变电站综合自动化技术的发展课件

提纲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传输规约和传输网络标准化4结束语结束语7/12/20241提纲变电站综合自动化的基本概念8/13/202311 变电站综合自动化的基本概念1.1 1.1 变电站自动化是技术发展的必然趋势变电站自动化是技术发展的必然趋势 1.1.1 1.1.1 当前电力系统发展的要求当前电力系统发展的要求 1.1.2 1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化提供科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了必要的条件了必要的条件 1.2 1.2 变电站综合自动化系统发展的回顾变电站综合自动化系统发展的回顾1.3 1.3 变电站综合自动化的内涵变电站综合自动化的内涵1.4 IEC1.4 IEC对变电站自动化系统的定义对变电站自动化系统的定义1.5 1.5 变电站综合自动化和变电站综合自动化和变电站自动化变电站自动化7/12/202421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1.1 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。7/12/202431.1变电站综合自动化是技术发展的必然趋势1.11.1.1 当前电力系统发展的要求(2)老式变电站存在的问题老式变电站存在的问题 安安全全性性、可可靠靠性性不不能能满满足足电电力力系系统统发发展展的的需需求。求。不适应电力系统快速计算和实时性要求。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。供电质量缺乏科学的保证。不利于提高运行管理水平。不利于提高运行管理水平。占地面积大，增加征地投资。占地面积大，增加征地投资。7/12/202441.1.1当前电力系统发展的要求(2)老式变电站存在的问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。变电站分立元件的自控装置阶段。*电磁式的自动装置电磁式的自动装置*晶体管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集成电路式的自动装置7/12/202451.1.2科学技术的发展，为发展变电站自动化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(2)(2)微处理器为核心的智能自动装置阶段。微处理器为核心的智能自动装置阶段。7070年年代代微微处处理理器器的的问问世世和和微微计计算算机机技技术术的的迅迅速速发发展，为变电站自动化技术的发展提供了必要的手段。展，为变电站自动化技术的发展提供了必要的手段。这这阶阶段段厂厂站站自自动动化化的的特特点点：形形成成变变电电站站内内的的自自动化孤岛。动化孤岛。(3)(3)变变电电站站综综合合自自动动化化的的发发展展，全全面面促促进进变变电电站技术水平和运行管理水平的提高。站技术水平和运行管理水平的提高。8080年代中、后期开始年代中、后期开始。7/12/202461.1.2科学技术的发展，为发展变电站自动化 1.2 变电站综合自动化系统的发展回顾变电站综合自动化系统的发展回顾1.2.1 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早期发展概况国外变电站综合自动化的研究工作始于国外变电站综合自动化的研究工作始于7070年代。年代。7070年年代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置都代末，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是微机型的.变电站综合自动化的研究工作，于变电站综合自动化的研究工作，于7070年代中、年代中、后期开始后期开始.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19751975年年关关西西电电子子公公司司和和三三菱菱电电气气公公司司开开始始研研究究，19791979年年完完成成样样机机SDCS-1SDCS-1型型，并并安安装装于于变变电电站站现现场场试试验验，19801980年年开开始商品化生产。其结构框图见图始商品化生产。其结构框图见图1 1。7/12/202471.2变电站综合自动化系统的发展回顾8/13/20237图1.SDCS-1结构框图7/12/20248图1.SDCS-1结构框图8/13/202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-1SDCS-1型型由由1313台台微微机机组组成成，安安装装于于77kV/6.6kV77kV/6.6kV的的变变电电站站,该该站站3 3台台主主变变，4 4回回77kV77kV进进线线，3636回回6.6kV6.6kV馈线。馈线。分为三个子系统：分为三个子系统：继电保护子系统：有继电保护子系统：有8 8个保护部件个保护部件 测量子系统测量子系统 控制子系统控制子系统7/12/20249日本第一个变电站综合自动化系统SDCS-1S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早期发展概况n8080年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越来年代，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、越多，例如，德国西门子公司、ABBABB公司、公司、AEGAEG公司、公司、GEGE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的变公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的变电站自动化产品。