+++智能变电站关键技术研究0618

电科院智能变电站关键技术研究2010年6月19日电科院内容•主要内容：•（1）背景•（2）国内外现状与发展趋势•（3）智能变电站的主要特征•（4）智能变电站的关键技术•（5）智能变电站技术导则解析•（6）实施策略及注意事项电科院背景电科院accenture智能电网的定义和特征作为全球最大的咨询商（世界500强之一），埃森哲对国外智能电网的定义和特征:电科院数字化电网与智能电网的区别电科院国内外现状与发展趋势电科院突出智能一次设备状态的动态管理功能•ABB认为自愈功能是智能电网的主要功能之一。智能变电站是实现智能电网的必备条件。只有在变电站实现智能化以后，才有可能实现智能电网的自诊断、自协调、自恢复，才有可能实现真正意义的智能电网，进而实现自愈。•智能电网的建设需要两个重要基础来支撑：一个是智能一次设备状态的动态管理功能(自检测,自诊断)，另一个是智能变电站与高级调度中心,智能变电站之间的互动协同。•智能是有限的智能，而不是无限的智能。•对电网安全有帮助的智能是我们所需要的，对电网安全没有帮助的智能不一定需要。电科院SIEMENS智能变电站特点控制中心层变电站自动化层GISSF6传感器变压器传感器OHL传感器其它状态监测传感器变压器监测变电站自动化OHL监测其它监测信息模块信息模块信息模块接口GIS监测•以设备为对象的智能节点信息采用IEC61850协议接入智能变电站系统。•控制中心层：通过统一信息模型掌握变电站系统及设备的状态。突出一次设备状态检测、智能评估及预警电科院AREVA智能变电站特点•主要特点:•1.突出同步相量测量功能在变电站的应用•好处：可以增强观测跨区域电网振荡或其他重要动态行为分析。•2.突出变电站状态估计功能•好处：可在智能变电站内校正拓扑错误和完成状态估计。电科院国内:变电站综合自动化系统的不足•从50年代的布线逻辑远动技术,到微机远动技术,到无人值班变电站,到数字化变电站。存在的问题如下:•量测不全,存取的数据有限–变电站端的系统主要任务是数据采集，采集资源重复浪费，数据格式及信息模型不一致。–SCADA/EMS存取实时信息有限,量测不全。–全站设备没有实现全景信息采集,自检测,自诊断功能。•多个网络系统并存,没有实现信息高度集成–目前变电站中存在综自、五防、操作票、保护信息子站、PMU、故障测距、电能质量在线监测等多种系统。–变电站内的系统和装置存在多种通信规约，比如CDT、1801、POLLING、101、103等等。–大量重复的量测设备经常出现缺陷,增加了安装、检修、运行与维护的成本。–多个网络系统并存,没有实现信息高度集成。–在高级应用方面:没有实现智能分析,高度协调与决策。电科院国内:数字化变电站存在的问题•（1）数字化变电站没有形成完整的标准体系、设计规范、验收规范、装置检验规程、计量检定规程、运行规范等。•（2）数字化变电站的数据采集和信息处理缺乏统一的标准和规范，接口不统一、模型不统一、不同厂家生产的测控装置不但在硬件上有功能的差异，而且在软件上所采用的算法、通信规约也不尽相同。•（3）多数数字化变电站都是局部数字化，如仅在过程层采用电子式互感器，或仅在站控层采用IEC-6185O标准等，距实现真正的数字化尚有一定距离。•(4)数字化变电站的投产，使得原有的检验手段已不能满足现场检验的需要，需要研究新的检测方法，配置相应的检测仪器。•(5)就目前而言，数字化变电站以符合IEC-61850标准的变电站通信网络和系统、网络化的二次设备、自动化的运行管理系统，为其最主要的技术特征。分布式实时智能分析技术，智能一次设备状态评估与预警等功能则没有涉及。电科院智能变电站的主要特征电科院智能变电站与传统的变电站有什么差异？•(1)智能变电站系统应是一种面向服务的架构(SOA)•(2)建立起以设备为对象的分布式智能节点。实现既分布又协同的信息共享机制。•(3)从业务需求出发,把技术问题、经济问题、管理问题统筹考虑。实现能量流、信息流、业务流一体化。