智能变电站技术交流20110416

智能变电站技术交流技术支持部Tuesday,January31,20231/31/2023主要内容智能变电站系统功能4智能电网介绍1智能变电站介绍2智能变电站关键技术3智能变电站关注点57:46PM智能电网

随着经济的发展、社会的进步、科技和信息化水平的提高以及全球资源和环境问题的日益突出，电网发展面临新课题和新挑战。发展智能电网，适应未来可持续发展的要求，已成为国际电力工业积极应对未来挑战的共同选择。不同国家的国情不同、电网发展阶段、资源分布不同，发展智能电网的方向和重点也不同。7:46PM智能电网目前一些国家的政府部门、企业、研究和咨询机构正在积极开展智能电网方面的工作。总的来看，不同国家的国情不同、电网发展阶段、资源分布不同，因此，发展智能电网的方向和重点也不同。在发展目的方面，保障国家能源安全，积极应对气候变化，促进可再生能源发展，提高资源利用效率，增加劳动就业，完善用户的增值服务；在发展重点方面，侧重在配电和用户侧，重点研发可再生能源和分布式电源并网技术，电动汽车与电网协调运行技术以及电网与用户的双向互动技术；在工作进展方面，主要处于研究和实践的起始阶段，概念和内涵还不统一，技术路线也不相同。7:46PM智能电网国网公司在致力于建设坚强国家电网的同时，高度重视智能电网技术研究和工程实践，取得了一批拥有自主知识产权的重要成果，在技术理论、装备制造和工程实施方面为发展智能电网打下了坚实的基础。主要表现在：特高压输电技术、广域测量系统、柔性交流输电、调度自动化等领域达到国际领先水平，积累了丰富的工程实践经验；分布式发电、光伏发电、新能源接入、电动汽车应用等取得重要进展，部分研究成果已转化并广泛应用于电网建设；智能电网调度技术支持系统、用电信息采集系统已经完成前期技术准备。7:46PM智能电网

坚强智能电网以坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合。7:46PM智能电网传统电网：单向潮流简单交互智能电网：双向潮流分布式电源分布式储能主动交互7:46PM智能电网电网友好的设施（GFAs）用户需求电力供应过剩电力缺额电力InternalPower用电需求DailyTimeCycle分布式发电和储能一年内只有少数时间资产被完全使用7:46PM智能电网7:46PM智能电网.作用（一）满足经济社会发展对电力的需求

通过建设坚强智能电网，提高电网大范围优化配置资源能力，实现电力远距离、大规模输送，满足经济快速发展对电力的需求。（二）应对资源环境问题带来的挑战

通过建设坚强智能电网，实现可再生能源集约化开发、大规模、远距离输送和高效利用，改善能源结构，促进资源节约型、环境友好型社会建设。7:46PM智能电网.作用（四）满足多元化用电服务需求

通过建设坚强智能电网，提高电能质量和供电可靠性，创新商业服务模式，提升电网与用户双向互动能力和用电增值服务水平。（三）适应发用电多样化的发展要求通过建设坚强智能电网，实现各类集中/分布式电源、储能装置和用电设施并网接入标准化和电网运行控制智能化，提高电力系统资产的运营效益和全社会的能源效率，促进经济社会的可持续发展。7:46PM智能电网.内涵经济高效坚强可靠清洁环保友好互动透明开放中国智能电网1、坚强可靠的实体电网架构是中国坚强智能电网发展的物理基础4、透明开放是中国坚强智能电网的发展理念5、友好互动是中国坚强智能电网的主要运行特征7:46PM智能电网.内涵发电环节调度环节用电环节配电环节输电环节变电环节信息通信7:46PM智能电网.课题

发电输电变电配电用电调度

1.风力发电和光伏发电并网关键技术研究2.特高压交直流关键技术研究和相关设备研制3.智能变电站关键技术研究及相关设备研制5.微电网技术框架和接入技术与分布式储能装置研究

6.双向互动营销技术研究和示范工程建设8.智能电网调度技术支持系统研究

4.超导储能系统及关键技术研究7.高级量测技术研究

重点专项研究为智能电网建设提供技术支撑和理论基础，分为技术研究和管理模式研究两部分。根据发电、输电、变电、配电、用电、调度等环节以及通信信息平台的关键技术需求，选取了117个技术研究课题。信息及通信支撑管理模式研究

