智能變電站設計及研究報告

1、-中文摘要變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它擔負著電能轉換和電能重新分配的繁重任務，對電網的平安和經濟運行起著舉足輕重的作用。變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，要求提供的信息量和實現的集成控制越來越多。因此，目前的變電站迫切需要一個簡約的、智能的系統(tǒng)，實現信息共享，以減少投資，提高運行、維護效率。這些運行和管理的需求使智能變電站成為變電站自動化系統(tǒng)的開展新方向。隨著計算機應用技術和現代電子技術的飛速開展，開展智能變電站的設計及研究具有重要意義。本設計主要研究容如下：首先，闡述智能變電站的研究背景、根本概念及技術特征、研究現狀，提出了智能化變電站主要支撐技術；其次，進展智能變電站技術

2、特征及架構體系的研究，提出了智能變電站的主要技術原則及技術特征，并對三層兩網構造的智能變電站的架構體系進展了詳細的介紹，詳細分析了過程層網絡和站控層網絡的構造；作為智能變電站的主要通訊手段，本文對智能變電站的IEC61850通訊標準進展了詳細的介紹。在介紹智能變電站的主要支撐技術、技術原則、技術特征及通訊標準后，對智能變電站的高壓設備技術特征、組成架構進展了介紹，并對智能變壓器、智能開關設備進展了初步設計。最后，基于上述的工作，對智能變電站二次設備與監(jiān)控系統(tǒng)進展進一步的研究，給出了智能變電站站控層設備集成優(yōu)化設計方案及完成了智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)多層分布構造設計。并以220kV、110kV電壓

3、等級為例，給出了220kV電壓等級智能變電站通用設計三層兩網設計方案及110kV電壓等級智能變電站通用設計三層兩網設計方案。關鍵詞智能變電站，架構體系，三層兩網，IEC61850，在線監(jiān)測系統(tǒng)AbstractSubstation is an important part of the power system,it is responsible for the heavy tasks of power conversion and power redistribution, and plays an important role in the safety and economic opera

4、tion of power grid.Substation, as the information source and e*ecutive terminal of power transmission and distribution system, requires more and more information and integrated control. Therefore, the current substation urgently needs a simple and intelligent system to realize information sharing, s

5、o as to reduce investment and improve operation and maintenance efficiency. These requirements of operation and management make the Smart Substation bee a new direction of substation automation system. With the rapid development of puter application technology and modern electronic technology,the de

6、sign and research of intelligent substation is of great significance.The main contents of this design are as follows:Firstly, the research background, basic concept, technical characteristics and research status of intelligent substation are e*pounded, and the main support technologies of intelligen

7、t substation are put forward. Secondly, the technical characteristics and framework system of intelligent substation technology are studied, and the main technical principle and technical characteristics of intelligent substation are put forward,and the architecture of the intelligent substation wit

8、h three layers and two networks is introduced in detail. The structure of the process layer network and the station control layer network are analyzed in detail. As the main munication means of intelligent substation, the IEC61850 munication standard of intelligent substation are introduced in this

9、paper.After introducing the main support technology, technical principle, technical characteristics and munication standard of Smart Substation,the technical characteristics and structure of HV equipment in intelligent substation are introduced, and the intelligent transformer and intelligent switch

10、 device are preliminary designed.Finally, based on the above work,further research on secondary installationand monitoring system of intelligent substation is carried out. The integrated optimization design scheme of substation control layer equipment in intelligent substation is given, and the mult

11、i-layer distribution structure design of intelligent substation on-line monitoring system is pleted. Taking 220kV and 110kV voltage class as an e*ample,220kV voltage level intelligent substation general design three layer two network design scheme and 110kV voltage level intelligent substation gener

12、al design three layer two network design scheme are given.Key words：Intelligent Substation,Frame System, Three Layers and Two Network,IEC61850,On-Line Monitoring System. z-目錄中文摘要1Abstract21.緒論31.1智能變電站的研究背景及意義31.2國外研究現狀31.2.1 智能變電站研究現狀31.2.2 智能變電站主要技術支撐31.3本文主要工作32.智能變電站技術特征及架構體系32.1智能變電站的概念32.2智能變電

13、站的主要技術原則及技術特征32.2.1 智能變電站的主要技術原則32.2.2 智能變電站的主要技術特征32.3 智能變電站的架構體系3三層兩網3網絡拓撲構造3系統(tǒng)高級應用32.4 基于智能變電站的IEC61850通訊標準3基于IEC61850規(guī)約的智能變電站的特點3利用IEC61850規(guī)約構建智能變電站32.5 本章小結33.智能變電站的高壓設備技術特征及初步設計33.1 智能變電站高壓設備技術特征33.2智能變電站初步設計33.3智能開關設備初步設計33.4本章小結34.智能變電站二次設備與監(jiān)控系統(tǒng)的研究及設計34.1智能變電站二次設備研究34.2智能變電站站控層設備集成優(yōu)化設計方案3一體化