•(4)通过智能电子装置（IED）整合有价值的能量流、信息流。突出标准化规范化,强调功能性和互操作性,提供模型统一、规约统一、时标统一、来源唯一的高品质基础信息。•(5)智能变电站作为智能电网的基础环节，将统一和简化变电站的数据源，形成基于同一断面的唯一性、一致性基础信息，以统一标准方式实现变电站内外的信息交互和信息共享，形成纵向贯通、横向互通的电网信息支撑平台，并提供以此为基础的多种业务应用。(尤其要强调)电科院(6)采用更加高速(快速以太网)和更加经济的技术手段,传输变电站内外信息,包括与变电站,相关电源,负荷及线路的信息。掌握整个电网的状态。(7)将高级调度中心的部分功能下放到智能变电站实现。智能变电站系统管理好站内网络数据的同时可以根据运行需求，以更高的频率来储存数据,实现基于实时数据仓库的数据挖掘，完成智能电网所要求的高级分析和优化功能。(8)智能变电站(SmartSubstation)建设需要采用先进的理念重新设计新建变电站,也需要采用先进的技术改造现有变电站，以便远程监测临界和非临界运营数据。分析和处理大量实时数据。将断路器、变压器、变电站的环境因素等数据进行综合分析,并与相临变电站互通信息。智能变电站与传统的变电站有什么差异？电科院智能变电站的主要创新点•(1)一次设备智能化：实现变电站一次设备智能化，即状态监测、检测、诊断、智能预警、状态检修及资产评估。•(2)互动：与大用户、相关变电站及调度中心互动。•(3)协调控制：支持电能质量控制、变压器经济运行及电压/无功广域协调控制。•(4)智能应用：通过对实时数据高速采集、存储及智能分析决策,提高变电站智能应用水平。电科院智能变电站的关键技术电科院智能变电站技术方向（1）•智能变电站是智能电网的重要组成部分。高可靠性的设备是变电站坚强的基础，综合分析、自动协同控制是变电站智能化的关键，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、检修状态化是发展方向，运维高效化是最终目标。电科院智能变电站技术方向（2）•智能变电站的设计及建设应按照DL/T1092三道防线要求，满足DL/T755三级安全稳定标准；满足GB/T14285继电保护选择性、速动性、灵敏性、可靠性的要求；遵守《电力二次系统安全防护总体方案》。•智能变电站的测量、控制、保护等单元应满足GB/T14285、DL/T769、DL/T478、GB/T13729的相关要求，后台监控功能应参考DL/T5149的相关要求。•智能变电站的通信网络与系统应符合DL/T860标准。应建立包含电网实时同步运行信息、保护信息、设备状态、电能质量等各类数据的标准化信息模型，保证基础数据的完整性及一致性。电科院智能变电站技术方向（3）•智能变电站设备应符合易集成、易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。•主要设备（变压器、断路器等）状态信息应进行采集并可视化展示，为电网设备管理提供基础数据的支撑。•应实现变电站与调度、相邻变电站、电源、用户之间的协同互动，支撑各级电网的安全稳定经济运行。•各项功能应满足变电站集中控制、无人值班的要求。•宜建立站内全景数据的统一信息平台，供系统层各子系统统一数据标准化规范化存取访问及向调度系统上送。•设备和系统应进行智能化能力的测试与智能化程度的评估。电科院智能变电站的设计原则（1）（1）传感器嵌入设备采集实时信息（2）采用开放性体系架构(SOA)（3）统一建模(UML)（4）遵循标准化、规范化原则（5）保证可靠性、冗余性（6）网络管理(流量与均衡)（7）数据管理(分层分布式)（8）具有智能分析及协调功能（9）变电站外的数据访问（10）网络安全的保证电科院智能变电站的设计原则（2）•设备与系统的设计选型应满足安全可靠的原则，尽可能采用符合智能变电站运维高效化要求的结构紧凑型设备，优化整合，避免装置功能的重复配置，优化设备布置和组屏方案。