数学化变电站技术ppt课件详细内容模板教学培训

数字化变电站技术及应用21、什么是数字化变电站？4、数字化变电站和常规变电站的区别？2、数字化变电站关键技术？3、数字化变电站有何技术优势？6、电子式互感器、IEC61850与数字化变电站是什么关系？5、未来的数字化变电站是什么结构？相关的几个问题31数字化变电站概述

2数字化变电站技术

3数字化变电站实施

4数字化变电站未来

41数字化变电站概述－如何理解数字化变电站？－为何要建数字化变电站？51.1数字化变电站的定义 数字化变电站是以变电站一、二次系统为数字化对象，对数字化信息进行统一建模，将物理设备虚拟化，采用标准化的网络通信平台，实现信息共享和互操作，逐步实现一、二次系统的技术融合，满足安全、稳定、可靠、经济运行的现代化变电站。6数字化变电站的特点

变电站传输和处理的信息数字化过程层设备智能化统一的信息模型：数据模型、功能模型统一的通信协议：数据无缝交换高质量信息：可靠性、完整性、实时性各种设备和功能共享统一的信息平台7数字化变电站有关术语

IED（智能电子设备）

IntelligentElectronicDevice

MMS（制造报文规范）ManufacturingMessageSpecificationGOOSE（通用面向对象变电站事件）

GenericObjectOrientedSubstationEvents

MU（合并单元）mergingunit

2023/6/18变电站控层监视和控制命令、收集和传输测量信息和突发事件产生的信息，在执行操作功能时必须有效区分安全操作和正常操作。SBO(SelectBeforeOperate)远动、故障信息子系统间隔层:与站控层的信息交互模式采取客户端/服务器机制，站控层设备可以同时与多台间隔层设备通信；保护装置、测控装置过程层

合并单元（MU）、智能单元1.2数字化变电站的结构

2023/6/191.2数字化变电站的结构

控制中心

监控主机远动主站交换机路由器站控总线保护A测控单元光电互感器保护B保护A测控单元传统一次设备保护BIEC61850-9-1IEC61850-8智能终端传统一次设备间隔层

过程层站控层光电互感器2023/6/11061850变电站特点：IEC61850标准只作为通信规范站控层、网络层、间隔层光纤或双绞线以太网利用现有二次技术/结合一次设备运行模式/习惯与传统变电站一致

2023/6/111数字化变电站特点：IEC61850标准不仅作为通信规范IEC61850标准规范采样/传输等模式光纤或双绞线以太网站控层、间隔层、过程层

一/二次设备使用光缆连接采用智能互感器/开关其余一次设备与传统变电站一致

2023/6/11261850和数字化变电站的结构图2023/6/113(1)过程层过程层是一次设备与二次设备的结合面,或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分3类:①电力运行实时的电气量检测;②运行设备的状态参数检测;③操作控制执行与驱动。2023/6/114(2)间隔层间隔层设备的主要功能是:①汇总本间隔过程层实时数据信息;②实施对一次设备保护控制功能;③实施本间隔操作闭锁功能;④实施操作同期及其他控制功能;⑤对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制;⑥承上启下的通信功能,即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时,上下网络接口具备双口全双工方式,以提高信息通道的冗余度,保证网络通信的可靠性。2023/6/115(3)站控层站控层的主要任务是①通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登录历史数据库;②按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心;③接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行;④具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;⑤具有(或备有)站内当地监控,人机联系功能,如显示、操作、打印、报警,甚至图像,声音等多媒体功能;⑥具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态,在线修改参数的功能;⑦具有(或备有)变电站故障自动分析和操作培训功能。2023/6/116变电站分层间的逻辑接口2023/6/1武汉大学电气工程学院17某220kV变电站配置方案2023/6/1181.3数字化变电站与传统SAS的比较常规变电站