9.智能电网通信信息技术研究

10.智能电网管理模式研究7:46PM智能电网7:46PM智能电网7:46PM智能变电站7:46PM智能变电站7:46PM智能变电站.结构电压切换操作箱CSC2000(V2）监控机CSC1321远动机调度主站综自变电站一次设备间隔层设备站控层系统信号/控制电缆以太网络CT/PT光纤光纤信号/控制电缆智能变电站CSC2000(V2）监控机CSC1321远动机调度主站一次设备间隔层设备站控层系统过程层以太网络SV网Goose网其他保护ECT/EPT合并单元智能终端合并单元Goose点对点跳闸SV点对点采样启动断路器失灵、重合闸同期电压合并7:46PM智能变电站.互感器传统互感器绝缘复杂体积大、重量重CT动态范围小，有饱和现象电磁式PT易产生铁磁谐振CT二次输出不能开路7:46PM智能变电站.互感器电子式互感器绝缘简单体积小、重量轻CT动态范围宽，无磁饱和PT无谐振现象CT二次输出可以开路ECT7:46PM智能变电站.互感器罗可夫斯基空心线圈电流互感器空心线圈的感应电压与被测电流的导数成正比（Rogowski，1912年）被测电流线圈感应电压B空心线圈电流I7:46PM智能变电站.互感器电子互感器ECT7:46PM智能变电站.互感器合并单元保护测控计量空芯线圈AD采集模块绝缘子光纤一次导线激光供电数据处理一次场A相B相C相采集器：双AD方案，保证采样可靠性低功耗设计双电源方案测温功能完善的自检功能，如AD电源低等浅色为保护采样线圈、深色为测量采样线圈7:46PM智能变电站.互感器普通光起偏器偏振光磁光材料磁场B检偏器Faraday旋光角光学电流互感器法拉第磁旋光效应（1846年）入射光出射光电流旋转角与电流I成正比关系7:46PM智能变电站.互感器光学电流互感器OCT数字输出FT3合并单元7:46PM智能变电站.互感器分压型电压互感器（有源）阻容分压电容分压电阻分压R1R2Usr与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过±5V7:46PM智能变电站.合并单元7:46PM智能变电站.合并单元传输标准60044（FT3）私有协议61850标准：9-1、9-27:46PM智能变电站.合并单元7:46PM智能变电站.合并单元7:46PM智能变电站.合并单元7:46PM智能变电站.合并单元CSI200EA测控CSC保护合并单元7:46PM智能变电站.智能终端智能终端的主要功能智能终端GOOSE网GOOSE点对点硬接点3）上传开关刀闸位置信号一次设备的数字接口：1）接收保护跳闸控制命令并跳闸4）温湿度数据采集和上传2）接收测控装置分/合闸控制命令并执行7:46PM智能变电站.智能终端GOOSE传输机制：变时间间隔重复传输事件结束后以较长的间隔连续传输（1s），以保持通信线路的畅通事件发生时以较短的间隔连续传输（1ms，2ms，4ms），避免数据报文的丢失事件计数器C1报文计数器C2C1=8C2=10C1=9C2=0C1=9C2=5保护动作7:46PM智能变电站.智能终端CSI200EA测控CSC保护JFZ智能终端7:46PM智能变电站.智能终端智能控制功能系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命选相分闸：各相在各自的电流过零点依次分闸，提高开断能力集成检同期和自动重合闸功能（试探—自适应）智能终端应具备的附加功能状态监视与状态检修跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等状态评估/故障预报/检修计划7:46PM智能变电站.智能终端福建进行的高温高湿试验7:46PM智能变电站.智能终端吉林进行的低温试验7:46PM智能变电站.规范要点7:46PM智能变电站.规范要点7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850解决SAS中设备间的互操作问题传统技术数据组织示例IneedthePhaseAvoltageforthe500KVprimaryfeeder#1ItisinRegister4023and4024传统技术使用的都是静态方法，试图通过定义一个完备的数据定义表来统一不同厂家的信息表达。优点：简单。缺点：不能满足用户各种需求，往往需要扩充；扩充后不能相互识别，无法互操作.7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850服务器设备模型我是…我有这些模型……客户自我描述我知道了!