智能变电站信息采集及应用(许继电气)

©XJGC5/28/2020V1.02020/5/28智能变电站信息采集及相关应用研究许继集团有限公司易永辉电话：0374－321191913937463739E-mail:[e-mail]©XJGC5/28/2020V1.02、智能变电站的构成2、国内外研究应用现状3、信息采集及相关应用研究4、国网规划&应用展望5、小结©XJGC5/28/2020V1.03一、智能变电站的构成电子式互感器应用IEC61850标准的颁布和推广应用高速工业通信网络技术发展智能变电站断路器技术发展和应用变电站业务需求的变化和一次设备、通信网络技术的进步，坚强智能电网的建设，驱动了变电站一、二次设备技术的融合，以及变电站运行方式的变革，由此产生了——“智能变电站”。高压设备智能化+高级应用©XJGC5/28/2020V1.04采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能设备：一次设备和智能组件的有机结合体，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化特征的高压设备，是高压设备智能化的简称。智能组件：由若干智能电子装置集合组成，承担宿主设备的测量、控制和监测等基本功能；在满足相关标准要求时，智能组件还可承担相关计量、保护等功能。可包括测量、控制、状态监测、计量、保护等全部或部分装置。一、智能变电站的构成—智能变电站定义©XJGC5/28/2020V1.05国家电网公司组织有关专家对智能电网建设所需关键设备进行了梳理和分析，总体认为：目前，国内外已有设备基本满足电网建设和发展的常规需求，部分设备技术已达到或处于国际领先水平（如：特高压设备、调度自动化系统、数字化变电站等），为智能电网建设奠定了较好的基础一、智能变电站的构成—智能变电站定位---摘自《智能电网关键设备（系统）研制规划》2010.6©XJGC5/28/2020V1.06间隔层过程层保护/测控装置ECVT断路器智能变电站接线组成图新增加的设备替换设备改造设备智能变电站一、智能变电站的构成一次设备智能化高级应用©XJGC5/28/2020V1.07电子式互感器合并单元智能终端过程层交换机户外柜智能电表数字化继电保护测试仪同步对时设备/方案一体化电源网络报文记录分析系统相关新产品一、智能变电站的构成©XJGC5/28/2020V1.08主要的电力标准有IEC60044、IEC61850。主要通信标准有IEEE802.1Q、IEEE802.1p、IEEE802.1w、IEEE1588。一、智能变电站的构成©XJGC5/28/2020V1.09)通信网络安全性、可靠性需求智能变电站采用了基于开放的、标准的网络技术和对等的通信模式，对网络通信技术和相应设备在可靠性、实时性、稳定性等方面要求非常严格。一旦网络出现故障，二次设备的功能会受到严重影响，甚至失效，直接影响到电网的安全稳定运行。当前数字化变电站存在的问题二、国内外研究、应用情况统计2)电能计量面临的问题（1）表计检定：目前对用于基于IEC61850数字接口计量器具的检定没有相关规定，政策指导性文件缺乏，检定溯源困难；（2）现场校验：常规现场校验与现存实际状况方面没有相关文件规定；（3）电量计费：目前电能量计费管理系统存在重新划分管理智能等问题。©XJGC5/28/2020V1.010)一、二次设备融合进程当前数字化变电站存在的问题二、国内外研究、应用情况统计智能变电站涉及多学科、多种产品，是一个庞大复杂的体系，随着“一次设备智能化”的不断发展，不仅需要机、电、光三个专业的协同工作，传统意义上的一、二次设备间的界限也将逐渐模糊，要求一、二次系统在技术上融合、在专业上整合。相对来说，ABB、西门子、许继集团等厂商由于具有完整的产业链，均可提供从一次设备到二次设备完整的数字化变电站解决方案。---摘自《智能电网关键设备（系统）研制规划》2010.6©XJGC5/28/2020V1.011：传感器大脑神经身体二、国内外研究、应用情况统计高压设备智能化©XJGC5/28/2020V1.012目前设备组成未来智能设备智能设备高压设备智能组件（一体化）保护单元控制单元计量单元测量单元高压设备智能组件(分散布置)保护单元控制单元计量单元检测单元测量单元保护单元控制单元计量单元检测单元测量单元检测单元（可内置）过渡阶段智能设备发展示意图二、国内外研究、应用情况统计高压设备智能化©XJGC5/28/2020V1.013)检测与评估体系的建立数字化/智能变电站对调试和运行检测设备提出了新要求，需要尽快研究新的试验方式、手段，制定数字化变电站技术相关试验及检测标准等。实现数字化/智能变电站建设的有序、有效和实用化。当前数字化变电站存在的问题二、国内外研究、应用情况统计智能变电站取消了硬接线，不那么直观的网络实现方式，需要一系列完整的配套工具，需要成套的解决方案。建模工具、系统配置工具、IED配置工具、报文仿真分析工具、数字式继电保护测试设备高精度的CT、PT下，保护刻度误差的检测意义不大，网络的可靠性验证则变得十分重要。