14、監(jiān)控系統(tǒng)構架及站控層功能研究34.2.2.站控層設備整合及優(yōu)化設計3五防系統(tǒng)的優(yōu)化設計3智能變電站間隔層設備集成優(yōu)化設計方案3測控裝置與計量裝置集成方案3保護裝置與測控裝置集成設計方案3智能變電站過程層設備集成優(yōu)化設計方案3智能終端與一次設備機構回路整合方案34.2.9 過程層網絡的優(yōu)化整合方案34.3智能變電站在線監(jiān)控系統(tǒng)研究及設計3基于IEC61850通信標準的智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)研究3智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的構造設計34.4“三層兩網構造的智能變電站設計34.5 本章小結35.結論與展望3致錯誤！未定義書簽。參考文獻31.緒論1.1智能變電站的研究背景及意義變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的

15、重要環(huán)節(jié)，它擔負著電能轉換和電能重新分配的繁重任務，對電網的平安和經濟運行起著舉足輕重的作用。變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，要求提供的信息量和實現的集成控制越來越多，因此，目前的變電站迫切需要一個簡約的、智能的系統(tǒng)，實現信息共享，以減少投資，提高運行、維護效率。這些運行和管理的需求使智能變電站成為變電站自動化系統(tǒng)的開展新方向。隨著計算機應用技術和現代電子技術的飛速開展，智能變電站離我們越來越近。變電站作為輸配電系統(tǒng)的重要組成局部，市場化改革對其也提出了新的要求：從變電站外部看，更加強調變電站自動化系統(tǒng)的整體信息化程度，和與電力系統(tǒng)整體的協(xié)調操作能力；從變電站部看，表達在集成應用的能力

16、上，也不同于傳統(tǒng)的變電站自動化裝置的智能。傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)存在的缺乏主要有以下方面：1裝置功能獨立，且局部容重復，缺乏高級應用。雖然獨立的裝置實現了智能，但是卻沒有真正意義上的變電站系統(tǒng)智能，由于功能獨立，裝置間缺乏整體協(xié)調、集成應用和功能優(yōu)化；高級應用功能，如狀態(tài)估計、故障分析、決策支持等尚未完全實現；2二次接線復雜、CT/VT負載過重由于測量數據和控制機構不能共享，自動化裝置之間缺乏通信等原因，變電站二次接線十分復雜，且系統(tǒng)使用的通訊規(guī)約不統(tǒng)一，不同的廠家使用不同的通訊規(guī)約，在系統(tǒng)聯(lián)調的時候需要進展不同程度的規(guī)約轉換，加大了調試的復雜性，也增加了運行、維護的難度，給設計、調試和維護帶來

17、了一定的困難，降低了系統(tǒng)的可靠性。同時，存在大量硬接線，造成CT/VT負載過重。3裝置的智能化優(yōu)勢未得到充分利用。由于站各套獨立的自動化裝置間缺乏集成應用，使得智能裝置的作用并未完全發(fā)揮，從而降低了自動化系統(tǒng)的使用效率和投資價值。4缺乏統(tǒng)一的信息模型。相互獨立的自動化裝置間缺乏互操作性，一方面局限了其在站的應用，另一方面也給集控中心對信息的集成和維護帶來困難。智能變電站是基于IEC61850標準體系上，采用了非常規(guī)互感器、智能化的一次設備、網絡化的二次設備，能夠實現智能設備之間的互操作和信息的共享。因為IEC61850技術的先進性，它將推動我國電力系統(tǒng)自動化控制的變革，為我國電力系統(tǒng)穩(wěn)健、持續(xù)

18、的開展奠定堅實的根底，也將產生巨大的效益。智能變電站是智能電網開展的主要方向。智能變電站是采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為根本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等根本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站1。作為智能電網的主要電氣設備及關鍵環(huán)節(jié)，智能變電站的主要作用表現在 1：1可靠性：可靠性作為智能變電站設計及開展的先決條件，能夠到達對故障的迅速準確判斷及處理，降低因設備故障或者線路故障對整個電力網絡的損失程度；2信息化：與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站通過增加智能

19、組件、智能單元、圖像等信息采集，實現智能變電站信息傳遞過程中的數據的平安性及可靠性，從而為智能變電站的運行提供可靠、準確、充分、實時、平安的信息；3信息數據化：智能變電站部組件含有數字化的獲取功能，能夠實現智能變電站系統(tǒng)中各模塊數據的數字化提??；4自動化：將智能變電站智能組件獲取的數據化信息通過通訊通道輸送給二次設備，通過在線自動效驗、監(jiān)測等功能提升變電站的自動化水平；5互動化：智能變電站能夠完成變電設備之間，變電設備和控制設備之間，變電設備和消費者之間，變電設備與其他等設備的通信交流及相互作用；6資源整合：使各種標準統(tǒng)一，各種模塊統(tǒng)一，從而讓變電站里面和外面的信息可以互動和更好的分享各自的信

20、息。1.2國外研究現狀智能變電站是指與調控中心實現電網運行數據、設備運維策略與電力設備信息互通互動，自動完成變電站設備控制、信息采集、電能計量和設備監(jiān)測等根本功能，實現電網運行數據的全面采集和實時共享，采用可靠、集成、先進、環(huán)保的自動化智能設備，根據需要完成與相鄰變電站、調控中心主站等實現自由溝通協(xié)同配合的變電站2。1.2.1 智能變電站研究現狀智能變電站技術規(guī)在全球圍仍然未形成一個統(tǒng)一的共識，目前仍然處于探索階段，但是其涵會隨著科技的進步、探索的推進、工程實踐應用而變得更加豐富。大力開展智能電網在世界各地區(qū)電力行業(yè)中已經逐漸達成共識。當前，歐美等興旺國家在變電站建立上逐漸向智能化開展，但尚未

