变电站综合自动化技术的发展方向清华大学电机系 黄益庄 Tel. (010)6278470613701073392*1提纲变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化的基本概念 变电站综合自动化系统的内涵变电站综合自动化系统的内涵 变电站自动化技术发展的趋势3.1 保护和控制集成系统的发展3.2 电子式互感器的应用将促进全数字化变电站自动化系 统的实现3.3 变电站自动化系统要适应电力市场化的需求3.4 柔性交流输电技术的发展进一步提高变电站自动化水 平3.5 多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用3.6 传输规约和传输网络标准化4 结束语Date21 变电站综合自动化的基本概念1.1 变电站自动化是技术发展的必然趋 势 1.1.1 当前电力系统发展的要求 1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自 动化提供了必要的条件 1.2 变电站综合自动化系统发展的回顾 1.3 变电站综合自动化的内涵 1.4 IEC对变电站自动化系统的定义1.5 变电站综合自动化和变电站自动 化Date31.1 变电站综合自动化是技术发展的必然趋势n1.1.1 当前电力系统发展的要求 (1) 全国联网的发展方向,对电力系统的可靠性提 出更高要求国家电力公司陆延昌在2000年全国电网调度 工作会议上明确指出：坚持全国联网、西电东送、南北互 联的发展方向不动摇。并且要做到系统联网，可靠水平不 降低。我国水力资源主要集中在西部和西南部，这两地区 可开发电量占全国82.9%；煤炭资源华北和西北两地区占 80%；而负荷中心集中在中部和东部沿海，这两地区的经 济总量占全国82%，电力消费占78%。要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低 ，加强发电厂、变电站的安全、可靠运行、提高其自动化 水平很为重要。 Date41.1.1 当前电力系统发展的要求(2)老式变电站存在的问题 安全性、可靠性不能满足电力系统 发展的需求。 不适应电力系统快速计算和实时性 要求。 供电质量缺乏科学的保证。 不利于提高运行管理水平。 占地面积大，增加征地投资。Date51.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了必要的条件变电站自动化技术的发展过程与相关学科 的 发展密切相关。变电站自动化发展过程有三个阶段：(1) 变电站分立元件的自控装置阶段。*电磁式的自动装置*晶体管式的自动装置*集成电路式的自动装置Date61.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了必要的条件(2) 微处理器为核心的智能自动装置阶 段。70年代微处理器的问世和微计算机技术 的迅速发展，为变电站自动化技术的发展提供了 必要的手段。这阶段厂站自动化的特点：形成变电站 内的自动化孤岛。 (3) 变电站综合自动化的发展，全面促 进变电站技术水平和运行管理水平的提高 。80年代中、后期开始。Date71.2 变电站综合自动化系统的发展回顾1.2.1 国外变电站综合自动化的早期发展概 况国外变电站综合自动化的研究工作始于70年 代。70年代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的 远动装置都是微机型的. 变电站综合自动化的研究工作， 于70年代中、后期开始. 日本第一个变电站综合自动化系统日本第一个变电站综合自动化系统1975年关西电子公司和三菱电气公司开始 研究，1979年完成样机SDCS-1型，并安装于变电站现场试 验，1980年开始商品化生产。其结构框图见图1。 Date8图1. SDCS-1结构框图Date9日本第一个变电站综合自动化系统日本第一个变电站综合自动化系统SDCS-1SDCS-1型由13台微机组成，安装于 77kV/6.6kV的变电站,该站3台主变，4回77kV进线 ，36回6.6kV馈线。分为三个子系统： 继电保护子系统：有8个保护部 件 测量子系统 控制子系统Date10国外变电站综合自动化的早期发展概况n80年代，研究变电站综合自动化的国家和公 司越来越多，例如，德国西门子公司、ABB公司、 AEG公司、GE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都 有自己的变电站自动化产品。1995年西门子公司 的变电站自动化系统LSA678在我国已有十多个工 程。n国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开 始就十分重视这一领域的技术规范和标准的制定 与协调。Date111.2.2 我国变电站自动化的发展过程我国变电站综合自动化的研究工作始于80年 代中期。1987年清华大学电机工程系研究成功国内第一个 符合国情的综合自动化系统。在山东威海望岛变电站成功 地投入运行。该系统由3台微机组成，其系统结构如图2. 这是我国第一个变电站综合自动化系统，有显 著的经济效益和社会效益。其成功的投入运行，证明了我 国完全可以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国 情的变电站综合自动化系统。90年代中期后，综合自动化系统迅速发展。随 着微机技术的不断发展和已投入运行的变电站综合系统取 得的经济效益和社会效益，吸引全国许多用户和科研单位 和高等院校，因此变电站综合自动化系统到90年代，成为 热门话题。Date12我国第一套变电站综合自动化系统 望岛变电站是一个35kV/10kV城市变 电站，有2回35kV进线，2台主变，8回10kV 出线，2组电容器。 系统功能: 该系统担负全变电站安全 监控、微机保护、电压无功控制、中央信 号等任务。按功能分为3个子系统：（1）安全监 控子系统；（2）微机保护子系统；（3） 电压、无功控制子系统。Date13图2 我国第一套变电站综合自动化系统结构框图Date14我国变电站自动化的发展过程n1.2.3 90年代中期，在中、低压变电 站推广无人值班但这阶段对变电站综合自动化的威力和 可行性认识不统一。