逻辑设备（LOGICALDEVICE）逻辑节点1（XCBR）逻辑节点2（MMXU）数据属性（Dattr）数据（DATA）逻辑节LN（1到n）逻辑设LD（1到n）服务器服务器（SERVER）100/1000Mbps以太网装置建模7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850数据属性逻辑节点数据对象逻辑设备物理设备PHDLDLNDODA实际的保护装置公用/保护/测量/控制/录波StrOp保护动作保护启动generalphsAphsBphsC是否动作（总）A相是否动作B相是否动作C相是否动作接地距离I段：PDIS1接地距离II段：PDIS2接地距离III段：PDIS31100分层模型7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850IEC61850模型扩展原则逻辑节点类LN物理设备PHD逻辑设备LD数据对象类DO数据属性DA公共数据类CDC模板LN、DO和CDC都可以扩展IEC61850模型体系结构扩展应遵循国网公司标准《IEC61850国际标准工程化实施技术规范》《IEC61850工程应用模型》7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850数据集的概念GndPDIS1GndPDIS2GndPDIS3generalOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCGndPDIS1.Op.generalGndPDIS2.Op.generalGndPDIS3.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsCGndPDIS2.Op.PhsAGndPDIS2.Op.PhsBGndPDIS2.Op.PhsCGndPDIS3.Op.PhsAGndPDIS3.Op.PhsBGndPDIS3.Op.PhsC数据对象100100000000接地距离保护I段动作跳A相数据属性的集合数据属性7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850数据集GndPDIS1.Op.general……GndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC保护程序通信程序负责刷新数据集中数据的值置1：表示动作置0：表示返回监视数据集中数据值的变化一旦发生变化就认为产生一个事件以特殊的重传机制发送GOOSE报文7:46PM智能变电站关键技术.IEC-618503）保护与合并单元模拟量合并单元智能终端SVGOOSE1）保护与监控主机保护动作信息/异常告警信息定值信息/录波信息等2）保护与智能终端采样值信息（SV）状态信息（GOOSE）开关量监控主机MMSMMS三类服务模型：MMS、GOOSE和SV7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850配置文件SSD系统图组态工具装置模板组态工具ICD系统组态工具SCD装置实例组态工具IEC61850装置CID全站系统配置文件一次系统配置文件装置模板配置文件装置配置IED描述文件7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850各种描述文件的作用和流转过程.ssd文件(1个，系统集成商提供).icd文件(多个，由制造商提供)描述一次接线图描述二次设备的基本数据模型与服务通信系统设计.scd文件描述一次接线、二次设备和通信系统（最完整）实例化，确定二次设备与一次系统的对应关系…….cid文件.cid文件描述二次设备模型、通信参数及与一次系统的对应关系7:46PM智能变电站关键技术.IEC-61850PhtoPh_PDIS_1PhtoPh_PDIS_2PhtoPh_PDIS_3TCTR1XCBR1XCBR2TCTR2.ssd文件LD_1LinePro_1PhtoPh_PDIS_1PhtoPh_PDIS_2PhtoPh_PDIS_3LD_1LinePro_2PDIS_1PDIS_2PDIS_3LD_1DisRelay.icd文件.cid文件.cid文件.scd文件通信系统SVGOOSE7:46PM智能变电站关键技术.虚端子“端子”的概念对于二次回路的设计/施工/调试意义重大！装置1UaUbUcIaIbIcTaTbTc压板…装置2TaTbTc压板…电缆7:46PM智能变电站关键技术.虚端子传统二次回路设计与实施过程：