电站自动化产品。20192019年西门子公司的变电站自动年西门子公司的变电站自动化系统化系统LSA678LSA678在我国已有十多个工程。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。分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调。7/12/202410国外变电站综合自动化的早期发展概况80年代，研究变电站综合自1.2.2我国变电站自动化的发展过程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我国变电站综合自动化的研究工作始于8080年代中期。年代中期。19871987年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的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。综合自动化系统。在山东威海望岛变电站成功地投入运行。在山东威海望岛变电站成功地投入运行。该系统由该系统由3 3台微机组成，其系统结构如台微机组成，其系统结构如图图2 2.这是我国第一个变电站综合自动化系统，有显著的经济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。合自动化系统。9090年代中期后，综合自动化系统迅速发展。年代中期后，综合自动化系统迅速发展。随着微机技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，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因此变电站综合自动化系统到9090年代，成为热门话题。年代，成为热门话题。7/12/2024111.2.2我国变电站自动化的发展过程我国变电站我国第一套变电站综合自动化系统我国第一套变电站综合自动化系统 望岛变电站是一个望岛变电站是一个35kV/10kV35kV/10kV城市变电站，城市变电站，有有2 2回回35kV35kV进线，进线，2 2台主变，台主变，8 8回回10kV10kV出线，出线，2 2组电容器。组电容器。系统功能系统功能:该系统担负全变电站安全监控、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。微机保护、电压无功控制、中央信号等任务。按功能分为按功能分为3 3个子系统个子系统：（：（1 1）安全监控子系）安全监控子系统；（统；（2 2）微机保护子系统；（）微机保护子系统；（3 3）电压、无）电压、无功控制子系统。功控制子系统。7/12/202412我国第一套变电站综合自动化系统望岛变电站是一个35k图图2 2我国第一套变电站综合自动化系统我国第一套变电站综合自动化系统 结构框图结构框图7/12/202413图2我国第一套变电站综合自动化系统结构框图8/1我国变电站自动化的发展过程我国变电站自动化的发展过程n1.2.390年代中期，在中、低压变电站推年代中期，在中、低压变电站推广无人值班广无人值班但但这这阶阶段段对对变变电电站站综综合合自自动动化化的的威威力力和和可可行行性性认认识识不不统统一一。强强调调实实现现无无人人值值班班不不一一定定要要实实现现综综合合自自动化。动化。n1.2.490年代末期，变电站综合自动化已年代末期，变电站综合自动化已成为热门的话题。成为热门的话题。n1.2.5当当前前变变电电站站综综合合自自动动化化已已成成为为新新建建变变电站和老站改造的首选。电站和老站改造的首选。7/12/202414我国变电站自动化的发展过程1.2.390年代中期，在中我国变电站综合自动化技术的发展结构上结构上(1)(1)集中式集中式 (2)(2)分布集中式分布集中式 (3)(3)分散式分散式 功能上功能上 (1)(1)集成化集成化 (2)(2)分布化分布化7/12/202415我国变电站综合自动化技术的发展结构上8/13/202315功能上的集成化和分布化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能电电子子设备IED(IntelligentElectronicDevice).集集成成化化：功功能能的的集集成成化化最最突突出出表表现现在在IED上上，例例如如：微微机机保保护护装装置置，一一台台装装置置可可集集成成多多种种保保护护功功能能，甚甚至至全全部部主主保保护护和和后后备备保保护护或或集集成了保护和测量的功能。成了保护和测量的功能。7/12/202416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功能上的集成化和分布化集成化和分布化分布化：为了充分利用计算机的潜力，简化分布化：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。功能分散至相应的继电保护装置中。例如：例如：低频减载功能低频减载功能单相接地选线。单相接地选线。7/12/202417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1.3 变电站综合自动化的内涵n变变电电站站综综合合自自动动化化是是将将变变电电站站的的二二次次设设备备（包包括括测测量量仪仪表表、中中央央信信号号系系统统、继继电电保保护护装装置置、自自动动装装置置和和远远动动装装置置等等）经经过过功功能能的的组组合合和和重重新新设设计计，利利用用先先进进的的计计算算机机技技术术、现现代代电电子子技技术术、信信号号处处理理技技术术和和通通信信技技术术与与电电力力系系统统的的有有关关理理论论和和技技术术相相结结合合，实实现现对对全全部部主主要要设设备备和和输输、配配电电线线路路的的自自动动监监视视、测量、自动控制和保护以及与调度通信等功能。