配電網自動化課件(03).ppt

1、配電網自動化系統,貴州大學電氣工程學院 熊煒,第三章 變電站綜合自動化系統,3.1 概述 3.2 變電站綜合自動化系統功能 3.3 變電站綜合自動化系統的結構 3.4 變電綜合自動化系統的通信網絡 3.5 電壓與無功功率的自動調控 3.6 近年新增調控及管理功能簡介,3.1 概述,傳統變電站控制的問題 安全、穩(wěn)定性不夠。 各種監(jiān)測手段各自獨立，就地監(jiān)控與遠動系統各自獨立。 占地面積大。 無法滿足快速計算、實時控制的要求。 維護工作量大。,3.1 概述,變電站綜合自動化的概念 變電站自動化（SA）或變電站自動化系統（SAS） IEC61850（變電站通信網絡標準）中，對變電站自動化系統（SAS）

2、的定義為：變電站自動化系統就是在變電站內提供包括通信基礎設施在內的自動化。 變電站綜合自動化（2000年，中國電力出版社）中對變電站自動化系統和變電站綜合自動化分別作了定義。,3.1 概述,變電站自動化系統 利用多臺微型計算機（包括單片機等）和大規(guī)模集成電路組成的分級分布式的自動化系統，它以微計算機為基礎，實現對變電站傳統的繼電保護、測量手段、控制方式以及通信和管理模式的全面改造。,3.1 概述,變電站綜合自動化的概念 將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統、繼電保護、自動裝置和遠動裝置）經過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、通信技術、信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸、

3、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護、與上級調度通信的綜合性自動化功能。,3.1 概述,變電站綜合自動化的特點 利用微機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統代替常規(guī)控制屏、中央信號系統和遠動屏。 利用微機保護代替常規(guī)保護。 能采集完整的運行信息，利用計算機的高速計算與邏輯判別能力實現監(jiān)視、控制、運行報告等功能。,3.1 概述,功能綜合化 按變電站自動化系統的運行要求，將二次系統的功能綜合考慮，在整個系統設計方案指導下，進行優(yōu)化組合設計，以達到協調一致的繼電保護 及監(jiān)控系統。 綜合并非指變電站所要求的功能以“拼湊”的方式組合，而是指在滿足基本要求的基礎上，達到整個系統性能指標達到最優(yōu)。,3.1 概述

4、,具體表現在： 簡化變電站二次設備的硬件配置，盡量避免重復設計。 簡化變電站各二次設備之間的互聯線，節(jié)省控制電纜，減少PT、CT的負載。 保護模塊相對獨立，網絡及監(jiān)控系統的故障不應影響保護功能的正常工作。 減少安裝施工和維護的工作量，減少總占地面積，降低總造價或運行費用 。 提高運行的可靠性和經濟性，保證電能質量。,3.1 概述,系統構成的數字化和模塊化 保護、控制、測量裝置的數字化，便于接口功能模塊的擴充和信息的共享。 方便模塊的組態(tài)，適應工程的集中式、分散分布式和分布式結構集中式組屏等方式。,3.1 概述,操作監(jiān)視屏幕化 當變電站有人值班時，人機聯系在當地監(jiān)控系統的后臺機（或主機）上進行。

5、 當變電站無人值班時，人機聯系在遠方的調度中心或操作控制中心的主要或工作站上進行。,3.1 概述,運行管理智能化 體現在無人值班、人機對話及操作的屏幕化、制表、打印、越限監(jiān)視和系統信息管理、建立實時數據庫和歷史數據庫、開關操作及防誤操作閉鎖等方面，能夠減輕工作人員的勞動和實現工作人員無法做到的工作等。,3.1 概述,綜合自動化的優(yōu)越性 提高安全穩(wěn)定性 提高電壓合格率 提高運行管理水平 縮小占地面積 提高設備可靠性，減小維護工作量,3.1 概述,變電站自動化的發(fā)展 分立元件階段 微機化的智能元件階段 綜合自動化階段,3.1 概述,我國變電站綜合自動化系統的發(fā)展歷程 第一套微機保護裝置-1984年

