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正文內(nèi)容

智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(參考版)

2024-08-31 11:14本頁面
  

【正文】 但由于筆者水平有限,許多有關(guān)智能變電站的問題在文章不能一一探討,論文還有許多缺點(diǎn)與不足,歡迎批評指正。 本文從智能變電站與數(shù)字化 變電站區(qū)別 入手,討論了 智能變電站的概念及兩者的不同并對 智能變電站技術(shù)現(xiàn)狀 以及 智能變電站的特征和結(jié)構(gòu) 進(jìn)行了探討,詳細(xì)的討論了 智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、一體化、智能化四個部分的關(guān)鍵技術(shù)的內(nèi)容,最后對全文進(jìn)行了總結(jié)與展望,但由于智能變電站建設(shè)是一個長期的過程,未來高級應(yīng)用技術(shù)也會隨著智能變電站相關(guān)技術(shù)和裝備的開發(fā)而發(fā)展。 智能化變電站作為變電站的發(fā)展方向,主要解決現(xiàn)有變電站可能存在的以下問題:傳統(tǒng)互感器的絕緣、飽和、諧振等;長距離電纜、屏間電纜;通信標(biāo)準(zhǔn)等。數(shù)字化站系統(tǒng)集成商根據(jù) SSD 文件和各廠家 ICD文件,通過 SCD 配置工具生成變電站的數(shù)據(jù)文件 SCD 文件,后臺監(jiān)控支持 SSD 文件生成一次接線圖和聯(lián)閉鎖關(guān)系,各個廠家使用 SCD 文件生成 CID 文件、 GOOSE 文本、 SMV 文本直接下載,不需要二次修改配置,提高了數(shù)字化站實(shí)施的效率和正確率。 IEC61850 解決了過去變電站內(nèi) 、變電站與遠(yuǎn)方調(diào)度中心間存在的多種協(xié)議不一致帶來的調(diào)試?yán)щy、容易出錯、難以維護(hù)的問題,為變電站自動化系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)無縫通信奠定了基礎(chǔ),采用 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間互操作性好,調(diào)試維護(hù)難度低。 數(shù)字化 建設(shè)的優(yōu)點(diǎn): IEC61850 的應(yīng)用帶來變電站物理結(jié)構(gòu)和調(diào)試的變化和優(yōu)點(diǎn): 數(shù)據(jù)的共享通過網(wǎng)絡(luò)交換完成,解決了傳統(tǒng)變電站智能裝置間難以實(shí)現(xiàn)的信息共享和互操作性; IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)采用了最新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),借助于高帶寬、高效率的網(wǎng)絡(luò)通信平臺,改變了過去按點(diǎn)孤立傳送信息的模式,使信息按對象整體傳送,不僅使通信更有效率,也使信息更加全面,為變電站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、信息化奠定了基礎(chǔ)。 5 結(jié) 論 隨著能源問題和環(huán)境問題的日益突出,電力系統(tǒng)應(yīng)該給用戶提供更加環(huán)保,更加智能的清潔能源,智能電網(wǎng)的建立有利于幫助人們實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展,有利于提電網(wǎng)的靈活性和兼容性,有利于抵御日益頻繁的自然災(zāi)害和外界干擾,智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 22 降低運(yùn)營成本,促進(jìn)節(jié)能減排。改造后的智能變電站設(shè)計(jì)方案如圖 所示。測量、控制、保護(hù)、故障錄波功能還是安裝在控制室單獨(dú)組屏。將過程層與間隔層進(jìn)行分層設(shè)計(jì)。 根據(jù)國家電網(wǎng)《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》、《變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范》對原智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 21 有 220kV 傳統(tǒng)變電站進(jìn)行智能化改造。一次設(shè)備的智能化首先是保證數(shù)字化,包括輸入信號的電壓互感器和電流互感器,實(shí)現(xiàn)就地的信號數(shù)字化,減少模擬量傳輸 。其目標(biāo)為可靠、經(jīng)濟(jì)、兼容性強(qiáng),并具有一次設(shè)備智能化、信息交換標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)高度集成化、運(yùn)行控制自動化、保護(hù)控制協(xié)同化、分析決策在線化等技術(shù)特征。 