第三章 智能輸電網(wǎng)技術(shù)(第5,6,7,8講)

智能電網(wǎng)技術(shù)(A)教材：《智能電網(wǎng)技術(shù)》

國家電網(wǎng)劉振亞主編1第四章智能輸電網(wǎng)技術(shù)§4.1先進(jìn)輸電技術(shù)§4.2智能變電站§4.3智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)§4.4輸電線路狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)2§4.1先進(jìn)輸電技術(shù)本節(jié)主要介紹高壓交直流輸電、柔性輸電等輸電技術(shù)。3（一）特高壓交流輸電技術(shù)一、特高壓輸電技術(shù)特高壓交流輸電技術(shù)是指1000kV及以上電壓等級(jí)的交流輸電工程及相關(guān)技術(shù)。4一、特高壓輸電技術(shù)特高壓交流電網(wǎng)的優(yōu)勢是：可實(shí)現(xiàn)大容量、遠(yuǎn)距離輸電，1回1000kV輸電線路的輸電能力可達(dá)同等導(dǎo)線截面的500kV輸電線路的4倍以上；可大量節(jié)省線路走廊和變電站占地面積，顯著降低輸電線路的功率損耗；通過特高壓交流輸電線實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)，可以簡化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定水平。5一、特高壓輸電技術(shù)

2004年以來，我國特高壓交流輸電技術(shù)領(lǐng)域開展了全面深入的研究工作：（1）在過電壓深度控制方面，采用高壓并聯(lián)電抗器、斷路器合閘電阻和高性能避雷器聯(lián)合控制過電壓，并利用避雷器短時(shí)過負(fù)荷能力。（2）采用高壓并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)小電抗控制潛供電流方法，成功實(shí)現(xiàn)了１Ｓ內(nèi)單相合閘，避免了采用動(dòng)作邏輯復(fù)雜、研制難度大、價(jià)格昂貴的高速接地開關(guān)方案，解決了潛供電流控制的難題。（3）通過對(duì)特高壓交流輸電系統(tǒng)絕緣配合的大量研究，獲得了長空氣間隙的放電特性曲線，初步提出了空氣間隙放電電壓的海拔修正公式，引入反映多并聯(lián)間隙影響的修正系數(shù)，合理控制了各類間隙距離。

6一、特高壓輸電技術(shù)（4）大規(guī)模采用有機(jī)外絕緣新技術(shù)，在世界上首次采用特高壓、超大噸位復(fù)合絕緣子和復(fù)合套管，結(jié)合高強(qiáng)度瓷／玻璃絕緣子、瓷套管的使用，攻克了污穢地區(qū)特高壓交流輸電工程的外絕緣配置難題。（5）為了控制電磁環(huán)境水平，特高壓輸電線路采用大截面多分裂導(dǎo)線，變電站全部進(jìn)行全場域三維電場計(jì)算和噪聲計(jì)算，優(yōu)化了變電站布置和設(shè)備金具有結(jié)構(gòu)，并成功研制出低噪聲設(shè)備和全封閉隔音室，電暈損失和噪聲控制水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。。（6）開展特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的大規(guī)模仿真計(jì)算分析，結(jié)合發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)的實(shí)測建模，以及系統(tǒng)電壓控制、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)特性試驗(yàn)結(jié)果，研究掌握了特高壓電網(wǎng)的運(yùn)行特性，提出了特高壓電網(wǎng)的運(yùn)行控制策略并成功實(shí)施。7一、特高壓輸電技術(shù)（7）建立特高壓輸電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，形成了從系統(tǒng)集成、工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工安裝、調(diào)試試驗(yàn)到運(yùn)行維護(hù)的全套全過程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)規(guī)范。。（8）成功研制出代表世界最高水平的全套特高壓交流設(shè)備：額定電壓l000kV、額定容量1000MVA（單柱電壓l000kV、單柱容量334MVA）的單體式單相變壓器；額定電壓1100kV、額定容量320Mvar的高壓并聯(lián)電抗器；額定電壓1100kV、額定電流6300A、額定開斷電流50kA（時(shí)間常數(shù)120ms）的SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器；特高壓瓷外套避雷器、特高壓棒形懸式復(fù)合絕緣子、復(fù)合空心絕緣子及套管等特高壓設(shè)備。

8（二）特高壓直流輸電技術(shù)一、特高壓輸電技術(shù)在國際上，高壓直流通常指的是±600kV及以下直流系統(tǒng)，

±600kV以上的直流系統(tǒng)成為特高壓直流。在我國，高壓直流指的是±660kV及以下直流系統(tǒng)，特高壓直流指的是±800kV

和±1000kV直流系統(tǒng)。9一、特高壓輸電技術(shù)（二）特高壓直流輸電技術(shù)

從電網(wǎng)特點(diǎn)看，特高壓交流可以形成堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，對(duì)電力的傳輸、交換、疏散十分靈活；直流是“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的輸送方式，難以獨(dú)自形成網(wǎng)絡(luò)，需依附于堅(jiān)強(qiáng)的交流輸電網(wǎng)發(fā)揮作用。特高壓直流輸電具有超遠(yuǎn)距離、超大容量、低損耗、節(jié)約輸電走廊和快速、靈活、高度可控等特點(diǎn)，可用于電力系統(tǒng)非同步聯(lián)網(wǎng)；由于不存在交流輸電的系統(tǒng)穩(wěn)定問題，可按送、受兩端運(yùn)行方式而改變潮流，所以更適合于大型水電、火電基地向遠(yuǎn)方負(fù)荷中心送電。與高壓直流輸電相比，特高壓直流輸電具有以下技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢：

10一、特高壓輸電技術(shù)（二）特高壓直流輸電技術(shù)

(1)輸送容量大。采用6英寸晶閘管換流閥、大容量換流變壓器和大通流能力的直流場設(shè)備；電壓可以采用±800kV或±l000kV；±800kV、±l000kV特高壓直流輸電能力分別是±500kV高壓直流的2.5倍和3.2倍，能夠充分發(fā)揮規(guī)模輸電優(yōu)勢，大幅提高輸電效率。

(2)送電距離遠(yuǎn)。采用特高壓直流輸電技術(shù)使超遠(yuǎn)距離的送電成為可能，為實(shí)現(xiàn)更大范圍優(yōu)化資源配置提供技術(shù)手段。研究結(jié)果表明，±800kV經(jīng)濟(jì)輸電距離為1350～2350km;±l000kV經(jīng)濟(jì)輸電距離為2350km以上。

11一、特高壓輸電技術(shù)（二）特高壓直流輸電技術(shù)

(3)線路損耗低。在導(dǎo)線總截面、輸送容量均相同的情況下，±800kV直流線路的電阻損耗是1500kV直流線路的39%，是±600kV直流線路的60%，可提高輸電效率，降低輸電損耗。

(4)工程投資省。由于特高壓直流工程輸送容量大、送電距離遠(yuǎn)，特高壓直流工程的單位千瓦每千米造價(jià)顯著降低，根據(jù)計(jì)算分析，±800kV直流輸電工程的單位千瓦每千米綜合造價(jià)約為±500kV直流輸電方案的87%，節(jié)省工程投資效益顯著。

12一、特高壓輸電技術(shù)（二）特高壓直流輸電技術(shù)

(5)走廊利用率高?！?00kV直流輸電單位走廊寬度輸送容量是±500kV的1.3倍左右，提高輸電走廊利用效率，節(jié)省寶貴的土地資源。

（6）運(yùn)行方式靈活。特高壓直流輸電工程采用雙極對(duì)稱和模塊化設(shè)計(jì)，每極采用雙12脈動(dòng)換流器串聯(lián)的接線，單個(gè)換流器單元和單極故障不影響其他換流單元和極的運(yùn)行，運(yùn)行方式靈活，系統(tǒng)可靠性大大提高。任何一個(gè)換流器發(fā)生故障，系統(tǒng)仍能夠保證75%額定功率的送出。由于采用對(duì)稱、模塊化設(shè)計(jì)，工程可以分步建設(shè)、分期投入運(yùn)行。

13一、特高壓輸電技術(shù)（二）特高壓直流輸電技術(shù)

(7)可靠性高。對(duì)控制保護(hù)等重要部分采取冗余設(shè)計(jì)，從而大大提高特高壓直流輸電系統(tǒng)的可靠性。直流輸電可控性好，輸電電壓、電流和功率以及送電方向可以靈活調(diào)節(jié)。據(jù)分析，±800kV特高壓直流工程的單換流器停運(yùn)率平均不大于2次／年，雙極強(qiáng)迫停運(yùn)率不大于0.05次／年，能量不可利用率不大于0.5%。

(8)環(huán)境友好。采用大截面、多分裂導(dǎo)線和增加對(duì)地距離，線路電磁環(huán)境指標(biāo)與常規(guī)±500kV直流輸電工程相當(dāng)，完全滿足國家環(huán)境指標(biāo)要求。通過采用低噪聲設(shè)備、優(yōu)化換流站平面布置、采用隔聲屏障等措施，如：平波電抗器采用高效一體化消聲裝置，圍墻合理裝設(shè)隔音屏，經(jīng)仿真計(jì)算表明特高壓直流工程換流站噪聲場界可達(dá)到國家二類標(biāo)準(zhǔn)，即晝間不大于60dB，夜間不大于50dB。14一、特高壓輸電技術(shù)15（一）靈活/柔性交流輸電技術(shù)二、柔性輸電技術(shù)

20世紀(jì)80年代，美國電力科學(xué)研究院提出柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的概念。1997年，IEEEPES學(xué)會(huì)正式公布的FACTS的定義：裝有電力電子型和其他靜止控制裝置以加強(qiáng)可控性和增大電力傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)。

