智能变电站技术解析(1).ppt
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1、2023/2/21,智能变电站技术导则,易永辉 电 话:03743211919 13937463739E-mail:,www.,一、数字化变电站二、智能变电站基本概念三、智能变电站相关技术四、智能变电站技术导则介绍五、其它研究热点,目 录,www.,电子式互感器应用,IEC61850标准的颁布和实施,高速工业通信网络技术发展,数字化变电站,智能断路器技术发展和应用,变电站业务需求的变化和技术的进步,计算机网络技术、通信技术,光电技术的发展,变电站一、二次设备技术的融合,以及变电站运行方式的变革,由此产生了“数字化变电站”,一、数字化变电站支撑技术,www.,传统变电站 数字化变电站,主要差异:
2、网关/保护管理机电缆/光缆合并单元、智能接口单元(智能终端)、过程层交换机,一、数字化变电站对比,www.,以变电站一、二次设备为数字化对象,以高速网络通信平台为基础,通过对数字化信息进行标准化,实现站内外信息共享和互操作,并以网络数据为基础,实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。互操作问题、工程工期传统电流/电压互感器存在的问题电缆/光缆升级更新容易,一、数字化变电站主要特点,www.,数字化变电站接线组成图,新增加的设备,替换设备,ECVT合并单元智能接口单元交换机同步对时系统网络传输方案,一、数字化变电站关键技术,www.,过程层同步系统 与常规互感器输出的模拟信号有所不
3、同,由合并单元输出的数字采样信号中必须含有时间信息。各合并单元输出的电压、电流信号必须严格同步,否则将直接影响保护动作的正确性,甚至在失去同步时要退出相应的保护。因此,同步时钟是全数字化保护系统中的关键元件。过程层的同步含2种情况:(1)全站的合并单元同步,精度1微秒。(2)互感器间的同步采集 互感器间的同步,目前有硬件脉冲同步、差值同步法(软件)两种。合并单元间的同步有三种方式:1.秒脉冲方式的同步 2.IRIG-B码(直流)同步对时 3.IEEE 1588同步对时 其中,IEEE 1588同步目前IEC 61850尚未正式支持,但IEC TC57 WG10工作组在2008年召开几次会议中讨
4、论了IEC61588标准在变电站的应用,倾向于制定一个应用于电力的协议子集,其应用前景得到广泛的看好。,一、数字化变电站关键技术,www.,电子互感器分类,电子式互感器,一、数字化变电站关键技术,www.,-9-1组网方式,-9-2组网方式,9-1/9-2组网对比,模拟量传输方案,一、数字化变电站关键技术,2009年1月23日,(57_990_INF)正式通知各个国家委员会,宣布取消IEC61850-9-1,IEC60044-7/8也将废除,由IEC61869-9-2替代,IEC61869-9-2的数字输出基于IEC61850-9-2 标准(取消FT3传输帧格式格式)。这意味着IEC 6185
5、0-9-2采样值传输方案为唯一的国际标准。,www.,IEC61850-9-1,传输标准60044(FT3)私有协议,61850标准:-9-1/-2,模拟量传输方案,一、数字化变电站关键技术,www.,户外机柜技术要求,防护等级达到IP55,起到防尘防水功能。防腐蚀性能户外机柜应满足内部热功耗的散热要求。增加屏蔽处理提升整机的电磁屏蔽效能等级。防止凝露产生。柜体外形美观大方。,一、数字化变电站关键技术,www.,实现设备的互操作性不同厂家的IED之间能够交换信息并能够利用交换的信息完成各自的功能。注:实时性和可靠性要求十分严格建立系统的功能自由分布IEC61850标准允许变电站自动化系统的功能
6、在不同的设备之间自由分配。注:它的实现基础是互操作性;它面向系统功能,对物理上的实现方式提供了极大的灵活性,为提高系统集成度、简化产品配置、节省占地提供了理论依据。保持系统的长期稳定IEC61850标准具有面向未来的特性,能够满足不断发展的通信技术与变电站自动化系统的需求(8-1,9-2等SCSM技术,均可随着通信技术的发展而发展),一、数字化变电站技术-IEC 61850标准体系小结,www.,逻辑节点、逻辑设备、智能设备,逻辑节点强调实现的功能,主要是逻辑概念,非物理实物。多个逻辑节点组成逻辑设备。逻辑设备主要是逻辑概念,非物理实物,功能实现可以跨越多个装置。智能设备是一个物理概念,大于装
7、置。是一次设备+二次设备的集合,一、数字化变电站与IEC 61850标准相关的概念,www.,国内外研究、应用情况统计,国网公司系统2009年10月不完全统计,数字化变电站共72座(含在建、规划站)。其中已投运的500kV数字化变电站4座,在建4座,规划中1座;330kV变电站在建2座,无投运变电站;220kV变电站投运8座,在建11座,规划中5座;110kV及以下数字化变电站投运18座,在建17座,规划中2座;数字化变电站主要集中在华东电网(24座)和华北电网(22座),共占总数的63.9%。中国整体推进力度和创新力度居世界前列,一、数字化变电站应用统计,www.,智能变电站涉及多学科、多种
8、产品,是一个庞大复杂的体系 至少需要机、电、光三个专业的协同工作,因此从传统上打破了电力系统固有的专业划分。,智能变电站对智能化开关、数字式互感器的应用,要求一、二次系统在技术上融合、在专业上整合。,智能变电站取消了硬接线,不那么直观的网络实现方式,需要一系列完整的配套工具,需要成套的解决方案。建模工具、系统配置工具、IED配置工具、报文仿真分析工具、数字式继电保护测试设备高精度的CT、PT下,保护刻度误差的检测意义不大,网络的可靠性验证则变得十分重要。,一、数字化变电站专业、运行管理的挑战,www.,二、智能变电站基本概念智能设备,高压设备是电网的基本单元,高压设备智能化(或称智能设备)是智
