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1、智能变电站,智能电网,国电南京自动化股份有限公司 陈磊,主讲内容,智能电网的由来,智能电网的国内外发展现状,智能变电站主要技术标准,智能变电站产品,智能电网,人类能源发展面临的第一挑战，是以可再生能源逐步替代化石能源，建造能源使用的创新体系，以信息技术彻底改造现有的能源利用体系，最大限度地开发电网体系的能源效率。期望通过一个数字化信息网络系统将能源资源开发、输送、存储、转换(发电)、输电、配电、供电、售电、服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其它用能设施连接在一起，通过智能化控制实现精确供能、对应供能、互助供能和互补供能，将能源利用效率和能源供应安全提高到全新的水平，将污染与温室气体排放
2、降低到环境可以接受的程度，使用户成本和投资效益达到一种合理的状态。,智能电网的思想,智能电网的特点：可观测可控制自愈合兼容性经济运行与节能环保用户与电网实时互动,智能电网的特点,智能电网的关键技术：通信技术量测技术设备技术控制技术决策支持技术,智能电网的关键技术,国内外发展现状,美国主要关注电力网络基础架构的升级更新，同时最大限度地利用信息技术，实现系统智能对人工的替代。主要实施项目有美国能源部和电网智能化联盟主导的GridWise（电网智能化）项目和EPRI（美国电力研究所）发起的Intelligrid 项目。,国外发展现状,美国电力科学院定义,美国智能电网研究,美国国家骨干电网,包括加拿大
3、和墨西哥在内的区域互联电网,美国智能电网研究,小型和微型的地区电网,欧洲各国对环境保护非常重视：1）重点关注可再生能源（清洁能源）和分布式能源的发展，并带动整个行业发展模式的转变。2）开放电力市场，与用户互动，建立面向服务的自动系统。,国外发展现状,欧洲智能电网研究,引入分布式发电技术后电力系统结构,市场环境下的电力系统组成,2005年欧洲部分国家的可再生能源使用,德国可再生能源的发展十分迅速，到2006年其可再生能源利用已占到所有能源的118，其中风能占到了5，而光伏发电量比上一年增长了538。,欧洲智能电网研究,欧洲智能电网研究,DISPOWER：,由德国，法国及荷兰等11个国家的38家研
4、究机构和电力企业在欧盟第五框架计划下于2001-2005年之间完成的一个项目。目标：为欧洲电力系统向更加分散的发电方式与更加面向市场的结构转变提供支持。项目对电网稳定与控制，电能质量与用电安全，电网稳定与控制设备的测试，分布式发电技术在区域供电系统中的实现，低压电网中的分布式电源运行与电能质量管理等11个方面进行了深入研究，不但开发了用于规划、运行控制、培训仿真、能量预测与电能交易的新的方法和工具，而且在多种不同电压水平的配电网络中建立了用于新型控制策略和用于DER元件开发、测试和验证的实验系统。,欧洲智能电网研究,EU-DEEP：,由欧洲9个国家的41个机构承担，从2004年开始，项目预计历
5、时五年半完成。该项目以需求拉动而非科技推动为目标，重点解决分布式发电在欧洲大规模应用的技术和非技术问题，是一个综合性很强的项目。,项目构成,国内发展现状,2007年，华东电网率先开展智能电网可行性研究:设计了20082030 年“三步走”的行动计划，在2008 年全面启动了以高级调度中心项目群为突破的第一阶段工作，以整合提升调度系统、建设数字化变电站、完善电网规划体系、建设企业统一信息平台为4 条主线，力争到2010年全面建成华东电网高级调度中心，使电网安全控制水平、经营管理水平得到全面提升。,国内发展现状,2009年，华北电网稳态、动态、暂态三位一体安全防御及全过程发电控制系统：首次将以往分