1）设备制造商提供端子排，视需要在重要端子排和装置之间设置压板

2）设计院设计各个屏柜的端子排之间的二次电缆连线

3）施工：根据设计院的设计图纸进行屏柜间接线

4）调试：根据图纸对相关接线进行测试和检查7:46PM智能变电站关键技术.虚端子清晰明确的电缆变成看不见摸不着的通信网络装置1装置2GOOSEGOOSEGndPDIS1.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC数据集软压板软压板7:46PM智能变电站关键技术.虚端子7:46PM智能变电站关键技术.虚端子延续以往的端子排设计与校核清晰明确的电缆连接变成看不见摸不着的通信网络引入“虚端子”概念设计院方面制造商方面交换描述文件.scd和.cid配置输入输出并校核用户方面引入“虚端子”概念网络报文分析装置监视通信回路、记录网络报文7:46PM智能变电站关键技术.采样同步间隔层设备从不同合并单元获取同步的采样数据两种同步机制时标同步：不要求传输延时稳定，适用于网络插值再采样同步：可靠性高，适用于点对点光纤7:46PM智能变电站关键技术.采样同步时标同步工作机制：合并单元同步采样，输出采样数据打时标，间隔层设备根据采样数据的时标同步不同合并单元的采样值优点：允许报文的发送、传输和接收处理延时在0～3ms范围内抖动，可用网络传输缺点：合并单元依赖同步时钟工作，存在故障集中点对策1：合并单元具备一定的守时能力，跟踪时间+跟踪频率对策2：防误动，合并单元校验对时的正确性对策3：防拒动，（保护+合并单元+对时系统）双重化对策4：采样值同步标志无效时，间隔层设备仍能实现部分不要求采样同步的功能7:46PM智能变电站关键技术.采样同步插值再采样同步工作机制：间隔层设备用报文接收时刻推算采样时刻，插值生成同步采样数据优点：简单、可靠，不依赖对时缺点：要求报文的发送、传输和接收处理的延时抖动不超过10us一次被测值发生到其采样值报文开始传输的延时稳定报文传输延时稳定，不能通过交换机间隔层设备能精确记录采样值接收时间通信规约IEC60044-8的FT3互操作性差，标准已淘汰，实现相对容易9-2互操作性好，需用FPGA直接收发以太网报文，实现比较困难7:46PM智能变电站关键技术.采样同步7:46PM智能变电站关键技术.采样同步与额定值偏差<±5us7:46PM智能变电站关键技术.采样同步每周波80个采样点，采样间隔250us通道“0”上送合并单元处理延时7:46PM智能变电站关键技术.GOOSE传输机制保护程序判断结果距离I段动作，跳A相St5Sq8St6Sq0St6Sq1St6Sq2St6Sq3St7Sq0St加1，Sq清零事件发生时刻St7Sq3St5Sq71024ms1ms1ms2ms1024msSt：事件计数器Sq：报文计数器GndPDIS1.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC0000110011001100110000000000保护程序：刷新数据0000通信程序：监测数据变化/传输GOOSE报文000000000000St7Sq1返回时间到St7Sq2St7Sq4事件发生时刻St加1，Sq清零1ms1ms2ms7:46PM智能变电站关键技术.网络管理目的：减少网络上不必要的流量，降低交换机负载率，避免丢包控制手段：交换机将组播报文仅发送到需要的端口实现机制：VLAN优点：对智能设备无特殊要求缺点：交换机需配置，不同VLAN间信息交换效率低IGMPSnooping优点：对智能设备无特殊要求缺点：工作在三层，复杂，资源消耗大GMRP优点：简单，无需配置交换机，智能设备可自动配置；工作在二层，资源消耗小缺点：智能设备需支持GMRP7:46PM智能变电站关键技术.网络管理交换机配置：对于线路和母联间隔，由一台交换机完成GOOSE数据和SV数据的传输，使用VLAN将其分割为逻辑上的两台交换机两个电口（17、19口）分别为GOOSE测试口和SV测试口7:46PM智能变电站关键技术.网络管理7:46PM智能变电站关键技术.网络管理交换机测控2测控3母差录波合并单元1合并单元2合并单元3测控1智能终端1智能终端1智能终端31111122332233101交换机将组播报文广播到每个端口1012101333211013211017:46PM智能变电站关键技术.网络管理过程层100M100M100M变电站网络报文记录海量存储数据中心离线分析中心模拟量录波