智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 20 圖 一體化平臺結(jié)構(gòu) 智能化 隨著基于光學(xué)或電子學(xué)原理的電子式互感器和智能斷路器的使用,常規(guī)模擬信號和控制電纜將逐步被數(shù)字信號和光纖代替,測控保護(hù)裝置的輸入輸出均為數(shù)字通信信號,變電站通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步向現(xiàn)場延伸,現(xiàn)場的采樣數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)信息能在全站甚至廣域范圍內(nèi)共享。 智能變電站一體化信息平臺主要由各個智能終端、測控裝置、同步時(shí)鐘源、一體化信息主機(jī)以及站內(nèi)交換機(jī)等部分組成,如圖 所示。自動化裝置。 在智能變電站中所有數(shù)據(jù)的傳輸都通過光纖網(wǎng)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。并將數(shù)據(jù)分析所得的結(jié)果。各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫在接收到數(shù)據(jù)以后。智能輔助控制系統(tǒng)。按功能需求分類發(fā)送到變電站各個應(yīng)用系統(tǒng)。 智能變電站的一體化信息平臺發(fā)將數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行采集以后。電能質(zhì)量。智能變電站的數(shù)據(jù)采集對象主要是來自變電站內(nèi)一次設(shè)備的各種狀態(tài)的實(shí)時(shí)的參數(shù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對各個高級應(yīng)用系統(tǒng)透明共享。為不同系統(tǒng)之間的信息共享提供技術(shù)支撐。消費(fèi)都是實(shí)時(shí)進(jìn)行的。傳輸。由于變電站內(nèi)數(shù)據(jù)信息量規(guī)模巨大。 這些問題直接影響了變電站數(shù)據(jù)交換的速度和質(zhì)量。接線錯綜復(fù)雜。對于這兩個地點(diǎn)測出的不同的電壓電流量便出現(xiàn)了一個如何取舍的問題。而這兩個測控系統(tǒng)分別接的是不同的 CT 和 PT。所用電系統(tǒng)本身就自帶有測控。而且這些數(shù)據(jù)在應(yīng)用時(shí)還存在以誰為主的問題。并且以不同的格式存儲在不同的裝置內(nèi)。常規(guī)變電站配備的測控裝置對同一物理量存在重復(fù)采集。這既不可靠也不安全。系統(tǒng)的具有很大的局限性: (l) 數(shù)據(jù)格式和通信規(guī)約不統(tǒng)一。目前的變電站內(nèi)的各個系統(tǒng)的信息采集,傳輸和儲存都是相對獨(dú)立并基本上無聯(lián)系的,如綜合自動化系統(tǒng)和計(jì)量系統(tǒng)之間。 目前的變電站內(nèi)還沒有一套獨(dú)立的信息系統(tǒng)存在。目前國內(nèi)的大部分變電站的數(shù)據(jù)交換方式還是使用比較傳統(tǒng)的方法,參與數(shù)據(jù)交換的各個廠家通過規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,各個系統(tǒng)不是在一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行設(shè)計(jì)的智能變電站的優(yōu)點(diǎn)主要是體現(xiàn)為,變電站系統(tǒng)能全面、及時(shí)地掌握變電站內(nèi)運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),綜合自動化系統(tǒng)對比專家?guī)鞂?shù)據(jù)進(jìn)行分析,系統(tǒng)根據(jù)分析的結(jié)果,實(shí)現(xiàn)變電站的智能化運(yùn)行。維護(hù)功能指對系統(tǒng)進(jìn)行的診斷、管理、維護(hù)等工作。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該能夠在線診斷系統(tǒng)的軟件、硬件運(yùn)行情況一旦發(fā)現(xiàn)異常能夠發(fā)出報(bào)警信號。在 CRT 上應(yīng)該能夠顯示變電所一次系統(tǒng)的主接線圖,直流系統(tǒng)圖,所用的電系統(tǒng)圖變電所監(jiān)控系統(tǒng)即保護(hù)運(yùn)行工況圖,直流系統(tǒng)圖,能顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、某些歷史負(fù)荷曲線等等。各相電流、電壓;功率因數(shù)、最大最小值及其出現(xiàn)時(shí)間。 (5)在線統(tǒng)計(jì)計(jì)算??刂乒δ馨▽ψ冸娬靖骷夒妷旱燃壍臄嗦菲?、有載調(diào)壓開關(guān)、主變中性電閘刀、消弧線圈等采用就地和遠(yuǎn)方控制。斷路器和保護(hù)信號的動作順序以 ms 級進(jìn)行記錄能夠在 CRT 上顯示動作順序及在打印機(jī)上打印,順序時(shí)間應(yīng)該存檔。