6、，華北電力大學 第一套分布式綜合自動化系統-1994年，大慶 第一套就地安裝保護裝置-1995年，CSL200A 第一套220kV綜合自動化變電站-1996年，珠海南屏 第一套全下放式220kV綜合自動化變電站-1999年，丹東 第一套全國產500kV綜合自動化變電站-1999年，南昌,3.1 概述,變電站綜合自動化與無人值班 無人值班是管理模式，綜合自動化是技術水平 常規(guī)保護和常規(guī)控制的時代 兩遙功能 四遙功能，真正有效意義上的無人值班 綜合自動化比四遙功能在技術水平上有很大提高,第三章 變電站綜合自動化系統,3.1 概述 3.2 變電站綜合自動化系統功能 3.3 變電站綜合自動化系統的結構

7、 3.4 變電綜合自動化系統的通信網絡 3.5 電壓與無功功率的自動調控 3.6 近年新增調控及管理功能簡介,3.2 變電站綜合自動化系統功能,國際大電網會議的分類 控制和監(jiān)視 自動控制 測量 繼電保護 與繼電保護有關的功能 接口功能 系統功能,3.2 變電站綜合自動化系統功能,國內應用的分類 控制和監(jiān)視 微機保護 電壓和無功自動控制 低頻減載 備用電源自動投入,控制與監(jiān)視 數據采集：模擬量、數字量、電能量 故障記錄與事件順序記錄SOE 控制與操作 安全監(jiān)視 人機界面 數據處理與統計,3.2 變電站綜合自動化系統功能,3.2 變電站綜合自動化系統功能,微機保護 微機保護的種類 高壓輸電線的主保

8、護和后備保護 饋線的保護 主變的主保護和后備保護 補償電容的保護 母線保護 不完全接地系統的單相接地選線 故障錄波,3.2 變電站綜合自動化系統功能,微機保護的優(yōu)點 實現算法靈活。 性能穩(wěn)定，可靠性高。 設備自檢和自恢復。 運行維護工作量小，現場調試和整定方便。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,對微機保護的要求 滿足保護的4性要求：選擇性、速動性、可靠性、靈敏性。 具有故障記錄功能。 通信功能與統一校對時鐘。 能存貯多種保護定值。 當地或遠程修改保護定值。 設置保護管理機或通信控制機。 故障自診斷、自閉鎖、自恢復功能。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,電壓和無功控制 調控目標 維持供電電壓

9、在規(guī)定范圍內（以額定電壓為基準）： 500(330)kv變電站的220kv母線，正常時010，事故時510 200kv變電站110kv母線，正常時37，事故時10 配電網10kv母線，10.010.7kv 保持電力系統穩(wěn)定和合適的無功平衡。 在電壓合格的條件下實現使電能損耗最小。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,調控措施 調整變壓器的分接頭位置。 補償電容器。 控制方式 集中控制。 分散控制。 關聯分散控制。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,自動低頻減載 控制目標 電力系統的允許頻率偏差為0.1Hz； 系統頻率不能長時間運行在49.549Hz以下； 事故情況下，不能較長時間停留在47Hz以

10、下； 系統頻率瞬時值不能低于45Hz。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,低頻減載的任務 在系統發(fā)生故障，有功功率嚴重缺額，頻率下降時，需要有計劃、按次序切除負荷，并保證切除負荷量合適。 低頻減載的控制方式 基本輪 第一輪整定頻率為48.547.5Hz，最末輪46.546Hz，相鄰兩輪頻率整定差0.250.5Hz，時間差0.5s。 特殊輪 整定頻率一般在4947Hz間，動作時限1520s。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,實現方法 采用專用的低頻減載裝置。 分散到每條線路的保護裝置中。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,對低頻減載裝置的要求 在各種運行方式下和功率缺額條件下，有計劃地切除負荷

11、，有效防止系統頻率降到危險點以下。 切除負荷盡可能少，防止超調和懸?，F象。 饋線或變壓器故障跳閘造成失壓時，應可靠閉鎖，不能誤動。 電力系統發(fā)生低頻振蕩時不能誤動。 電力系統受諧波干擾時不能誤動。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,低頻減載裝置的關鍵技術 采用原理先進、準確度高、抗干擾能力強的測頻電路。 采用頻率下降速率做啟動條件可以提高動作的快速與靈敏性；做閉鎖條件可防止誤動。 其他常用的閉鎖條件有帶時限的低壓閉鎖，低電流閉鎖，雙測頻回路串聯閉鎖。 故障自診斷與自閉鎖。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,備用電源自動投入 明備用：正常由1B供電，1B或1DL故障斷開后，BZT自動投入2DL，