----基于启动元件的暂态录波

----无启动元件长录波网络报文录波

----GOOSE报文录波

----MMS报文录波仲裁中心7:46PM智能变电站的系统功能：基本功能高级功能基本功能－11项要求高级功能－6项要求智能变电站系统功能7:46PM基本功能①－顺序控制满足无人值班及区域监控中心站管理模式的要求；接收和执行监控中心、调度中心和本地自动化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；具备自动生成不同主接线和不同运行方式下典型操作流程的功能；具备投、退保护软压板功能；具备急停功能；配备直观图形图像界面，在站内和远端实现可视化操作注意：顺序控制能够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。顺序控制不仅包括开关、刀闸的控制操作，软压板投退、定值区切换等也包含在内智能变电站基本功能7:46PM基本功能②－站内状态估计实现数据辨识与处理，保证基础数据的正确性，支持智能电网调度技术支持系统对电网状态估计的应用需求；基本功能③－与主站系统通信采用基于统一模型的通信协议与主站进行通信基本功能④－同步对时建立统一的同步对时系统。全站采用基于卫星时钟（优先采用北斗）与地面时钟互备方式获取精确时间；地面时钟系统支持通信光传输设备提供的时钟信号；用于数据采样的同步脉冲源全站唯一，可采用不同接口方式将同步脉冲传递到相应装置；同步脉冲源同步于正确的精确时间秒脉冲，不受错误的秒脉冲的影响；支持网络、IRIG-B等同步对时方式智能变电站基本功能7:46PM基本功能⑤－通信系统具备网络风暴抑制功能，网络设备局部故障不导致系统性问题；具备方便的配置向导进行网络配置、监视、维护；具备对网络所有节点的工况监视与报警功能；具备DoS

防御能力和防止病毒传播的能力基本功能⑥－电能质量评估与决策实现包含谐波、电压闪变、三相不平衡等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基本功能⑦－区域集控功能当智能变电站在系统中承担区域集中控制功能时，除本站功能外，还应支持区域智能控制防误闭锁，同时满足集控站相关技术标准及规范的要求智能变电站基本功能7:46PM基本功能⑧－防误操作具备全站防止电气误操作闭锁功能。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，自动实现防止电气误操作逻辑判断基本功能⑨－配置工具采用标准化的配置工具实现对全站设备的数据建模，以及进行通信配置智能变电站基本功能7:46PM基本功能⑩－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。变电站自动化系统与调度/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。同时，变电站自动化系统的主接线图和分画面图形文件，应以标准图形格式提供给调度/集控系统基本功能⑾－网络记录分析配置独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监视和状态评估功智能变电站基本功能7:46PM高级功能①－设备状态可视化采集主要一次设备（变压器、断路器等）状态信息，进行状态可视化展示并发送到上级系统，为实现优化电网运行和设备运行管理提供基础数据支撑使变电站中主设备的设备状态可以随时得到监视，为以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高级功能②－智能告警及分析决策建立变电站故障信息的逻辑和推理模型，实现对故障告警信息的分类和过滤，对变电站的运行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。可根据主站需求，为主站提供分层分类的故障告警信息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。主要是为减轻主站系统的负担智能变电站高级功能7:46PM高级功能③－故障信息综合分析决策故障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，自动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，而且可以为人工分析直接提供相关数据信息要求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高级功能④－支撑经济运行与优化根据变电站实时运行的情况，运用数学模型算法综合利用变压器自动调压、无功补偿设备自动调节等手段，支持变电站及智能电网调度技术支持系统安全经济运行及优化控制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智能变电站高级功能7:46PM高级功能⑤－站域控制利用对站内信息的集中处理、判断，实现站内自动控制装置（如备自投、母线分合运行）的协调工作，适应系统运行方式的要求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，实现控制，是一种集中式处理架高级功能⑥－与外部系统交互信息具备与大用户及各类电源等外部系统进行信息交换的功能是智能变电站的互动化体现，一些大用户比如钢厂有这方面需求智能变电站高级功能7:46PM①视频监控站内配置视频监控系统并可远传视频信息，在设备操控、事故处理时与站内监控系统协同联动，并具备设备就地和远程视频巡检及远程视频工作指导的功能。②

安防系统配置灾害防范、安全防范子系统，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。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。③

照明系统采用高效节能光源以降低能耗，配备应急照明设施。有条件可采用太阳能、地热、风能等清洁能源供电智能变电站高级功能7:46PM④站用电源系统全站直流、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自动化系统，并上传至远方控制中心。⑤辅助系统优化控制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智能变电站高级功能7:46PM设计原则智能变电站设计选型遵循安全可靠的原则采用符合智能变电站高效运行维护要求的结构紧凑型设备减少设备重复配置，实现功能整合、资源和信息共享设备采用新材料。系统设计包括：全站的网络图、VLAN划分、IP配置、虚端子设计接线图、同步系统图等智能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结合智能设备的集成，简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