测量、自动控制和保护以及与调度通信等功能。n变变电电站站自自动动化化系系统统是是由由多多台台微微计计算算机机和和大大规规模模集集成成电路组成的多种功能的自动化系统。电路组成的多种功能的自动化系统。7/12/2024181.3变电站综合自动化的内涵变电站综合自动化是将变电站的二1.4 IEC对变电站自动化系统的定义n1.4.1 IEC1.4.1 IEC（国际电工委员会）对变电站自动（国际电工委员会）对变电站自动化系统的定义化系统的定义:TheSubstationAutomationSystemprovidesautomationinasubstation,includingthecommunicationinfrastructure.7/12/2024191.4IEC对变电站自动化系统的定义1.4.1IEC（国1.4.21.4.2IECIEC 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三层三层结构结构n n2019201920192019年国际电工委员会（年国际电工委员会（年国际电工委员会（年国际电工委员会（IECIECIECIEC）制定变电站通信网）制定变电站通信网）制定变电站通信网）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，如图络时，将变电站自动化系统分为三层结构，如图络时，将变电站自动化系统分为三层结构，如图络时，将变电站自动化系统分为三层结构，如图3 3 3 3。7/12/2024201.4.2IEC将变电站自动化系统分层为三层结构2019图图33变电站自动化系统的变电站自动化系统的三层三层三层三层结构结构7/12/202421图3变电站自动化系统的三层结构8/13/202321变电站自动化系统的三层三层结构过过程程层层(processlevel)：主主要要指指变变电电站站的的断断路路器器、隔隔离离刀刀闸闸、电电流流互互感感器器（TA）、电电压压互互感器（感器（TV）等。）等。间间隔隔层层(baylevel)：主主要要指指变变电电站站的的智智能能电电子子设设备备IED(IntelligentElectronicDevice),这这些些智智能能电电子子设设备备包包括括；微微机机保保护护装装置置、多多功功能能电子仪表、电子仪表、RTU以及自动控制装置等。以及自动控制装置等。变电站层变电站层(stationlevel)功能：分两部分：功能：分两部分：a.与过程有关的站层功能：与过程有关的站层功能：b.与接口有关的站、层功能。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。自动化系统的核心部分为设备层和变电站层。7/12/202422变电站自动化系统的三层结构过程层(processlev1.5 变电站综合自动化和变电站自动化8080年年代代和和9090年年代代中中期期，国国内内都都把把上上述述功功能能的的系系统统称称为为变变电电站站综综合合自自动动化化系系统统，以以区区别别于于只只有有局局部部功功能能的的自自动动化化。国国外外发发表表的的文文章章也也称称“综综合合自自动动化化”，或一体化的变电站控制与保护。，或一体化的变电站控制与保护。20192019年年国国际际大大电电网网会会议议（CIGRECIGRE）WG3403WG3403工工作作组组在在“变变电电站站数数据据流流的的通通信信要要求求”报报告告中中，采采用用“变变电电站站自自动动化化”和和“变变电电站站自自动动化化系系统统”的的名名词词。此此后后电电工工委委员员会会（IECIEC）的的电电力力系系统统控控制制和和通通信信技技术术委委员员会会（TC57TC57）在在制制定定变变电电站站通通信信网网络络和和系系统统标标准（准（IEC 61850IEC 61850）中，也采用变电站自动化的名词。）中，也采用变电站自动化的名词。7/12/2024231.5变电站综合自动化和变电站自动化80年代2 变电站综合自动化系统的功能2.1 2.1 监控子系统监控子系统2.22.2继电保护子系统继电保护子系统2.3 2.3 电能量计量子系统电能量计量子系统2.42.4自动控制子系统自动控制子系统2.5 2.5 谐波分析与监视子系统谐波分析与监视子系统2.6 2.6 变电站综合自动化系统的通信功能变电站综合自动化系统的通信功能2.7 2.7 变电站综合自动化系统的特点变电站综合自动化系统的特点 7/12/2024242变电站综合自动化系统的功能2.1监控子系统8/13/2.1 监控子系统监控子系统2.1.1 2.1.1 数据采集数据采集 （1 1）模拟量的采集）模拟量的采集 （2 2）开关量的采集）开关量的采集 （3 3）事件顺序记录（）事件顺序记录（SOESOE）（4 4）电能量的采集）电能量的采集2.1.2 2.1.2 数据处理数据处理 2.1.3 2.1.3 安全监控功能安全监控功能 2.1.4 2.1.4 操作与控制功能操作与控制功能 2.1.5 2.1.5 人机联系功能人机联系功能 2.1.6 2.1.6 运行记录功能运行记录功能 2.1.7 2.1.7 对时功能对时功能7/12/2024252.1监控子系统2.1.1数据采集8/13/202.1.32.1.3 安全监控功能安全监控功能1.对对采采集集的的模模拟拟量量不不断断进进行行越越限限监监视视，如如发发现现越越限限，立立刻刻发发出出告告警警信信息息，同同时时记记录录和和显显示示越越限限时时间间和和越越限限值值，并并将将越越限限情情况况远远传传给给调调度中心或控制中心。度中心或控制中心。2.2.对对微微机机保保护护装装置置和和其其它它各各种种自自动动装装置置的的工工作作状态进行监视。状态进行监视。3.3.