强调实现无人值班不一定要 实现综合自动化。n1.2.4 90年代末期，变电站综合自动 化已成为热门的话题。n1.2.5 当前变电站综合自动化已成为新 建变电站和老站改造的首选。Date15我国变电站综合自动化技术的发展结构上(1)集中式(2)分布集中式(3)分散式 功能上(1)集成化(2)分布化Date16功能上的集成化和分布化变电站自动化系统的自动化设备统称智 能电子设备IED(Intelligent Electronic Device). 集成化：功能的集成化最突出表现 在IED上，例如：微机保护装置，一台装置 可集成多种保护功能，甚至全部主保护和 后备保护或集成了保护和测量的功能。Date17功能上的集成化和分布化分布化：为了充分利用计算机的潜力 ，简化自动化系统的结构，降低成本，目 前的另一种趋势是把原来由集中式的自动 装置完成的功能分散至相应的继电保护装 置中。例如：低频减载功能单相接地选线。Date181.3 变电站综合自动化的内涵n变电站综合自动化是将变电站的二次设备（ 包括测量仪表、中央信号系统、继电保护装置、 自动装置和远动装置等）经过功能的组合和重新 设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、 信号处理技术和通信技术与电力系统的有关理论 和技术相结合，实现对全部主要设备和输、配电 线路的自动监视、测量、自动控制和保护以及与 调度通信等功能。n变电站自动化系统是由多台微计算机和大规 模集成电路组成的多种功能的自动化系统。Date191.4 IEC对变电站自动化系统的定义n1.4.1 IEC（国际电工委员会）对变电 站自动化系统的定义: The Substation Automation System provides automation in a substation , including the communication infrastructure.Date201.4.2 1.4.2 IECIEC 将变电站自动化系统分层为将变电站自动化系统分层为三层三层结构结构n n19971997年国际电工委员会（年国际电工委员会（IECIEC）制定变电站通）制定变电站通 信网络时，将变电站自动化系统分为三层结构，信网络时，将变电站自动化系统分为三层结构， 如图如图3 3。Date21图图3 3 变电站自动化系统的变电站自动化系统的三层三层结构结构Date22变电站自动化系统的变电站自动化系统的三层三层结构结构 过程层(process level) ：主要指变电 站的断路器、隔离刀闸、电流互感器（TA）、 电压互感器（TV）等。 间隔层(bay level) ：主要指变电站的 智能电子设备 IED(Intelligent Electronic Device), 这些智能电子设备包括；微机保护装 置、多功能电子仪表、RTU以及自动控制装置 等。 变电站层(station level)功能：分两部 分： a. 与过程有关的站层功能： b. 与接口有关的站、层功能。 自动化系统的核心部分为设备层和变电 站层。Date231.5 变电站综合自动化和变电站自动化80年代和90年代中期，国内都把上述功 能的系统称为变电站综合自动化系统，以区别于 只有局部功能的自动化。国外发表的文章也称“ 综合自动化”，或一体化的变电站控制与保护。 1997年国际大电网会议（CIGRE） WG3403工作组在“变电站数据流的通信要求” 报告中，采用“变电站自动化”和“变电站自动 化系统”的名词。 此后电工委员会（IEC）的电 力系统控制和通信技术委员会（TC57）在制定变 电站通信网络和系统标准（IEC 61850）中，也采 用变电站自动化的名词。Date242 变电站综合自动化系统的功能2.1 监控子系统 2.2 继电保护子系统 2.3 电能量计量子系统 2.4 自动控制子系统 2.5 谐波分析与监视子系统 2.6 变电站综合自动化系统的通信 功能 2.7 变电站综合自动化系统的特点Date252.1 监控子系统2.1.1 数据采集（1）模拟量的采集（2）开关量的采集（3）事件顺序记录（SOE）（4）电能量的采集2.1.2 数据处理2.1.3 安全监控功能2.1.4 操作与控制功能2.1.5 人机联系功能2.1.6 运行记录功能2.1.7 对时功能Date262.1.3 安全监控功能1.对采集的模拟量不断进行越限监视， 如发现越限，立刻发出告警信息，同时记 录和显示越限时间和越限值，并将越限情 况远传给调度中心或控制中心。 2.对微机保护装置和其它各种自动装置 的工作状态进行监视。 3. 将监视结果及时传送给调度中心， 并接收和执行调度中心下达的各种命令。 Date272.1.4 操作与控制功能操作、控制包括对断路器、隔离开 关的操作，对自动装置和保护装置定值设 定、投退控制等。无论当地操作或远方操作，都应有 防误操作的闭锁措施。 断路器的操作闭锁应包括的内容:Date282.1.5 人机联系功能1.人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。2CRT或液晶显示器显示画面的内容（1）显示采集和计算的实时运行参数（2）显示实时主接线图（3）事件顺序记录（SOE）（4）越限报警显示（5）值班记录显示（6）历史趋势显示（7）保护定值和自控装置的设定值显示。（8）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。 3. 输入数据 （1）TA、TV变比（2）保护定值和越限报警定值（3）自控装置的设定值（4）运行人员密码Date292.1.6 运行记录功能n 对于有人值班的变电站，监控系统可 以配备打印机，完成以下打印记录功能:n 定时打印报表和运行日志； 开关操作记录打 印；n 事件顺序记录打印； 越限打印；n 召唤打印； 抄屏打印；n 事故追忆打印。n 对于无人值班变电站，可不设当地 打印功能，各变电站的运行 报表，集中在 控制中心打印输出。Date302.1.7 对时功能n配备GPS卫星同步时钟装置、与调度统 一时钟。Date312.2 继电保护子系统n2.2.1 微