•系统设计所涉及的内容包括但不限于如下方面：全站的网络图、VLAN划分、IP配置、虚端子设计、虚端子的二次接线图、同步系统图等。•变电站布置•在安全可靠、技术先进、经济合理的前提下，智能变电站设计应符合资源节约、环境友好的技术原则和设计要求，优化智能变电站总平面布置（包括电气主接线、配电装置、构支架等），节约占地，节能环保。电科院智能变电站的设计原则（3）•土建与建筑物•优化建筑结构设计，合并相同功能的房间；放置系统层设备的机房、主控楼等建筑应尽可能小型化，合理减少变电站占地面积和建筑面积，节约投资。•应尽可能使用光纤替代电缆，优化电缆沟布置。•网络架构•应充分考虑经济性，网络设备应灵活配置，优化交换机数量，降低网络总成本。•应充分考虑扩展性，网络系统应易扩展、易配置；当变电站新设备接入引起网络性能下降时，应保证满足自动化功能及性能指标的要求。•网络通信架构设计应确保在运行维护时试验部分的网络不影响运行系统。电科院变电站内如何考虑的?•(1)智能变电站建设初期，站内基本的控制与保护手段应予保留。在多个智能变电站建成投运后，可根据情况逐步实现分布协同控制与保护功能。变电站内元件保护及线路保护等基础保护，应简单可靠，能够独立完成自身功能，不受制于其他辅助设备或手段，保证设备、线路的安全可靠运行。•(2)智能变电站的技术应用应满足电力系统“三道防线”（预防控制、紧急控制、校正控制）、继电保护“四性”（灵敏性、选择性、速动性、可靠性）、《电力二次安全防护总体方案》的要求。•(3)智能一次设备应以一次设备可靠性为前提，智能应用为目标，功能实现应按近期、中期、远期规划。并考虑采用多传感器信息融合与智能评估技术。电科院变电站内如何考虑的?(4)智能一次设备功能要求应采用多传感器信息采集及融合技术，获取设备电脉冲、气体生成物、局部过热等各种特征量状态信息。应准实时检测评估设备状态。应采用以太网接口与外部系统通信。可通过安装智能附件或由智能一次设备本体提供状态量。智能设备实现应根据需求及技术现状分步骤、分阶段、有选择的实施部分或全部功能。近期要求具备自检测、自诊断功能，远期要求具备自检测、自诊断、故障预警及智能控制功能。(5)电子式互感器应根据不同电压等级配置采用不同原理实现的电子式电流互感器及电子式电压互感器。应满足测量、保护、计量功能性能要求。应具备温度和环境检测和自适应、自身运行状况检测、异常工况报警等功能。电科院智能变电站系统的设计依据•本报告主要依据：•（1）《国内智能电网调研报告》；•（2）《智能电网体系研究报告》；•（3）《国外智能电网调研报告》；•（4）《智能电网综合研究报告》；•（5）《智能电网关键技术框架研究报告》；•（6）国际电工委员会（IEC，InternationalElectrotechnicalCommission）标准化管理委员会（SMB，StandardizationManagementBoard）组织成立的第三战略工作组——SG3，StrategyGroup3:SmartGrid）——智能电网标准列表中T57变电站部分。电科院智能电网标准列表中T57变电站部分•1．IEC60870-6：控制中心内部协议（ICCP）•2．IEC61968：侧重于配电网不同业务之间信息交换的CIM•3．IEC61850：变电站设备监测、运行、控制、协议配置、信息建模•4．IEC60870-5：远程控制设备和系统•5．IEC60255-24（通用交换）继电保护-Part24：电力系统暂态数据交换通用格式•6．IEC61280系列：光纤通信子系统的基本测试流程•7．IEC62351：电力行业通信安全•8．IEC62443：控制系统•9．IEC61850-3：一般要求•10．IEC61000-4：电磁兼容性•11．IEC60870-2：远程操作条件电科院智能变电站关键技术•(1)一次设备智能化技术：实现变电站一次设备智能化，即状态监测、检测、诊断、智能预警、状态检修及资产评估。•(2)互动技术：与大用户、相关变电站及调度中心互动。•(3)协调控制技术：支持电能质量控制、变压器经济运行及电压/