6、散的能量管理系统、电网广域动态监测系统、在线稳定分析预警系统高度集成，调度人员无需在不同系统和平台间频繁切换，便可实现对电网综合运行情况的全景监视并获取辅助决策支持。此外，该系统通过搭建并网电厂管理考核和辅助服务市场品质分析平台，能有效提升调度部门对并网电厂管理的标准化和流程化水平。,国内发展现状,特高压建设：晋东南-南阳-荆门1000kV 特高压交流试验示范工程南方电网云南-广东800kV特高压直流输电工程,国内发展现状,控制系统新技术973计划：“提高大型互联电网运行可靠性的基础研究”研究人员开展了基于智能和专家系统的电力系统故障诊断和恢复控制技术研究，为智能型的电力系统动态调度与控制提供
7、了基本的分析工具，开发成功电网在线运行可靠性评估、预警和决策支持系统平台，为新的智能化电网运行控制开发提供了系统的研发平台。,国内发展现状,可再生能源方面：国家也启动了多项863 高技术研究发展计划项目，在“十一五”期间，在三大先进能源技术领域设立重大项目和重点项目，包括：,以煤气化为基础的多联产示范工程 MW级并网光伏电站系统 太阳能热发电技术及系统示范等项目,中国智能电网发展方向,国内发展现状,2009年4月，中国国家电网公司总经理刘振亚发表关于建建设设坚强电网的演讲:中国国家电网公司正在全面建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以信息化、数字化、自动化、互动化为特
8、征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。2009年5月，国家电网发布建设坚强智能电网的研究报告:表明中国电网在通过发展特高压输电工程解决“坚强”的一次电网问题后即将走上电网智能化的科学发展之路。作为智能电网的物理基础，智能变电站逐步取代常规变电站将是今后的发展趋势。,中国智能电网发展方向,2009年5月，国家电网发布建设坚强智能电网的研究报告:提出了发展坚强智能电网的内涵，是以坚强网架为基础，以信息通信平台为支撑，以智能控制为手段，包括电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现电力流、信息流、业务流的高度一体化融合，是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放、友好
9、互动的现代化电网。发展坚强智能电网的目标是加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的统一的坚强智能电网。,中国智能电网建设规划,分阶段发展目标,中国智能电网投资重点,1.20092020年将投入7600亿建设完成特高压电网。国家电网2020年前特高压总投资将达 6330亿元（其中2012年前完成总投资的50%左右），加上南方电网的投资，预计到2020年两网的总投资规模将达到7600亿元。其中交流4200 亿元，直流3400亿元。2.2015年前完成数字化变电站建设，奠定智能化基础。预计20102015年间，我国平均每年改造传统变电站 4000座，
10、每年需投入资金约40亿元；每年将新建约2000座变电站，相当于每年增加约20亿元的变电站数字化系统投资。3.逐步完成智能调度和用户信息采集系统建设。预20092015年，我国将投资800亿元用于用户信息采集系统的建设，其中300亿元用于数据系统建设，500亿元用于智能电表采购。,中国智能电网发展目标,到2011年，坚强智能电网关键技术设备研究和建设试点全面开展。“两纵两横”特高压网络架构基本形成；可再生能源发电运行控制和功率预测技术取得突破；特高压直流输电核心技术达到国际领先水平；电网优化配置资源能力超过1.2亿千瓦；完成智能变电站建设及改造试点；完成智能配电网示范性工程建设；建设双向互动服务
