電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)課件：變電站綜合自動化

電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)

變電站綜合自動化2025/3/722025/3/73? 變電站綜合自動化是將變電站的二次設(shè)備（包括測量儀器、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。變電站綜合自動化2025/3/75變電站層網(wǎng)絡(luò)層間隔層區(qū)調(diào)縣調(diào)

通道接口主站1

通道接口主站2

通道接口主站3

通道接口主站4

顯示器PC機

打印機

主站5當?shù)乇O(jiān)控工程師站公用電話線PC機PC機主站6MODEM

遠方工程師站

10kV

線路保護

CSL216B

10kV

電容器保護

CSP200A主變保護CST213ACST31A

斷路器控制單元

CSI301A

備自投

CSB21A

綜合測量單元

CSD12A

分段保護

CSL216B

接地變保護

CST301A

專用測量單元

CSD12ALON雙絞線網(wǎng)

裝于開關(guān)柜上

主變保護柜

備投柜

公用柜

電度表柜

電度表1

電度表n

輔助接口

其它裝置或系統(tǒng)110kV變電站典型配置圖變電站綜合自動化2025/3/76變電站綜合自動化2025/3/77

遠動

當?shù)乇O(jiān)控

系統(tǒng)保護工程師

以太網(wǎng)

調(diào)度

公用電話遠動主站A遠動主站B

五防終端操作員終端站操作員終端站

其它系統(tǒng)

工程師站

監(jiān)控主網(wǎng)Ⅰ

監(jiān)控主網(wǎng)Ⅱ

故障錄波網(wǎng)

雙絞線網(wǎng)

變電站層

間隔層

雙絞線

雙絞線

雙絞線

光纖

光纖

保護裝置

測控裝置

保護裝置

測控裝置

同期裝置

同期裝置

保護裝置

測控裝置

保護裝置

測控裝置

保護裝置

測控裝置

保護裝置

測控裝置網(wǎng)

500kV保護小間

220kV保護小間66(35)kV保護小間500kV變電站綜合自動化系統(tǒng)配置示意圖變電站綜合自動化變電站綜合自動化基本功能1、監(jiān)視和控制2、微機保護3、電壓和無功自動控制4、自動低頻減載和備用電源自動投入5、通信子系統(tǒng)國際大電網(wǎng)會議WG34.03工作組分析了變電站自動化的功能共63種，分7個大類：控制和監(jiān)視自動控制測量繼電保護與繼電保護有關(guān)的功能接口功能系統(tǒng)功能我國通常分為5類變電站綜合自動化一、變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能1．監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)量采集（包括模擬量、數(shù)字量和電能量的采集）；事件順序記錄SOE（斷路器跳合閘記錄，保護動作記錄）；故障記錄、故障錄波和故障測距（故障前2個和后10周波）；控制與操作（防誤動、閉鎖等）；安全監(jiān)視功能（越限報警）；人機聯(lián)系功能；打印功能；數(shù)據(jù)處理與記錄功能（運行報表、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、故障分析）。2025/3/710故障錄波2025/3/711智能變電站輔助系統(tǒng)監(jiān)控平臺基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的維護系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)的保護運行分析系統(tǒng)行波測距綜合數(shù)據(jù)分析平臺故障錄波聯(lián)網(wǎng)及全息系統(tǒng)行波測距裝置分布行波測距裝置保護信息子站生產(chǎn)管理系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)輔助系統(tǒng)監(jiān)控保護運維系統(tǒng)線路智能巡檢時鐘同步系統(tǒng)區(qū)域故障預警直流容災系統(tǒng)故障信息子站故障錄波裝置智能運維基于大數(shù)據(jù)的高壓電網(wǎng)常態(tài)監(jiān)控、故障定位智能運維變電站綜合自動化一、變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能2．微機保護子系統(tǒng)應包括全變電站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護，有：高壓輸電線路的主保護和后備保護；主變壓器的主保護和后備保護；無功補償電容器組的保護；母線保護；配電線路的保護；小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線。小電流接地選線2025/3/713故障電流零序電流等于非故障線路零序電流與系統(tǒng)零序電流之和故障線路零序電流有線路流向母線非故障線路零序電流由母線流向線路小電流接地選線裝置2025/3/714變電站綜合自動化3．電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)?在運行中，能實時控制電壓/無功；基本手段是有載調(diào)壓變壓器的分接頭調(diào)檔和無功補償電容器組的投切。?多采用一種九區(qū)域控制策略進行電壓/無功自動控制。U取主變低壓側(cè)線電壓；Q取主變高壓側(cè)母線無功或功率因數(shù)。500(330)kV變電站的220kV母線，正常時0％～＋10％，事故時－5％～＋10％220kV變電站110kV母線，正常時－3％～＋7％，事故時±10％配電網(wǎng)10kv母線，10.0～10.7kv滯后超前①②⑧⑦⑨③④⑤⑥變電站綜合自動化4．低頻減負荷及備用電源自投控制子系統(tǒng)當電力系統(tǒng)有功嚴重不足使系統(tǒng)頻率急劇下降時，為保持系統(tǒng)穩(wěn)定而采取的一種手段。(1)采用專用的低頻減載裝置。該裝置進行測頻并按設(shè)置的輪次出口動作，出口繼電器接到每條線路的開關(guān)上。(2)分散到每條線路的保護裝置中。現(xiàn)有微機保護一般對一條線路一套保護，在保護中加設(shè)測頻環(huán)節(jié)，將低頻減載的輪次整定值和延時設(shè)置到保護中即可。運行規(guī)程規(guī)定：電力系統(tǒng)的允許頻率偏差為±0.1Hz；系統(tǒng)頻率不能長時間運行在49.5～49Hz以下；事故情況下，不能較長時間停留在47Hz以下；系統(tǒng)頻率瞬時值不能低于45Hz。