将将监监视视结结果果及及时时传传送送给给调调度度中中心心，并并接接收收和执行调度中心下达的各种命令。和执行调度中心下达的各种命令。7/12/2024262.1.3安全监控功能1.对采集的模拟量不断进行越限监视2.1.4操作与控制功能 操操作作、控控制制包包括括对对断断路路器器、隔隔离离开开关关的的操操作作，对对自自动动装装置置和和保保护护装装置置定定值值设设定定、投投退退控制等。控制等。无无论论当当地地操操作作或或远远方方操操作作，都都应应有有防防误误操操作的闭锁措施。作的闭锁措施。断路器的操作闭锁应包括的内容断路器的操作闭锁应包括的内容:7/12/2024272.1.4操作与控制功能操作、控制包括对断路器、2.1.5人机联系功能1.人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。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或液晶显示器显示画面的内容 （1 1）显示采集和计算的实时运行参数）显示采集和计算的实时运行参数 （2 2）显示实时主接线图）显示实时主接线图 （3 3）事件顺序记录（）事件顺序记录（SOE）（4 4）越限报警显示）越限报警显示 （5 5）值班记录显示）值班记录显示 （6 6）历史趋势显示）历史趋势显示 （7 7）保护定值和自控装置的设定值显示。）保护定值和自控装置的设定值显示。（8 8）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。3.输入数据输入数据 （1 1）TA、TV变比变比 （2 2）保护定值和越限报警定值）保护定值和越限报警定值 （3 3）自控装置的设定值）自控装置的设定值 （4 4）运行人员密码）运行人员密码7/12/2024282.1.5人机联系功能1.人机联系桥梁：显示器、鼠标和键2.1.6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；定时打印报表和运行日志；开关操作记录打印；开关操作记录打印；n 事件顺序记录打印；事件顺序记录打印；越限打印；越限打印；n 召唤打印；召唤打印；抄屏打印；抄屏打印；n 事故追忆打印。事故追忆打印。n对于无人值班变电站，可不设当地打印对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行功能，各变电站的运行报表，集中在控制中报表，集中在控制中心打印输出。心打印输出。7/12/2024292.1.6运行记录功能对于有人值班的变电站，监控2.1.7对时功能n配备配备GPS卫星同步时钟装置、与调度统一时卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。钟。7/12/2024302.1.7对时功能配备GPS卫星同步时钟装置、与调度统一2.2继电保护子系统n2.2.1 2.2.1 微机保护子系统的内容微机保护子系统的内容 在变电站综合自动化系统中，微机保护应包括全变电站主要设备和输、在变电站综合自动化系统中，微机保护应包括全变电站主要设备和输、配电线路的全套保护。配电线路的全套保护。n2.3.2 2.3.2 对微机保护子系统要求对微机保护子系统要求 （1 1）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求 （2 2）软、硬件结构要相对独立；它的工作不受监控系统和其它子系统）软、硬件结构要相对独立；它的工作不受监控系统和其它子系统的影响。的影响。（3 3）具有故障记录功能）具有故障记录功能 （4 4）察看和授权修改保护整定值方便）察看和授权修改保护整定值方便 （5 5）具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能）具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能 （6 6）具有对时功能）具有对时功能 （7 7）具有通信功能和标准的通信规约。）具有通信功能和标准的通信规约。7/12/2024312.2继电保护子系统2.2.1微机保护子系统的内容8/2.3 电能量计量子系统n 电能量包括有功电能和无功电能。电能量电能量包括有功电能和无功电能。电能量的采集和管理是变电站综合自动系统的重要的采集和管理是变电站综合自动系统的重要组成部分。组成部分。7/12/2024322.3电能量计量子系统电能量包括有功电能和无功电能。2.4自动控制子系统自动控制子系统包括自动控制子系统包括:(1)(1)电压无功综合控制电压无功综合控制 (2)(2)低频低压控制低频低压控制 (3)(3)单相接地自相接地自动选线 (4)(4)备用用电源自投控制源自投控制7/12/2024332.4自动控制子系统自动控制子系统包括:8/13/2.5 谐波分析与监视功能2.5.12.5.1谐波源分析谐波源分析 电电网网谐谐波波主主要要来来自自两两大大方方面面：一一是是输输配配电电系统产生谐波；二是用电设备产生谐波系统产生谐波；二是用电设备产生谐波。当当前前，谐谐波波污污染染已已成成为为电电力力系系统统的的“公公害害”之一。之一。7/12/2024342.5谐波分析与监视功能2.5.1谐波源分析8/132.5.2 2.5.2 谐波的危害谐波的危害 严严重重的的谐谐波波电电流流和和谐谐波波电电压压对对电电力力系系统统本本身身的的发发输输电电设设备备、对对接接入入电电力力系系统统的的用用电电设设备备都都产产生生不不良良的的影影响响，甚甚至至影影响响电电力力系系统统的的自自动动装装置置、继继电电保保护护装置和测量装置的正常工作。装置和测量装置的正常工作。（1 1）谐波对交流电机的危害谐波对交流电机的危害（2 2）谐波对变压器和输电线路的危害）谐波对变压器和输电线路的危害（3 3）谐波对电容补偿装置的危害谐波对电容补偿装置的危害（4 4）谐波对继电保护和自动控制的干扰谐波对继电保护和自动控制的干扰（5 5）谐波影响计量仪表与检测仪表误差增大。