后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越 限 l 復(fù)限、計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個部件、間隔層單元的狀態(tài)異常等。報(bào)警處理分兩種方式,一種是事故報(bào)警,另一種是預(yù)告報(bào)警。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過以上數(shù)據(jù)采集,產(chǎn)生各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),供數(shù)據(jù)庫更新。通過測控裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要包括變電站監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng),下面分別介紹它們的一般功能。它的出現(xiàn)為變電所的小型化、智能化、擴(kuò)大監(jiān)控范圍及變電所安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證 。變電所綜合自動化可以收集較齊全的數(shù)據(jù)和信息,通過計(jì)算機(jī)高速計(jì)算能力和判斷功能,可以方便地監(jiān)視和控制變電所內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行及操作。 信息化 變電站信息化是電力企業(yè)信息化的重要基礎(chǔ)之一,大量的輸配電信息來自變電站,它是連接電力企業(yè)和最終用戶的橋梁。下面主要講述 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn): IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)定義了變電站內(nèi)智能電子設(shè)備之間的通信和相關(guān)的系統(tǒng)要求,對變電站內(nèi)自動化系統(tǒng)做出了全面詳細(xì)的規(guī)范和描述。 2020 年, IEC TC57 技術(shù)委員會正式發(fā)布了更具廣泛適應(yīng)性、且功能強(qiáng)大的變電站通信協(xié)議 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于變電站內(nèi)各個設(shè)備之間、設(shè)備與控制系統(tǒng)間的通信,將來可擴(kuò)展到變電站與遠(yuǎn)方控制中心間的通信,更具開放性和靈活性。為了在兼容設(shè)備之間達(dá)到互換的目的,根據(jù)各種應(yīng)用情況下的不同要求制定一系列配套標(biāo)準(zhǔn),分別是 60870510 10 103 傳輸規(guī)約。而通訊協(xié)議是實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置、自動化裝置、監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸?shù)幕A(chǔ),尋求一種具備互操作性、高效的通訊協(xié)議,是變電站自動化、標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo) [8]。并與相臨變電站互通信息。分析和處理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 (8)智能變電站 (Smart Substation )建設(shè)需要采用先進(jìn)的理念重新設(shè)計(jì)新建變電站。智能變電站系統(tǒng)管理智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 16 好站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的同時(shí)可以根據(jù)運(yùn)行需求,以更高的頻率來 儲存數(shù)據(jù)。掌握整個電網(wǎng)的狀態(tài)。相關(guān)電源。傳輸變電站內(nèi)外信息。 (5)智能變電站作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),將統(tǒng)一和簡化變電站的數(shù)據(jù)源,形成基于同一斷面的唯一性、一致性基礎(chǔ)信息,以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方式實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息交互和信息共享,形成縱向貫通、橫向互通的電網(wǎng)信息支撐平臺,并提供以此為基礎(chǔ)的多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。強(qiáng)調(diào)功能性和互操作性。 (4)通過智能電子裝置( IED) 整合有價(jià)值的能量流、信息流。把技術(shù)問題、經(jīng)濟(jì)問題、管理問題統(tǒng)籌考慮。實(shí)現(xiàn)既分布又協(xié)同的信息共享機(jī)制。此外,根據(jù)應(yīng)用對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分流,有效降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力。 