21、形成統(tǒng)一的智能變電站概念。各國設備制造企業(yè)對智能電網的理解也不同，西門子公司認為智能變電站應該具有較高的自愈能力，認為假設要減少設備維護本錢和減少倒閘操作，需要提高自動化水平，從而可以提高電網盈利，減少停電；AB公司則更加偏向于設備運行監(jiān)測領域，認為完善電網設備運行狀態(tài)采集功能是其工作的重點。隨著IEC61850標準的公布，使得智能變電站相關技術的應用更加標準化。在國，國網公司提出了建立堅強智能電網的戰(zhàn)略設想，大力促進了智能變電站的開展，組織編寫了如?智能變電站技術導則?等一系列標準和規(guī)，為智能變電站設計、建立提供了執(zhí)行依據3。智能變電站是通過利用先進的電子通訊控制設備，實現變電站的在線數據采

22、集、自動化保護調節(jié)、決策操控分析以及協(xié)調運行等功能。智能變電站具有一次設備智能化、二次設備網絡化、自動化運行管理系統(tǒng)化等三個重要技術特征4。針對智能變電站的研究，國外研究大多側重于配網和用戶方面5-6，而國電力科研工作者研究的較為全面。文獻7在表達數字化變電站技術的根底上，從多個方面表達了智能變電站的特點，提出了智能變電站應遵循的設計原則和開展思路。文獻8提出了未來變電站的實施方案，以及對智能電網的物理技術和架構等設想。文獻9,10對智能變電站的保護進展研究，從所有方面對智能變電站的校準和保護功能，以及相關技術的深入研究。文獻11智能變電站信息模型，從輔助設備、電氣模型的質量、穩(wěn)定性控制等方面

23、進展了綜述，展望了智能變電站的未來信息模式應用。文獻12提出了智能變電站建立的主要原則和概念，針對施工過程中存在的問題，分析了解決方案。文獻13論述了智能變電站的概念和特點，從國外變電站的開展現狀分析了智能變電站建立中存在的一系列問題。文獻14介紹了智能變電站的關鍵技術，分析了智能變電站的開展現狀。文獻15針對傳統(tǒng)變電站應用系統(tǒng)、信息隔離等問題，利用綜合智能變電站信息平臺控制，對綜合平臺進展了詳細的描述。文獻16智能高壓設備是智能變電站的重要組成局部，500kV智能變電站改造工程實現智能變電站一次設備在線監(jiān)測系統(tǒng)。文獻17實現常規(guī)變電站的智能化改造，通過智能設備的集成，改造安裝，真正實現滿足綜

24、合信息模型的要求。文獻18針對智能變電站信息采集方式進展分配采樣，研究插值算法，實現對不同設備采樣值的處理，滿足智能變電站需求中的應用。文獻19-21本文總結了智能變電站的系統(tǒng)構造，完成智能變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開發(fā)。文獻22-24是與智能變電站相關技術應用的規(guī)。文獻25從IEC618-50技術方案著手的智能變電站相關應用研究。文獻26-28國外與智能變電站相關的技術規(guī)。文獻29主要介紹了電子式電流互感器的研發(fā)現狀和應用前景，從其定義、工作原理等方面進展了詳細的闡述。文獻30對IEC61850通信協(xié)議系統(tǒng)的研究，主要從歷史背景、組成、特點和變電站接口來說明。1.2.2 智能變電站主要技術支

25、撐隨著科學技術的不斷進步，新型微電子技術和網絡技術的開展推動了智能電網的開展,其中新型電子互感器技術、國際通用IEC61850標準、網絡通信技術、智能高壓設備和智能斷路器技術等成為智能電網的核心支撐技術。1電子互感器技術光電技術、微電子技術和計算機技術的進步，促使電子式互感器更好的開展，新型電子式互感器具有絕緣性能優(yōu)越、抗磁干擾水平高、檢量頻帶寬度高等優(yōu)點。新型的智能化光電子式儀用變壓器綜合了現代光電晶體的特性和與之相關的先進技術，采用目前世界上最先進的數字信號處理技術，實現動態(tài)性、迅速性以及方便做復雜計算的性能。在先進的光電技術、DSP技術、微電子技術的支撐下，電子式互感器在電力系統(tǒng)以及智能

26、電網的開展中得到了很好的應用。2國際通用IEC61850標準IEC61850標準是適合分層方式的IED和自動化變電站的電力網絡通信協(xié)議。該標準是依據電力系統(tǒng)實際運行工作的特性，制定了能實現數據實時交互、傳輸任務的根底效勞的規(guī)定；應用模糊通信效勞端口、指定通信效勞映射情況，來跟隨網絡技術的不斷開展。通過使用面對對象建立模型技術，面對設備建立模型與自述，來實現功能的擴展，應用開放性和互操作的要求。除此之外，變電站通信網絡和系統(tǒng)整體規(guī)、同步性測試等也包含在通用標準中。IEC61850標準是國際智能變電站統(tǒng)一的標準，為開放性的智能電網以后快速開展奠定了根底。3先進的網絡通信技術在系統(tǒng)中初級系統(tǒng)和次級系