FACTS的基石是電力電子技術(shù)，核心是FACTS裝置，關(guān)鍵是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行靈活控制。16二、柔性輸電技術(shù)通過安裝FACTS裝置可以實(shí)現(xiàn)電壓、阻抗、功角等電器量快速、頻繁、連續(xù)控制，克服傳統(tǒng)控制方法的局限性，增強(qiáng)電網(wǎng)的靈活性和可控性。17二、柔性輸電技術(shù)18二、柔性輸電技術(shù)1.靜止無功補(bǔ)償器（SVC）SVC是在機(jī)械投切是電容器和電感器的基礎(chǔ)上，采用大容量晶閘管代替機(jī)械開關(guān)而發(fā)展起來的，它可以快速改變其發(fā)出的無功功率，具有較強(qiáng)無功調(diào)節(jié)能力，可為電力系統(tǒng)提供動(dòng)態(tài)無功電源。SVC主要包括以下四種結(jié)構(gòu)：晶閘管控制電抗器（TCR）、晶閘管投切電容器（TSC）、TCR+固定電容器（FC）混合裝置、TCR+TSR混合裝置。典型FACTS裝置的應(yīng)用19二、柔性輸電技術(shù)①TCR由線性的空心電抗器與反并聯(lián)晶閘管閥（VT1、VT2）串聯(lián)組成。TCR正常工作時(shí)，VT1、VT2分別在其承受正向電壓期間從電壓峰值到過零點(diǎn)的時(shí)間間隔內(nèi)觸發(fā)導(dǎo)通。20二、柔性輸電技術(shù)一般使用觸發(fā)角α來表示晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻，它是晶閘管承受正向電壓期間從零點(diǎn)到觸發(fā)點(diǎn)的電角度，決定了電抗器中電流有效值的大小。當(dāng)α=90°時(shí)，電抗器吸收的感性無功功率最大；當(dāng)α=180°時(shí)，電抗器吸收的感性無功功率為0，電抗器不投入運(yùn)行。如果α介于0°~90°之間，將會(huì)產(chǎn)生含直流分量的不對(duì)稱電流，所以一般在90°~180°范圍調(diào)節(jié)。

晶閘管一旦導(dǎo)通，電流的管段將發(fā)生在自然過零點(diǎn)，這一過程稱為電網(wǎng)換相。21二、柔性輸電技術(shù)

TCR支路電流的基波分量是α的函數(shù)。通過控制α可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的基波電流幅值大小，從而導(dǎo)致電抗器吸收無功功率的連續(xù)變化。22二、柔性輸電技術(shù)②TSC由電容器、反并聯(lián)晶閘管閥和阻抗值很小的限流電抗器組成。23二、柔性輸電技術(shù)三相TSC由3個(gè)單相TSC按三角形連接構(gòu)成，通常由同樣連接成三角形的降壓變壓器低壓繞組供電。

TSC有兩個(gè)工作狀態(tài)，即投入和斷開狀態(tài)。

投入狀態(tài)下，反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通，電容器起作用TSC發(fā)出容性無功功率。

斷開狀態(tài)下，反并聯(lián)晶閘管阻斷，TSC不輸出無功功率。24二、柔性輸電技術(shù)③TCR+FC

TCR只能在滯后功率因數(shù)的范圍內(nèi)提供連續(xù)可控的無功功率，為了將動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到超前功率因數(shù)區(qū)域，可以與TCR并聯(lián)一個(gè)固定電容器FC。25二、柔性輸電技術(shù)通常TCR容量大于FC容量，以保障技能輸出容性無功又能輸出感性無功。固定電容器通常接成星形，并被分成多組。

實(shí)際應(yīng)用中每組電容器常用一個(gè)濾波支路（LC或LCR）來取代單純的電容支路。濾波網(wǎng)絡(luò)在工頻下等效為容抗，而在特定頻段內(nèi)表現(xiàn)為低阻抗，從而能對(duì)TCR產(chǎn)生的諧波分量起濾波作用。26二、柔性輸電技術(shù)③TCR+TSC（混合裝置）

TSC裝置不產(chǎn)生諧波，只能以階梯方式滿足系統(tǒng)對(duì)無功的需求；FC-TCR型SVC響應(yīng)速度快且具有平衡負(fù)荷的能力，但由于FC工作產(chǎn)生的容性無功需要TCR的感性無功來平衡。

TSC-TCR型SVC可以克服上述缺點(diǎn)，具有更好的靈活性，并且有利于減少損耗。27二、柔性輸電技術(shù)28二、柔性輸電技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，TSC支路通過串聯(lián)電抗器被調(diào)諧在不同的諧波頻率上。為了避免所有的TSC同時(shí)被切除的情況，需要添加一個(gè)不可切的電容濾波支路。在運(yùn)行電壓點(diǎn)附近協(xié)調(diào)TCR與TSC的運(yùn)行狀態(tài)，抑制臨界點(diǎn)可能的投切和調(diào)節(jié)振蕩是該條件下需要特別注意的問題。與FC-TCR型SVC外特性類似，TSC-TCR型SVC的外特性也可以表示為可控電納，在一定范圍內(nèi)能以一定的響應(yīng)速度跟輸入的電納參考值。29二、柔性輸電技術(shù)2.晶閘管控制串聯(lián)電容器（TCSC）

TCSC應(yīng)用了電力電子技術(shù)，利用對(duì)晶閘管閥的觸發(fā)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)串聯(lián)補(bǔ)償容抗值的平滑調(diào)節(jié)，使輸電線路的等效阻抗成為動(dòng)態(tài)可調(diào)，系統(tǒng)的靜態(tài)、暫態(tài)和動(dòng)態(tài)性能得到改善。

TCSC是FACTS技術(shù)應(yīng)用的典型裝置之一，在電網(wǎng)中可以起到控制電網(wǎng)潮流分布、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性極限、阻尼系統(tǒng)振蕩、緩解次同步諧振、預(yù)防電壓崩潰等作用。30二、柔性輸電技術(shù)31二、柔性輸電技術(shù)為了防止TCSC工作在諧振區(qū)，設(shè)定晶閘管的最小容性觸發(fā)角αCmin和最大感性觸發(fā)角αLmax32二、柔性輸電技術(shù)當(dāng)90°<α<αres時(shí)，TCSC運(yùn)行在感性區(qū)，呈現(xiàn)可變的感性阻抗，且XTCSC>XL。α從90°逐漸增大，在到達(dá)并聯(lián)諧振點(diǎn)之前，TCR的等效基波電抗逐漸增大，從而使TCSC的感性阻抗逐漸增大。αres<α<180°時(shí)，TCSC運(yùn)行在容性區(qū)，呈現(xiàn)為可變?nèi)菪宰杩?，且XTCSC>XC。α從180°逐漸減小，在達(dá)到并聯(lián)諧振點(diǎn)之前，TCR的等效基波電抗逐漸減小，從而使TCSC的容性阻抗逐漸增大。當(dāng)α=αres時(shí)，TCSC處于諧振狀態(tài)，呈現(xiàn)為無限大的阻抗，這顯然是一個(gè)不可接受的狀態(tài)。33二、柔性輸電技術(shù)3.可控并聯(lián)電抗器（CRS）

CRS是一種新型FACTS裝置，它并聯(lián)于電力系統(tǒng)，且其電抗值可以在線調(diào)節(jié)，在一定程度上解決電壓在小負(fù)荷方式下過高或大負(fù)荷小過低的情況，緊急情況下可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)補(bǔ)以抑制工頻過電壓，配合中性點(diǎn)電抗器還可以抑制潛供電流，降低恢復(fù)電壓。34二、柔性輸電技術(shù)CRS主要有磁控式并聯(lián)電抗器（MCRS）和分級(jí)式可控并聯(lián)電抗器（SCSR）兩種。MCSR通過晶閘管控制勵(lì)磁系統(tǒng)電流來改變電抗器鐵芯的飽和程度，可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電抗值的快速、連續(xù)、大范圍調(diào)節(jié)。SCSR通過晶閘管分級(jí)投切變壓器低壓側(cè)電抗器，可實(shí)現(xiàn)并聯(lián)電抗值在有限個(gè)級(jí)別間的快速切換。35二、柔性輸電技術(shù)36二、柔性輸電技術(shù)MCRS的運(yùn)行原理。系統(tǒng)電壓擾動(dòng)觸發(fā)控制器，控制器通過調(diào)節(jié)晶閘管整流延時(shí)觸發(fā)角α以改變勵(lì)磁繞組的直流勵(lì)磁電流，從而控制電抗器本體的磁飽和程度，最終實(shí)現(xiàn)電抗器本體吸收無功的平滑調(diào)節(jié)，抑制安裝點(diǎn)的電壓擾動(dòng)。37二、柔性輸電技術(shù)SCSR的運(yùn)行原理。

充分利用變壓器的降壓作用，使晶閘管閥工作在低電壓下，同時(shí)加大變壓器的漏抗，使漏抗值達(dá)到或接近100%；再在變壓器的二次側(cè)串聯(lián)接入多組電抗器，并由晶閘管和機(jī)械開關(guān)組合進(jìn)行分級(jí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)感性無功功率的分級(jí)控制。38二、柔性輸電技術(shù)CRS在電網(wǎng)中應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：簡化無功電壓控制措施。限制工頻過電壓。消除發(fā)電機(jī)自勵(lì)磁。限制操作過電壓。無功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。抑制潛供電流。39二、柔性輸電技術(shù)4.故障電流限制器（FCL）

FCL是一種串聯(lián)在輸電線路中的FACTS裝置，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)其阻抗為零，不對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生任何影響。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，F(xiàn)CL通過投切或以其他的方式迅速增大串聯(lián)阻抗來達(dá)到限制線路短路電流的目的。