11、试点，智能电表全面覆盖10千伏电压等级的大用户、工商业用户；完成智能调度技术支持系统开发，在国调、“三华”网调和部分省调投入运行；建设四个通信枢纽中心，建成“SG186”工程。,中国智能电网发展目标,到2015年，基本建成坚强智能电网，关键技术和装备达到国际领先水平。可再生能源发电运行控制和功率预测技术全面推广；电网优化配置资源能力超过2.4亿千瓦；在电网部分重要区域内开展枢纽变电站智能化建设和改造；完成省会城市实用型配电自动化系统建设；双向互动服务在部分城市得到应用，基本建成用电信息采集系统；公司系统省级以上调度机构建成智能调度技术支持系统；建成规范、统一、全覆盖的输配电通信传输网、接入网、
12、管理网、同步网，基本建成国家电网资源计划系统（SG-ERP）。,中国智能电网发展目标,到2020年，全面建成坚强智能电网，技术和装备全面达到国际领先水平。可再生能源有序并网发电，并与电力系统协调经济运行；电网优化配置资源能力超过4亿千瓦；枢纽及中心变电站完成智能化建设和改造；在重点城市建成具有自愈、灵活、可调能力的智能配电网；双向互动服务得到推广，全面建成并完善用户用电信息采集系统；进一步强化和优化通信网络，全面建成SG-ERP系统。,中国坚强智能电网发展思路,坚强智能电网发展思路,从中国国情出发，以社会用户服务需求为导向，以先进信息、通信和控制技术为手段，以满足经济社会可持续发展为目标，以坚
13、强网架为基础，以信息平台为支撑，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合，构建贯穿发电、线路、变电、配电、用电服务和调度全部环节和全电压等级的电网可持续发展体系。,主要技术标准,20092010年国网公司发布了多个关于智能变电站建设的相关标准：Q/GDW 382-2009 配电自动化技术导则Q/GDW 383-2009 智能变电站技术导则Q/GDW 395-2009 电力系统继电保护及安全自动装置运行评价规程Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程继电保护应用模型Q/GDW Z414-2009 变电站智能化改造技术规范Q/GDW Z410-2010 高压设备智能化技术导则Q/
14、GDW 424-2010 电子式电流互感器技术导则Q/GDW 425-2010 电子式电压互感器技术导则Q/GDW 426-2010 智能变电站合并器单元技术规范Q/GDW 427-2010 智能变电站测控单元技术规范Q/GDW 428-2010 智能变电站智能终端技术规范Q/GDW 429-2010 智能变电站网络交换机技术规范Q/GDW 430-2010 智能变电站智能控制柜技术规范Q/GDW 431-2010 智能变电站自动化系统现场调试导则Q/GDW 441-2010 智能变电站继电保护技术规范,智能变电站,变电站自动化系统的演变,数字化过程是一个逐步深入的过程传统变电站综合自动化站数
15、字化变电站当前的数字化变电站是与传统综自站相比较而言的,数字化变电站和智能变电站,数字化变电站,高级应用,智能一次设备,智能变电站,网络架构,智能变电站典型技术概况,过程层设备的研发间隔层设备装置的研发变电站自动化系统PS6000+及高级应用功能的开发,过程层设备：电子式互感器:PSET6000系列有源电子式互感器 PSOT6000系列无源电子式互感器合并单元：PSMU600系列智能终端:PSIU 600系列智能组件：PSSC600系列（智能一次设备）户外柜：TDC-05系列,PSET电子式互感器,电流互感器 电压互感器 电流电压式互感器,优点：1.测量线圈与主回路直接无直接的电气联系，而仅通
16、过电磁场耦合，因此与主回路之间有良好的电气绝缘，无充油充气带来的易燃易爆危险，符合环保要求；2.无铁芯饱和等问题，测量范围宽，线性度好，准确度高；3.线圈感应电压对频率响应好，暂态特性好；4.低功率的输出易于转化为数字量；5.体积小，质量轻，生产成本低；,电子式电流互感器原理,i,Rogowski线圈结构及原理,互感器结构（户外支柱式）,电子式电流互感器结构,优点：电容式电压互感器具有电场强度裕度大，绝缘可靠性高、且分压电容可兼作耦合电容器供高频载波通道使用、不会与开关端口电容形成铁磁谐振、能消雷电波头、价格便宜等优点。,电子式电压互感器原理,电容分压器原理图,电容分压器由高压臂电容C1和低压
