North China Electric Power University第十九讲 电力系统数字化变电站l肖仕武，薛安成lOffice:J5B309lTel:80794899电力系统数字化变电站 数字化变电站是变电站自动数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向化技术的发展方向, ,确保确保电力电力系统生产的系统生产的安全性、可靠性和安全性、可靠性和经济性经济性8/29/20242North China Electric Power University数字化变电站l变电站的数字化是一个不断发展的过程变电站的数字化是一个不断发展的过程 l数字化变电站是由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设数字化变电站是由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850IEC61850通信规范基础上，通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。电站。l电子式互感器电子式互感器l智能化一次设备智能化一次设备l网络化二次设备网络化二次设备lIEC61850IEC61850的应用的应用l数字化是手段，不是目的。数字化是手段，不是目的。l确保安全性、可靠性和经济性确保安全性、可靠性和经济性l实际生产上的迫切需要实际生产上的迫切需要l技术管理上的现实可能技术管理上的现实可能8/29/20243North China Electric Power UniversityControl CenterHMIEngineering10 MBit/s SwitchRouterStation BusRelay ABay ControllerConventional SwitchgearConventionalCT / VTsRelay BRelay ABay ControllerConventional SwitchgearRelay BConventionalCT / VTsIEC61850-8数字化变电站的实现：第一步8/29/20244North China Electric Power UniversityControl CenterHMIEngineeringSwitchRouterStation BusRelay ABay ControllerConventional SwitchgearModernCT / VTsRelay BRelay ABay ControllerConventional SwitchgearModernCT / VTsRelay BIEC61850-9-1IEC61850-8数字化变电站的实现：第二步8/29/20245North China Electric Power UniversityControl CenterHMIEngineeringSwitchRouterStation BusRelay ABay ControllerModern SwitchgearModernCT / VTsRelay BRelay ABay ControllerModern SwitchgearModernCT / VTsRelay BProcess BusIEC61850-9-2IEC61850-9-2IEC61850-8数字化变电站的实现：第三步8/29/20246North China Electric Power UniversityControl CenterHMIEngineeringSwitchRouterStation BusRelay ABay ControllerModern SwitchgearModernCT / VTsRelay BRelay ABay ControllerModern SwitchgearModernCT / VTsRelay BProcess BusIEC61850-8IEC61850-9-2数字化变电站的实现：第四步8/29/20247North China Electric Power University电子式互感器l常规互感器常规互感器n绝缘复杂绝缘复杂n体积大、重量重体积大、重量重nCTCT动态范围小，有饱和现象动态范围小，有饱和现象n电磁式电磁式PTPT易产生铁磁谐振易产生铁磁谐振nCTCT二次输出不能开路二次输出不能开路8/29/20248North China Electric Power University电子式互感器l电子式互感器电子式互感器n绝缘简单绝缘简单n体积小、重量轻体积小、重量轻nCTCT动态范围宽，无磁饱和动态范围宽，无磁饱和nPTPT无谐振现象无谐振现象nCTCT二次输出可以开路二次输出可以开路8/29/20249North China Electric Power University电子式互感器l相关标准相关标准lIEC 60044-7:1999 Instrument transformers - Part 7: IEC 60044-7:1999 Instrument transformers - Part 7: Electronic voltage transformers Electronic voltage transformers lIEC 60044-8:2002 Instrument transformers - Part 8: IEC 60044-8:2002 Instrument transformers - Part 8: Electronic current transformers Electronic current transformers lGB/TGB/T xxxxx xxxxx.7-200x.7-200x互感器互感器- -第第7 7部分：电子式电压互感器部分：电子式电压互感器（IEC 60044IEC 600447 7：19991999，MODMOD）( (制订中制订中) )lGB/TGB/T xxxxx xxxxx.8-200x.8-200x互感器互感器- -第第8 8部分：电子式电流互感器部分：电子式电流互感器（IEC 60044-8IEC 60044-8：20022002，MODMOD）( (制订中制订中) )8/29/202410North China Electric Power University电子式互感器l相关标准相关标准lIEEE C37.92-2005 IEEE Standard for Analog IEEE C37.92-2005 IEEE Standard for Analog Inputs to Protective Relays from Electronic Inputs to Protective Relays from Electronic Voltage and Current TransducersVoltage and Current TransducerslIEEE PC37.235-200x Guide for the Application IEEE PC37.235-200x Guide for the Application ofof Rogowski Rogowski Coils used for Protective Relaying