27、統(tǒng)是主輔關系，次級系統(tǒng)由各類計量裝置、測量裝置、控制裝置，監(jiān)測和回饋裝置，機電保護，遠程傳動控制設備等回路組成。二次系統(tǒng)大致分為控制回路和保護回路兩局部，傳統(tǒng)的二次回路是通過電纜將變電站的一次設備的數據量進展傳輸。在智能電網中先進的網絡通信技術已根本取代了電纜傳送信息的功能。光纖的通信傳輸技術憑借局域網技術，把獲取到的各種信息發(fā)送給次級設備，與此同時采用分布式設計的自動化智能變電站，可以有效提升通信設備的動態(tài)性、穩(wěn)定性、平安性。4智能高壓設備高壓設備通過與保護、控制、測量以及檢測等智能組件進展一體化組合可實現高壓設備的智能化。在高壓設備中，智能組件的安裝即可以采用外置，也可采用嵌，兩種安裝方式

28、均不影響智能高壓設備的正常運行。智能高壓設備應具有以下特征：1測量數據的數字化；2控制過程的網絡化；3狀態(tài)結果的可視化；4功能構造的一體化；5信息通訊的互動化。如圖1所示。圖1 智能高壓設備特性5智能斷路器技術智能變電站中電子式互感器以及通訊網路的使用能夠實現斷路器自身各變量的測量。通過分析采集測量得到的數據，能夠為斷路器的云梯、檢修以及維護制定時間表，以到達維護以及檢修的目的，從而防止了傳統(tǒng)斷路器檢修帶來的弊端。智能斷路器在斷開瞬間，通過電子式互感器將斷開瞬間的數據傳輸到上層設備，上層設備通過智能手段判斷斷路器的工作狀態(tài)，并給出具體指令，實現智能斷路器的單一分閘特性。1.3本文主要工作智能變

29、電站由智能變電站演變而來。建立全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化、高級應用互動化特征的智能變電站已成為建立統(tǒng)一堅強智能電網的重要組成局部。論文重點基于智能化變電站的主要技術特征和支撐技術，研究智能變電站的特點、架構體系、通訊標準、高級應用等。論文的主要工作如下：1闡述智能變電站的研究背景、根本概念及技術特征、研究現狀，提出了智能化變電站主要支撐技術：即非常規(guī)互感器技術、IEC61850標準、網絡通信技術、智能高壓設備、智能斷路器技術等；2提醒智能化變電站的主要技術原則及技術特征，研究智能變電站的架構體系，對智能變電站的三層兩網構造進展了介紹，并對過程層網絡和站控層網絡的構造進展了詳

30、細分析。研究智能變電站的IEC61850通訊標準；3分析智能變電站的高壓設備技術特征，組成架構，對智能變壓器、智能開關設備進展初步設計；4研究智能變電站二次設備與監(jiān)控系統(tǒng)，進展監(jiān)控系統(tǒng)二次設備的設計。. z-2.智能變電站技術特征及架構體系2.1智能變電站的概念智能變電站是指與調控中心實現電網運行數據、設備運維策略與電力設備信息互通互動，以全站信息數字化、信息共享標準化、通信平臺網絡化為根本特征，實現基于狀態(tài)的全壽命周期綜合優(yōu)化管理，自動完成變電站設備控制、信息采集、電能計量和設備監(jiān)測等根本功能，在運行過程中采用先進的自動化智能設備來完成電網各種運行工況運行數據的全面采集和實時共享工作，這些自

31、動化智能設備往往需要具有可靠性、集成性、先進性、環(huán)保性等特點，根據需要完成與相鄰變電站、調控中心主站等實現自由溝通協(xié)同配合的變電站。2.2智能變電站的主要技術原則及技術特征2.2.1 智能變電站的主要技術原則智能電網作為開展全球能源互聯(lián)網的核心，為滿足智能電網和全球能源互聯(lián)網的開展要求，智能變電站的規(guī)劃和設計應滿足的主要技術原則有以下幾個方面：1遵循以IEC61850標準的變電站通信規(guī)約，實現智能變電站分層系統(tǒng)構造根據國際通用的以IEC61850為標準的變電站構造體系，智能變電站通常采用3層構造的原則來進展分層。分層可具體分為站控層、間隔層和過程層。其中過程層主要承擔一次設備數字化的重要功能，

32、它是智能變電站二次系統(tǒng)和一次系統(tǒng)重要的結合層；間隔層主要用來完成數據的處理和控制等功能，其主要由測控、計量、保護等間隔層IED構成；站控層具備典型的SCADA和EMS功能，根本能實現轉發(fā)電網實時運行工況數據到調度中心并按照調度中心特定調控命令完成相應的調節(jié)和控制。2采用新型的電子式互感器設備和智能自動化設備，完成一次設備運行數據的數字化采集電子式互感器能夠直接完成獲取數字化的測量量等數字化采集工作，并且具有無飽和、無鐵磁諧振等優(yōu)點優(yōu)點，因此在智能電網的規(guī)劃和設計過程中得到了廣泛應用。針對智能變電站的保護與電子式互感器等二次設備的接口，以及更好地發(fā)揮電子式互感器在智能電網保護中的作用，國際電工委