17、臂电容C2组成.由图可知：U2U1C1/（C1C2）U1/K 分压比K（C1C2）/C1,互感器结构（户外支柱式）,电子式电压互感器结构,供能方式,PSET6000电子式互感器供能方式110kV及以上CT：激光电源+线路取能；110kV及以上PT：双路直流电源；10kV、35kV互感器：直流电源；GIS、HGIS场合：双路直流电源；,采集器示意图,采集器：双AD方案，保证采样可靠性低功耗设计双电源方案测温功能完善的自检功能，如AD电源低等,浅色为保护采样线圈、深色为测量采样线圈,PSET6000OW电子式互感器,采用国外专业公司光学传感技术；可与固体电容分压器组合；可运用于GIS/PASS；国
18、电南自与航天部第三十三研究所共同研制的全光纤型电子式互感器已进入样机试制阶段，7 月将进行样机的型式试验。,输出形式,PSET6000电子式互感器输出形式110kV及以上采用数字输出的电子式互感器需要合并单元10kV、35kV采用模拟输出电子式互感器直接接入就地四合一智能单元,合并器,二.合并器（IEC 61850标准设备）接收多路电子式互感器采样插值同步接收站内采样同步信号单间隔内IEC 61850-9传输 跨间隔60044-8/FT3传输 完善的自检功能，如CT断线等激光供能（户外支柱式电流互感器）配置原则：按间隔布置,装置照片,PSMU 602 合并器,装置照片,PSMU 602 合并器
19、,三.PSIU 600系列智能终端给传统断路器或变压器提供数字化变电站接口；在开关端子箱安装智能终端：对刀闸等进行状态采集和控制，就地操作箱功能；在变压器端子箱安装智能终端，实现变压器本体保护和变压器测控功能：采集温度、档位、非电量、中性点地刀等状态，控制风扇和档位对时、事件记录功能.,装置型号,PSIU 600 系列智能单元型号,装置照片,PSIU 601分相开关智能终端,适用于双跳圈双合圈（或单合圈）且分相动作的断路器,装置照片,PSIU 600 智能单元,装置照片,双套配置的分相智能操作箱,装置照片,PSIU低压智能单元,装置照片,低压智能单元,装置照片,低电压等级方案,四合一智能单元合
20、并器+开关智能设备+保护+测控 功能合一接收电子式互感器模拟输出信号接收站内采样同步信号保护功能+测控功能（选配）,前进中的智能一次设备智能组件：测量、控制、监测；智能汇控柜与一次设备机构箱光纤连接；实现操作机构回路的软件化、逻辑化；减少继电器等硬回路数量、提高响应时间指标；融合一次设备状态量监测；智能操控保护、计量功能,智能一次设备,智能一次设备的研发,PSSC 600智能组件的功能1.测量功能2.控制功能3.保护功能4.状态监测功能5.计量功能6.通信功能,装置型号,PSSC 600 系列智能组件型号,GIS智能组件,GIS智能化方案,GIS智能组件,GIS智能组件,智能化产品与常规产品的
21、对比,以252kV GIS为载体展示智能化开关设备的功能和技术特点，适用于所有高电压等级的GIS产品。,GIS智能组件,智能开关设备厂家完成一体化设计、集成、整体调试、出厂试验等,GIS智能组件,相关智能化装置及设备的组成,相关智能化装置及设备的组成,GIS智能组件,变压器智能组件,变压器智能化方案,变压器智能组件,变压器传统监控方案,变压器智能组件,变压器智能化解决方案,变压器智能组件,柜内设备、监控设备之间采用光纤连接，节约了大量连接电缆和施工费用，且光纤的电磁兼容性能远远好于电缆，能显著的提高变电站内信号传输的可靠性。传统变压器中的冷却柜省略，同时优化变压器本体箱，使本体箱就地数字化。使