Coils used for Protective Relaying Purposes (Purposes (制订中制订中) )lIEEE C37.xx-200x Guide for Application of IEEE C37.xx-200x Guide for Application of Optical Current and Optical Voltage Systems Optical Current and Optical Voltage Systems for Protective Relaying (for Protective Relaying (制订中制订中) )8/29/202411North China Electric Power University电子式互感器l无源电子式互感器无源电子式互感器nFaradayFaraday磁光效应（电流互感器）磁光效应（电流互感器）nPockelsPockels电光效应（电压互感器）电光效应（电压互感器）n利用光纤传输传感信号利用光纤传输传感信号n传感头部分不需电子电路及其电源传感头部分不需电子电路及其电源n独立安装的互感器的理想解决方案独立安装的互感器的理想解决方案8/29/202412North China Electric Power University电子式互感器8/29/202413North China Electric Power University电子式互感器8/29/202414North China Electric Power University电子式互感器全光纤电流互感器全光纤电流互感器8/29/202415North China Electric Power University电子式互感器l无源电子式互感器的关键技术及难点无源电子式互感器的关键技术及难点n光学传感材料光学传感材料n传感头的组装技术传感头的组装技术n微弱信号检测微弱信号检测n温度对精度的影响温度对精度的影响n振动对精度的影响振动对精度的影响n长期稳定性长期稳定性8/29/202416North China Electric Power University电子式互感器l有源电子式有源电子式CTCT、PTPTn利用电磁感应等原理感应被测信号利用电磁感应等原理感应被测信号uCTCT：空心线圈空心线圈( (RC)RC)；小铁芯线圈小铁芯线圈( (LPCT)LPCT)uPTPT：电阻、电容、电感分压电阻、电容、电感分压n传感头部分具有需用电源的电子电路传感头部分具有需用电源的电子电路n利用光纤传输数字信号利用光纤传输数字信号l用于用于GISGIS或者罐式断路器更方便或者罐式断路器更方便lHVDCHVDC换流站、串补平台换流站、串补平台8/29/202417North China Electric Power University电子式互感器8/29/202418North China Electric Power University电子式互感器8/29/202419North China Electric Power University电子式互感器l有源电子式互感器的关键技术及难点有源电子式互感器的关键技术及难点n供电技术供电技术( (GISGIS、罐式断路器例外罐式断路器例外) )u激光；小激光；小CTCT；分压器；光电池分压器；光电池n远端电子模块的可靠性远端电子模块的可靠性8/29/202420North China Electric Power University电子式互感器8/29/202421North China Electric Power University电子式互感器合并单元：合并单元：合并三相信号合并三相信号同步同步分配信号给二分配信号给二次设备次设备8/29/202422North China Electric Power University电子式互感器l输出输出n模拟量模拟量uECTECT：4V4V（测量）及测量）及200200mVmV（保护）保护）uEVTEVT：4V4Vn数字量数字量uECTECT：2D41H2D41H（测量）及测量）及0101CFHCFH（保护）保护）uEVTEVT：2D41H2D41Hn电子式互感器不一定是电子式互感器不一定是“数字化数字化”8/29/202423North China Electric Power University电子式互感器l关键技术关键技术n二次接口二次接口u互感器的安装位置、合并单元的配置方案互感器的安装位置、合并单元的配置方案u各个二次设备共享数字信号各个二次设备共享数字信号u采样数据的同步三相电流电压之间、差动保护采样数据的同步三相电流电压之间、差动保护u计量系统计量系统n互感器的可靠性互感器的可靠性 、稳定性、稳定性u通信、供电、远端模块通信、供电、远端模块n运行维护规程运行维护规程8/29/202424North China Electric Power University智能化一次设备l智能开关设备的定义智能开关设备的定义nIEC62063:1999IEC62063:1999n具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面。加功能，尤其在监测和诊断方面。l在线监视功能在线监视功能l智能控制功能智能控制功能l数字化的接口数字化的接口l电子操动电子操动8/29/202425North China Electric Power University智能化一次设备l相关标准相关标准nIEC 62271-3 High voltage switchgear and IEC 62271-3 High voltage switchgear and assemblies with digital interfaces based on IEC assemblies with digital interfaces based on IEC 61850 (61850 (制订中制订中) )nIEC/TR 62063:1999 High-voltage switchgear and IEC/TR 62063:1999 High-voltage switchgear and control gear - The use of electronic and control gear - The use of electronic and associated technologies in auxiliary equipment of associated technologies in auxiliary equipment of switchgear and control gearswitchgear and control gear8/29/202426North China Electric Power University智能化一次设备l在线监视功能在线监视功能n电、磁、温度、开关机械、机构动作电、磁、温度、开关机械、机构动作l状态检修状态检修n状态监测状态监测n状态评估状态评估n检修计划检修计划l监测系统的成本、可信度、可靠性监测系统的成本、可信度、可靠性l智能控制功能智能控制功能n最佳开断最佳开断n定相位合闸定相位合闸n定相位分闸定相位分闸n顺序控制顺序控制8/29/202427North China Electric Power