谐波影响计量仪表与检测仪表误差增大。（6 6）谐波对通信系统的影响。谐波对通信系统的影响。7/12/2024352.5.2谐波的危害严重的谐波电流和谐波电压对电力2.7变电站综合自动化系统的特点变电站综合自动化系统的特点2.7.1 2.7.1 功能综合化功能综合化2.7.2 2.7.2 分级分布式、微机化的系统结构分级分布式、微机化的系统结构2.7.3 2.7.3 测量显示数字化测量显示数字化2.7.4 2.7.4 操作监示屏幕化操作监示屏幕化2.7.5 2.7.5 运行管理智能化运行管理智能化 总总之之，变变电电站站实实现现综综合合自自动动化化，可可以以全全面面提提高高变变电电站站的的技技术术水水平平和和运运行行管管理理水水平平，使使其能适应现代化的大电力系统运营的需要其能适应现代化的大电力系统运营的需要。7/12/2024362.7变电站综合自动化系统的特点2.7.1功能综合化83.变电站自动化技术发展的趋势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保护和控制集成系统的发展3.1.1 3.1.1 保护和控制集成是实现数据共享的主要手段保护和控制集成是实现数据共享的主要手段 3.1.2 3.1.2 电子式互感器的应用将促进保护和控制集成的实现电子式互感器的应用将促进保护和控制集成的实现3.2 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 的实现的实现 3.2.1 3.2.1 电子式互感器的发展动向电子式互感器的发展动向 3.2.2 3.2.2 电子式互感器的应用促进了基于高频暂态信号原理的保护的研电子式互感器的应用促进了基于高频暂态信号原理的保护的研究究3.3 3.3 变电站自动化系统要适应电力市场化的需求变电站自动化系统要适应电力市场化的需求3.4 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 3.5 多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用 3.5.1 3.5.1 多媒体技术在变电站应用的优越性多媒体技术在变电站应用的优越性 3.5.2 3.5.2 光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择3.6 传输规约和传输网络标准化传输规约和传输网络标准化7/12/2024373.变电站自动化技术发展的趋势8/13/202333.变电站自动化技术发展的趋势变电站自动化技术发展的趋势（1）变电站综合自动化系统在我国投入运行已近二十年的历变电站综合自动化系统在我国投入运行已近二十年的历史，其优越性有目共睹。史，其优越性有目共睹。（2）变电站自动化技术的发展与相关技术（大规模集成电）变电站自动化技术的发展与相关技术（大规模集成电路技术、计算机技术、多媒体技术、通信技术路技术、计算机技术、多媒体技术、通信技术等等）的发等等）的发展密切相关。十多年来变电站自动化技术在不断的发展。展密切相关。十多年来变电站自动化技术在不断的发展。（3）技术的发展是没有止境的，电力系统有关理论、技术）技术的发展是没有止境的，电力系统有关理论、技术和管理模式的发展以及电力电子和传感器等相关技术的发展，和管理模式的发展以及电力电子和传感器等相关技术的发展，势必对现有的变电站自动化系统的技术、功能、内容和体系势必对现有的变电站自动化系统的技术、功能、内容和体系结构以及今后如何进一步深入研究产生深刻的影响。结构以及今后如何进一步深入研究产生深刻的影响。本节将重点介绍新技术的发展对变电站自动化发展趋势影响本节将重点介绍新技术的发展对变电站自动化发展趋势影响.7/12/2024383.变电站自动化技术发展的趋势（1）变电站综合自动化系统在3.1保护和控制集成系统的发展保护和控制集成系统的发展3.1.1 3.1.1 保护和控制集成是实现数据共享的主保护和控制集成是实现数据共享的主 要手段要手段3.1.2 3.1.2 电子式互感器的应用将促进保护和控电子式互感器的应用将促进保护和控制集成的实现制集成的实现7/12/2024393.1保护和控制集成系统的发展8/13/2023393.1.1保护和控制集成是实现数据共享保护和控制集成是实现数据共享的主要手段的主要手段数据共享是变电站自动化的一个数据共享是变电站自动化的一个主要特点，将保护和控制功能集成到主要特点，将保护和控制功能集成到同一装置中，是实现数据共享的主要同一装置中，是实现数据共享的主要手段。手段。SCADA所需要的许多数据和所需要的许多数据和继电保护所处理的数据是相同的。因继电保护所处理的数据是相同的。因此将保护和此将保护和SCADA共用一个硬件平共用一个硬件平台，则具有明显的经济性。台，则具有明显的经济性。7/12/2024403.1.1保护和控制集成是实现数据共享采用采用PROSCADA策略需要注意以下问题策略需要注意以下问题：(1)集成而不牺牲功能集成而不牺牲功能各保护功能要求的可靠性和快速性必须被保证各保护功能要求的可靠性和快速性必须被保证;控制功控制功能所要求的准确的测量数据和采用安全的规约，也必须能所要求的准确的测量数据和采用安全的规约，也必须被满足。被满足。(2)保护和控制集成的关键是传感技术保护和控制集成的关键是传感技术目前实现数据完全共享的保护与测量综合装置，一般目前实现数据完全共享的保护与测量综合装置，一般只限于应用在只限于应用在35kV35kV及以下电压等级的系统中。其主要原及以下电压等级的系统中。其主要原因在于模拟量输入信号都来自传统的电磁感应式的互感因在于模拟量输入信号都来自传统的电磁感应式的互感器。它们存在磁饱和、铁磁谐振、动态范围小和暂态特器。它们存在磁饱和、铁磁谐振、动态范围小和暂态特性差等缺点，这是目前测量和保护不容易数据共享的主性差等缺点，这是目前测量和保护不容易数据共享的主要根源。要根源。