22、得整个变压器结构紧凑、体积小、占地省、安装快。冷却系统数字化设计，可提高冷却设备运行可靠性以及便于故障检修，能便于用户了解变压器的运行状况和分析事故原因，同时降低能耗，延长风扇寿命。预留各类通信接口，可供油色谱分在线监测、局放在线监测等设备。单元板卡模块化设计，方便扩展灵活，能够适合各种电压等级。装置建立了标准数字化接口，符合IEC61850标准，符合智能化电网要求。,方案特点,五.TDC05户外柜 TDC-05型户外机柜的设计目标是为在户外条件下运行的自动化设备及其它普通电气设备提供接近室内的工作环境，同时为这些设备提供必要的防护。该型户外柜具有对外部环境一定的隔离功能，双层柜体设计，防尘、
23、防水、防太阳辐射。其工作模式为在柜内湿度达到一定时（可设定），温湿度传感控制器启动电加热器和位于柜内顶部的风扇，将柜内湿气排出柜外；当柜内温度上升到某一温度时，柜内风扇启动，柜外新鲜空气经过滤后自机柜下层进入柜内，将柜内热气从机柜上部排出柜外。户外柜设计要求满足系列标准GB/T 19183,户外柜,户外柜照片,户外柜,高的防护等级智能化的柜内温度控制系统 高水平的EMC性能 持久的耐腐蚀和抗生化能力 坚固耐用柜体和模块化的结构设计 精良的制造工艺和美观大方的造型 顶盖迷宫式防水墙结构、地缆沟循环热交换散热系统等均采用独家专利技术。,户外柜,户外柜的三次实验：,1.高温时的温控试验 2.福建进行
24、的高温高湿试验3.吉林进行的低温试验,高温温控试验,试验日期：2009年8月22日8时2009年9月23日8时 试验地点：南京瑞克电气有限责任公司厂区大院试验条件：露天阳光直射，426W风机强制通风散热，模拟柜内设备发热负载：4x40W测温仪器：10通道测温仪FLUCK HYDRA SERIES 温控机制：机柜内上部空间温度到42时，风机启动；当温度回落到40时，风机停止。,高温温控试验,探头3为设备内部温度；探头5为机柜内上部空间温度；探头8为自然环境空气温度。,福建进行的高温高湿试验,吉林进行的低温试验,全站设备对时方案,全站设备对时方案,对时方案:,1.SNTP2.B码对时3.1588对
25、时,同步方案,1.1PPS2.光纤B码3.1588同步,间隔层设备,间隔层设备：,和传统主要区别：1）接口2）通讯规约国网新方案：1）国调点对点方案,间隔层设备,PST 671U主变保护,PS6000+高级应用,国网要求的高级应用：,1.设备状态可视化2.智能告警及分析决策3.故障信息综合分析决策4.支撑经济运行与优化控制5.站域控制6.与外部系统交互信息,高级应用,已经具备的高级应用,1.全景数据反演：可以对变电站的全景数据（包括电力系统运行的状态数据以及系统运行过程中的运行数据如告警，音响，图像信息等）进行全面的事故反演，给事故分析提供综合的数据信息支撑。2.一体化在线五防：在监控系统实现
26、防误闭锁功能，取消传统电脑钥匙，遥控回路采用硬接点闭锁，对于手动操作设备采用在线式锁具闭锁。3.VQC：在变电站范围内，针对不同的电压，或无功优化目标，自动根据网络拓扑判断多台变压器的并列运行情况，选择合适的策略（投切无功设备，调节变压器的分接头等）进行电压无功优化控制。4.程序化顺控功能：满足无人值班及区域监控中心站管理模式的要求，可接收和执行监控中心、调度中心和本地自动化系统发出的控制命令，经安全校核正确后，自动完成相关运行方式变化要求的设备控制，具备投退保护软压板功能，具备急停功能，可在站内和远端实现可视化操作。,高级应用,正在开发的功能模块,1.智能告警及分析决策2.故障信息综合分析决
27、策3.设备状态可视化4.经济运行与优化控制5.分布式状态估计6.网络记录分析,在南京供电公司六合变运行中的220kV数字化光电电流互感器 2003年10月,中国数字化变电站元年,景阳岗上一声吼,阳谷景阳冈冷轧薄板厂110kV变电站 1）国内第一套数字化变电站 仅为过程层部分数字化 电子式互感器 数字化保护 其他为传统综合自动化系统 2）投运时对继电保护，运行管 理提出了挑战 3）业内人士的新奇感觉,中国IEC 61850工程化元年,2006年3月，西安少陵变投运实现了远动、监控等常规自动化功能支持保护定值和压板具备IEC 61850规约转换器至今运行稳定破冰意义检验了标准的可用性综自功能和IE