数字化变电站一次设备：电磁式互感器

非常规互感器传统开关智能组合电器

二次设备：传统保护测控设备网络化装置

电缆硬连接

SV/GOOSE

通信协议：

私有协议IEC618502023/6/119常规SAS的不足P12信息难以共享设备间不具备互操作性系统的扩展性差系统可靠性受二次电缆的影响经济性较差2023/6/120应用需求新技术应用管理水平促进促进促进基础变电站自动化技术发展模型发展模型2023/6/1211.4目前管理的新需求、新技术支撑信息源唯一、完整、标准化更细时间尺度的信息，便于事故分析；自动运行管手段多套系统的整合简便的系统设计数字式互感器：提高性能，提供了设备数字化技术思路IEC61850：提供了较好的信息标准化方法和手段快速以太网：实现海量数据传输高速CPU：单一CPU的计算量大幅提高高速计算机：单一计算机实现数套系统的功能整合及功能扩展新的需求新的技术支撑2023/6/122如何理解数字化变电站？技术数字化变电站是以最新的计算机及信息技术为基础，实现信息源标准化、信息网络共享、功能扩展方便、自动运行管理等功能的变电站。渐进对于不同电压等级的变电站，可做不同的应用设计；可不断采用新技术，以完成更多的变电站应用功能。管理数字化变电站是不同时期为满足日益提高的电力管理水平而设计的变电站自动化新技术。数字化变电站是一个概念，是面向变电站的集管理、技术、应用于一体的规划和目标。2023/6/1231.5目前的数字化变电站研究现状电子式互感器应用：罗氏线圈、LPCT、OCT数字接口的自动化设备及系统IEC61850：6次互操作2023/6/1241.5目前的数字化变电站研究现状2023/6/1252.1核心技术一个世界，一个标准，一种技术IEC61850是一个标准集合，不只是规约，比103更进一步

IEC61850提供了信息描述、信息传输、功能实现等一系列的方法采用IEC61850的系统具有较好的设备互换性

IEC61850提供了信息标准化方法，奠定了数字化变电站的基础ABIEC103：点对点约定修改一次，约定一次，IEC61850：点对多点约定约定一次，任意修改（1）信息标准化：IEC618502023/6/126（2）智能化一次设备：OCT、ISW高压电器传统变电站系统测控装置保护装置五防装置电气状态机械状态绝缘状态测距装置通信高压电器测量元件控制元件测控保护五防电气状态机械状态绝缘状态测距通信测控软件平台智能化电器为数字化变电站提供标准的基础数据智能化电器2.1核心技术2023/6/127电子式互感器2.1核心技术2023/6/1武汉大学电气工程学院28电子式互感器2.1核心技术Pockels效应：（p42）光学电压互感器（OVT）主要是利用晶体的Pock-els效应（即线性电光效应）。能够稳定应用于高压测量的晶体并不多，目前应用最多的电光晶体就是BGO晶体（即锗酸铋晶体）。LED发出的光经起偏器后为一线性偏振光，在外加电压作用下，线偏振光经电光晶体（如BGO晶体）后发生双折射，双折射两光束的相位差δ与外加电压V成正比。

2023/6/129电子式互感器2.1核心技术Faraday磁光效应：在光学各向同性的透明介质中，外加磁场H可以使在介质中沿磁场方向传播的平面偏振光的偏振面发生旋转。角度θ与被测电流i成正比，利用检偏器将角度的变化转换为输出光强的变化，经光电变换及相应的信号处理便可求得被测电流i。高低压完全隔离，安全性高；不含铁芯，消除了磁饱和和铁磁谐振等问题；采用数字信号，二次设备可以共享电压电流信号，体积小、节省资源；动态范围大，测量精度高；频率响应范围宽；绝缘结构相对简单，一般不采用油做为绝缘介质，安全性高；体积小、重量轻。

2023/6/130电子式互感器2.1核心技术与传统电磁感应式互感器相比，具有如下优点：

2023/6/131电子式互感器2.1核心技术

附：直流电流测量装置

分类：零磁通直流电流互感器安装于中性母线处，测量中性母线各处直流电流。直流光电流互感器三-常、三-广、三-沪换流站安装于直流场和阀厅。

零磁通直流电流互感器零磁通电流互感器是一种高精度、无节点的电流测量元件，可以在毫安至千安级测量范围内保持测量精度，具有很高的稳定性和大的信噪比，时间响应快，有良好的动态性能。基本原理是基于磁通势平衡，精度值取决于负载电阻和输出放大器。

