智能化变电站技术
内容提要
•智能化变电站概述•如何实现智能化变电站•关键问题分析
•智能化变电站技术规范•国内典型工程案例分析
智能化变电站概述-定义
•《智能变电站技术导则》给出的定义
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化控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
•智能变电站派生于智能电网
智能化变电站概述-变电站
内部分层远方控制中心
技术服务7功能A 功能B 9变电站层
3控制继电保护
3控制继电保护
8
16
16间隔层传感器操作机构
过程层接口过程层
高压设备4545IEC61850将变电站分为三层
智能化变电站概述-需要区分的概念
•变电站层
监控系统、远动、故障信息子站等•间隔层
保护、测控等
•过程层
智能操作箱子(或称智能单元
合并单元
一次设备智能组件等。
智能化变电站概述-需要区分的概念•IEC61850变电站
特征:
1两层结构(变电站层、间隔层,没有过程层;
2一次设备非智能化,间隔层通过电缆与传统互感器和开关连接;
3不同厂家的装置都遵循IEC61850标准,通信上实现了互连互通,取消了保护管理机;
4间隔层保护、测控等装置支持IEC61850,直接通过网络与变电站层监控等相连。
市场特征:
该模式在国网和南网都处于大批量推广阶段,所占比例会越来越大,以后会成为变电站标配。
例如:华东500kV海宁变、湖北500kV武东变等。
智能化变电站概述-需要区分的概念
•数字化变电站
特征:
1三层结构(变电站层、间隔层、过程层;
2使用了电子互感器,模拟量通过通信方式上送间隔层保护、
测控装置;
3通过为传统开关配智能操作箱实现状态量采集与控制的数字
化;
4间隔层设备通过网络通信方式从过程层获得模拟量、状态量
并进行控制;
5不同厂家的装置都遵循IEC61850标准,通信上实现了互连
互通,取消了保护管理机;
6间隔层保护、测控等装置支持IEC61850,直接通过网络与
变电站层监控等相连。
智能化变电站概述-需要区分的概念
MMS
A B A B
智能化变电站概述
•智能电网与智能化变电站的关系
智能电网包含发电、输电、变电、配电、用电、调度6大环节。
•智能化变电站与数字化变电站
1智能一次设备;
2变电站高级应用功能;
3可再生能源的接入。
内容提要
•智能化变电站概述•如何实现智能化变电站•关键问题分析
•智能化变电站技术规范•国内典型工程案例分析
•高级应用
一体化五防和顺序控制
区域AVQC
全景信息平台及分布式建模
一体化故障信息子站
故障信息综合分析决策
智能报警
分布式状态估计
辅助系统智能化
•高级应用一体化五防和顺序控制
¾由于五防的图型、数据库与监控统一,所以改变监控的图形、数据库的同时,五防也会随之改变。
省略了独立五防系统的图形和实时数据对应的环节。
¾由于实现图、库一体化,所以不存在独立五防的通信环节,大大提高了系统稳定性和可靠性。
¾基于IEC61850标准上的顺序控制
¾提高现场操作效率和可靠性
¾程序化操作过程中检查防误逻辑
¾有集中和分布两种模式
•高级应用区域AVQC
具备单站自动电压无功控制(AVQC功能
可以与调度AVC功能配合,实现区域自动电压无功控制功能。
在区域控制失效情况下,可以自动转换为单站自动电压无功控制。
远动机后台监控以太网
保护测控间隔层站控层
区域AVQC
调度中心/集控站AVC/SCADA
如何实现智能变电站?•高级应用全景数据平台和分布式建
模
全景式
数据信
息平台
•静态、动态、暂态三态数据在站内实现相互访问
•变电站设备台帐与电力模型应统一考虑
•变电站模型标准化,实现变电站针对调度中心的“即插即
用”
•静态、动态、暂态三态数据在站内实现相互访问
•变电站设备台帐与电力模型应统一考虑
•变电站模型标准化,实现变电站针对调度中心的“即插即
用”
•建立IEC61850与IEC61970模型兼容的统一数据模型
•支持高频率存储的多维、多态数据的运行实时库
•系统层整合多态数据,提供变电站内PMU和SCADA的数
据整合方法
•支持IEC61850装置的变电站自动建模、在线调试及扩容•建立IEC61850与IEC61970模型兼容的统一数据模型
•支持高频率存储的多维、多态数据的运行实时库
•系统层整合多态数据,提供变电站内PMU和SCADA的数
据整合方法
•支持IEC61850装置的变电站自动建模、在线调试及扩容