28、C 61850映射实现了保护信息功能,彩云之南有翠峰,云南曲靖110kv翠峰变电站 1）过程层基本全数字化 电子式互感器 数字化保护 智能终端首次采用 2）协议为9-1点对点并没有 应用IEC61850-GOOSE服务相同模式220kV投运了内蒙古杜尔伯特站,室内PT,低压装置,主变保护屏柜,桂林山水甲天下,2007年10月，500kV桂林变61850工程投运500kV电压等级多厂家设备直接互操作开创国内MMS、GOOSE的双网双机应用全站测控GOOSE联闭锁，监控五防一体化IEC 61850体系下的保信子站应用很多做法被吸收进国内61850实施细则,慷慨燕赵修正果,110kV河北高邑付村站1
29、）全站数字化 电子式互感器 数字化保护 智能终端 2)过程层网络、站控层网络均用到了IEC61850 GOOSE服务3)站控层网络采用IEC61850标准,三级调度,主机/人机工作站1,主机/人机工作站2,工程师工作站,远动装置1/2,100MB星形以太网,工业级以太网交换机,浙江省电力公司220kV外陈变电站计算机监控系统网络结构示意图,激光打印机,针式打印机,220kV继电器小室,测控IED,保护IED,智能操作箱,公用信息管理机,保护子站,主变、110kV继电器小室,测控IED,主变保护IED,公用信息管理机,110kV测控保护IED,100MB光纤环网,35kV配电装置小室,保护测控一
30、体IED,保护测控一体IED,三级调度,电力数据网,省电力数据网,网络分析仪,绍兴220kV宣家（外陈）变,宣家变特点,国内外多厂家互操作国电南自、国电南瑞、南瑞继保、北京四方、深圳南瑞、ABB、SIEMENS、GE等8个厂家涵盖了后台、测控、保护、四合一、远动、保护子站等不同类型的设备保护GOOSE跳闸世界范围第一套工程化应用引入规约分析记录仪概念数字化变电站IEC 61850可用性验证MMS和GOOSE适用于数字化变电站功能部分中国特有的需求通过对标准的补充和细化解决,宣家变GOOSE联系图,浙江500kV兰溪变,500kV变电站户外智能终端应用节约大量二次电缆研究了3/2接线下的配置形式
31、首创GOOSE虚端子方案IEC 61850滞后于工程规范了数字化站软连线的流程与接口检修和运行设备隔离真正体现了数字化站特点数字化变电站网络架构研究星型网优势,兰溪220kV GOOSE网,兰溪500kV GOOSE网,天津陈甫、河北大名,220kV陈甫、大名电子式互感器+智能单元采样值单间隔：点对点9-1跨间隔：FT3GOOSE组网二级网络天津陈甫2009年5月投运河北大名2009年11月投运,华北郭家屯,220kV郭家屯电子式互感器+智能终端+在线监测合并器使用光纤外同步信号线路PT，体现间隔独立性采样值采用9-1组网模式采样值和GOOSE共用交换机，VLAN划分保护测控一体化在220kV
32、电压等级的首次使用2009年9月投运,浙江田乐,110kV浙江嘉兴田乐变IEC 61850-9-2LE标准9-2的报文效率低于9-19-2LE为厂家约定9-2固定配置的版本LE可简化互联，但同时丧失了9-2的灵活性GOOSE组网2009年11月投运,浙江大侣,110kV浙江绍兴田乐变IEC 61850-9-2LE标准采用IEEE 1588标准对时、采样同步采用GMRP组播技术GOOSE组网2010年1月投运,500kV桂林变的数字化改造,2009年5月，500kV桂林变完成了一个串的数字化改造，电子式互感器和断路器智能单元首次应用在500kV电压等级IEC 61850-9-2 LE组网采用IEEE 1588标准对时、采样同步GOOSE组网,500kV桂林变的数字化改造,500kV桂林变的数字化改造,