工作原理

电流互感器的环形铁芯T带3个绕组，第一个绕组N1流过一次电流建立一个磁通势，第二个绕组N2建立一个放大器输出端作为高增益的积分器，它流过电流产生的磁通势与第一个绕组N1产生的磁通势抵消取得平衡。第三个绕组N3是一个非常灵敏的绕组，铁芯中任何磁通势的不平衡都将产生磁通的变化，在该绕组中产生感应电压来调节第二绕组中的输入电流，使磁通势重新达到新的平衡。

零磁通电流互感器原理图补偿绕组磁通稳定器电磁力平衡探测器

各元件特性

补偿绕组：N4、N5匝数相等，校核时N5断开作为校核输入端。铁芯T3：磁通稳定器(电磁积分器)，该绕组感应电压被功率放大器消除。放大器可通过调节二次侧电流与测量电流一致，维持铁芯的安匝平衡。铁芯T1、T2：电磁力平衡探测器，连续检测安匝平衡的慢速偏差，消除功率放大器扰动

光电直流分流器光电流互感器的优点：无绝缘油、不含铁芯没有磁饱和及磁滞现象、抗电磁干扰能力强光电流互感器分类：无源型、有源型有源型：500kV直流换流站内广泛使用无源型：部分变电站开始挂网运行

有源型方框图

罗戈夫斯基线圈采集光纤传输

有源型工作原理

信号采集单元：采样直流回路中的电流值光电转换模块：实现被测信号的模数转换以及数据的发送。光电转换模块内的电子元件通过光纤由位于控制保护屏内的光电源单独供电。光纤回路：信号传输，分别传输数据和能量光接收模块：接收光纤传输的数字信号，通过模块处理器芯片的检验控制送出。

