换为标准模型数据后，接入当地后台和控制中心，留有与应急指挥信息系统的通信接口。 宜配备语音广播系统，实现设备区内流动人员与集控中心语音交流，非法入侵时能广播告警。 说明：说明：安防系统的信息接入当地后台和控制中心，能可靠、有效地发挥安防系统的作用；留有与应急指挥信息系统的通信接口是保留进一步发挥安防系统作用的可能性，便于以后的发展需求。 电科院电科院辅助设施功能要求3 照明系统照明系统应采用高光效光源和高效率节能灯具以降低能耗，事故应有应急照明。有条件时，应积极采用太阳能、地热、风能等清洁能源供电。说明：说明：在照明系统中重点考虑节能，提倡采用清洁能源

48、。4 站用电源系统站用电源系统 宜将直流、交流、逆变、UPS、通信等电源一体化设计、一体化配置、一体化监控，其运行工况和信息数据能通过一体化监控单元展示并转换为标准模型数据，以标准格式接入当地监控系统，并上传至控制中心。 电科院电科院辅助设施功能要求 说明：说明：站内各种电源能一体化考虑，并接入监控系统和上传至控制中心，达到高效、可靠控制整个变电站站用电源的目的。 5 辅助系统优化控制辅助系统优化控制 宜具备变电站设备运行温度、湿度等环境定时检测功能，实现空调、风机、加热器的远程控制或与温湿度控制器的智能联动，优化变电站管理。 说明：为了保证变电设备的安全运行，需要实时了解其运行环境，也需要能

49、远程控制相应设备改变变电设备的运行状况。 电科院电科院一次设备智能化实施方案 电科院电科院一次设备智能化实施方案智能变电站是统一坚强智能电网的重要支撑节点，作为变电站重要的一次设备的变压器、开关和刀闸的智能化是整个智能变电站建设中不可或缺的重要一环。数字化的智能一次设备是智能化变电站系统的重要组成部分，智能高压设备的数字化可以有效解决数据和信息的共享以及设备间的互操作问题，有利于整合测量、控制、计量、保护、监控等自动化功能，提高设备的可靠性、可维护性等性能，降低设备成本和维护费用。实现智能高压设备的数字化的关键技术是将模型信息和服务统一到IEC61850标准，站内各智能高压设备具有一致的描述和

50、通信方法，具有自我描述能力。 电科院电科院智能变压器智能变压器具有通讯和数据处理能力，将变压器的各种工况数据、位置信号经处理后发送至数据网络，并能够接受各种对变压器操作的数字指令。智能变压器的基本构成如图所示，本体主要由变压器、冷却系统、变压器油以及有载调压等部分组成，为了满足运行及智能化的需要，内部需要增加各种用来测量压力、温度、局放、色谱等信息的传感器和测量电流、电压的互感器，以满足状态检修和变压器自保护、自控制的要求。变压器智能组件就地安装，通过短距离控制电缆与变压器本体相连接，实时采集各种传感器的信息，通过处理后实现状态上送、冷却系统自动控制、分接头调节、本体保护、告警等功能，同时还可

51、以集成合并单元功能，实时发送电流电压信息，并可接收处理GOOSE报文。 电科院电科院智能高压电器（1）智能高压电器具有通讯和数据处理能力，将开关与刀闸的状态信号、位置信号采集后经处理形成符合IEC61850的数据报文后发送至数据网络；并能够接受各种符合IEC61850标准的对开关与刀闸操作的数字指令。智能高压电器的基本构成如图所示，本体主要由断路器、隔离开关和接地开关组成，为了满足运行及智能化的需要，内部除了要有控制回路、储能机构、位置信息外，还需要增加各种用来测量压力、温度等信息的传感器以及测量电流、电压的互感器，以满足状态检修和高压电器自保护的要求。高压电器智能组件就地安装，通过短距离控制

52、电缆与高压电器相连接，实时采集各种传感器的信息，通过处理后实现状态上送、本体保护、告警等功能，同时还可以集成合并单元功能，实时发送电流电压信息，并可接收处理GOOSE报文。 电科院电科院智能高压电器（2） 因此变压器智能组件的设计应采用模块化设计，组件内的模块设计时应采用统一标准，以满足不同厂家的功能插件。智能组件框图如图所示：内部设有光纤以太网，用于各个模块间的数据通信，模块可以由不同厂家生产，但是都遵循IEC61850规范或其扩展规范。所有的对外数据出口只有采样值出口、变压器保护出口和一些必要的通信数据出口（如：变压器状态信息、分接头位置等），减少网络带宽占用。这三种出口均为光纤以太网接口

53、，通过外置于组件外的工业光纤以太网交换模块集中后用单一光纤连接于外部数据网。每个模块电源均采用隔离方式，任一模块的电源损坏不影响其他模块的电源。 电科院电科院方案说明 本方案所有图中标注的“智能组件”是指同一系统，各个“智能组件”可能是在同一个板卡，也可能是通过内部通信连接在一起的装置。并不是指单独的装置或插件。 电科院电科院智能变压器组件 智能变压器的智能化主要依靠智能变压器组件，该组件拥有数字化接口，遵照IEC61850标准接入系统，通信接口采用100M光纤以太网。利用先进的检测技术和手段，将多种检测装置综合在一起，实现变压器运行状态的综合数据分析和数据处理，为变压器的状态维护提供可靠依据