33、員會專門制定了IEC60044-7和IEC61850-9-I標準。并且基于此定義了合并單元,它是這一接口的重要組成局部。合并單元的主要功能采集多路數字信號，實現數據共享，這一功能的具體實現程序是：同步采集多路電子互感器輸出的數字信號；將標準信號按照標準規(guī)定的格式發(fā)送給保護、測控設備；在數據傳輸過程中用光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜，用總線方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點對點接線，實現數據的共享。3為實現高效數據傳輸基于最新進的高速工業(yè)以太網技術實現過程總線和站級總線考慮到在實際運行過程中，智能變電站的各個IED之間通過站級總線、過程層總線傳輸數據信息并且需要交換大量數據。各智能變電站站級總線、過程層總線在不同電壓等級、不

34、同規(guī)模的變電站其拓撲構造也存在區(qū)別。目前站級總線常采用1OMB/OOMB以太網，而過程層通常選用100MB/1000MB以太網。4采用全站的統(tǒng)一授時系統(tǒng)智能變電站在運行過程中，其大量的信息交換完全依賴通信，因此所有IED都應該帶有時標信息。有了統(tǒng)一準確的時間，變電站運行中事故的原因及過程，可以通過各斷路器動作、調整的先后順序及準確時間來分析確定。2.2.2 智能變電站的主要技術特征相比于常規(guī)變電站，智能變電站具有鮮明的技術特征。具體表達在：1一次設備智能化智能變電站的根底是一次設備智能化。一次設備智能化是使一次設備具有實時數據采集和處理的能力，其具有可與其他IED進展實時的數據交換、一次設備數

35、字化采集、系統(tǒng)構造緊湊化等功能。與常規(guī)自動化設備相比，智能設備IED使得一次設備自動化程度大大提高。其中一次設備的信號、狀態(tài)采集過程通過在全站采用電子式互感器電子式或光電互感器、智能終端完成，同時可以及時與上級監(jiān)控設備、系統(tǒng)及相關設備、調度進展協(xié)同操作。2二次設備網絡化采用最先進的網絡通信技術，使整個系統(tǒng)性能到達最優(yōu)從而實現二次裝置網絡化性能。各個設備之間通過GOOSE、MMS、SMV等高速網絡進展層與層之間、層設備之間的信息交互。為了給控制中心提供決策依據，通過基于IEC61850標準的建模，智能變電站可以實時監(jiān)測轄區(qū)電網的運行狀態(tài)，自動辨識設備和網絡模型。3符合IEC61850標準的變電站

36、通信網絡和系統(tǒng)IEC61850標準核心技術包括面向對象的建模技術、分層映射的通信技術、標準化配置語言技術等主要的三個核心技術。智能變電站采用抽象通信接口技術、對象建模技術、設備自描述規(guī)等來確保智能設備之間通信協(xié)議和通信接口的一致性。同時，為實現功能也需對一次設備和二次設備進展統(tǒng)模。與常規(guī)變電站相比，智能變電站具有如下的技術優(yōu)勢：智能變電站采用了電子互感器；解決了傳統(tǒng)互感器存在磁飽和問題；為降低本錢、便于施工采用了光纖代替了電纜；智能變電站基于IEC61850標準全站統(tǒng)一平臺，無需進展協(xié)議轉換；可以采用雙機、雙網冗余，可靠性高；基于信息共享，能夠統(tǒng)一配置全站功能，提高系統(tǒng)自動化水平。2.3 智能

37、變電站的架構體系智能變電站自動化系統(tǒng)完成對全站設備的監(jiān)控，站監(jiān)控及保護統(tǒng)模，統(tǒng)一組網，設備配置采用開放式分層分布式網絡構造，與調度數據網的通信采用統(tǒng)一的通信規(guī)約，實現遠方/就地操作等功能，實現二次設備及系統(tǒng)信息的共享，在功能上滿足無人值班要求，在邏輯上由“三層兩網構成，便構成了智能變電站自動化系統(tǒng)的主體。三層兩網智能變電站自動化系統(tǒng)在邏輯上由“三層和“兩網構成?！叭龑訕嬙旒凑究貙印㈤g隔層、過程層以及“兩網即站控層網絡、過程層網絡構成。站控層主要功能是提供站運行的人機聯(lián)系界面，形成全站監(jiān)控中心，并實現與遠方調度中心的通信，其主要設備包括主機、監(jiān)控系統(tǒng)、遠動裝置、繼電保護故障信息系統(tǒng)及網絡打印機等

38、。站控層主要完成以下幾方面工作：實時讀取設備數據并將實時信息存入歷史數據庫中：將實時信息傳送至調控中心主站；承受調控中心主站命令并執(zhí)行；具備根本辦公功能。間隔層由保護功能、測量系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、故障錄波等系統(tǒng)組成，為保證網絡通信的可靠性，提高信息通道的冗余度，可采用上下網絡接口全雙工模式。間隔層主要完成以下幾方面工作：優(yōu)化統(tǒng)計運算、數據采集及下發(fā)控制命令等功能隊列；承擔本間隔實時數據匯總任務；承擔過程層及站控層設備的網絡通信功能；承擔本間隔一次設備保護、控制、閉鎖、同期等任務。過程層由電子式互感器、智能斷路器、智能終端、合并單元等裝置構成。過程層主要完成以下幾方面工作：承擔主要電氣量的采集工作，