无源型方框图

无源型工作原理

从发光二极管产生的光线进入光纤，起偏后被分成两束正交偏振光。这两束光经过1/4波长的波板后被分别转换为左偏振光和右偏振光，随后进入载流感应区，经反射板反射后再沿原路返回，最终进入检测单元。2023/6/142外观比较右图前为开关中间为220kV光电电流互感器后为电磁式电流互感器2023/6/1432023/6/144图1中低压电子式电流互感器图2中低压侧相间电压的电子式电压互感器图3中低压侧相对地电压的电子式电压互感器图4中低压母线电子式电压互感器2023/6/145合并单元MUp572.1核心技术2023/6/146智能高压电器2.1核心技术2023/6/147智能高压电器2.1核心技术2023/6/148智能高压电器2.1核心技术2023/6/149测控保护装置2.1核心技术2023/6/150测控保护装置2.1核心技术2023/6/151合并单元线路保护2023/6/152同步测量技术高速网络技术快速交换技术（GOOSE）过程层／站控层信息共享（3）网络化的二次设备2.1核心技术完全的信息共享2023/6/153RTU自动化系统数字化变电站设备集中应用集中设备分散应用分散设备分散应用集中／分散衍生功能容易扩容不方便扩容方便衍生功能不方便扩容方便衍生功能方便内部不通信内部现场总线1M内部以太网100－1000M（1）全新的系统配置模式集中式分散式组态式2.2自动化技术2023/6/154监控系统保信子站五防系统PMU系统故录系统台帐管理*视频监控*模式的变化直接导致大量子系统的整合数字化变电站2023/6/155（2）功能再分配测控功能M(1)应用功能A(1)Obj(1)测控功能M(2)应用功能A(2)Obj(2)测控功能M(i)应用功能A(i)Obj(i)SCADA测控功能M(1)Obj(1)测控功能M(2)Obj(2)测控功能M(i)Obj(i)SCADA应用功能A(1)应用功能A(2)应用功能A(i)传统变电站系统数字化变电站2.2自动化技术2023/6/156（3）信息共享测控功能M(1)应用功能A(1)Obj(1)测控功能M(2)应用功能A(2)Obj(2)测控功能M(i)应用功能A(i)Obj(i)SCADA测控功能M(1)Obj(1)测控功能M(2)Obj(2)测控功能M(i)Obj(i)SCADA应用功能A(1)应用功能A(2)应用功能A(i)传统变电站系统数字化变电站网络共享站控层信息秒级一般网络共享过程层数据网络0.1～10毫秒级高速以太网2.2自动化技术2023/6/1572.3应用技术智能报警一体化防误操作设备管理AVC程序化操作为变电站智能化、傻瓜式管理提供技术支撑2023/6/1583数字化变电站实施－目前如何建设数字化变电站？－目前如何研究数字化变电站？2023/6/159目前可用的技术条件：智能化电器：数字式互感器已有现场运行经验；初级的智能化开关已经可以投入使用；同步测量技术：在电力系统已有成熟的应用经验IEC61850：已有6次互操作试验，国内外设备互联性能良好快速工业以太网：比较成熟3.1现状分析1现状分析目前可以达到的目标：设备互换性：长期维护、升级系统一体化设计：多套系统不易维护自动运行管理：提高电网管理水平、减少人员操作，提高运行可靠性全站光纤化：提高电气可靠性、减少施工和征地、节约造价过程层共享：实现最大可能的功能应用2023/6/1611～10G的以太网应用技术，100M以太网不够智能化电器发展系统可靠性研究数字化变电站建设的标准和规范，缺乏统一的设计、工程化、运行、管理规范基本局限在形式的实现、未计算经济效益，但是，随着技术的发展，数字化变电站的整体经济效益最终会体现出来。存在的问题：3.1现状分析2023/6/162关键支撑技术应用3.2建设思路（1）IEC61850基于IEC61850的测量信息模型建立基于IEC61850的保护信息模型建立基于IEC61850的信息传输双网快速可靠传输机制双GOOSE网快速交换技术通用组态技术各类测量装置的IEC61850信息接口各类保护装置的IEC61850信息接口远动装置的IEC61850信息接口后台监控系统的IEC61850信息接口（2）数字式互感器新型互感器，解决绝缘、饱和、精度问题一次信息数字化的基础（3）分散式同步测量技术异地的PT信息、CT信息数字化需要同步采集同步测量的精度需要在1us基于同步测量的数据可进行任意差动的计算2023/6/163不同变电站采用的不同实用方案1、110kV及以下的变电站：首要应开展主变、进线的保护测控数字化改造工作（如下图）。这样全站可以实现全光纤化，实现电源备投、后备保护、双主变备用等一体化设计。2、对于220KV及以上的变电站，由于涉及的继电保护要求较高，首要应开展信息源整合、自动运行管理等工作，逐渐推进数字式互感器、智能化电器的应用。3.2建设思路2023/6/164研究数字化变电站的体系结构3.3研究思路系统可靠性评估2023/6/1653.4典型方案设计OCTEVTIEDOCTEVTIEDOCTEVTIEDSCADA方案1模拟小信号ECT的使用IEC61850特点：基本不改变原有的系统结构优点：ECT提高保护可靠性各电压等级的变电站站控层网特点：10KV部分不变，主变／110KV线路过程层信息共享优点：全站全光纤化、1:2主后备一体化保护、集中故录110KV及以下变电站2023/6/166OCT／EVT方案2：过程层＋站控层信息共享的110KV变电站MU／HOCT／EVTMU／MOCT／EVTMU／LOCT／EVTMU／110KV线路主变保护主变保护线路保护10KV保护10KV保护10KV保护SCADA故障录波过程层网站控层网特点：10KV部分不变，主变／110KV线路过程层信息共享优点：全站全光纤化、1:2主后备一体化保护、集中故录110KV及以下变电站2023/6/167OCT／EVT方案3过程层／站控层信息完全共享的变电站MU／HOCT／EVTMU／MOCT／EVTMU／LOCT／EVTMU／110KV线路主变保护主变保护线路保护SCADA故障录波OCT／EVTMU／10KV10KV保护N个站控层网过程层网2023/6/168智能化电器1SCADA方案4采用智能化电器方案IEC61850智能化电器2智能化电器