圖 站控層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案 過程層網(wǎng)絡(luò): 過程層網(wǎng)絡(luò)是智能變電站的基本特征,由于絕大多數(shù)的自動化功能都是面向間隔的,為了減輕網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力和保證節(jié)點(diǎn)的訪問安 全,原則上要求過程層網(wǎng)絡(luò)按照不同間隔劃分成不同的獨(dú)立子網(wǎng),各子網(wǎng)之間可以通過匯聚交換機(jī)級聯(lián),子網(wǎng)內(nèi)部采用星型或點(diǎn)對點(diǎn)連接拓?fù)?;母線、變壓器和低電壓等級的子網(wǎng)可按多間隔或大間隔組建;采樣值傳輸網(wǎng)與 GOOSE 報(bào)文傳輸網(wǎng)宜分開組網(wǎng);跨間隔的應(yīng)用利用 VLAN 技術(shù)從匯聚交換機(jī)上獲得多個間隔的信息,或單獨(dú)組建一個專用智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 15 網(wǎng)絡(luò),如圖 所示。 星型網(wǎng)絡(luò)則兼顧了網(wǎng)絡(luò)的安全性和擴(kuò)展性,報(bào)文傳輸延時(shí)固定,檢修某個間隔時(shí)將該間隔交換機(jī)關(guān)閉即可切斷與其它間隔的聯(lián)系,保證了檢修時(shí)的安全性。 ( 2) 由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),報(bào)文在環(huán)網(wǎng)上的傳輸延時(shí)會隨著環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加而增大,更為嚴(yán)重的是環(huán)網(wǎng)存在廣播風(fēng) 暴的風(fēng)險(xiǎn)。其中,環(huán)型具有較好的安全穩(wěn)定性,但擴(kuò)展性稍差, 1 個間隔配備 1 臺環(huán)網(wǎng)交換機(jī)也使得設(shè)備投資過大,同時(shí)環(huán)網(wǎng)也可能帶來如下技術(shù)問題: ( 1) 環(huán)網(wǎng)是一種較復(fù)雜的組網(wǎng)方式,它需要交換機(jī)實(shí)現(xiàn)生成樹協(xié)議,如RSTP,或者各種專有協(xié)議,如 TurboRing、 RapidRing 等。由于站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)承載的功能截然不同,為了保證過程層網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、安全性,在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,站控層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)與過程層網(wǎng)絡(luò)物理隔離,如圖 。 智能 變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 合理的自動化系統(tǒng)組網(wǎng)方案是設(shè)計(jì)規(guī)劃智能變電站的前提和關(guān)鍵問題。沒有控制單元,狀態(tài)感知元件根據(jù)需要,或植入高壓設(shè)備內(nèi)部、或安置于高壓設(shè)備外部的專門位置,狀態(tài)感知單元與智能組件之間通常由模擬信號電纜連接。智能設(shè)備是智能電網(wǎng)的基本元件,根據(jù)高壓設(shè)備的類別和現(xiàn)場需求,控制單元和智能組件的部分功能可以相互轉(zhuǎn)移,或?qū)⒖刂茊卧墓δ苋考械街悄芙M件中。 高壓設(shè)備是電網(wǎng)的 基本單元,高壓設(shè)備智能化 (簡稱智能設(shè)備 )是智能電網(wǎng)的重要組成部分,也是區(qū)別傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要標(biāo)志之一,智能設(shè)備是附加了智能組件的高壓設(shè)備,智能組件通過狀態(tài)感知和指令執(zhí)行元件,實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的可視化、控制的網(wǎng)絡(luò)化和自動化,為智能電網(wǎng)提供最基礎(chǔ)的功能支撐,智能設(shè)備不僅僅是測量與控制方面的技術(shù)革新,對變電站設(shè)計(jì)、電網(wǎng)運(yùn)行、乃至高壓設(shè)備本身的技術(shù)發(fā)智能變電站關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究 13 展,都有重大影響,智能設(shè)備將使整個變電站向著更加簡約、可靠和智能的方向發(fā)展。 智能變電站的結(jié)構(gòu) 智能變電站以智能一次設(shè)備和統(tǒng)一信息平臺為基礎(chǔ),通過采用先進(jìn)的傳感器、電子信息、通信控制、人工智能等技術(shù)。
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