39、包括電流、電壓的幅值、相位以及諧波分量等實時采集的任務；承擔包括變壓器、斷路器、隔離開關、母線、電容器、電抗器等運行設備的溫度、壓力、密度狀態(tài)參數等在線監(jiān)測任務；完成包括有載調壓主變分接頭的調整，投切無功補償裝置，拉合斷路器、隔離開關，直流蓄電池的充放電等控制命令的執(zhí)行。站控層網絡能夠實現站控層主機、監(jiān)控系統(tǒng)等不同類型的設備和間隔層測量、保護和控制系統(tǒng)等不同類型的設備之間的信息交互。過程層網絡能夠實現間隔層相關設備以及過程層電子式互感器、智能斷路器等不同設備之間的信息交互。智能變電站“三層兩網根本構造示意圖如圖路器等不同設備之間的信息交互。智能變電站“三層兩網根本構造示意圖如圖2所示。圖2 智

40、能變電站“三層兩網根本構造示意圖網絡拓撲構造在智能變電站網絡拓撲構造設計中，需要充分考慮智能變電站的擴建、網絡的開展等情況，應具備一定的可擴展性：需要考慮網絡風暴抑制功能，應具備一定的可靠性；需要考慮支持變電站設備的靈活投退，相關信息配置的靈活切換，應具備一定的實時性；需要考慮優(yōu)化網絡構造，減少網絡設備，降低變電站的建造和運行本錢，應具備一定的經濟性和冗余度。構或星型網絡構造等是常見的網絡構造，具體拓撲構造如圖3所示。圖3智能變電站通常采用的網絡構造系統(tǒng)高級應用智能變電站以高速網絡通信平臺為信息傳輸根底，根據電網運行需要支持電網運行自動控制、站間協(xié)同互動、順序控制等高級應用功能，為智能變電站的

41、運行、檢修等工作提供了技術保障，不僅提高了工作效率，同時實現了智能化變電站運行管理水平的全面提升。1、順序控制智能變電站實現順序控制要滿足以下3個方面要求：1一次設備智能化。智能化的一次設備可以將自身詳細是狀態(tài)、設備信息等數據通過報文的方式傳送到相關高級應用，從而可以快速獲取有效的信息，實現快速的順序控制。2一次設備運行可靠。一次設備動作可靠、輔助接點能夠真實的反響一次設備的真實情況，防止出現由于開關機構卡澀等原因造成操作失敗的情況發(fā)生，是順序控制成功的關鍵。3二次設備運行可靠。完善網絡中斷告警機制，提高智能變電站二次設備可用率和可靠率，能夠保證順序控制成功執(zhí)行。2、五防閉鎖五防閉鎖可以應用于

42、變電站遠方遙控操作或者是就地操作，閉鎖回路的設計可以由硬接點來實現，將本間隔的閉鎖回路串接到受控設備的操作回路中，在設備關鍵位置配套設置鎖具，通過邏輯閉鎖應用軟件實現全站防誤操作閉鎖功能。3、遠動功能直采直送就是直接從測控裝置采集到遠動通信設備需要的數據，通過站控層網絡傳輸到遠方調控中心，以反映電網整體運行狀況，這就要求遠動通信設備與站監(jiān)控設備無任何影響直采直送的關系。4、狀態(tài)檢修與設備在線監(jiān)測設備在線監(jiān)測的廣泛應用促進了狀態(tài)檢修的開展，是變電站檢修工作從以前的定時檢修變成了根據監(jiān)測到的設備狀態(tài)數據開展有針對性的檢修，從而可以節(jié)省大量人力物力，使檢修工作更加科學，提高了設備供電時間和供電可靠性

43、，提高了供電效益。通過一個多層構造的軟硬件綜合應用平臺，將設備在線監(jiān)測與狀態(tài)檢修結合起來。在這個綜合應用平臺中，通過監(jiān)測、采集設備運行狀況、檢修歷史、試驗狀態(tài)數據，站數據平臺分析設備運行趨勢，對設備生命狀態(tài)加以診斷，根據診斷結果通知遠方調控中心或運維人員確定如何檢修、檢修深度和檢修容。在具體實用過程中，狀態(tài)檢修需要一個能反映設備狀態(tài)的參數，到達了參數規(guī)定的閾值后進展報警，以到達提醒檢修人員的目的。通過設備在線監(jiān)測可以有效的將定期檢修或預防性檢修向狀態(tài)檢修方向轉變，提高設備的供電可靠性和服役年限。5、智能告警智能告警系統(tǒng)就是對設備和全站的運行狀態(tài)進展在線監(jiān)測，通過監(jiān)測數據完成復雜邏輯分析和推演，

44、將變電站異常自動報送到主站端并提出處理意見，同時還要實現對告警信息的自動分類和無效信號排除，以上工作都要通過一套完善的變電站故障信息推理模型來完成。告警信息通常都是在變電站端進展處理，然后將處理過的信息傳送到主站端，以減少通信信道的壓力和主站端工作負荷。智能告警系統(tǒng)可在事故情況下完成順序時間記錄SOE以及保護裝置數據判斷、對故障錄波數據進展挖掘分析，將分析后的結果以簡潔明了的圖形界面進展展示。6、無功自動調節(jié)無功自動調節(jié)的邏輯順序是根據變電站采集到的潮流數據，安裝在主站系統(tǒng)的無功電壓優(yōu)化軟件進展分析計算，然后根據計算結果下達指令(如有需要)，變電站自動化系統(tǒng)接收到指令后完成主變檔位調節(jié)和無功補