12、由2B供電。 暗備用：正常1B、2B都供電，1B故障時，BZT自動投入3DL或5DL保持供電。,3.2 變電站綜合自動化系統功能,采用微機實現BZT，可以實現靈活的自動投入控制方式，比如三種備用電源投入方式可以用一部微機設備實現。同時裝置可以自診斷，并可以具有通信功能與其他自動化系統相聯系。,第三章 變電站綜合自動化系統,3.1 概述 3.2 變電站綜合自動化系統功能 3.3 變電站綜合自動化系統的結構 3.4 變電綜合自動化系統的通信網絡 3.5 電壓與無功功率的自動調控 3.6 近年新增調控及管理功能簡介,3.3 變電站自動化系統的結構,1. 設計的原則和要求 功能、配置服從電網調度自動化

13、的總體設計 功能配置下放原則 應能全面替代常規(guī)二次設備。 微機保護的軟硬件與監(jiān)控系統既相對獨立，又相互協調。 微機保護應有通信功能 應能滿足無人值班的要求。 有可靠的通信網絡和通信協議。,3.3 變電站自動化系統的結構,有良好的抗干擾能力。 設備運行可靠性高。 系統可擴展性好。 系統的標準化和開放性能要好。 優(yōu)先采用交流采樣技術 采用局域網通信方式,3.3 變電站自動化系統的結構,2.硬件結構 集中式 全部信息均由計算機系統集中采集、集中處理（運算、監(jiān)控等）系統的擴充性與維護性均較差，且系統故障，全站均受影響。 分散分布式 以回路作單元，單元間網絡連接用電纜或光纜，構成分散的分布式結構。從而使

14、信號電纜量減少，控制室取消。 分布式結構集中組屏 保留了分布式的全部優(yōu)點，集中組屏則便于設計、安裝、維護。,3.3 變電站自動化系統的結構,集中式 遠方終端裝置（RTU）當地監(jiān)控系統 當地監(jiān)控系統由一臺主機或兩臺互為備用的主機承擔所有功能。 配上變送器、遙信轉接、遙控執(zhí)行、UPS等屏柜 。 站內保護裝置的信息，可通過遙信輸入回路（硬件方法）進入RTU，亦可通過串口按約定的規(guī)約通信（軟件方法）進入RTU。 適合35500千伏各種電壓等級、不同規(guī)模的變電站。,3.3 變電站自動化系統的結構,分布式結構集中組屏模式 單元層變電站層 單元層按功能劃分，開關量輸入、輸出， 模擬量輸入、輸出，元件保護、自

15、動裝 置各為獨立模塊。 變電站層包括監(jiān)控主機和遠動主機。 變電站層通過現場總線或局域網與單元層通信。 所有保護屏、數據采集屏、控制出口屏 全部安裝在中央控制室內，需要較多的 控制連接電纜。,3.3 變電站自動化系統的結構,分層分布式模式 間隔層變電站層 間隔層按高壓間隔劃分，以每個電網元件為對象，集測量、控制、保護于一體，設計在同一個機箱中，將這種模塊單元安裝在一次主設備的開關柜中。 各模塊單元與監(jiān)控主機通過網絡聯系。 高壓線路保護，變壓器保護，自動裝置（備自投、電壓無功控制，低頻減載）仍可安裝在中央控制室內。,3.3 變電站自動化系統的結構,分布式結構中的主站與子站 子站 按一次設備為單位構

16、成的自動裝置模塊，統稱為間隔級單元 保護單元； 測控單元或I/O單元,3.3 變電站自動化系統的結構,主站（中央單元） 無人值班時：就是一個中央通信處理器或規(guī)約轉換器。主站通過現場總線收集各子站采集的數據或將命令傳送到相應子站去執(zhí)行。 有人值班時：在通信處理器之上設置監(jiān)控機，負責越限監(jiān)視、系統信息管理、數據庫建立、開關操作等監(jiān)控系統的任務。同時，由串口經MODEM與上級監(jiān)控中心或調度中心連接通信。 大型變電站：主站是一個計算機系統，通過計算機局域網（LAN）實現主站間各計算機的數據交換。,3.3 變電站自動化系統的結構,保護與監(jiān)控數據是否共享 完全共享。用同一CPU和采集通道采集保護和測量需要