9、能电网的重要组成部分,也是区别传统电网的主要标志之一。IBM电力专家提出的智能电网概念:利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控,然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合,最后通过对数据的分析、挖掘,达到对整个电力系统运行的优化管理。埃森哲提出利用传感器、嵌入式处理器、数字化通信和 IT技术,使电网可观测(能够监测电网所有元件的状态)、可控制(能够控制电网所有元件的状态)和自动化(可自适应并实现自愈)。利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控、进而实现电网设备可观测、可控制和自动化是智能设备的核心和目标。我国。在借鉴国外有关智能电网描述,在多年从事高压设备检测和诊断技术的基础上,经过最近
10、一段时间的集中调研和研究,提出了高压设备智能化或智能设备的概念和技术要求。-摘自高压设备智能化技术分析报告(征求意见稿),www.,二、智能变电站基本概念智能设备,智能设备智能设备=一次设备+智能组件的有机结合,智能设备由高压设备和智能组件组成。高压设备与智能组件之间通过状态感知元件和指令执行元件组成一个有机整体。三者之间可类比为“身体”、“大脑”和“神经”的关系,即高压设备本体是“身体”,智能组件是“大脑”,状态感知元件和指令执行元件是“神经”。三者合为一体就是智能设备,或称高压设备智能化,是智能电网的基本元件。根据高压设备的类别和现场要求,控制单元和智能组件的部分功能可以相互转移,或将控制
11、单元的功能全部集中到智能组件中。,-摘自高压设备智能化技术分析报告(征求意见稿),www.,二、智能一次设备组成思路,www.,二、智能变电站基本概念 系统构成的一种曾经的提法,www.,二、智能变电站基本概念智能组件,智能组件简单讲是原来二次设备的统称,为“智能组合件”的意思,其功能由15个功能单元完成,为实物。智能组件的表现形式可以是:测控装置、保护装置、测控保护装置、状态监测装置、智能终端、MU等,也可以是几个装置的集合,如:GIS汇控柜、屏柜等,www.,二、智能变电站基本概念 一体化结构,智能组件,www.,二、智能变电站基本概念 一体化结构,智能组件,www.,二、智能变电站基本概
12、念 一体化结构,智能组件,www.,二、智能变电站基本概念要求及现状,智能设备提出如下总要求: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。这里测量专指那些与控制和保护直接相关的传统检测参量,把状态感知类的检测参量称之为检测。过去,高压设备制造商很少关注设备的自检测功能,大多数检测功能是设备投运之后加装的。安全、最佳位置、美观。对需要内置的传感器在设计时就应充分考虑、制造时就安装好,且有规范的信号接口,出厂试验时应带着传感器进行 注:设备状态可视化包括两个方面的内容,即设备状态评价和向相关系统(如调度系统、检修管理系统)广播设备状态。,-摘自高压设备智能化技术分析报告(征求意见稿
13、),www.,二、智能变电站基本概念-测、控、检、计、保趋向融合,变压器、断路器、GIS设备等都有测、控要求。随着光电测量技术与变压器、断路器等高压设备的集成,计量也可成为高压设备附属功能的一部分。作为智能高压设备,自然还包括一个自检测部分。在做好物理隔离的前提下,保护也可以集成到智能组件中。,这样,围绕高压一次设备,智能组件涵盖了测、控、检、计、保等多项功能。在这些功能中,有些信息是可以共享的,如电压、电流信息,通过融合设计,从整体上可以简化硬件配置,提升智能组件功能的一体化程度,减少占地、提高可靠性。这样的设计理念需要解决同一组件内其他功能单元故障使保护或控制单元受累,但全隔离设计是可以解
14、决这一问题的。,-摘自高压设备智能化技术分析报告(征求意见稿),www.,智能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,这时就是一个智能一次设备的概念。,二、智能变电站基本概念 一体化结构的一种方案,www.,电子式互感器应用,IEC61850标准的颁布和实施,高速工业通信网络技术发展,智能变电站,智能断路器技术发展和应用,三、智能变电站相关技术支撑技术,变电站业务需求的变化和技术的进步,坚强智能电网的建设,驱动了变电站一、二次设备技术的融合,以及变电站运行方式
15、的变革,由此产生了“智能变电站”。,坚强智能电网的建设需要,www.,采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,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、协同互动等高级功能的变电站。,三、智能变电站相关技术定义,www.,智能电网下变电站功能的重新定位与发展目标,变电站是智能电网建设的重要节点之一,其主要作用就是为智能电网提供标准的、可靠的节点(包含一、二次设备和系统)支撑设备信息和运行维护策略与电力调度实现全面共享互动,实现基于状态的全寿命周期综合优化管理实
16、现全网运行数据的统一采集、实时信息共享以及电网实时控制和智能调节,支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用枢纽及中心变电站全面建成或改造成为智能变电站,三、智能变电站相关技术目标,www.,开展智能变电站相关标准研究与制定。开展智能变电站新建和改造试点工程。开展一次设备智能化研制。开展智能变电站运维模式研究。,继续深入开展变电站技术改造,形成完善成熟的特高压变电建设标准体系继续深化变电运行集约化管理,优化检修管理模式。推广智能变电设备关键技术,提升智能设备的功能。,第一阶段(20092010年),第二阶段(20112015年),在全面建成以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网基
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