而且随着电力系统传输容量不断增大，电压等级不断而且随着电力系统传输容量不断增大，电压等级不断升高，电磁式的互感器的固有缺点更加突出升高，电磁式的互感器的固有缺点更加突出。7/12/202441采用PROSCADA策略需要注意以下问题：8/13/23.1.2电子式互感器的应用将促进保护和控制电子式互感器的应用将促进保护和控制集成的实现集成的实现自自2020世纪世纪7070年代以来，国内外不少单位对光学传感技术年代以来，国内外不少单位对光学传感技术在电力系统应用进行了大量的研究，并已取得可喜的成果。在电力系统应用进行了大量的研究，并已取得可喜的成果。电子式互感器具有以下主要特点：电子式互感器具有以下主要特点：(1)(1)电子式互感器具有宽阔的频率范围和不饱和特性，可电子式互感器具有宽阔的频率范围和不饱和特性，可以实现继电保护和测量控制的完全数据共享。以实现继电保护和测量控制的完全数据共享。(2)(2)响应速度快，动态范围大，可以抓住故障时瞬变过程响应速度快，动态范围大，可以抓住故障时瞬变过程的波形，发展新原理的继电保护装置。的波形，发展新原理的继电保护装置。(3)(3)抗干扰能力强，电绝缘特性优的特点，与光纤技术和抗干扰能力强，电绝缘特性优的特点，与光纤技术和局域网络技术相结合，有利于构成一个全分散式的自动化局域网络技术相结合，有利于构成一个全分散式的自动化系统。系统。7/12/2024423.1.2电子式互感器的应用将促进保护和控制集成的实3.2电子式互感器的应用将促进全数字化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变电站自动化系统的实现3.2.1电子式互感器的发展动向电子式互感器的发展动向3.2.2电子式互感器的应用促进了电子式互感器的应用促进了基于高频暂基于高频暂态信号原理的保护的研究态信号原理的保护的研究7/12/2024433.2电子式互感器的应用将促进全数字化变电3.2.1电子式互感器的发展动向电子式互感器的发展动向n基于光学和电子学原理的电子式电压、电流互感器基于光学和电子学原理的电子式电压、电流互感器（分别简称为（分别简称为EVT和和ECT）的研究工作，经过）的研究工作，经过30多多年的发展，以其突出的优点，成为最有发展前途的年的发展，以其突出的优点，成为最有发展前途的电力系统电压、电流的测量设备。早期的电子式互电力系统电压、电流的测量设备。早期的电子式互感器一次侧和二次侧通过光纤传输信号，也称为光感器一次侧和二次侧通过光纤传输信号，也称为光电式互感器。电式互感器。2019年，年，IEC根据新型电子式电压、根据新型电子式电压、电流互感器的发展趋势，制定了关于电流互感器的发展趋势，制定了关于EVT的的IEC60044-7标准和标准和ECT的的IEC60044-8标准，明确标准，明确了电子式互感器的定义及相应的技术规范。了电子式互感器的定义及相应的技术规范。7/12/2024443.2.1电子式互感器的发展动向基于光学和电子学原理的电子式电子式互感器的发展动向电子式互感器的发展动向n 日本、美国、法国、英国、德国等工业发达国家已先后生产出实用化日本、美国、法国、英国、德国等工业发达国家已先后生产出实用化的光学电流、电压传感器。例如的光学电流、电压传感器。例如:ABB:ABB公司已经研制出公司已经研制出69kV69kV至至765kV765kV的磁的磁光式光电电压互感器和电光式电流互感器，测量电流范围为光式光电电压互感器和电光式电流互感器，测量电流范围为5A5A到到2000A2000A，准确度达，准确度达0.2%0.2%；500kV500kV电压等级的电子式互感器在我国新建的变电电压等级的电子式互感器在我国新建的变电站中也有了成功的应用。站中也有了成功的应用。西门子公司的光纤电流互感器在我国南方电西门子公司的光纤电流互感器在我国南方电网天广网天广500kV500kV直流输电工程的变流站可靠地运行了几年。直流输电工程的变流站可靠地运行了几年。n 国内光电互感器的研究单位有华中科技大学、清华大学、电力科学研国内光电互感器的研究单位有华中科技大学、清华大学、电力科学研究院、武汉高压研究所、沈阳变压器制造有限公司、南瑞继保电气有限究院、武汉高压研究所、沈阳变压器制造有限公司、南瑞继保电气有限公司等，已取得可喜的进展。南瑞继保电气有限公司已研制可用于公司等，已取得可喜的进展。南瑞继保电气有限公司已研制可用于110kV110kV、220kV GIS220kV GIS的有源电子式电流互感器，实验表明在的有源电子式电流互感器，实验表明在3030至至5050的范围内，其计量精度达的范围内，其计量精度达0.20.2级。级。20192019年年6 6月国电南自的南京新宁光月国电南自的南京新宁光电自动化有限公司研制的电自动化有限公司研制的“电子式互感器电子式互感器”通过中国电力企业联合会组通过中国电力企业联合会组织的产品鉴定。织的产品鉴定。7/12/202445电子式互感器的发展动向日本、美国、法国、英国、德国等工业电子式互感器的发展动向电子式互感器的发展动向n我国关于电子式互感器的国家标准的制定已基本完成，近期我国关于电子式互感器的国家标准的制定已基本完成，近期将公布。国家电子式互感器的检测中心已经建立在武汉高压将公布。国家电子式互感器的检测中心已经建立在武汉高压研究所，这意味着电子式互感器的产品化应用已经具备了行研究所，这意味着电子式互感器的产品化应用已经具备了行业规范，为其市场化提供了基础平台。业规范，为其市场化提供了基础平台。n电子式互感器可直接输出光电转换后的数字信号，可大大地电子式互感器可直接输出光电转换后的数字信号，可大大地简化与继电保护、计量装置等智能电子设备的接口。简化与继电保护、计量装置等智能电子设备的接口。n电子式互感器的推广应用必将带来保护和测控领域技术上的电子式互感器的推广应用必将带来保护和测控领域技术上的又一次大变革。将全面促进全分散式的数字化变电站自动化又一次大变革。将全面促进全分散式的数字化变电站自动化系统的实现。系统的实现。