©XJGC5/28/2020V1.014)现行技术管理模式待与之相适应数字化/智能变电站自动化系统工程的设计模式、调试模式、运行模式和维护模式不同于传统变电站，这对目前传统专业划分及管理模式，提出了很大的挑战。如何结合数字化/智能变电站带来的变革，改变设计方法，重新明确运维职责和范围、指导运行生产、规范运维作业等，已成为亟待研究和解决的问题。当前数字化变电站存在的问题二、国内外研究、应用情况统计©XJGC5/28/2020V1.015年3月，国家电网公司正式启动了智能电网技术标准体系研究工作。通过一年的不懈努力，于2010年4月编制完成了国家电网公司《智能电网技术标准体系规划》报告。《智能电网技术标准体系规划》在中国首次系统地提出了包括8个专业分支、26个技术领域、92个标准系列的智能电网技术标准体系，明确了可以直接采用、需要修订、需要制定的智能电网技术标准。二、国内外研究、应用情况统计标准体系©XJGC5/28/2020V1.016《智能变电站技术导则》《330kV～750kV智能变电站设计规范》，《110（66）～220kV智能变电站设计规范》《智能变电站继电保护技术规范》《高压设备智能化技术导则》二、国内外研究、应用情况统计©XJGC5/28/2020V1.017《变电站智能化改造技术规范》、《智能开关设备技术条件》、《智能变压器技术条件》、《智能单元规范》、《智能变电站合并单元技术条件》、《电子式电流互感器技术规范》、《电子式电压互感器技术规范》、《智能变电站网络交换机技术规范》、《智能控制柜技术规范》、《智能变电站自动化系统现场调试导则》、《测控装置技术导则》等。本标准系列待补充完善。二、国内外研究、应用情况统计©XJGC5/28/2020V1.018电子式电流互感器按原理分为:1法拉第电磁感应原理互感器（电磁传感、光传输）2法拉第磁光效应原理互感器（光传感、光传输）按传感头结构组成分为：LPCT—低功率铁心线圈互感器(电磁原理)RCT—罗可夫斯基线圈互感器(电磁原理)OCT—光学玻璃电流互感器(光学原理)FOCT—光纤电流互感器(光学原理)三.关键技术—电子式互感器3.1电子式互感器©XJGC5/28/2020V1.019国网最新技术引导方向：无源三.关键技术—电子式互感器©XJGC5/28/2020V1.020传统绝缘工艺成熟可靠，得到实践检验：国网最新技术引导方向：无源三.关键技术—电子式互感器©XJGC5/28/2020V1.021支柱式电子互感器需要外接电源有源电子式光电互感器主要基于传统传感技术，利用电子技术进行信号采集和处理，通过光纤输出信号。由于电子电路需要工作电源，一般采用了以下两种方式供电：通过接在母线上的小CT获得电源；通过光纤（如传输测量数据的光纤）将光能量输送至传感器，并在传感器侧通过光电转换获得电源。GIS、PASS结构特殊，可直接利用站内电源供电数字采样电路在低压侧—罗氏线圈电子式互感器三.关键技术—电子式互感器©XJGC5/28/2020V1.022电子互感器分类三.关键技术---互感器3.1电子式互感器电子式互感器非光学原理光学原理电流互感器ECT罗氏线圈Rogowski低功率线圈LPCT电压互感器EVT电容分压电阻分压电流互感器OCT磁光玻璃型全光纤型电压互感器0VT普克尔效应型逆压电效应型有源式无源式取消©XJGC5/28/2020V1.023同步原理—偏差测量三.关键技术---IEEE1588同步方案IEEE1588同步对时对时精度：100ns©XJGC5/28/2020V1.024组网对比采样值传输方案2009年1月23日，(57_990_INF)正式通知各个国家委员会，宣布取消IEC61850-9-1，IEC60044-7/8也将废除，由IEC61869-9-2替代，IEC61869-9-2的数字输出基于IEC61850-9-2标准(取消FT3传输帧格式格式)。这意味着IEC61850-9-2采样值传输方案为唯一的国际标准。三.关键技术---过程层信息采集传送©XJGC5/28/2020V1.025、IEC61850-9-1a相电流传感器输出二次变换（测量）b相电流传感器输出二次变换（测量）c相电流传感器输出二次变换（测量）a相电流传感器输出二次变换（保护）b相电流传感器输出二次变换（保护）c相电流传感器输出二次变换（保护）中性点电流传感器输出二次变换a相电压传感器输出二次变换b相电压传感器输出二次变换c相电压传感器输出二次变换中性点电压传感器输出二次变换母线电压传感器输出二次变换合并单元电源时钟数字输出传输标准60044（FT3）私有协议61850标准：-9-1/-2采样值传输方案三.关键技术---过程层信息采集传送©XJGC5/28/2020V1.026个模拟量通道计算，一个合并单元每秒种的数据流量：S=984bit/帧×50周波/s×80帧/周波=3.936Mbit/s；2.基于61850-9-2LE规约的合并单元的流量分析按照每帧1点(12个模拟量通道)计算，一个合并单元每秒种的数据流量：S=159字节×8bit/字节×50周波/s×80帧/周波=5.088Mbit/s；2.基于61850-GOOSE规约的智能设备的流量分析按照T0=10秒计算，一个智能设