【正文】 的發(fā)展過(guò)程 國(guó)外變電站綜合自動(dòng)化的早期發(fā)展概況 國(guó)外變電站自動(dòng)化的研究工作始于 20世紀(jì) 70年代。 這階段廠站自動(dòng)化的特點(diǎn)：形成變電站內(nèi)的 自動(dòng)化孤島 。 *電磁式的自動(dòng)裝置 *晶體管式的自動(dòng)裝置 *集成電路式的自動(dòng)裝置 2021/6/14 7 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動(dòng) 化提供了有利的條件 (2) 微處理器為核心的智能自動(dòng)裝置階段 。 2021/6/14 6 變電站自動(dòng)化是技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢(shì) 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動(dòng) 化提供了有利的條件 變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展過(guò)程與相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。 ★ 維護(hù)工作量大 ， 設(shè)備可靠性差 。 ★ 供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證 。 2021/6/14 5 變電站自動(dòng)化是技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢(shì) ii) 常規(guī)的變電站存在的問(wèn)題 ★ 安全性 、 可靠性不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求 。 這種差異 ，決定了電力工業(yè)發(fā)展必須實(shí)行西電東送 、 南北互供 、 全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略 。并且要做到系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng) ， 可靠水平不降低 。2021/6/14 1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 黃益莊 教授 地址：清華大學(xué)西主樓三區(qū) 216室 清華大學(xué)電機(jī)工程系 電話 ：（ 010） 62784706 13701073392 2021/6/14 2 內(nèi)容提要 第 1章 變電站綜合自動(dòng)化的基本概念 第 2章 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能 第 3章 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 第 4章 數(shù)字量的輸入、輸出 第 5章 模擬量的輸入、輸出 第 6章 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 第 7章 變電站與調(diào)度中心的通信標(biāo)準(zhǔn) 2021/6/14 3 第 1章 變電站綜合自動(dòng)化的基本概念 變電站自動(dòng)化是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì) 變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程 2021/6/14 4 變電站自動(dòng)化是技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢(shì) ? 當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的要求 i) 全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性提出更高要求。 國(guó)家電力公司陸延昌在 2021年全國(guó)電網(wǎng)調(diào)度工作會(huì)議上明確指出：堅(jiān)持全國(guó)聯(lián)網(wǎng) 、 西電東送 、 南北互聯(lián)的發(fā)展方向不動(dòng)搖 。 我國(guó)水力資源主要集中在西部和西南部 ， 這兩地區(qū)可開(kāi)發(fā)電量占全國(guó) %；煤炭資源華北和西北兩地區(qū)占 80%；而負(fù)荷中心集中在中部和東部沿海 ，這兩地區(qū)的經(jīng)濟(jì)總量占全國(guó) 82%， 電力消費(fèi)占 78%。 要做到全國(guó)聯(lián)網(wǎng)后，供電可靠性水平不降低，加強(qiáng)發(fā)電廠、變電站的安全、可靠運(yùn)行、提高其自動(dòng)化水平很為重要。 ★ 不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計(jì)算和實(shí)時(shí)性要求 。 ★ 不利于提高運(yùn)行管理水平 。 ★ 占地面積大 ， 增加征地投資 。變電站自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程有三個(gè)階段： (1) 變電站分立元件的自控裝置階段 。 計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展 ， 尤其是 20世紀(jì) 70年代微處理器的問(wèn)世和微計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 ，為變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了必要的手段 。 (3) 變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展 ， 全面促進(jìn)變電站技術(shù)水 平和運(yùn)行管理水平的提高 。 70年代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國(guó)新裝的遠(yuǎn)動(dòng)裝置都是微機(jī)型的。1975年由關(guān)西電子公司和三菱電氣有限公司合作，研究配電變電站數(shù)字控制系統(tǒng)。 SDCS1型由 13臺(tái)微機(jī)組成。該變電站具有 3臺(tái)變壓器， 4回 77kV進(jìn)線， 36回 。 1995年西門(mén)子公司的變電站自動(dòng)化系統(tǒng) LSA678在我國(guó)已有十多個(gè)工程。 變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程 2021/6/14 11 我國(guó)變電站自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程 我國(guó)變電站綜合自動(dòng)化的研究工作始于 80年代中期。 該系統(tǒng)由 3臺(tái)微機(jī)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如 圖 。望島變電站是一個(gè) 35kV/10kV城市變電站，有 2回 35kV進(jìn)線， 2臺(tái)主變， 8回 10kV出線， 2組電容器。按功能分為 3個(gè)子系統(tǒng) ：（ 1）安全監(jiān)控子系統(tǒng)；（ 2）微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)；（ 3）電壓、無(wú)功控制子系統(tǒng)。 90年代中期后，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)迅速發(fā)展 。 變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程 2021/6/14 12 變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程 我國(guó)變電站自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程 圖 變電站微機(jī)監(jiān)測(cè)、保護(hù)綜合控制系統(tǒng)框圖 2021/6/14 13 變電站綜合自動(dòng)化與無(wú)人值班 ? 無(wú)人值班的發(fā)展簡(jiǎn)況 ? 西歐、北美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的絕大多數(shù)變電站，包括許多 500kV、 380kV的變電站也都實(shí)行無(wú)人值班。調(diào)度室可掌握所有 225/20kV變電站及 20kV主網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，調(diào)度中心可以直接進(jìn)行必要的處理，使受停電影響的用戶迅速恢復(fù)供電。 2021/6/14 14 無(wú)人值班的發(fā)展簡(jiǎn)況 １ .早期的無(wú)人值班變電站沒(méi)有自動(dòng)化功能。 2. 20世紀(jì) 60年代 ， 進(jìn)入了遠(yuǎn)方監(jiān)視的無(wú)人值班階段 。 促進(jìn)了調(diào)度自動(dòng)化實(shí)用化的深入開(kāi)展和電網(wǎng)調(diào)度管理水平的提高 。 該文件明確指出實(shí)行變電站遙控和無(wú)人值班是可行的 ， 是電網(wǎng)調(diào)度管理的發(fā)展方向 ， 并明確指出各單位要積極穩(wěn)妥地開(kāi)展此項(xiàng)工作 ， 要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況 ， 因地制宜 ， 統(tǒng)籌安排 ， 綜合考慮 ， 做好規(guī)劃， 逐步實(shí)施 。 該文件對(duì)全國(guó)無(wú)人值班變電站的建設(shè)起了很大的推動(dòng)作用 。 (2) 提高運(yùn)行的可靠性 ， 減少誤操作率 。 2021/6/14 16 變電站綜合自動(dòng)化全面提高無(wú)人值班變電站的技術(shù)水平 （ 1） 提高了變電站的安全 、 可靠運(yùn)行水平 。 （ 4） 提高供電質(zhì)量 ， 提高電壓合格率 ， 降低電能損耗 。由于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的 微機(jī)保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置，都具有故障自診斷功能，裝置內(nèi)部有故障，能自動(dòng)顯示故障部位，縮短了維修時(shí)間 。國(guó)外發(fā)表的文章也稱(chēng) “ 綜合自動(dòng)化 ” ， 或一體化的變電站控制與保護(hù) 。此名詞被國(guó)際電工委員會(huì)的 TC 57技術(shù)委員會(huì) （ 即電力系統(tǒng)通信和控制技術(shù)委員會(huì) ） 在制定的 IEC 61850（ 即變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng) ） 標(biāo)準(zhǔn)中采納 。 