在適當(dāng)位置裝設(shè)合適的FCL可是電網(wǎng)的互聯(lián)和電源容量的增加不在受制于短路電流水平，對(duì)于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。40二、柔性輸電技術(shù)串聯(lián)諧振型FCL技術(shù)較容易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)特性較好，而且滿足電力系統(tǒng)可靠性要求，是目前具有應(yīng)用前景的技術(shù)方案。41二、柔性輸電技術(shù)電容器旁路采用了避雷器、晶閘管閥與快速開關(guān)3種保護(hù)相結(jié)合的形式，從而最大限度地保障電容器旁路保護(hù)動(dòng)作的可靠性。42二、柔性輸電技術(shù)TA1用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行電流和故障電流的監(jiān)測；TA2用于電容器支路電流的檢測與保護(hù)；TA3用于實(shí)現(xiàn)電容器的差動(dòng)電流的檢測與保護(hù)；TA4用于MOV的電流檢測；TA5用于晶閘管閥支路電流的檢測與保護(hù)；TA6用于平臺(tái)的閃絡(luò)保護(hù)。阻尼電路用來阻尼諧振電容器通過晶閘管閥或旁路短路器放電電流的峰值與頻率。43二、柔性輸電技術(shù)5.靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）STATCOM是一種基于電壓源換流器（VSC）的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備。STATCOM以VSC為核心，直流側(cè)采用電容器為儲(chǔ)能元件，VSC將直流電壓轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率的交流電壓，通過連接電抗器或耦合變壓器并聯(lián)接入系統(tǒng)。

相對(duì)于SVC中的電容容量要小得多，調(diào)節(jié)速度更快、調(diào)節(jié)范圍更廣、欠壓條件下的無功調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，諧波含量和占地面積都大大較小。44二、柔性輸電技術(shù)STATCOM45二、柔性輸電技術(shù)STATCOM與電網(wǎng)間的無功交換可以提高改變VSC交流輸電電壓來控制。通常VSC交流輸電電壓Us與電網(wǎng)電壓Ug相位相同。如果Us大于Ug，這時(shí)STATCOM就向電網(wǎng)發(fā)出無功功率；如果Us小于Ug

，這時(shí)STATCOM就從電網(wǎng)吸收無功功率。如果Us等于Ug，那么無功交換為零。46二、柔性輸電技術(shù)實(shí)際中，可以將STARCOM等效為內(nèi)阻抗為R+jX，內(nèi)電動(dòng)勢幅值為Us的同步發(fā)電機(jī)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，忽略高次諧波的影響，并假設(shè)直流電容電壓恒定，且Us>Ug

。47二、柔性輸電技術(shù)穩(wěn)態(tài)時(shí)STATCOM總是從系統(tǒng)吸收有功功率，而向系統(tǒng)注入的無功功率僅依賴于系統(tǒng)電壓與STATCOM輸出電壓之間的夾角δ。通過調(diào)節(jié)δ，可是得到大范圍的無功輸出響應(yīng)。48二、柔性輸電技術(shù)

STATCOM可以提供容性或感性補(bǔ)償，并且可以在額定最大容性和感性范圍內(nèi)獨(dú)立控制其輸出電流，而與交流系統(tǒng)電壓無關(guān)。49二、柔性輸電技術(shù)6.靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）SSSC可以等效為串聯(lián)在線路中的同步電壓源，通過注入與線電流呈合適相角的電壓來改變輸電線路的等效阻抗，具有與輸電系統(tǒng)交換有功功率和無功功率的能力。

若注入的電壓與線路電流同相，那么就可以與電網(wǎng)調(diào)換有功功率；若注入的電壓與線路電流正交，那么就可以與電網(wǎng)交換無功功率。SSSC不僅調(diào)節(jié)線路電抗，還可以同時(shí)調(diào)節(jié)線路電阻，且補(bǔ)償電壓不受線路電流大小的影響。50二、柔性輸電技術(shù)51二、柔性輸電技術(shù)6.靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）

當(dāng)注入滯后于線路電流90°的電壓時(shí)，SSSC可等效成串聯(lián)在線路中的容抗，此時(shí)稱SSSC工作在容性補(bǔ)償模式；當(dāng)注入超前于線路電流90°的電壓時(shí)，SSSC可等效成串聯(lián)在線路中的感抗，此時(shí)稱SSSC工作在感性補(bǔ)償模式。式中：Uq為SSSC注入電壓，容性補(bǔ)償模式時(shí)取正值，感性補(bǔ)償模式時(shí)取負(fù)值，52二、柔性輸電技術(shù)7.統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）UPFC是由并聯(lián)補(bǔ)償?shù)腟TATCOM和串聯(lián)補(bǔ)償?shù)腟SSC相結(jié)合構(gòu)成的新型潮流控制裝置，是目前通用性最好的FACTS裝置，僅通過控制規(guī)律的改變，就能分別或同時(shí)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償和移相等功能。53二、柔性輸電技術(shù)UPFC54二、柔性輸電技術(shù)UPFC進(jìn)行潮流控制的原理：55二、柔性輸電技術(shù)令US=UR=U，則含UPFC的雙機(jī)系統(tǒng)端功率可表示為當(dāng)ρ=π/2-δ時(shí)，Upq對(duì)傳輸?shù)淖饔米畲蟆?6（二）柔性直流輸電技術(shù)二、柔性輸電技術(shù)柔性直流輸電（VSC-HVDC）是以VSC和PWM技術(shù)為基礎(chǔ)的新型直流輸電技術(shù)，也是目前進(jìn)入工程引用較先進(jìn)的電力電子技術(shù)。VSC-HVDC在孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造、交流系統(tǒng)互聯(lián)、大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)等方面具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。57二、柔性輸電技術(shù)當(dāng)兩個(gè)VSC的交流側(cè)并聯(lián)到不同的交流系統(tǒng)中，而直流側(cè)連在一起時(shí)就構(gòu)成了VSC-HVDC輸電系統(tǒng)。58二、柔性輸電技術(shù)當(dāng)不計(jì)換流變壓器和換流電抗器的電阻時(shí)，VSC交流母線電壓基頻分量Us與交流輸出電壓的基頻分量Uc共同作用于換流變壓器和換流電抗器的等效電抗Xc，并決定了VSC與交流系統(tǒng)間交換的有功功率P和無功功率Q分別為：59二、柔性輸電技術(shù)有功功率的傳輸主要取決于Uc相對(duì)于Us的移相角度δ：當(dāng)δ<0時(shí)，VSC吸收無功功率，運(yùn)行于整流狀態(tài)；當(dāng)δ>0時(shí)，VSC發(fā)出有功功率，運(yùn)行于逆變狀態(tài)。60二、柔性輸電技術(shù)

VSC-HVDC不僅能控制輸送的有功功率，還可以同時(shí)控制換流站注入交流系統(tǒng)的無功功率。為了保證VSC-HVDC正常運(yùn)行，輸入直流網(wǎng)絡(luò)的有功功率必須等于直流網(wǎng)絡(luò)輸出的有功功率與換流站和直流網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗之和。任何功率的不平衡，都將會(huì)引起直流電壓的升高或降低。61二、柔性輸電技術(shù)VSC-HVDC與HVDC比較具有以下技術(shù)優(yōu)勢：（1）VSC-HVDC換流站可以工作在無源換流的方式，不需要外加的換相電壓，從而克服了HVDC必須連接于有源網(wǎng)絡(luò)的根本缺陷。（2）VSC-HVDC在進(jìn)行精確有功功率控制的同時(shí)，還可以對(duì)無功功率進(jìn)行控制，較HVDC的控制更加靈活。（3）VSC-HVDC不僅不需要交流系統(tǒng)提高無功功率，而且還能夠起到STATCOM的作用，溫度交流母線電壓。（4）VSC-HVDC潮流翻轉(zhuǎn)時(shí)，其直流電壓極性不變，直流電流方向反轉(zhuǎn)，與HVDC恰好相反。（5）VSC-HVDC采用VSC和PWN技術(shù)，省去了換流電壓器。62（一）超導(dǎo)輸電技術(shù)三、其他輸電技術(shù)展望

高溫超導(dǎo)電纜采用無阻的、能傳輸高電流密度的超導(dǎo)材料作為導(dǎo)電體并能傳輸大電流的一種電力設(shè)施，具有體積小、重量輕、損耗低和傳輸容量大的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)低損耗、高效率、大容量輸電。

高溫超導(dǎo)電纜的傳輸損耗僅為傳輸功率的0.5%，比常規(guī)電纜的5%~8%的損耗要低得多。63（二）多端直流輸電技術(shù)三、其他輸電技術(shù)展望

多端直流輸電（MTDC）系統(tǒng)由3個(gè)或3個(gè)以上換流站以及連接換裝站之間的高壓直流輸電線路組成，與交流系統(tǒng)有3個(gè)或3個(gè)以上的連接端口。MTDC主要可分為串聯(lián)式多端直流輸電系統(tǒng)，并聯(lián)式多端直流輸電系統(tǒng)和混合式多端直流系統(tǒng)。64（三）三極直流輸電技術(shù)三、其他輸電技術(shù)展望