45、償裝置的投切，實現區(qū)域無功最優(yōu)調節(jié)，以上一切工作都是由智能變電站自動化系統(tǒng)和集控主站系統(tǒng)集成的AVC功能實現的。2.4 基于智能變電站的IEC61850通訊標準IEC61850標準是由國際電工委員會第57技術委員會IECTC57負責制定的，它是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標準，該標準的全稱是變電站系統(tǒng)與網絡munication networksand systems in substations。該標準在制定的過程中，對已有標準進展了消化、吸收了其中主要有： 1、IEC60870-5-101標準，該標準具體名稱是遠動通信協(xié)議標準；2、IEC60870-5-103標準，該標準

46、具體名稱是繼電保護信息接口標準；3、UCA20Utility munication Architecture2.0由美國電科院制定的變電站和饋線設備通信協(xié)議體系；4、ISO/IEC9506制造商信息規(guī)MMSManufacturing Message Specification。我國的標準化委員會對61850系列標準，進展了同步的跟蹤和翻譯工作。用的標準名稱是DL/T8600。基于IEC61850規(guī)約的智能變電站的特點基于IEC61850規(guī)約構架的智能變電站有以下四個特點：1、定義了變電站的信息分層構造變電站通信網絡和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850標準草案提出了變電站信息分層并且將變電站的通信體系分為

47、變電站層、間隔層和過程層3個層次，在此過程中定義了層和層之間的通信接口。在變電站層和間隔層之間的網絡采用抽象通信效勞接口映射到制造報文規(guī)(MMS)、傳輸控制協(xié)議/網際協(xié)議TCP/IP以太網或光纖網；在間隔層和過程層之間的網絡采用單點向多點的單向傳輸以太網。2、基于IEC61850標準的綜自站采用了面向對象的數據建模技術相較傳統(tǒng)綜自站通訊使用的IEC60870-5-103規(guī)約版本，IEC61850引入了“面向對象建模的概念。在規(guī)約里面，每臺IED作為一個效勞器Service進展分層分級的建模，被細分為邏輯設備(Logical Device)、邏輯節(jié)點Logical Node和數據對象Data O

48、bject以及各對象的數據屬性Data Attribute。邏輯設備包含邏輯節(jié)點，邏輯節(jié)點包含數據對象。數據對象則是由數據屬性構成的公用數據類的命名實例。任何一個客戶可通過抽象通信效勞接口(ACSI)和效勞器通信可數據對象。3、數據自描述功能標準采用面向對象的方法，定義了對象之間的通信效勞。面向對象的數據自描述具有在數據源就對數據本身進展自我描述的功能，傳輸到接收方的數據都帶有自我說明。由于數據本身自帶說明，所以傳輸時可以不受預先定義限制，簡化了對數據的管理和維護工作。4、網絡獨立性IEC61850標準總結了智能變電站信息的傳輸所必需的通信效勞，設計了獨立于所采用網絡和應用層協(xié)議的抽象通信效勞

49、接口ASCI，如圖2-2所示。在IEC61850-7-2中，建立了包括效勞器模型、邏輯設備模型、邏輯節(jié)點模型、數據模型和數據集模型等標準兼容效勞器所必須提供的通信效勞的模型?？蛻敉ㄟ^ACSI，將假信息通過專用通信效勞映射(SCSM)映射到所采用的具體協(xié)議棧。IEC 61850標準使用ACSI和SCSM通信效勞技術，解決了標準的穩(wěn)定性與未來網絡技術開展之間的矛盾。利用IEC61850規(guī)約構建智能變電站從以下三個角度來看看智能變電站的構建情況：從變電站層次構造上來看智能變電站由三層構造構成，分別為站控層、間隔層、過程層組成。主要設備的分類也按不同層次來分，站控層設備主要由監(jiān)控主機、工程師站等；間隔

50、層設備主要有保護裝置、測控裝置等；過程層設備主要有光CT/PT、合并單元、智能開關等。從使用設備上來看，構建一個完整的智能變電站需要以下三個局部：1智能化的一次設備一次設備智能化主要是由于一次設備從信號繼電器到控制回路，全部采用微處理器和光電技術設計。同時在信息傳輸過程中將傳統(tǒng)的電纜導線連接用數字量信號傳輸的網絡取代。 2網絡化的二次設備為實現繼電保護、防誤閉鎖、測量控制、故障錄波、電壓無功控制、同期操作等功能，變電站常規(guī)的二次設備，需要在各功能裝置之間建立起一一對應的電纜或是網線的連接。而在二次設備的設計完全符合國際電工組織IEC6I850標準的情況下，各個IED智能電子設備之間的連接全部采

51、用高速工業(yè)以太網的網絡通信，這種網絡鏈路取代了傳統(tǒng)的電纜連接；網絡鏈路與電纜回路的區(qū)別不僅在于傳輸介質、傳輸形式的不同，而且在于智能變電站中的各IED之間并無直接的物理聯(lián)系，而是通過交換機來實現數據統(tǒng)一收集和發(fā)送。即各IED發(fā)送的數據由其所連接的交換機傳輸到整個網絡上進展共享。這樣所有二次電纜實際上都可以取消。3自動化的監(jiān)控管理系統(tǒng)在變電站全面實現數字化以后，為實現由“定期檢修向“狀態(tài)檢修的轉變可以在監(jiān)控系統(tǒng)中參加智能分析軟件。同時為“程序化操作等實用技術在智能變電站中提供更好的推廣空間。從使用效勞上來看，一個完整的智能變電通常站由以下三局部的效勞支撐：1MMS。MMS： Manufactur