54、。集成了局部放电在线监测、油中溶解气体分析、温度负荷在线监测、综合状态特性分析和网络数据传输等技术，在线监测电力变压器等高压电气设备运行状态。监测系统是由局部放电在线监测装置、油溶解气体在线监测装置、温度负荷在线监控装置、在线监测综合分析软件和数据服务器五部分组成；控制系统可以有载调压、风扇自动控制等。 电科院电科院智能高压电器组件 智能高压电器应该遵照IEC61850标准，能够发送采样值数据；能够在授权条件下控制变电站内断路器、隔离开关、接地开关的分合闸动作；具有保护功能、自检同期功能；能够监测开关、刀闸的状态；例如监测开关辅助触点的正常与否、统计断路器开断次数、能够通过分合闸线圈的电流测量

55、判断分合闸线圈好坏、能够监测液压油及气体的纯度、压力和温度；能够统计油泵和开关启动次数及启动时间。 电科院电科院智能高压电器组件 高压电器智能组件的设计也应采用模块化设计，组件内的模块设计时应采用统一标准，以满足不同厂家的功能插件。智能组件框图如图5-2所示：内部设有光纤以太网，用于各个模块间的数据通信，模块可以由不同厂家生产，但是都遵循IEC61850规范或其扩展规范。所有的对外数据出口只有采样值出口和GOOSE通信数据出口（如：开关状态信息、位置信息等），这两种出口均为光纤以太网接口，通过外置于组件外的工业光纤以太网交换模块集中后通过单一光纤连接于外部数据网。每个模块电源均采用隔离方式，任

56、一模块的电源损坏不影响其他模块的电源。 电科院电科院智能组件通信 智能组件通信是指组件的内部各模块之间，以及智能组件与智能变电站内其他智能设备之间的通信，均采用光纤连接的数字化通信方式。 1 组件内部通讯组件内部通讯 1.1 逻辑节点分配 智能组件的内部各功能模块均作为IED与其他功能模块进行数字化通信，根据功能模块实现的功能类型创建一个或多个逻辑设备，具有各自的逻辑节点，通过逻辑节点间的信息交互完成相应应用功能。 1.2 接口和服务 智能组件的内部各功能模块之间采用IEC61850服务进行通信。子功能操控单元之间采用GOOSE进行通信；ECT/EVT通过合并单元采用IEC61850-9-2L

57、E进行采样值传输； 电科院电科院智能组件通信 2 组件与外部通信 智能组件配备数据综合管理模块实现与其他智能模块或IED的数字化通信，配备合并单元为数据网络提供采样值，各功能模块的功能实现仍采用传统硬接线和直接电缆连接方式。 2.1 逻辑节点分配 数据综合管理模块作为IED具备数字化通信功能，根据各功能模块实现的功能类型统一创建多个逻辑设备，每个逻辑设备配备各自的逻辑节点。 2.2 接口和服务 合并单元采样值采用IEC61850-9-2LE传输；数据综合管理模块采用IEC61850服务与其他智能设备进行通信，支持MMS服务和GOOSE。快速报文信息（如跳闸）采用GOOSE服务实现；一般报文信息

58、采用MMS服务进行Client/Server通信。 电科院电科院智能组件通信 3 关键技术 3.1 逻辑节点和模型扩充 IEC61850-7-3和-7-4部分定义了大量的数据和逻辑节点模型，但实际应用中这些模型还远远不够，因而需要根据IEC61850标准规定的扩展方法进行模型扩充，并进行一致性说明，避免产生歧义。 3.2 快速报文处理 采用网络数字化传输取代传统硬接线，必须保证信息传输的快速性。通过优先级划分和预配置等技术的应用确保满足快速报文的时间要求。 电科院电科院智能组件通信 3.3 采样值传输 现阶段采样值传输标准包括IEC 60044规定的FT3格式，IEC 61850-9-1和IE

59、C61850-9-2等数据格式。IEC61850-9-2LE是厂家约定的9-2的固定配置版本，新开发的设备应该尽可能采用IEC61850-9-2LE。 3.4 网络及信息安全 采用网络化信息交互方式，网络的设计必须考虑信息传输的安全可靠。采样速率、网络带宽、CPU处理能力等是网络传输性能的约束条件。信息隔离、认证等安全策略也是保证网络安全的重要手段。 电科院电科院智能组件通信 3.5 功能分配和优化 设备智能化发展使得功能分配更加合理，功能优化应采用就近处理原则，尽可能避免大数据量、长时间的网络数据传输，尽可能提高通信效率。 3.6 实现过程 一次设备智能化是充满挑战的过程，涉及各方面的知识和大量工作。目前应优先以完善设备功能和实现设备间互操作为主要任务，首先实现设备通信接口的数字化。对于老站改造，采用传统接线方式接入智能操作箱，配置通信模块，提供两个以上网络接口进行对外通信。新建站