三極直流輸電（TripleHVDC）是指由3個(gè)直流極輸電的新型直流輸電技術(shù)，可以將已有的三相交流輸電線路采用換流器組合拓?fù)涓脑於桑瑥亩蟠筇岣呔€路輸電容量，有效利用寶貴的輸電走廊。與傳統(tǒng)的兩極直流輸電系統(tǒng)相比，三極直流輸電系統(tǒng)成本較低、可靠性高，過負(fù)荷能力強(qiáng)，融冰性能好。65§4.2智能變電站66一、概念和特性變電站的發(fā)展經(jīng)歷了傳統(tǒng)變電站、綜合自動(dòng)化變電站、數(shù)字變電站、智能變電站階段。智能變電站是電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的重大變革。傳統(tǒng)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不再適應(yīng)智能變電站的要求。為了實(shí)現(xiàn)全站信息共享，達(dá)到智能化、信息化、自動(dòng)化的目標(biāo)，與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站的體系架構(gòu)發(fā)生了較大變化。67綜合自動(dòng)化變電站1綜合自動(dòng)化變電站是指采用了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)以及通信調(diào)度等綜合性自動(dòng)化功能。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，即利用多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)組成的自動(dòng)化技術(shù)，可以收集到所需要的各種數(shù)據(jù)和信息，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和邏輯判斷能力，監(jiān)視和控制變電站的各種設(shè)備。一、概念和特性68綜合自動(dòng)化變電站集中式結(jié)構(gòu)14傳統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要分為集中式和分布式兩種形式。集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用處理能力高的微機(jī)或小型計(jì)算機(jī)，通過擴(kuò)展外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和其他一些自動(dòng)控制等功能。一、概念和特性69集中式結(jié)構(gòu)4一、概念和特性70集中式結(jié)構(gòu)4特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、造價(jià)低，適合規(guī)模較小的110kV以下的變電站。必須采用雙機(jī)并列運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能保證可靠性。軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試麻煩，組態(tài)不靈活，軟、硬件不能隨不同主接線或者變電站規(guī)模變化而自行調(diào)整。集中式保護(hù)調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合于保護(hù)算法比較簡單的情況，很難滿足現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的需要。一、概念和特性71分布式結(jié)構(gòu)間隔層一般按間隔劃分，具有測量、控制和繼電保護(hù)等功能。測控裝置實(shí)現(xiàn)該間隔的測量、監(jiān)視，斷路器的操作控制和聯(lián)鎖及事件順序記錄等功能；保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)該間隔線路、變壓器、電容器的保護(hù)和故障記錄等功能。站控層包括全站性的監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)等。站控層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)與單元層之間交換信息。站控層的有關(guān)自動(dòng)化設(shè)備一般安裝于控制室。一、概念和特性72分布式結(jié)構(gòu)一、概念和特性73分布式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：分布配置、分層管理、保護(hù)獨(dú)立、遠(yuǎn)動(dòng)功能、模塊化結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)模式：分層分布式集中組屏分層分布式就地安裝分散與集中相結(jié)合一、概念和特性74分布式結(jié)構(gòu)一、概念和特性75傳統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)存在以下問題：互操作問題：不同廠家的IED通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息的共享，并能夠達(dá)到控制命令的兼容，實(shí)現(xiàn)互換性。一次設(shè)備數(shù)字化、信息化問題：傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化架構(gòu)體系是基于傳統(tǒng)電磁型互感器和一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)的，不能夠?qū)崿F(xiàn)一次設(shè)備的數(shù)字化和信息化。信息共享的問題：通信協(xié)議的制訂只能是考慮被傳輸數(shù)據(jù)在線路上的排列，而不能設(shè)計(jì)詳細(xì)的數(shù)據(jù)屬性及其組織，存在信息不能實(shí)現(xiàn)共享的問題。可擴(kuò)展性差的問題：不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的“即插即用”，不支持信息共享，也不能滿足設(shè)備間的互操作性，。一、概念和特性76數(shù)字變電站2采用智能化的一次設(shè)備,以變電站一、二次設(shè)備為數(shù)字化對(duì)象,以高速網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ),通過對(duì)數(shù)字化信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,實(shí)現(xiàn)站內(nèi)外信息共享和互操作,并以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)測量監(jiān)視、控制保護(hù)、信息管理等自動(dòng)化功能的現(xiàn)代化變電站。技術(shù)特征：（1）采用數(shù)字化新型的電流和電壓互感器；（2）實(shí)現(xiàn)一、二次設(shè)備有效隔離；（3）實(shí)現(xiàn)跨變電站、區(qū)域電網(wǎng)的保護(hù)和自動(dòng)協(xié)調(diào)控制；（4）實(shí)現(xiàn)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信息建模，實(shí)現(xiàn)互操作性；（5）采用智能一次設(shè)備，使用統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)。一、概念和特性77數(shù)字變電站2一、概念和特性78數(shù)字變電站2數(shù)字變電站特點(diǎn)：解決了電子式互感器和IEC61850的應(yīng)用；存在過程層/間隔層設(shè)備與一次設(shè)備接口不規(guī)范、沒有解決IEC61850/IEC61970接口問題，主要局限在自動(dòng)化系統(tǒng)本身；沒有整個(gè)變電站的建設(shè)體系，變電站沒有信息體系，沒有形成更多多智能應(yīng)用，缺乏標(biāo)準(zhǔn)；擴(kuò)大了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在中國的推廣。一、概念和特性79

智能變電站采用先進(jìn)、可靠、集成、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，不僅能自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)/計(jì)量和監(jiān)測等常規(guī)功能，還能在線監(jiān)測站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，智能評(píng)估設(shè)備的檢修周期，從而完成設(shè)備資產(chǎn)壽命周期管理；同時(shí)具備支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用功能。一、概念和特性80一、概念和特性

變電站是電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，它連接線路輸送電能，擔(dān)負(fù)著變換電壓等級(jí)、匯集電流、分配電能、控制電能流向、調(diào)整電壓等功能。變電站的智能化運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的技術(shù)環(huán)節(jié)之一。81智能變電站3智能變電站的設(shè)計(jì)原則為滿足未來智能電網(wǎng)發(fā)展的要求，智能變電站體系結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：遵循lEC61850變電站通信標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)分層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用電子式互感器和智能高壓電氣設(shè)備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的數(shù)字化、信息化基于高速工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程總線和站級(jí)總線，達(dá)到全站信息共享的要求全站整體配置保護(hù)和控制功能，而不僅僅局限于間隔之內(nèi)

一、概念和特性82智能變電站3智能變電站的設(shè)計(jì)原則按照實(shí)際需求整合自動(dòng)化功能，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單、可靠。全站統(tǒng)一的授時(shí)系統(tǒng)。采用先進(jìn)的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，保證裝置的互操作性。針對(duì)現(xiàn)場不同的需求情況，選擇、設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)架構(gòu)。

一、概念和特性83二、體系結(jié)構(gòu)智能變電站的體系結(jié)構(gòu)根據(jù)DL/T860，智能變電站體系結(jié)構(gòu)從邏輯上可以劃分成3層，分別是站控層、間隔層和過程層。84智能變電站3智能變電站的體系結(jié)構(gòu)站控層位于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的最上層，接收、處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)至調(diào)度中心和按照電網(wǎng)允許的需要發(fā)出控制和調(diào)節(jié)命令。二、體系結(jié)構(gòu)85智能變電站3智能變電站的體系結(jié)構(gòu)間隔層包括繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)測控裝置、監(jiān)測功能組的智能電子裝置等二次設(shè)備，按照應(yīng)用功能合理配置邏輯節(jié)點(diǎn)，完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析、處理和控制功能。二、體系結(jié)構(gòu)86智能變電站3智能變電站的體系結(jié)構(gòu)過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等一、二次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨(dú)立的智能電子裝置，承擔(dān)一次設(shè)備數(shù)字化、智能化的重要功能，是整個(gè)智能變電站的基礎(chǔ)。

二、體系結(jié)構(gòu)87智能變電站3智能變電站的結(jié)構(gòu)形式

“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”結(jié)構(gòu)的智能變電站。按照間隔劃分的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”結(jié)構(gòu)僅僅采用光纜取代電纜，而不能實(shí)現(xiàn)過程層信息的共享二、體系結(jié)構(gòu)88智能變電站3智能變電站的結(jié)構(gòu)形式

②基于網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的分布式智能變電站。采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)過程總線，可以進(jìn)行過程層信息的共享。

二、體系結(jié)構(gòu)89智能變電站3智能變電站的結(jié)構(gòu)形式

③過程層分布采集、間隔層集中控制的智能變電站

過程層采用分布式結(jié)構(gòu)，采用合并單元和智能終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；間隔層集中處理，采用系統(tǒng)控制器實(shí)現(xiàn)全站保護(hù)和自動(dòng)化功能；通信網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的共享。二、體系結(jié)構(gòu)90二、體系結(jié)構(gòu)根據(jù)DL/T860，智能變電站體系結(jié)構(gòu)從邏輯上可以劃分成3層，分別是站控層、間隔層和過程層。91過程層實(shí)現(xiàn)的功能1

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的典型過程層裝置是合并單元與智能終端，為直接與一次設(shè)備接口的功能層，可以說過程層是智能一次設(shè)備的智能化部分。其主要功能可分為以下三類：①電氣運(yùn)行的實(shí)時(shí)模擬量采集。②運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)在線采集。③操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)。二、體系結(jié)構(gòu)92過程層的關(guān)鍵技術(shù)2

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是指能在限定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)、能對(duì)外部事件作出響應(yīng)，并可以有效管理系統(tǒng)任務(wù)及資源的系統(tǒng)軟件。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的軟件，用戶的其他應(yīng)用程序都建立在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)之上。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)使各個(gè)任務(wù)“準(zhǔn)同時(shí)”地運(yùn)行。

二、體系結(jié)構(gòu)93過程層的關(guān)鍵技術(shù)2

嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式多任務(wù)操作系統(tǒng)軟件開發(fā)的特殊之處就是關(guān)于系統(tǒng)任務(wù)劃分、任務(wù)調(diào)度和任務(wù)間通信機(jī)制的設(shè)計(jì)等，這是最能體現(xiàn)多任務(wù)操作系統(tǒng)軟件方案特點(diǎn)之處，也是實(shí)現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)多任務(wù)機(jī)制優(yōu)勢的關(guān)鍵。二、體系結(jié)構(gòu)94過程層的關(guān)鍵技術(shù)2

過程層通信的實(shí)現(xiàn)智能變電站內(nèi)傳輸?shù)男畔?/p>

①是經(jīng)常傳輸?shù)谋O(jiān)視信息。

②是突發(fā)事件產(chǎn)生的信息。

③是在高壓電氣設(shè)備內(nèi)裝設(shè)的智能傳感器和智能執(zhí)行器與間隔層設(shè)備交換的信息。

④是其他一些非實(shí)時(shí)信息。

二、體系結(jié)構(gòu)95過程層的關(guān)鍵技術(shù)2

過程層通信的實(shí)現(xiàn)對(duì)過程層通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求主要體現(xiàn)在可靠性：在智能變電站中，保護(hù)、控制等功能的實(shí)現(xiàn)所需要的采樣數(shù)據(jù)完全來自于過程層，其控制命令的執(zhí)行也需要通過過程層通信網(wǎng)絡(luò)傳遞，因此，一個(gè)可靠的過程層通信網(wǎng)絡(luò)是確保智能變電站可靠工作的首要條件。開放性：過程層通信網(wǎng)絡(luò)作為站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的一部分，既要保證過程層設(shè)備與站內(nèi)IED設(shè)備互連、互通，還應(yīng)服從整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，其硬件接口應(yīng)滿足國際標(biāo)準(zhǔn)，選用國際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，方便用戶的系統(tǒng)集成。實(shí)施性：因測控?cái)?shù)據(jù)、保護(hù)信號(hào)、遙控命令等都要在過程層通信網(wǎng)絡(luò)上傳遞，為保證整個(gè)系統(tǒng)在正常工作尤其是在出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)響應(yīng)，防止故障的擴(kuò)大化，要求信息能在站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)上快速傳送。二、體系結(jié)構(gòu)96過程層的關(guān)鍵技術(shù)2