17、的電量。結構簡單，造價低。但是由于一次保護CT和測量CT特性不同，所以不能保證測量準確度。應用難度較大?，F在已經在研究新的測量方法使得大小電流可共用同一組CT。 各自處理。用各自的采集通道，可以共用或不共用CPU，解決以上問題。 完全分離。各自構成模塊，完全不相關，只是安裝在同一開關柜內。,第三章 變電站綜合自動化系統,3.1 概述 3.2 變電站綜合自動化系統功能 3.3 變電站綜合自動化系統的結構 3.4 變電綜合自動化系統的通信 3.5 電壓與無功功率的自動調控 3.6 近年新增調控及管理功能簡介,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,1. 變電站自動化系統的分層和邏輯接口 國際電工委員會

18、（IEC）TC 57技術委員會（電力系統控制和通術委員會）在制定IEC 61850（變電站通信網絡和系統）標準時，把變電站自動化系統的功能在邏輯上分配在3個層次（變電站層、間隔層或單元層、過程層），這3個層次分別通過邏輯接口19建立通信。,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,（1）過程層（Process level）功能 與變電站一次設備斷路器、隔離開關和電流互感器TA、電壓互感器TV接口。 （2）間隔層（Bay level）功能 間隔層設備主要有各種微機保護裝置、自動控制裝置、數據采集裝置和RTU等。 （3）變電站層（Station level） 與過程有關的站層功能 與接口有關的站層功能,

19、3.4 變電站綜合自動化系統的通信,2. 變電站綜合自動化系統的通信 變電站內的信息傳輸。 變電站綜合自動化系統與調度中心的通信。,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,在分層分布式自動化系統中需傳輸的信息為: 過程層與間隔層的信息交換 模擬量 狀態(tài)信息，主要為斷路器或間隔刀閘的輔助觸點。 間隔層內設備間的通信 數據共享 互相閉鎖,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,間隔層與變電站層的通信 測量信息 狀態(tài)信息 操作信息 參數信息 變電站層的內部通信 根據各設備任務和功能的特點，傳輸所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作信息等。,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,3. 變電站自動化系統通信網絡的要求 快

20、速的實時響應能力 高的可靠性 優(yōu)良的電磁兼容性能 分層式結構,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,現場總線 （1）現場總線定義 根據國際電工委員會IEC標準和現場總線基金會FF的定義：現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。 以現場總線構成的控制系統，結構上是分散的。從而徹底改變了傳統的控制系統的體系結構，提高了控制系統的安全、可靠和經濟性能。,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,（2） 現場總線的優(yōu)點 現場總線按ISO的OSI標準提供了網絡服務，可靠性高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，通信速率快，造價低，維護成本低。 （3）現場總線的特點 現場設備互連網絡化

21、 信號傳輸數字化 系統和功能分散化 現場總線設備有互操作性 現場總線的通信網絡為開放式互連網絡,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,（4）現場總線技術與計算機局域網技術的聯系與區(qū)別： 計算機局域網屬數據網，現場總線屬控制網。 數據特性不一樣 數據網使用大數據報文，且數據并不是頻繁地發(fā)送、通信速率一般較高 控制網卻相反，必須頻繁傳送少批量數據。 介質訪問(MAC)協議不一樣 數據鏈路服務不一樣 應用層服務不一樣,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,（5）幾種常用的現場總線 LONWorks現場總線 核心部件是Neuron神經元通信處理芯片，收發(fā)器模塊和LONtalk通信協議。 LONWorks的

22、節(jié)點相互獨立，當任何一節(jié)點出現故障，不會影響整個網絡的工作。 LONWorks的技術特點： 高可靠性 支持多種傳輸介質 響應時間塊 安全性好 互換性,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,CAN現場總線 CAN（Controller Area Network）控制局域網是一種具有很高可靠性、支持分布式控制。 CANbus的技術特點是： 技術多主結構。 可以與各種微處理機連接。 提供優(yōu)先級控制、實時性強。 具有很強的錯誤識別和處理能力。 支持點對點發(fā)送和播發(fā)送功能。,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,小結： CAN主要用于小型、實時性要求比較高的過程控制系統。 LONWorks主要適用于大型的、

23、對響應時間要求不太高的分布式控制系統。,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,5.令太網（Ethernet） 以太網（Etherlet）的名稱是由加利福尼亞Xenx公司的PARC研究中心的Bnb Metcalfe于1973年5月首次提出的。 以太網是當今使用最廣泛的局域網，在所有的網絡連接中，80%都是基于以太網的。,3.4 變電站綜合自動化系統的通信,介質訪問控制協議 帶有沖突檢測偵聽多路訪問控制（CSMA/CD）技術 在分布式系統中，以競爭方式獲得總線訪問權利的基本方法。 通行證（Token）法 可用于總線與環(huán)網，又稱為令牌環(huán)式網絡（Token Ring）。,3.4 變電站綜合自動化系統的通