52、ing Message SpecificationISO9506制造報文規(guī)。MMS技術在智能變電站中主要被用在自動化網絡報文的傳輸上。2GOOSE。GOOSE：Generic Object Oriented Substation Events通用面向變電站事件對象。該效勞替代了智能變電站設備間的控制、信號電纜的功能，其作用主要是應用于過程層與間隔層設備之間的通信傳輸。3SMV。SMV：Sampled Measured Value其名稱為，采樣測量值。在智能變電站中，該效勞主要應用于間隔層設備與過程層間的單向電流、電壓采樣值的傳輸。2.5 本章小結本章主要介紹了智能變電站的根本概念，主要技術原則

53、、技術特征、智能變電站的架構體系和網絡拓撲，智能變電站的IEC61850通訊標準。并對基于智能變電站的IEC61850通訊標準等進展了詳細的介紹。為下文智能變電站的進一步研究奠定根底。. z-3.智能變電站的高壓設備技術特征及初步設計3.1 智能變電站高壓設備技術特征高壓設備作為智能變電站的重要部件，其主要技術特征可以分為以下幾個方面：1測量參數的數字化；2控制過程的網絡化；3狀態(tài)結果的可視化；4功能構造的一體化；5信息通訊的互動化。（1） 測量參數的數字化作為智能變電站高壓設備的根本特征之一，測量參數的數字化是指測量智能變電站在運行、控制過程中的相關參數。在進展測量參數的數字化的設計過程中，

54、可以通過設計測量單一或者多個IED功能模塊完成智能變電站相關參數的測量。在完成參數的測量后，可以將測量結果發(fā)送到站控層網絡或過程層網絡，以實現智能變電站實時測量信息的共享。而通過分析的智能變電站實時測量信息，可以用于智能變電站實時運行狀態(tài)、控制狀態(tài)的評估。智能變電站參數數字化的測量可以對智能變電站的油溫、分合閘位置、分接頭位置等信息進展測量。（2） 控制過程的網絡化智能變電站的高壓設備、部部件及高壓設備的運行過程都可以通過網絡化的控制實現。控制模塊作為控制過程的網絡化的根本功能，其構成由單一或者多個IED組成。控制過程的網絡化嚴格遵循IEC61850 通信協(xié)議標準，智能變電站中控制過程的控制指

55、令是通過控制策略進展發(fā)布，而控制策略的制定則要根據電網調控系統(tǒng)或基于設備自身的測量和監(jiān)測信息的動態(tài)情況進展合理制定。隨著智能變電站部測量及監(jiān)測參量的增多，控制策略的不斷完善，這就對智能變電站的控制過程提出更高、更理想的要求。控制過程主要以變壓點的冷卻裝置、有載分接開關，開關設備的操動機構作為控制對象。控制過程的控制方式主要分為：1高壓設備自身的就地控制；2智能組件的就地控制；3站控層設備的智能控制。在智能變壓器的正常工作情況下，控制過程的網絡化有一定的優(yōu)先級控制，其控制的優(yōu)先級順序為：站控層設備、智能組件、就地控制器。（3） 狀態(tài)結果的可視化狀態(tài)結果的可視化主要包括監(jiān)測模塊、系統(tǒng)測控裝置模塊、

56、測量模塊等信息，其可視化的結果可以通過智能變電站中檢測功能模塊實現。狀態(tài)結果的可視化中的“狀態(tài)指智能變電站中高壓設備的控制、可靠運行、帶負載能力等運行狀態(tài)；狀態(tài)結果的可視化中的“可視化指通過電網總調度中心實現信息互動，從而實現智能變電站的高壓設備與調度中心的在線信息互動，從而實時準確的了解智能變電站高壓設備的運行狀態(tài)，以實現調度中心的短期規(guī)劃，從而提高電網運行的可靠性。（4） 功能構造的一體化傳統(tǒng)的變壓器二次設備設計很少受到高壓設備制造商的關注，與傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站的設計完全考慮了二次設備。在智能變電站高壓設備的設計理念中，傳感器是狀態(tài)感知元件，執(zhí)行器是指令響應元件。在實際的工程實踐

57、中，智能變電站的功能構造應充分考慮變電站的智能化目標，從而根據智能化目標在智能變電站高壓設備中安裝智能傳感器和執(zhí)行器。一方面，智能變電站高壓設備一體化的設計能夠提高高壓設備運行的穩(wěn)定性以及對擾動的敏感性；另一方面，智能變電站高壓設備一體化能夠實現智能變電站測量裝置及智能變電站高壓設備的集成。（5） 信息通訊的互動化智能組件作為智能變電站高壓設備的核心部件，能夠實現智能變電站一次設備與電網調度中心系統(tǒng)之間的信息通訊互動。高壓設備作為智能變電站的重要部件可以為智能變電站提供智能化的信息，實現變電站的智能化應用。在智能變電站的高壓設備中，信息通訊互動化包括：1作為智能變電站高壓設備的主要部件之一，智能組件可以實時在線監(jiān)測智能變電站的高壓設備的運行、控制及帶負載的狀態(tài)等信息，并將在線監(jiān)測到的信息通過智能變電站站控層網絡分享到電網調控系統(tǒng)中心，電網調控