变电站－调度中心统一模型及分布式建模体系架构 t n e g A i t l 遵循 Mu 间、厂 , 实现厂站站与中据自动数间之心交换•• •• •• •• 分布式建模将同时考虑源端维护和主站端维护分布式建模将同时考虑源端维护和主站端维护功能需实现分布，具体实现将下放到厂站端，主站端只需知道结果功能需实现分布，具体实现将下放到厂站端，主站端只需知道结果需建立广域集成软总线，并考虑信息屏蔽，防止“数据风暴”和信息安全需建立广域集成软总线，并考虑信息屏蔽，防止“数据风暴”和信息安全需充分利用各个分散的厂站端系统资源（ CPU 、硬盘）需充分利用各个分散的厂站端系统资源（ CPU 、硬盘）
如何实现智能变电站？• 高级应用一体化故障信息子站• 监控网络和保护网络一体化• 监控系统和故障信息子站一体化
如何实现智能变电站？• 高级应用故障信息综合分析决策电网故障时对各种故障信息进行智能辨识、综合分析以快速准确判断故障设备，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示
故障信息综合分析决策• 功能框架开关刀闸变位 SOE 保护动作事件保护分散录波故障录波器录波 PMU动态数据 PMU录波结果上传信息汇总智能辨识可视化展示
故障信息综合分析决策• 可视化展示–变电站值班人员• 以简洁、准确为准• 监控画面故障推图• 显示本次故障简报–事故分析人员、继保运行人员• 信息全面• 装置动作报告• 厂站动作报告• 录波波形展示和分析
故障信息综合分析决策
可视化示例:
故障简报
装置动作报告
常规告警系统
•SCADA 点为中心•按时间顺序显示
•同一设备的告警信息重复、过多
•告警之间无关联、按类型过滤常规告警系统•SCADA 点为中心•按时间顺序显示•同一设备的告警信息重复、过多•告警之间无关联、按类型过滤•事故时系统运行负担重
•点作为基本处理单位,加重运行人员工作负荷与心理压力•告警信息过多,可能遗漏重要信息
•靠经验找出故障范围及故障源
•事故时系统运行负担重•点作为基本处理单位,加重运行人员工作负荷与心理压力•告警信息过多,可能遗漏重要信息•靠经验找出故障范围及故障源•按点进行配置
•配置工作量大•闭锁逻辑维护复杂
•按点进行配置•配置工作量大•闭锁逻辑维护复杂•保护动作
•遥测越限•开关跳闸•SOE 信号
•保护动作•遥测越限•开关跳闸•SOE 信号•事故推画面•弹出告警信息•各种声响提示•通过告警列表定位故障
•事故推画面•弹出告警信息•各种声响提示•通过告警列表定位故障硬接线
通信线
40
23号点告警
智能告警及自动故障处理
处理
MU MU
保护测控测保一体化
智能告警系统
•一、二次设备模型为中心
•建立在变电站统一模型基础之上
•对信号进行分类及分单元显示
•变电站的运行状态进行在线实时分析和推理
•建立专家处理系统,进行智能判断,并提出处理建议
智能告警系统•一、二次设备模型为中心•建立在变电站统一模型基础之上•对信号进行分类及分单元显示•变电站的运行状态进行在线实时分析和推理•建立专家处理系统,进行智能判断,并提出处理建议•间隔内屏蔽和过滤告警,只提示重要事故信息
•同一间隔的相关告警信息相互关联,按照间隔或设备进行操作,减轻操作压力
•通过设备连接关系自动定位故障范围及追溯故障源
•优越的专家系统进行推理判断
•间隔内屏蔽和过滤告警,只提示重要事故信息•同一间隔的相关告警信息相互关联,按照间隔或设备进行操作,减轻操作压力•通过设备连接关系自动定位故障范围及追溯故障源•优越的专家系统进行推理判断•保护动作•遥测越限
•
开关跳闸•
SOE 信号
•保护动作•遥测越限•开关跳闸
•SOE 信号•按模型进行配置
•建模过程实现告警配置•闭锁逻辑维护简单•按模型进行配置•建模过程实现告警配置•闭锁逻辑维护简单•事故推画面
•自动故障定位•关联处理及确认
•事故推画面•自动故障定位•关联处理及确认
信号预处理
告警输入
告警信息输出
实时软逻辑:故障定位软闭锁
自动故障报告
综合事故分析
模型关联配置
告警综合显示
联动信号
存储IO
DB
统一模型
故障解决方案
•建立告警->点->一二次设备->间隔之间的关联
•定义设备故障严重等级,针对故障等级实现告警信息过滤
•根据告警信息关联,实现告警关联确认、自动消隐,提高故障处理速度
•通过模型连接关系,帮助运行人员掌握站内一二次设备的运行状况,及故障造成的相互影响,通过告警信息触发间隔内闭锁及间隔间互锁•给出故障解决方案或处理指导。