過程層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有接線方式：①點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式

采樣數(shù)據(jù)或GOOSE信息通過直連到間隔層設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接進(jìn)行發(fā)送，不通過過程層網(wǎng)絡(luò)傳輸。優(yōu)點(diǎn):接線可靠，不受交換機(jī)可靠性的影響。缺點(diǎn):接線復(fù)雜，信息不容易實(shí)現(xiàn)共享。合并單元和智能終端需要具備很多數(shù)字輸出接口才能滿足接入現(xiàn)場不同間隔層裝置的要求，這種方式間隔之間的接線仍然比較復(fù)雜。二、體系結(jié)構(gòu)97過程層的關(guān)鍵技術(shù)2

②網(wǎng)絡(luò)方式：過程層獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)方式采用了以太網(wǎng)通信模塊，測量和控制數(shù)據(jù)共用一個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)得以實(shí)現(xiàn)。這種方式減少了間隔接線的復(fù)雜性，但是每個(gè)間隔層IED需要兩個(gè)以太網(wǎng)接口，分別用于和過程層網(wǎng)絡(luò)以及站控層網(wǎng)絡(luò)連接。同時(shí)由于來自合并單元的采樣值信息量比較大，所以這種方式對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)的要求比較高。二、體系結(jié)構(gòu)98過程層的關(guān)鍵技術(shù)2

②網(wǎng)絡(luò)方式：過程層和站控層統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)方式隨著以太網(wǎng)交換技術(shù)的發(fā)展，過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)將會(huì)合并成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這樣，間隔層的設(shè)備就只需一個(gè)通信接口，這將降低設(shè)備的成本，簡化變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也降低變電站的工程成本，信息可以得到充分共享。二、體系結(jié)構(gòu)99合并單元3

合并單元的功能是同步采集多路ECT/EVT輸出的數(shù)字信號(hào)后按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的格式發(fā)送給保護(hù)、測控設(shè)備。它是針對(duì)數(shù)字化輸出的電子式互感器而定義的，其主要合并單元所采集的12路電流、電壓信號(hào)均有明確的定義，合并單元以特定的格式將這些信息組幀發(fā)送給保護(hù)、控制等二次設(shè)備。值得注意的是，標(biāo)準(zhǔn)沒有要求合并單元必須接入所有12路電壓、電流，但如沒有完全接入，必須在其提供給二次設(shè)備的信息中包含相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志位。二、體系結(jié)構(gòu)100合并單元3

保證12路數(shù)據(jù)的同步常用方法：①在合并單元里采用線性插值算法，對(duì)各路模擬信號(hào)的采樣值進(jìn)行同步處理。②由合并單元被站內(nèi)統(tǒng)一時(shí)鐘源同步后，再向各路數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)出同步采集命令(或脈沖)，來實(shí)現(xiàn)各路信號(hào)的同步采集。二、體系結(jié)構(gòu)101智能終端4

智能終端實(shí)現(xiàn)開關(guān)的智能操作是智能變電站的重要組成部分。按照分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，智能終端一般就地安裝在斷路器附近，通過以太網(wǎng)與安裝在主控室的設(shè)備相連接。各保護(hù)、測控裝置通過以太網(wǎng)接口，遵循IEC61850-9標(biāo)準(zhǔn)接收合并單元的信息，同時(shí)也需要將保護(hù)出口邏輯通過以太網(wǎng)以GOOSE報(bào)文的形式輸送給智能終端，由智能終端統(tǒng)一控制斷路器，這樣大大減少了保護(hù)、測控裝置之間的連線，使變電站的二次接線更加簡化。在運(yùn)行中，可以方便地通過智能終端直接對(duì)斷路器、隔離開關(guān)進(jìn)行就地操作或接收監(jiān)控系統(tǒng)的命令進(jìn)行遙控操作。還應(yīng)能對(duì)自身及操動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測、診斷，確保操動(dòng)系統(tǒng)在正常狀態(tài)下運(yùn)行。二、體系結(jié)構(gòu)102智能終端4

提高報(bào)文傳輸?shù)目煽啃缘姆椒ǎ孩偃绻邮斩嗽谝?guī)定時(shí)間內(nèi)未收到任何報(bào)文(網(wǎng)絡(luò)中2個(gè)連續(xù)幀丟失)，此時(shí)接收端可認(rèn)為后續(xù)報(bào)文均是錯(cuò)誤的②精心設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。星形網(wǎng)傳輸會(huì)快速些，環(huán)形網(wǎng)可靠性效果更好③采用雙網(wǎng)互備模式。

二、體系結(jié)構(gòu)103間隔層實(shí)現(xiàn)的功能1

間隔層設(shè)備完成測量、控制、計(jì)量、檢測、保護(hù)、濾波等功能，采集來自過程層的數(shù)據(jù)，完成相關(guān)功能，并通過過程層作用于一次設(shè)備。

間隔層設(shè)備主要完成以下功能：①實(shí)時(shí)采集來自過程層設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行診斷記錄，實(shí)現(xiàn)錄波功能；實(shí)現(xiàn)與站控層設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)傳輸，起到承上啟下的作用。

②采用IEC61850的GOOSE機(jī)制，發(fā)出對(duì)各設(shè)備間隔的控制操作。

二、體系結(jié)構(gòu)104間隔層實(shí)現(xiàn)的功能1

間隔層設(shè)備主要完成以下功能：③接收來自站控層、遠(yuǎn)方控制中心或相鄰站的各類命令操作，并向過程層發(fā)出對(duì)應(yīng)的命令。④間隔層測控、檢測、計(jì)量、保護(hù)裝置負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的測量、控制、計(jì)量、檢測、保護(hù)功能，并采用IEC61850規(guī)約直接與站控層以及遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)進(jìn)行信息交換。

二、體系結(jié)構(gòu)105間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

間隔層通信的實(shí)現(xiàn)智能變電站中，過程總線的組網(wǎng)方式關(guān)系到站內(nèi)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制，過程總線根據(jù)數(shù)據(jù)流要求、可靠性要求以及現(xiàn)場情況可以有不同的組網(wǎng)方式。組網(wǎng)方式：①間隔組網(wǎng)。每個(gè)間隔有自身的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)裝設(shè)一個(gè)獨(dú)立的全站范圍的總線，以連接各個(gè)間隔的總線段。該方案結(jié)構(gòu)清晰，易于維護(hù)，但是需要較多的交換機(jī)和路由設(shè)備，造價(jià)較高。一般用于220kV及以上系統(tǒng)和一些重要間隔。

二、體系結(jié)構(gòu)106間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

間隔層通信的實(shí)現(xiàn)②通信設(shè)備跨越多個(gè)間隔。每個(gè)間隔的總線段覆蓋多個(gè)間隔。當(dāng)過程層設(shè)備安裝位置處于多個(gè)傳感器安裝位置的中心時(shí)，從高壓端下來的光纖傳輸距離最短。③所有設(shè)備共用一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)。該方案系統(tǒng)架構(gòu)簡單清晰，節(jié)省交換機(jī)，造價(jià)低，但是系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的依賴性高，需要較高的總線速率和高可靠的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。④面向繼電保護(hù)功能區(qū)劃分網(wǎng)絡(luò)?？偩€段是按照保護(hù)區(qū)域來設(shè)置的，這樣，總線段之間的數(shù)據(jù)交換量最小。

二、體系結(jié)構(gòu)107間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

間隔層通信的實(shí)現(xiàn)間隔層利用GOOSE通信的一發(fā)多收特性實(shí)現(xiàn)各間隔層水平的數(shù)據(jù)共享。所有裝置將需要共享的GOOSE信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，接收端根據(jù)自己的需要從網(wǎng)絡(luò)上獲得需要的信息。這樣充分利用了網(wǎng)絡(luò)信息共享優(yōu)勢節(jié)省了二次接線，并為間隔層功能實(shí)現(xiàn)提供了靈活的配置方式。二、體系結(jié)構(gòu)108間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

間隔層IED不同功能的實(shí)現(xiàn)根據(jù)IEC61850對(duì)變電站內(nèi)各自動(dòng)化功能的分層和對(duì)象建模的思想，各個(gè)保護(hù)中的不同功能都可以用相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)表示出來。就地間隔層設(shè)備中的邏輯節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作完成就地的自動(dòng)化功能，同時(shí)，就地設(shè)備中的邏輯節(jié)點(diǎn)還與其他設(shè)備進(jìn)行通信，完成諸如上送事件報(bào)告、執(zhí)行站層控制指令或者與間隔層中其他設(shè)備共享某個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和功能等。

二、體系結(jié)構(gòu)109間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

保護(hù)測控功能的實(shí)現(xiàn)智能變電站的間隔層裝置信息量全面，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)取用靈活，控制手段豐富；同時(shí)，因?yàn)閿?shù)據(jù)的采集和對(duì)一次設(shè)備的控制操作在過程層實(shí)現(xiàn)，以及間隔層的嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用，使間隔層的裝置可以真正實(shí)現(xiàn)功能靈活全面的配置方式。保護(hù)測控裝置的結(jié)構(gòu)可以采用模塊化的設(shè)計(jì)，功能可以按單間隔配置，也可以按多個(gè)間隔集中配置，也可以把一個(gè)功能分散到各個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)，裝置可以根據(jù)需要取用所有需要的數(shù)據(jù)，也可以方便地對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行控制。