24、信,局域網總線結構,3.4 變電站自動化系統的通信,帶有沖突檢測偵聽多路訪問控制（CSMA/CD） CSMA（“先聽后說” ） 載波偵聽：總線上任意時刻只允許一個信號在傳送，各站要發(fā)送本站的信息幀到總線上時，先檢測總線是否空閑。若總線空閑，可考慮發(fā)送本站信號。 當總線不空閑，可采用二種方法進行下一步的訪問。 非堅持型。即聽到總線忙，就暫停偵聽，等待一段時間再偵聽，直到總線有空后再發(fā)信號。 堅持型：總線即使不空，仍堅持聽下去。直到總線空后，便轉入以一定概率方式爭用信道。,3.4 變電站自動化系統的通信,CSMA/CD（“邊聽邊說” ） 進入信號傳送的工作站一邊發(fā)信號，也繼續(xù)偵聽總線； 偵聽到發(fā)生

25、沖突，便立即停止發(fā)送，并發(fā)出報警信號，告知總線上各工作站，已發(fā)生沖突，防止它們介入沖突。 之后，退讓一段時間再試行重發(fā)，直到成功。 若邊說邊聽直到發(fā)送完一幀，未檢測到沖突，則本幀傳送成功。,3.4 變電站自動化系統的通信,通行證（Token）法,B,C,D,A,AB:空令牌 BC:空令牌 CD:忙令牌 DA:校驗后傳送忙令牌 AB:校驗后傳送忙令牌 BC:復制、校驗后傳送忙令牌 CD:確認接收后傳送空令牌,第三章 變電站綜合自動化系統,3.1 概述 3.2 變電站綜合自動化系統功能 3.3 變電站綜合自動化系統的結構 3.4 變電綜合自動化系統的通信 3.5 電壓與無功功率的自動調控 3.6

26、近年新增調控及管理功能簡介,3.5 電壓與無功功率的自動調控,電壓無功調控的目的與目標 以保證系統在正常運行時，用戶側能得到質量合格的電能，同時盡可能減小網損，達到經濟運行的目的。 在不同電壓等級中，電壓調控的目標是不同的。 220KV變電站中110KV35KV電壓等級，在正常運行方式下，允許偏差規(guī)定為額定電壓的-3%+7%，事故后為10%。 10KV用戶，正常時為7%。,3.5 電壓與無功功率的自動調控,調控手段 動態(tài)調壓設備 發(fā)電機及同步調相機的勵磁調節(jié)系統、有載調壓變壓器 無功補償設備 發(fā)電機及同步調相機、補償電容器、無功靜止補償裝置（SVC）等。 DFACTS 靜止無功功率發(fā)生器（SV

27、G）、動態(tài)電壓恢復器（DVR）、有源電力濾波器等。,3.5 電壓與無功功率的自動調控,電壓無功調控原理 電壓損耗,縱分量,橫分量,3.5 電壓與無功功率的自動調控,要使UL在合格范圍內，在PL、QL變動時，應調整U2來滿足。,計入無 功補償 電容容量,3.5 電壓與無功功率的自動調控,電壓調節(jié)對無功功率的影響 經變壓器向系統吸取的無功功率與U22成正比。 通常正常運行時，認為不變，則當改變變比K時，K大，則U2減少，負荷吸取的無功減少；反之，K小，QL增大。,3.5 電壓與無功功率的自動調控,電容器補償對電壓及功率損耗的影響 當變壓器有電流流過時，將產生有功、無功損耗： 有功損耗： 無功損耗：,3.5 電壓與無功功率的自動調控,由無功功率的傳輸導致的有功損耗為 ： 當投入后 Qc后，有功損耗為： 空載時有功損耗為：,空載時應 切除補 償容量,3.5 電壓與無功功率的自動調控,電壓與無功的綜合自動調節(jié) 調控原則 通過改變有載調壓變壓器變比K調壓時，將改變無功功率分配； 在改變無功補償容量時，電壓也將變化。 目標 要求負荷端電壓UL與其額定電壓ULN偏差UL-ULN為最小。 改變 ，使可能調節(jié)的 盡可能接近 ，以達到P為最小。,3.5 電壓與無功功率的自動調控,使P為最小有