變電站綜合自動化5．備用電源自動投入采用微機實現(xiàn)，可靈活實現(xiàn)的自動投入控制方式。同時裝置可以自診斷，并可以具有通信功能與其他自動化系統(tǒng)相聯(lián)系。明備用：正常由1B供電，1B或1DL故障斷開后，BZT自動投入2DL，由2B供電。暗備用：正常1B、2B都供電，1B故障時，BZT自動投入5DL保持供電。變電站綜合自動化通信子系統(tǒng)通信功能包括站內(nèi)現(xiàn)場級間的通信和變電站自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩部分。（1）變電站內(nèi)的信息傳輸。（2）變電站自動化系統(tǒng)與調(diào)度中心的通信。IEC60870一5一101遠動、102電度表、103保護（串口)·IEC60870一一5一104遠動（以太網(wǎng)）IEC61850規(guī)約基于MMS(ManufacturingMessageSpecification)的TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)信息互連一國際標準。其它遠動規(guī)約：CDT92、CDT85主要運用在遠動（串口）、MODBUS（以太網(wǎng)口）2025/3/719電力負荷控制分散負荷控制裝置基于裝置自身的數(shù)據(jù)采集、判斷、動作執(zhí)行例如定時開關(guān)控制路燈、固定讓峰裝置、電力定量器功能有限，不靈活，價格便宜，可用于簡單的負荷控制遠方集中負荷控制系統(tǒng)基于負荷控制中心集中決策，遠動通信音頻電力負荷控制系統(tǒng)無線電電力負荷控制系統(tǒng)配電線載波電力負荷控制系統(tǒng)工頻負荷控制系統(tǒng)混合負荷控制系統(tǒng)電力負荷控制根據(jù)變壓器負荷和充電線路負荷自動判斷負載及容量狀況控制充電樁通過命令控制、開關(guān)控制多重手段保證智能調(diào)節(jié)充電時間，自動恢復充電電力負荷控制通過臺區(qū)智能終端對新增負荷電動汽車充電樁及煤改電供暖設(shè)備信息及用電信息的采集，管理，控制，實現(xiàn)臺區(qū)內(nèi)有序用電管理、負荷智能調(diào)節(jié)。充電樁設(shè)備1臺區(qū)智能有序用電監(jiān)測終端充電樁設(shè)備N煤改電設(shè)備1煤改電設(shè)備N......命令：1，允許充電2，停止充電命令：1，監(jiān)測負荷2，負荷告警無功補償裝置漏電流動作保護器命令：1，投入補償2，退出補償命令：1、容量限值2、有序用電管理策略主站變電站綜合自動化二、變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)形式?從國內(nèi)外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程來看，其結(jié)構(gòu)形式有集中式、分布集中式、分散與集中相結(jié)合式和全分散式等四種。1．集中式的結(jié)構(gòu)形式?指集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進行計算與處理，再分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能。變電站綜合自動化2．分層（級）分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式?所謂分布式結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)上采用主從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊（通常是各個從CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了集中式結(jié)構(gòu)中獨立CPU計算處理的瓶頸問題，方便系統(tǒng)擴展和維護，局部故障不影響其他模塊（部件）正常運行。?所謂分層式結(jié)構(gòu)，是將變電站信息的采集和控制分為管理層、站控層和間隔層三個級分層布置。變電站綜合自動化監(jiān)控主機工程師機通信控制機調(diào)制解調(diào)器數(shù)采控制機備用電源自動投入開關(guān)量輸出測量單元1開關(guān)量輸入測量單元n故障錄波器電壓無功控制變壓器保護單元電容器保護單元線路保護單元1線路保護單元n保護管理機總線調(diào)度中心TV、TA輸入、斷路器、隔離開關(guān)輔助觸點輸入，斷路器控制等圖7-3大型變電站分層分布式集中組屏綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖管理層站控層間隔層變電站綜合自動化3．分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)?將配電線路的保護和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，高壓線路保護和主變壓器保護裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層分散式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)有以下優(yōu)點：（1）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。（2）減少了設(shè)備安裝工程量。（3）簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。（4）分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。分層分散式結(jié)構(gòu)，由于分散安裝，減小了TA的負擔。變電站綜合自動化打印機（可選）主控機（或雙機）調(diào)度所/控制操作中心人機接口當?shù)卣{(diào)試或監(jiān)控智能電能表智能電能表485總線光纜或電纜保護管理機TV狀出 TV狀出 TV狀出TA態(tài)口 TA態(tài)口 TA態(tài)口信回 信回 信回號路 號路 號路TV狀 出TA態(tài) 口信 回號 路電壓無功控制屏備用電源自動投入裝置分散與集中相結(jié)合的變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖現(xiàn)場總線或其他總線電能管理機線路開關(guān)柜n保護與監(jiān)控單元線路開關(guān)柜1保護與監(jiān)控單元主變壓器保護屏監(jiān)控單元高壓線路保護屏監(jiān)控單元2025/3/728變電站發(fā)展2025/3/729