二、體系結(jié)構(gòu)110間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

根據(jù)輸電線路測距一般有阻抗法和行波法兩種算法。阻抗法實(shí)現(xiàn)簡單，主要依靠工頻電氣量，不需要增加信號(hào)采樣等裝置，在保護(hù)和故障錄波器等裝置中普遍有集成測距功能。行波法測距主要依靠暫態(tài)量，這就要求單獨(dú)增加信號(hào)采集、通信、GPS對(duì)時(shí)裝置等額外設(shè)備，但其精度較高，尤其對(duì)于長距離輸電線路，行波法測距在精度上遠(yuǎn)高于阻抗法測距。

測距功能的實(shí)現(xiàn)二、體系結(jié)構(gòu)111間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

現(xiàn)有的行波故障測距裝置主要依靠暫態(tài)電流行波，其對(duì)互感器有特殊要求：①行波法測距需要利用電流行波中的暫態(tài)分量進(jìn)行計(jì)算，短路故障電流中暫態(tài)分量的頻帶范圍為0～100kHz之間，即使考慮阻波器等設(shè)備影響，也要求上限截止頻率至少應(yīng)高于50kHz。②行波法測距中采樣頻率是關(guān)系測量誤差的關(guān)鍵因素，因此，要求較高的采樣頻率，現(xiàn)有測距裝置采樣頻率一般要求500kHz以上。

③電流互感器中一次側(cè)電流信號(hào)與二次側(cè)信號(hào)之間的時(shí)間延遲不能超過1μs，或該時(shí)間延遲固定可以補(bǔ)償。

測距功能的實(shí)現(xiàn)二、體系結(jié)構(gòu)112間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2智能變電站的電子式互感器和合并單元的應(yīng)用使數(shù)據(jù)的共享成為可能，電能計(jì)量系統(tǒng)和變電站內(nèi)其他數(shù)據(jù)的使用者采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，進(jìn)一步保證計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。由于數(shù)據(jù)的采集功能由過程層實(shí)現(xiàn)，電能計(jì)量系統(tǒng)可以把資源用于提高計(jì)量功能的智能化。將電能計(jì)量裝置管理系統(tǒng)聯(lián)通構(gòu)成一個(gè)電能計(jì)量信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，不斷拓寬信息資源，達(dá)到充分共享，從而進(jìn)一步提高運(yùn)營管理水平和客戶服務(wù)質(zhì)量。電能計(jì)量信息網(wǎng)絡(luò)可按照可能性和必要性分別建立地域網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)等。

電能計(jì)量功能的實(shí)現(xiàn)二、體系結(jié)構(gòu)113間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

間隔層IED功能的測試間隔層IED直接通過網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)字信號(hào)，對(duì)于現(xiàn)場間隔層IED試驗(yàn)人員來說，相當(dāng)于二次回路已經(jīng)不復(fù)存在，只需測量數(shù)字信號(hào)的正確性。智能變電站內(nèi)IED的主要設(shè)備是數(shù)字化的保護(hù)與測控裝置。按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，IED之間應(yīng)滿足互操作性，即變電站內(nèi)的IED依靠站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)共享信息和發(fā)布命令。因此要對(duì)IED進(jìn)行一致性測試和性能測試。二、體系結(jié)構(gòu)114間隔層的關(guān)鍵技術(shù)2

間隔層IED功能的整合和優(yōu)化

①雙機(jī)備用②工作規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)需要修訂

③建立和完善二次系統(tǒng)狀態(tài)檢修的策略體系④間隔層保護(hù)功能的整合優(yōu)化二、體系結(jié)構(gòu)115

站控層位于智能變電站系統(tǒng)的最高層，站控層系統(tǒng)又被稱為“變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，是變電站系統(tǒng)、維護(hù)、運(yùn)行、監(jiān)視和控制的中心。作用：對(duì)整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制，系統(tǒng)提供變電站運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)、接線圖和表格等畫面，收集、處理、記錄、統(tǒng)計(jì)變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)和變電站運(yùn)行過程中所發(fā)生的保護(hù)動(dòng)作、斷路器分合閘等重要事件，同時(shí)，還可使運(yùn)行人員可以遠(yuǎn)方控制斷路器的分、合操作，并按運(yùn)行人員的操作命令或預(yù)先設(shè)定執(zhí)行各種復(fù)雜的工作，站控層為值班人員提供可視化界面，實(shí)時(shí)顯示站內(nèi)運(yùn)行工況，并通過通信與遠(yuǎn)方的調(diào)度中心交互。

二、體系結(jié)構(gòu)116站控層的功能1

站控層系統(tǒng)有以下功能：①遙測處理功能。②遙信處理功能。③遙控處理功能。④報(bào)表處理功能。⑤“五防”閉鎖功能。⑥遠(yuǎn)動(dòng)功能。

二、體系結(jié)構(gòu)117站控層的關(guān)鍵技術(shù)2

跨平臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用站控層系統(tǒng)都在向具有較高的安全性和穩(wěn)定性的Unix平臺(tái)發(fā)展，應(yīng)能支持SUN、ALPHA、IBM等主流Unix操作系統(tǒng)?？梢允褂没旌掀脚_(tái)系統(tǒng)，不僅能做到Unix平臺(tái)與PC(Wintel)平臺(tái)能夠混用，而且能夠做到不同的Unix平臺(tái)也能混合使用，實(shí)現(xiàn)真正的跨平臺(tái)、混合平臺(tái)?？缙脚_(tái)技術(shù)的難點(diǎn)主要的問題是數(shù)據(jù)對(duì)齊、填充、類型大小、字節(jié)順序和默認(rèn)狀態(tài)Char是否有符號(hào)。二、體系結(jié)構(gòu)118站控層的關(guān)鍵技術(shù)2

跨平臺(tái)技術(shù)的難點(diǎn)解決方法：①采用新體系結(jié)構(gòu)?？蓾M足分布性和可操作性的要求。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，增加了“通信中間件”層，屏蔽底層的操作系統(tǒng)和硬件的差異性，可以建立在異構(gòu)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用，由網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接的硬件和軟件共同協(xié)調(diào)完成系統(tǒng)的功能；當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，擴(kuò)展的部分與原來的部分能透明進(jìn)行交互，進(jìn)行“無縫”連接，滿足互操作性。二、體系結(jié)構(gòu)119站控層的關(guān)鍵技術(shù)2

跨平臺(tái)技術(shù)的難點(diǎn)解決方法：②采用新系統(tǒng)支撐平臺(tái)二、體系結(jié)構(gòu)120站控層的關(guān)鍵技術(shù)2

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的站控層建模

面向?qū)ο蟮慕Ｊ菢?gòu)建變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信體系的基礎(chǔ)，這是由IEC61850-7來規(guī)范的。面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，其數(shù)據(jù)具有自我描述的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)從接收到處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種SCADA功能(越限、推圖、報(bào)警等)，無須進(jìn)行復(fù)雜的配置，極大地降低了實(shí)施站控層系統(tǒng)時(shí)的工作量和出錯(cuò)的可能性，充分體現(xiàn)IEC61850相對(duì)于傳統(tǒng)規(guī)約的優(yōu)勢。二、體系結(jié)構(gòu)121站控層的關(guān)鍵技術(shù)2

實(shí)時(shí)信息的時(shí)間同步

站控層的時(shí)間同步主要是以軟對(duì)時(shí)方式實(shí)現(xiàn)的。軟對(duì)時(shí)是以通信報(bào)文的方式實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)時(shí)間是包括年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒在內(nèi)的完整時(shí)間。站控層服務(wù)器或遠(yuǎn)動(dòng)裝置與授時(shí)(GPS等)裝置通信以獲得精確時(shí)間，再以廣播報(bào)文的方式發(fā)送到其他裝置。二、體系結(jié)構(gòu)122站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是系統(tǒng)得以安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的信息交換，包括下面幾個(gè)進(jìn)程：①網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控進(jìn)程：實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的傳輸以及狀態(tài)監(jiān)控，接收處理其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的系統(tǒng)控制信息，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)雙網(wǎng)的切換。②網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控界面進(jìn)程：以界面的形式將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信狀況提供給運(yùn)行值班人員，包括服務(wù)器連接情況、主服務(wù)器和備用服務(wù)器的切換、報(bào)文的查看等。二、體系結(jié)構(gòu)123站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

SCADA數(shù)據(jù)處理的實(shí)現(xiàn)