7/12/202446电子式互感器的发展动向8/13/2023463.2.2电子式互感器的应用促进了基于高频电子式互感器的应用促进了基于高频暂态信号原理的保护的研究暂态信号原理的保护的研究电力系统发生故障时，会产生从工频到高频噪电力系统发生故障时，会产生从工频到高频噪声的故障暂态分量，这些故障暂态分量中，必然含声的故障暂态分量，这些故障暂态分量中，必然含有与故障有关的各种信息，包括故障点、故障类型、有与故障有关的各种信息，包括故障点、故障类型、故障程度、故障持续时间等。对这些信息的提取与故障程度、故障持续时间等。对这些信息的提取与分析和利用，是提高保护性能的关键，它可以解决分析和利用，是提高保护性能的关键，它可以解决传统保护性能上存在的不足。利用暂态量的保护，传统保护性能上存在的不足。利用暂态量的保护，要求对要求对u，i的采样速率较高，电磁型的互感器无的采样速率较高，电磁型的互感器无法满足这个要求。基于光电原理的互感器的研究、法满足这个要求。基于光电原理的互感器的研究、应用，将为基于高频暂态信号的保护原理的研究，应用，将为基于高频暂态信号的保护原理的研究，创造了实现的条件。创造了实现的条件。7/12/2024473.2.2电子式互感器的应用促进了基于高频暂态信号原理3.3变电站自动化系统要适应电力变电站自动化系统要适应电力市场化的需求市场化的需求电力工业的经营机制正在从行业垄断转向竞争的电力市场。高压和超电力工业的经营机制正在从行业垄断转向竞争的电力市场。高压和超高压变电站的自动化系统必须适应这种新经营机制变革的形势，高压变电站的自动化系统必须适应这种新经营机制变革的形势，才能更有才能更有效、更经济地运行。为此效、更经济地运行。为此,变电站自动化系统除了完成现有系统的保护和测变电站自动化系统除了完成现有系统的保护和测量及监控功能外，必须增加新的功能量及监控功能外，必须增加新的功能:(1)实时监视并快速控制联络线功率。实时监视并快速控制联络线功率。(2)加强互联电网预防和紧急控制的研究。加强互联电网预防和紧急控制的研究。例如：广域过负荷控制、广域预防电压崩溃控制和广域系统稳定控制例如：广域过负荷控制、广域预防电压崩溃控制和广域系统稳定控制等。这些控制模块都将是变电站自动化系统的一部分。更需要数据共享，等。这些控制模块都将是变电站自动化系统的一部分。更需要数据共享，在不同层次上协调控制，促进变电站保护和控制集成的新发展。在不同层次上协调控制，促进变电站保护和控制集成的新发展。(3)加强新原理的继电保护装置研究。加强新原理的继电保护装置研究。以适应大电网高电压对继电保护动作速动性和可靠性的要求，并能以适应大电网高电压对继电保护动作速动性和可靠性的要求，并能适应运行状态和运行参数多变性的需要。适应运行状态和运行参数多变性的需要。7/12/2024483.3变电站自动化系统要适应电力市场化的需求电力工业的3.4柔性交流输电技术的发展进一步提高柔性交流输电技术的发展进一步提高变电站自动化水平变电站自动化水平n柔性交流输电技术（柔性交流输电技术（FACTS）的主要内容是应用电力电子技）的主要内容是应用电力电子技术的最新成就与现代控制技术相结合，实现对交流输电系统术的最新成就与现代控制技术相结合，实现对交流输电系统参数和网络结构的快速灵活控制，以期实现输送功率的合理参数和网络结构的快速灵活控制，以期实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，提高系统的稳定性和可靠分配，降低功率损耗和发电成本，提高系统的稳定性和可靠性。性。FACTS技术，主要包括：静止无功补偿器（技术，主要包括：静止无功补偿器（SVG）、静）、静止调相器（止调相器（ASVG）、可控串联电容补偿器（）、可控串联电容补偿器（TCSC）、统一）、统一潮流控制器（潮流控制器（VPFC）、次同步震荡阻尼器（）、次同步震荡阻尼器（NGHSSRDamper）、固态断路器（）、固态断路器（SSCB）、故障电流抑制器）、故障电流抑制器（FCL）等等。）等等。nFACTS在电力系统中的应用，使控制输电网络的参数成为可在电力系统中的应用，使控制输电网络的参数成为可能，从而可优化系统的功率传输，增加系统稳定性，并将大能，从而可优化系统的功率传输，增加系统稳定性，并将大大提高电力系统的自动化水平和提高控制、管理水平。大提高电力系统的自动化水平和提高控制、管理水平。7/12/2024493.4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多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用系统中的应用3.5.1多媒体技术在变电站应用的优越性多媒体技术在变电站应用的优越性3.5.2光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择选择7/12/2024503.5多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用3.53.5.1多媒体技术在变电站应用的优越性多媒体技术在变电站应用的优越性n当今人类的信息交流已经进入多媒体的时代。多媒体信息主要有当今人类的信息交流已经进入多媒体的时代。多媒体信息主要有4个形式：个形式：视频、音频、图形、文本。多年来大多数变电站自动化系统的人机界面基视频、音频、图形、文本。多年来大多数变电站自动化系统的人机界面基本上是以图形和文本为主的静态媒体本上是以图形和文本为主的静态媒体,目前多媒体技术尚未在国内变电站目前多媒体技术尚未在国内变电站普遍推广应用。少数已应用的变电站中，实际上以视频技术的应用为主。普遍推广应用。少数已应用的变电站中，实际上以视频技术的应用为主。习惯上将这种实现以视频信息为主的多媒体信息演示系统称遥视系统。它习惯上将这种实现以视频信息为主的多媒体信息演示系统称遥视系统。