智能變電站的概念：

采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。

由電子式互感器、智能化開關(guān)等智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。變電站綜合自動化2025/3/730一次設(shè)備智能化： 電子式互感器智能終端（過渡）、智能開關(guān)在線監(jiān)測、狀態(tài)檢修二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化： 站控層網(wǎng)絡(luò)MMS GOOSE、SMV設(shè)備對象模型化： 一次設(shè)備對象二次設(shè)備功能模塊通信模型變電站綜合自動化2025/3/731信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化的變電站，設(shè)備間交換的信息用數(shù)字編碼表示：通信網(wǎng)絡(luò)減少連接線數(shù)量光纜取代電纜：抗干擾、不傳輸干擾可檢錯糾錯不產(chǎn)生附加誤差變電站綜合自動化2025/3/732一、二次設(shè)備間無電聯(lián)系無傳輸過電壓和兩點接地等問題一次設(shè)備電磁干擾不會傳輸?shù)郊厥腋鞣N功能共享統(tǒng)一的信息平臺監(jiān)控、遠動、保護信息子站、電壓無功控制VQC和五防等一體化減小變電站集控室面積二次設(shè)備小型化、標準化、集成化二次設(shè)備可靈活布置智能變電站的優(yōu)勢2025/3/733電子式互感器的原理和分類2025/3/734電子式互感器的原理和分類220kV-500kV電壓等級GIS電子式電流電壓互感器110kV及以下電壓等級GIS電子式電流電壓互感器2025/3/735無源電子式互感器結(jié)構(gòu)2025/3/736電子式互感器現(xiàn)場應用情況2025/3/7372025/3/7382025/3/7392025/3/7402025/3/7412025/3/742GOOSE（GenericObjectOrientedSubstationEvent）通用面向?qū)ο笞冸娬臼录籊OOSE是IEC61850定義的一種通信機制，用于快速傳輸