•建立告警->点->一二次设备->间隔之间的关联•定义设备故障严重等级,针对故障等级实现告警信息过滤•根据告警信息关联,实现告警关联确认、自动消隐,提高故障处理速度•通过模型连接关系,帮助运行人员掌握站内一二次设备的运行状况,及故障造成的相互影响,通过告警信息触发间隔内闭锁及间隔间互锁•给出故障解决方案或处理指导。
专家知识库
处理
综合事故分析
综合信息处理(事件逻辑推理
综合信息处理(事件逻辑推理信号推理知识库事故处理知识库
网络拓扑搜索
网络拓扑搜索变电站模型
告警信息
故障判断
处理建议
故障判断处理建议
分布式状态估计
•随着调度中心智能化和自动化水平的提高,对基础数据的要求和依赖程度也越来越高。
基础数据不准确会带来严重影响,主要表现为常有拓扑错误和量测坏数据出现,严重时导致状态估计不可用或不可信,制约了高级应用的使用化。
•由于调度中心信息的先天不足,通过传统的状态估计模型和算法的改进无法从根本上解决调度中心基础数据的准确性问题。
•在变电站内增加分布式状态估计功能,可以实现数据辨识与处理,能够向调度中心供可靠的数据,减轻主站系统的运算负担并提高可靠性。
辅助系统智能化
交流输入模件
A /D 变换
微计算机
开入开出模件
人机对话模件
端子箱
二次设备和一次设备功能重新定位。
如何实现智能变电站?
数字化保护
交流输入模件A
/
D
变
换
微
计
算
机
开
入
开
出
模
件
人机对话模件
MU
一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构:
1、A/D变换没有了,代之以高速数据接口。
2、开关量输出DO、输入DI移入智能化开关,保护装置发布命令,由一次设备的执行器来执行操作。
高速以太网通信
ECT
IED
执行器
如何实现智能变电站?
数字化保护
110kV变电站方案
•以内桥接线和单母线接线为例
•采用直采直跳方式
•使用MMS、GOOSE、SV(IEC61850-9-2
110kV变电站方案
•110kV线路间隔
–采用测控保护一体化装置,单套配置。
–单套配置合并单元和智能终端。
–配置出线ECVT。
110kV变电站方案
110kV变电站方案
110kV变电站方案
•110kV变压器间隔
–采用测控保护一体化装置,双套配置。
–双套配置合并单元,单套配置智能终端。
–单母线时配置间隔ECVT。
–单母线时使用各侧合并单元接入中性点互感
器,内桥接线时配置独立的中性点合并单元。
–低压侧完全采用传统电缆方式,配置电缆输入的合并单元。
单母线接线高压侧智能终端高合并单元1高合并单元2
低合并单元2低合并单元1低压侧操作箱中性点智能终端110kV 非电量保护电缆
内桥接线
110kV变电站方案
110kV变电站方案
•110kV分段间隔
–采用测控保护一体化装置,单套配置。
–单套配置合并单元和智能终端。
110kV变电站方案
110kV变电站方案
录波装置
GOOSE交换机SV交换机
智能终端合并单元分段测控保护装置
组网部分
点对点部分
110kV变电站方案
•110kV母线保护
–单套配置母线保护。
–采用点对点接入各间隔的合并单元、智能终端。
110kV变电站方案
110kV变电站方案
•电压互感器合并单元
–每段母线单套配置电压合并单元,接入两段母线的电压互感器。
–合并单元完成电压并列功能,并分别向两段母线上的间隔合并单元提供母线电压信号。
110kV变电站方案
110kV变电站方案
•110kV备投装置
–备投装置采用网络接入模拟量和开关量。
–通过独立的接口接入GOOSE和SV交换机。
110kV变电站方案
备投装置
GOOSE交换机SV交换机
各智能终端各合并单元组网部分
110kV变电站方案
•35kV/10kV部分常规间隔
–使用电缆跳闸,不配置过程层交换机、合并单元和智能终端。
–GOOSE报文通过站控层网络传输,即MMS和GOOSE合一。
–变压器装置GOOSE口和MMS口独立,低压装置GOOSE口和MMS口合一。
110kV变电站方案
110kV 变电站方案
主变测控保护装置
低压装置
低压装置MMS
GOOSE MMS/GOOSE MMS/GOOSE
站控层网络
110kV变电站方案
•过程层网络
–过程层独立配置单套的SV和GOOSE网络。
–按间隔配置交换机,适当合并部分间隔的交换机。
–可采用GOOSE和SV交换机合一方式,通过VLAN将交换机划分为不同网络。