接收來自間隔層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，SCADA服務(wù)器進(jìn)行遙測數(shù)據(jù)的工程變換、越限處理、統(tǒng)計(jì)處理等；對(duì)遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)位處理、報(bào)警處理；對(duì)控制的合理性檢查等；各種事件和各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，并定時(shí)存入歷史數(shù)據(jù)庫。SCADA數(shù)據(jù)處理包括SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理進(jìn)程、歷史數(shù)據(jù)的定時(shí)存儲(chǔ)、SCADA拓?fù)溥M(jìn)程、計(jì)算語言編譯進(jìn)程、事故追憶進(jìn)程。二、體系結(jié)構(gòu)124站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是支撐平臺(tái)乃至整個(gè)系統(tǒng)的核心內(nèi)容，它很大程度上決定了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)組織、集成方案以及實(shí)時(shí)性、開放性、安全性和分布性等性能指標(biāo)。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中，要求站控層系統(tǒng)的支撐平臺(tái)和應(yīng)用軟件根據(jù)抽象通信服務(wù)接口ACSl進(jìn)行改造。因此，智能變電站站控層系統(tǒng)應(yīng)首先從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開始實(shí)施IEC61850標(biāo)準(zhǔn)改造，在新的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將其他支持軟件和應(yīng)用軟件進(jìn)行改造。二、體系結(jié)構(gòu)125站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫：①定義：是指根據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)模型定義數(shù)據(jù)模式。數(shù)據(jù)模式是描述電力設(shè)備的元數(shù)據(jù)，這些元數(shù)據(jù)可以有不同的組織類型，亦即數(shù)據(jù)模型可以不同。例如，對(duì)于斷路器，可以用關(guān)系型的二維表來描述其名稱、開合狀態(tài)等屬性，也可以用面向?qū)ο蟮念悂砻枋鲞@些屬性。因此，對(duì)于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，首先要選擇所支持的數(shù)據(jù)模型。二、體系結(jié)構(gòu)126站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫：②實(shí)體：是指根據(jù)數(shù)據(jù)庫定義的數(shù)據(jù)模式生成內(nèi)存或磁盤中的空間來存放數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)體在內(nèi)存中。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)體涉及實(shí)現(xiàn)機(jī)制、實(shí)體分布和特性等方面。選擇一種高效可靠的內(nèi)存管理機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)庫實(shí)體的生成十分重要，一般有共享內(nèi)存方式和文件映射方式兩種實(shí)現(xiàn)機(jī)制。實(shí)體分布是指在物理上和邏輯上如何部署數(shù)據(jù)庫實(shí)體，包括服務(wù)器端和客戶端數(shù)據(jù)庫實(shí)體的安排。二、體系結(jié)構(gòu)127站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)同一數(shù)據(jù)庫實(shí)體具有關(guān)系、層次和對(duì)象等3種特性，同時(shí)能夠提供關(guān)系型API接口、層次型API接口和對(duì)象型API接口。為了提高訪問速度，層次型和對(duì)象型往往還需要提供直接面向結(jié)構(gòu)、直接操作數(shù)據(jù)庫內(nèi)存地址的快速訪問接口。因此，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫要實(shí)現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)和類結(jié)構(gòu)的直接映射，例如同一數(shù)據(jù)庫實(shí)體同時(shí)用層次結(jié)構(gòu)和類結(jié)構(gòu)去匹配而得到相同物理含義的數(shù)據(jù)。二、體系結(jié)構(gòu)128站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫：③訪問:是指如何讀寫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫實(shí)體中的數(shù)據(jù)，它與數(shù)據(jù)庫定義和數(shù)據(jù)庫實(shí)體密切相關(guān)。二、體系結(jié)構(gòu)129站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫瀏覽、圖模庫一體化圖形制作和訪問商用庫等的用戶界面通過關(guān)系型API訪問數(shù)據(jù)庫。關(guān)系型API主要是對(duì)二維表中記錄的讀寫。當(dāng)用戶普遍熟悉ACSI時(shí)，可通過對(duì)象型API對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的對(duì)象進(jìn)行讀寫。如將原有軟件如果完全按面向?qū)ο蟮慕M件改造，工作量龐大，浪費(fèi)資源，因而可以加封裝，以對(duì)象型API訪問數(shù)據(jù)庫，改造為符合IEC61850的組件。另一種做法是保留與數(shù)據(jù)庫層次型或關(guān)系型接口，與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫一起構(gòu)成組件，對(duì)外提供該應(yīng)用的ACSI接口，層次型API不僅包括帶緩沖區(qū)的接口，而且包括直接操作數(shù)據(jù)庫內(nèi)存的快速訪問接口。新的軟件直接基于ACSI實(shí)現(xiàn)，以ACSI接口訪問實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。二、體系結(jié)構(gòu)130站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

人機(jī)界面（HMI）的實(shí)現(xiàn)

1）HMI一般要求：①功能菜單。一般有畫面調(diào)用、操作功能、事件查詢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表管理等菜單項(xiàng)。②畫面內(nèi)容。能夠顯示電力系統(tǒng)主接線圖及表格、文字、曲線及棒圖等圖形和系統(tǒng)運(yùn)行工況圖。③畫面功能。通過菜單和按鈕方式調(diào)用，畫面上應(yīng)能夠掛接各種標(biāo)示牌，遙測、遙信封鎖和通道中斷應(yīng)由不同顏色顯示。畫面上可查詢各遙測遙信的廠站號(hào)、數(shù)據(jù)引用和名稱等。二、體系結(jié)構(gòu)131站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

人機(jī)界面（HMI）的實(shí)現(xiàn)：

2）人機(jī)界面的生成及顯示：全所電氣主接線圖、分區(qū)及單元接線圖、實(shí)時(shí)及歷史曲線顯示、棒圖(電壓和負(fù)荷監(jiān)視)、間隔單元及全所報(bào)警顯示圖、監(jiān)控/保護(hù)系統(tǒng)配置及運(yùn)行工況圖、保護(hù)配置圖、直流系統(tǒng)圖、站用電系統(tǒng)圖、報(bào)告顯示(包括報(bào)警、事故和常規(guī)運(yùn)行數(shù)據(jù))、表格顯示(如設(shè)備運(yùn)行參數(shù)表、各種報(bào)表等)、操作票顯示、日歷、時(shí)間和安全運(yùn)行天數(shù)顯示。

二、體系結(jié)構(gòu)132站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

3）實(shí)時(shí)信息的在線計(jì)算及制表

①在線計(jì)算如下實(shí)時(shí)信息。②報(bào)表中包括以下信息。③輸出方式及要求。

人機(jī)界面（HMI）的實(shí)現(xiàn)：二、體系結(jié)構(gòu)133站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

4）人—機(jī)信息交互是人與計(jì)算機(jī)對(duì)話的窗口，可借助鼠標(biāo)或鍵盤方便地在屏幕上與計(jì)算機(jī)對(duì)話。人—機(jī)信息交互包括：調(diào)用、顯示和拷貝各種圖形、曲線、報(bào)表；可以在其他計(jì)算機(jī)中用目前通用的軟件打開；發(fā)出操作控制命令；數(shù)據(jù)庫定義和修改；各種應(yīng)用程序的參數(shù)定義和修改；查看歷史數(shù)值以及各項(xiàng)定值；圖形及報(bào)表的生成、修改；報(bào)警確認(rèn)，報(bào)警點(diǎn)的退出/恢復(fù)；操作票的顯示、在線編輯和打??；日期和時(shí)鐘的設(shè)置；運(yùn)行文件的編輯、制作。任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)均可記錄在其他計(jì)算機(jī)上的操作。

人機(jī)界面（HMI）的實(shí)現(xiàn)：二、體系結(jié)構(gòu)134站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

5）運(yùn)行管理的輔助決策，實(shí)現(xiàn)如下各種輔助管理和決策功能：①運(yùn)行操作指導(dǎo)

②事故分析檢索

③在線設(shè)備分析

④操作票

⑤模擬操作

⑥變電站其他日常管理

人機(jī)界面（HMI）的實(shí)現(xiàn)：二、體系結(jié)構(gòu)135站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

在智能變電站中，站控層各工作站的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要包括商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和基于內(nèi)存的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫兩種類型。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一種宿主型的數(shù)據(jù)庫，它依賴于商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫來保存信息，如數(shù)據(jù)庫備份，數(shù)據(jù)斷面的保存與恢復(fù)等。兩種數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)運(yùn)行，數(shù)據(jù)同步和并發(fā)訪問由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)管理。在商業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)體備份，當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫被意外破壞時(shí)，可用備份進(jìn)行恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的安全保護(hù)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫均有主與備(分布在不同節(jié)點(diǎn)上)，可快速實(shí)現(xiàn)主備切換，以保證系統(tǒng)安全性。對(duì)數(shù)據(jù)庫的修改，無論來自應(yīng)用程序的訪問，還是來自任何節(jié)點(diǎn)的交互式訪問修改，系統(tǒng)均自動(dòng)維護(hù)主數(shù)據(jù)庫和備用數(shù)據(jù)庫的一致性。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：二、體系結(jié)構(gòu)136站控層的實(shí)現(xiàn)方法3

在智能變電站中，站控層各工作站的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要包括商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫和基于內(nèi)存的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫兩種類型。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一種宿主型的數(shù)據(jù)庫，它依賴于商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫來保存信息，如數(shù)據(jù)庫備份，數(shù)據(jù)斷面的保存與恢復(fù)等。兩種數(shù)據(jù)庫協(xié)調(diào)運(yùn)行，數(shù)據(jù)同步和并發(fā)訪問由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)管理。在商業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的實(shí)體備份，當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫被意外破壞時(shí)，可用備份進(jìn)行恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的安全保護(hù)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫均有主與備(分布在不同節(jié)點(diǎn)上)，可快速實(shí)現(xiàn)主備切換，以保證系統(tǒng)安全性。對(duì)數(shù)據(jù)庫的修改，無論來自應(yīng)用程序的訪問，還是來自任何節(jié)點(diǎn)的交互式訪問修改，系統(tǒng)均自動(dòng)維護(hù)主數(shù)據(jù)庫和備用數(shù)據(jù)庫的一致性。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：二、體系結(jié)構(gòu)137與控制中心的數(shù)據(jù)通信4

與控制中心的數(shù)據(jù)通信需要變電站配置遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)網(wǎng)接口等設(shè)備。遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)要求雙機(jī)配置，并且采用嵌入式配置。裝置要求具有兩個(gè)以上站內(nèi)以太網(wǎng)接口，分別與站控層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；具有兩個(gè)以上站外以太網(wǎng)接口，分別與數(shù)據(jù)網(wǎng)接入的廣域網(wǎng)的交換機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)與各主站的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信；具有足夠的RS-232串行通信接口，實(shí)現(xiàn)與各主站的數(shù)據(jù)通信。要配置雙套具備MPLS-VPN功能的路由交換設(shè)備作為數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備。二、體系結(jié)構(gòu)138與控制中心的數(shù)據(jù)通信4

遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)在站控層與服務(wù)器同時(shí)收集間隔層設(shè)備的數(shù)據(jù)，其正常數(shù)據(jù)不應(yīng)依賴于站控層計(jì)算機(jī)是否正常運(yùn)行。遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)一般采用雙機(jī)模式，可運(yùn)行在雙主機(jī)或主備狀態(tài)，兩套設(shè)備通過站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)接收間隔層設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)保存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中。在雙主機(jī)工作方式下，兩臺(tái)主機(jī)可同時(shí)向各個(gè)主站發(fā)送數(shù)據(jù)，并同時(shí)接收下行命令，通過雙方交換的運(yùn)行狀態(tài)，確定是哪套設(shè)備向間隔層設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)下行命令。在主備工作方式下，通過雙方交換的運(yùn)行狀態(tài)確定某套設(shè)備作為現(xiàn)任主機(jī)，并負(fù)責(zé)與主站通信或下行命令的轉(zhuǎn)發(fā)。備機(jī)只運(yùn)行在監(jiān)視狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)主機(jī)異常，立即升級(jí)為主機(jī)，接替主機(jī)的通信功能。二、體系結(jié)構(gòu)139與控制中心的數(shù)據(jù)通信4

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，主站端自動(dòng)化系統(tǒng)和變電站端站控層系統(tǒng)之間利用各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立電力數(shù)據(jù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)遠(yuǎn)方網(wǎng)絡(luò)接口接入數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，再采用2M、100M等方式接入通信系統(tǒng)，主站端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)同樣通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)將各主站和變電站的網(wǎng)絡(luò)連通，實(shí)現(xiàn)主站和變電站的網(wǎng)絡(luò)互連。遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)通過IEC60870-5-104等網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約通過電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。該通信方式傳輸速率高，可靠性好，已成為與主站之間主流的傳輸方式。二、體系結(jié)構(gòu)140網(wǎng)絡(luò)安全5

智能變電站的通信網(wǎng)絡(luò)類似“神經(jīng)系統(tǒng)”，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從二次延伸到了一次，大幅度增加了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)流量。過程總線上傳輸?shù)男畔⒔^大多數(shù)要求有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性和高度的可靠性，因此，信息安全問題是威脅變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的重大問題，需要引起足夠重視。智能變電站對(duì)信息實(shí)時(shí)性提出了更高的需求，但從安全防護(hù)的角度來說，將信息加密技術(shù)、防火墻技術(shù)、mobileagent、安全管理技術(shù)和虛擬專網(wǎng)(VPN)技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)應(yīng)用于智能變電站，難免又降低網(wǎng)絡(luò)的效率，因此分析并整合各類信息資源，打破傳統(tǒng)專業(yè)界限，采用信息分類、信息合并等新方法降低流量是提高智能變電站應(yīng)用效果的有效方法。二、體系結(jié)構(gòu)141三、智能高壓設(shè)備智能高壓設(shè)備體現(xiàn)了智能變電站的重要特征，是智能變電站的重要組成部分，需滿足高可靠性和盡可能免維護(hù)的要求。142三、智能高壓設(shè)備智能組件是若干智能電子裝置的集合，安裝于宿主設(shè)備旁，承擔(dān)與宿主設(shè)備相關(guān)測量、控制和監(jiān)測等功能。滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，智能組件還可集成相關(guān)繼電保護(hù)功能。智能組件內(nèi)部及對(duì)外均支持網(wǎng)絡(luò)通信。（一）智能組件143三、智能高壓設(shè)備144三、智能高壓設(shè)備智能組件的通信包括過程層網(wǎng)絡(luò)通信和站控層網(wǎng)絡(luò)通信，均遵循DL/T860通信協(xié)議。智能組件內(nèi)所有的IED都應(yīng)接入過程層網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，需要與站控層網(wǎng)絡(luò)有信心交互需要的IED，還要接入站控層網(wǎng)絡(luò)，如監(jiān)測功能組的主IED、繼電保護(hù)裝置IED等。145三、智能高壓設(shè)備（二）智能高壓設(shè)備智能高壓設(shè)備是一次設(shè)備和智能組件的有機(jī)結(jié)合體，是具有測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動(dòng)化等特征。

智能控制和狀態(tài)可觀測是高壓設(shè)備智能化的基本要求，其中運(yùn)行狀態(tài)的測量和健康狀態(tài)的監(jiān)測是基礎(chǔ)。146三、智能高壓設(shè)備

1.構(gòu)成智能高壓設(shè)備由3個(gè)部分構(gòu)成：①高壓設(shè)備；②傳感器或控制器，內(nèi)置或外置于高壓設(shè)備主體；③智能組件，通過傳感器或控制器，與高壓設(shè)備形成有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)與宿主設(shè)備相關(guān)的測量、控制、計(jì)算、監(jiān)測、保護(hù)等全部或部分功能。147三、智能高壓設(shè)備

2.技術(shù)特征（1）測量數(shù)字化（2）控制網(wǎng)絡(luò)化（3）狀態(tài)可視化（4）功能一體化（5）信息互動(dòng)化1）與調(diào)度系統(tǒng)交互。2）與設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)交互。148三、智能高壓設(shè)備

3.狀態(tài)監(jiān)測與狀態(tài)檢修智能高壓設(shè)備通過先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測、評(píng)估和壽命預(yù)測來判斷一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并且在一次設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)異常時(shí)進(jìn)行狀態(tài)分析，對(duì)異常的部位、嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢做出判斷，可識(shí)別故障的早期征兆。149三、智能高壓設(shè)備

4.設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化技術(shù)

設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化技術(shù)主要是采用新型可視化技術(shù)及手段（可移動(dòng)探頭、X射線等），提高電器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化程度，滿足智能電網(wǎng)運(yùn)行需要。150三、智能高壓設(shè)備（三）智能短路器和組合高壓電器

DL/T860定義了智能開關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)（XCBR），對(duì)于在物理設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了XCBR的斷路器，稱為智能斷路器；同樣，實(shí)現(xiàn)了DL/T860定義的智能隔離開關(guān)的邏輯節(jié)點(diǎn)（XSWI），稱為智能隔離開關(guān)。智能斷路器的重要功能之一是實(shí)現(xiàn)重合閘的智能操作，即能夠根據(jù)檢查系統(tǒng)的信息判斷故障是永久性的還是瞬時(shí)性的，進(jìn)而確定斷路器是否重合，以提高重合閘的成功率，減少對(duì)斷路器的短路合閘沖擊以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊。151三、智能高壓設(shè)備（三）智能短路器和組合高壓電器對(duì)于敞開式開關(guān)設(shè)備，一個(gè)智能組件隸屬一個(gè)斷路器間隔，包括斷路器及與其相關(guān)的隔離開關(guān)、接地開關(guān)、快速接地開關(guān)等。對(duì)于高壓組合電器設(shè)備，還可包括相關(guān)的電流和電壓互感器。斷路器和高壓組合電器的智能化主要包括測量、控制、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測和保護(hù)。152三、智能高壓設(shè)備（四）智能變壓器智能變壓器的構(gòu)成包括：變壓器本體，內(nèi)置或外置于變壓器本體的傳感器和控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器進(jìn)行測量、控制、計(jì)量、監(jiān)測和保護(hù)的智能組件。153三、智能高壓設(shè)備154三、智能高壓設(shè)備（五）電子式互感器電子式互感器是實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行實(shí)時(shí)信息數(shù)字化的主要設(shè)備之一，在電網(wǎng)動(dòng)態(tài)觀測、提高繼電保護(hù)可靠性等方面具有重要作用。

準(zhǔn)確的電流、電壓動(dòng)態(tài)測量，為提高電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的整體水平奠定測量基礎(chǔ)。155三、智能高壓設(shè)備根據(jù)IEC的標(biāo)準(zhǔn)定義，電子式互感器由一次部分、二次部分和傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。156三、智能高壓設(shè)備電子式互感器利用電磁感應(yīng)等原理感應(yīng)被測信號(hào)，對(duì)于電子式電流互感器，采用羅氏線圈；對(duì)于電子式電壓互感器，則采用電阻、電容或電感分壓等方式。157三、智能高壓設(shè)備與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)式電流互感器相比，電子式互感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：①高、低壓完全隔離，具有優(yōu)良的絕緣性能；②不含鐵芯，消除了磁飽和及鐵磁諧振等問題；③動(dòng)態(tài)范圍大，頻率范圍寬，測量精度高；④抗電磁干擾性能好，低壓側(cè)無開路和短路危險(xiǎn)；⑤互感器無油可以避免火災(zāi)和爆炸等危險(xiǎn)，體積小，重量輕；⑥經(jīng)濟(jì)性好，電壓等級(jí)越高效益越明顯。158四、基于統(tǒng)一信息平臺(tái)的一體化監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一信息平臺(tái)的一體化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了SCADA、“五防”閉鎖、同步相量采集、電能量采集、故障錄波、保護(hù)信息管理、備自投、低頻解列、安全穩(wěn)定控制等功能的集成，并包含了智能化操作票系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)倒閘操作的程序化控制。159（一）變電站的統(tǒng)一信息建模在DL/T860標(biāo)準(zhǔn)中，采用面向?qū)ο蟮慕Ｋ枷耄瑢⒆冸娬緝?nèi)的模型從具體的通信協(xié)議棧中剝離出來，從而為統(tǒng)一建模提供了可能性。四、基于統(tǒng)一信息平臺(tái)的一體化監(jiān)控系統(tǒng)160四、基于統(tǒng)一信息平臺(tái)的一體化監(jiān)控系統(tǒng)變電站模型：

變壓站模型用于描述變電站的一次系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、相對(duì)于一次設(shè)備的變電站自動(dòng)化功能及邏輯節(jié)點(diǎn)。變電站模型的層次依次為變電站、電壓等級(jí)、間隔、設(shè)備、子設(shè)備、連接節(jié)點(diǎn)、終端。161四、基于統(tǒng)一信息平臺(tái)的一體化監(jiān)控系統(tǒng)IED模型：

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備通過邏輯節(jié)點(diǎn)執(zhí)行變電站自動(dòng)化的功能。IED一般通過通信系統(tǒng)與其他的IED進(jìn)行通信。通信系統(tǒng)中訪問點(diǎn)對(duì)象形成IED和特性系統(tǒng)自網(wǎng)絡(luò)的連接。IED模型的層次是IED、服務(wù)器、邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)。1