它可使主站运行人员以最佳的观察效果观察变电站各个角落和各种设备在现可使主站运行人员以最佳的观察效果观察变电站各个角落和各种设备在现场的运行实况。应用多媒体技术可以对变电站的动力环境进行监控，例如场的运行实况。应用多媒体技术可以对变电站的动力环境进行监控，例如变电站防盗、防火、防爆、防泄露、防水的监控等，使运行人员能及时发变电站防盗、防火、防爆、防泄露、防水的监控等，使运行人员能及时发现变电站环境的异常变化。现变电站环境的异常变化。n变电站音频信息包括现场设备运行声音、调度电话等。多媒体音频技术与变电站音频信息包括现场设备运行声音、调度电话等。多媒体音频技术与视频技术配合，可以使运行人员视频技术配合，可以使运行人员“听见听见”变电站各种设备的声音，从声音的变电站各种设备的声音，从声音的角度对设备的运行状况进行判断并及时发现设备的异常。角度对设备的运行状况进行判断并及时发现设备的异常。总之，多媒体总之，多媒体技术在变电站的综合应用，更有利于实现变电站真正的无人值班。技术在变电站的综合应用，更有利于实现变电站真正的无人值班。7/12/2024513.5.1多媒体技术在变电站应用的优越性当今人类的信息交流已3.5.2光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择选择n多媒体视频图像数据量庞大，即使采用图像压缩技术，信息多媒体视频图像数据量庞大，即使采用图像压缩技术，信息量仍很大，要保证遥视功能的服务质量，需要有高速的信道量仍很大，要保证遥视功能的服务质量，需要有高速的信道和宽带网络。和宽带网络。n光纤通信与传统的通信原理比较，具有中继距离长、传输容光纤通信与传统的通信原理比较，具有中继距离长、传输容量大、传输质量好，特别是具有抗电磁干扰能力强，不受高量大、传输质量好，特别是具有抗电磁干扰能力强，不受高电压、大电流影响等优点；光纤还具有抗辐射、耐腐蚀、耐电压、大电流影响等优点；光纤还具有抗辐射、耐腐蚀、耐水浸、耐油污、耐高温等优良的环境兼容性。因此采用光纤水浸、耐油污、耐高温等优良的环境兼容性。因此采用光纤作为传输媒质组成局域网络，作为传输媒质组成局域网络，是变电站的实时控制数据和是变电站的实时控制数据和多媒体数据最优的选择。多媒体数据最优的选择。7/12/2024523.5.2光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择多媒体视3.6传输规约和传输网络标准化传输规约和传输网络标准化3.6.1 3.6.1 变电站自动化系统通信网络的要求变电站自动化系统通信网络的要求3.6.2 3.6.2 综合自动化系统内部信息传输的几种常用方法综合自动化系统内部信息传输的几种常用方法及问题及问题 3.6.2.1 3.6.2.1 串行通信接口串行通信接口EIA-RS232CEIA-RS232C和和EIA-422/485EIA-422/485 3.6.2.2 3.6.2.2 现场总线通信网络现场总线通信网络 3.6.2.3 3.6.2.3 以太网通信网络以太网通信网络3.6.3 3.6.3 建立远动无缝通信体系结构是今后的发展方向建立远动无缝通信体系结构是今后的发展方向 3.6.3.1 3.6.3.1 问题的提出问题的提出问题的提出问题的提出 3.6.3.2 3.6.3.2 3.6.3.2 3.6.3.2 IEC 61850 IEC 61850简单特点简单特点7/12/2024533.6传输规约和传输网络标准化3.6.1变电站自动化系统3.6 传输规约和传输网络标准化传输规约和传输网络标准化在具有变电站层在具有变电站层间隔层间隔层过程层的分布式过程层的分布式自动化系统，需传输的信息有以下几部分：自动化系统，需传输的信息有以下几部分：(1)过程层与间隔层的信息交换过程层与间隔层的信息交换(2)间隔层内设备间的通信间隔层内设备间的通信(3)间隔层与变电站层的通信间隔层与变电站层的通信(4)变电站层的内部通信变电站层的内部通信(5)变电站层与上级调度通信变电站层与上级调度通信根据功能和特点，传输信息包括测量、状根据功能和特点，传输信息包括测量、状态、参数和操作、控制等信息。态、参数和操作、控制等信息。7/12/2024543.6传输规约和传输网络标准化在具有变电站层间隔3.6.1 变电站自动化系统通信网络的要求变电站自动化系统通信网络的要求快速的实时响应能力高的可靠性优良的电磁兼容性能分层式结构7/12/2024553.6.1变电站自动化系统通信网络的要求变电站自动化3.6.2综合自动化系统内部信息传输的综合自动化系统内部信息传输的 几种常用方法及问题几种常用方法及问题3.6.2.1 3.6.2.1 串行通信接口串行通信接口EIA-RS232CEIA-RS232C和和 EIA-422/485 EIA-422/485 3.6.2.2 3.6.2.2 现场总线通信网络现场总线通信网络 3.6.2.3 3.6.2.3 以太网通信网络以太网通信网络7/12/2024563.6.2综合自动化系统内部信息传输的几种常用方法3.6.2.13.6.2.1 串行通信接口串行通信接口 EIA-RS232C EIA-RS232C 和和EIA-422/485EIA-422/485(1)EIA-RS232接口标准接口标准主要优点：接口简单，微计算机都带有此接口。主要优点：接口简单，微计算机都带有此接口。因此广泛应用于早期的变电站综合自动化系统的内因此广泛应用于早期的变电站综合自动化系统的内部通信。部通信。主要缺点：传输距离短，速度低，易受干扰，对主要缺点：传输距离短，速度低，易受干扰，对分层分布式自动化系统，就不能满足要求了。最长分层分布式自动化系统，就不能满足要求了。最长传输距离传输距离1515米，传输速率米，传输速率20kbps.20kbps.7/12/2024573.6.2.1串行通信接口EIA-RS232C3.6.2.13.6.2.1 串行通信接口串行通信接口 EIA-RS232C EIA-RS232C 和和EIA-422/485EIA-422/485(2)EIA-RS422/485接口标