University智能化一次设备l数字化的接口数字化的接口n位置信息位置信息n其它状态信息其它状态信息n分合闸命令分合闸命令l开关的电子操动开关的电子操动n变机械储能为电容储能变机械储能为电容储能n变机械传动为变频器通过电机直接驱动变机械传动为变频器通过电机直接驱动n机械运动部件减少到一个机械运动部件减少到一个n机械系统的可靠性提高机械系统的可靠性提高n电子电路的寿命、可靠性成为关键电子电路的寿命、可靠性成为关键8/29/202428North China Electric Power University智能化一次设备8/29/202429North China Electric Power University智能化一次设备l功能功能n保护：电机过热，超时，开关位置不一致保护：电机过热，超时，开关位置不一致n智能化监视智能化监视n智能化控制智能化控制u联锁联锁u电机控制电机控制u顺序控制顺序控制8/29/202430North China Electric Power University智能化一次设备8/29/202431North China Electric Power University智能化一次设备l优势优势n节约占地节约占地n节省电缆节省电缆n现场投运工作量小，投运现场投运工作量小，投运周期短周期短n减少人为失误减少人为失误n控制回路优化控制回路优化n与互感器的电气距离缩短与互感器的电气距离缩短n在线监测在线监测l关键技术关键技术n智能模块的高可靠性设计智能模块的高可靠性设计技术技术u恶劣环境：恶劣环境：EMIEMI、振动、振动、湿热湿热n相应的检验、运行维护规相应的检验、运行维护规程程8/29/202432North China Electric Power University网络化二次设备l适应电子式互感器的应用适应电子式互感器的应用l适应智能化一次设备的需要适应智能化一次设备的需要l适应适应IEC61850IEC61850的需要的需要l平台平台n高性能的高性能的DSPDSP、MCUMCUn大容量存储器大容量存储器n大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件n100100M M网络接口网络接口n工业用实时多任务操作系统工业用实时多任务操作系统8/29/202433North China Electric Power University网络化二次设备l基于基于IEC61850IEC61850的的n测控装置、保护装置、远动装置、网关测控装置、保护装置、远动装置、网关n后台监控系统后台监控系统l与电子式互感器配套的与电子式互感器配套的n合并单元合并单元n保护测控装置保护测控装置l关键技术关键技术n高性能的硬件、软件平台高性能的硬件、软件平台n网络化计量系统的认证网络化计量系统的认证n相应的检验、运行维护规程相应的检验、运行维护规程8/29/202434North China Electric Power UniversityIEC61850l相关标准相关标准nIEC 61850-SER Communication networks and systems IEC 61850-SER Communication networks and systems in substationsin substationsnDL 860DL 860系列标准系列标准 变电站通信网络和系统变电站通信网络和系统( (IEC61850 IDT)IEC61850 IDT)IEC61850IEC61850是国际电工委员会是国际电工委员会TC57TC57工作组制定的变电站通工作组制定的变电站通信网络和系统系列标准，是基于网络通信平台的变电站自信网络和系统系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准，也将成为电力系统从调度中心到动化系统唯一的国际标准，也将成为电力系统从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝连接的通信标准，还可变电站、变电站内、配电自动化无缝连接的通信标准，还可望成为通用网络通信平台的工业控制通信标准望成为通用网络通信平台的工业控制通信标准8/29/202435North China Electric Power UniversityIEC61850l互操作互操作n信息分层信息分层u站控层、间隔层、过程层站控层、间隔层、过程层n面向对象的数据对象统一建模面向对象的数据对象统一建模u逻辑设备、逻辑节点、数据对象、属性逻辑设备、逻辑节点、数据对象、属性n信息自我描述信息自我描述n抽象服务通信接口抽象服务通信接口8/29/202436North China Electric Power UniversityIEC 61850 应用调度中心调度中心 (NCC)间隔层间隔层过程总线层过程总线层变电站层变电站层变电站总线变电站总线 (LAN)过程总线过程总线 (LAN)变电站主机变电站主机StationgatewayProtection过程总线接口过程总线接口Process InterfaceControl保护保护控制控制Control &ProtectionEngineeringstation过程总线接口过程总线接口8/29/202437North China Electric Power UniversityIEC61850采样值采样值8/29/202438North China Electric Power UniversityGoose Message: 位置位置A公司保护B公司保护智能一次设备保护测试仪以太网以太网模拟输入模拟输入1. 仿真故障仿真故障2. 跳闸跳闸4. 重合重合Goose Message: 重合重合3. 新位置新位置Goose Message: 位置位置Goose Message: 跳闸跳闸5. 新位置新位置GOOSE应用演示应用演示8/29/202439North China Electric Power University8/29/202440North China Electric Power UniversityIEC61850l关键技术关键技术n符合标准的系统建模和设备建模符合标准的系统建模和设备建模n基于基于IEC61850-9-1IEC61850-9-1和和9-29-2的采样值传送的采样值传送n基于基于GOOSEGOOSE的装置之间的快速数据交换的装置之间的快速数据交换n相应的运行操作和维护规程相应的运行操作和维护规程8/29/202441North China Electric Power University结论l数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向l数字化变电站的建设应从生产上的迫切需要出发，考虑技数字化变电站的建设应从生产上的迫切需要出发，考虑技术上、管理上的现实可能，积极探索，稳妥推进。术上、管理上的现实可能，积极探索，稳妥推进。l智能化一次设备智能化一次设备n成熟的二次技术结合传统一次设备，提升智能化水平成熟的二次技术结合传统一次设备，提升智能化水平nIEC61850IEC61850n首先应用于间隔层和站控层首先应用于间隔层和站控层n逐步拓展到过程层逐步拓展到过程层8/29/202442North China Electric Power University