在 IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中 ， 對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng) （ SAS） 的定義為：變電站自動(dòng)化系統(tǒng)就是在變電站內(nèi)提供包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動(dòng)化 。 變電站自動(dòng)化系統(tǒng) ， 是利用多臺(tái)微型計(jì)算機(jī) （ 包括單片機(jī)等 ） 和大規(guī)模集成電路組成的分級(jí)分布式的自動(dòng)化系統(tǒng) ， 它以微計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ) ，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站傳統(tǒng)的繼電保護(hù) 、 測(cè)量手段 、 控制方式以及通信和管理模式的全面改造 。 2021/6/14 20 監(jiān)控子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 模擬量的采樣方式 數(shù)據(jù)采集途徑 安全監(jiān)控功能 操作與控制功能 人機(jī)聯(lián)系功能 運(yùn)行記錄功能 對(duì)時(shí)功能 2021/6/14 21 數(shù)據(jù)采集 內(nèi)容 （ 1）模擬量的采集 （ 2） 開(kāi)關(guān)量的采集 （ 3） 事件順序記錄 （ SOE） （ 4） 電能量的采集 2021/6/14 22 模擬量的采樣方式 *電力系統(tǒng)和電廠 、 變電站中的模擬量有三種類(lèi)型 。 1. 直流采樣 直流采樣是指將現(xiàn)場(chǎng)不斷連續(xù)變化的模擬量先轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào) ， 再送至 A／ D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換；即 A／ D轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號(hào) 。 如下頁(yè)圖 。 2021/6/14 23 圖 交流電壓電流輸入通道結(jié)構(gòu)框圖 （ a）電壓輸入通道 （ b）電流輸入通道 2021/6/14 24 兩種采樣方式的比較 1．直流采樣的特點(diǎn) 2．交流采樣的主要特點(diǎn) 采樣定理 一個(gè)隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量 f(t)，如圖 （ a），經(jīng)過(guò)采樣后，得到一系列的脈沖序列 f*(t)，它是離散的信號(hào)，被稱(chēng)為采樣信號(hào)，如圖 (c) 。 2021/6/14 25 圖 采樣過(guò)程 2021/6/14 26 安全監(jiān)控功能 ， 如發(fā)現(xiàn)越限 ， 立刻發(fā)出告警信息 ， 同時(shí)記錄和顯示越限時(shí)間和越限值 ， 并將越限情況遠(yuǎn)傳給調(diào)度中心或控制中心 。 3. 將監(jiān)視結(jié)果及時(shí)傳送給調(diào)度中心 ， 并接收和執(zhí)行調(diào)度中心下達(dá)的各種命令 。 斷路器的操作閉鎖應(yīng)包括以下內(nèi)容 : (1） 斷路器操作時(shí) ， 應(yīng)閉鎖重合閘； （ 2） 當(dāng)?shù)剡M(jìn)行操作和遠(yuǎn)方控制操作 ， 要互相閉鎖 。 (4)其他 2021/6/14 28 人機(jī)聯(lián)系功能 ：顯示器 、 鼠標(biāo)和鍵盤(pán) 。 （ 8） 其它：故障記錄顯示 、 設(shè)備運(yùn)行狀況顯示等 。 對(duì)于無(wú)人值班變電站，可不設(shè)當(dāng)?shù)卮蛴」δ埽髯冸娬镜倪\(yùn)行 報(bào)表，集中在控制中心打印輸出。 2021/6/14 30 微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng) 繼電保護(hù)的基本任務(wù) 對(duì)繼電保護(hù) 的基本要求 微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)內(nèi)容 微機(jī)保護(hù)的優(yōu)越性 2021/6/14 31 繼電保護(hù)的基本任務(wù) （ 1） 有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中快速 、自動(dòng)地切除 ， 使其損壞程度減至最輕 ， 并保證最大限度地迅速恢復(fù)系統(tǒng)中無(wú)故障部分的正常運(yùn)行 。 （ 3） 根據(jù)實(shí)際情況 ， 盡快自動(dòng)恢復(fù)停電部分的供電 。 （ 3）具有故障記錄功能 （ 4）察看 和授權(quán)修改保護(hù)整定值 方便 （ 5） 具有 故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能 （ 6）具有對(duì)時(shí)功能 （ 7） 具有 通信功能和標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)約 。 . 微機(jī)保護(hù)優(yōu)越性 （ 1） 靈活性強(qiáng) （ 2）穩(wěn)定性好 （ 3）利用微機(jī)的記憶功能，可改善保護(hù)性能 （ 4）體積小，功能全。 電能量的采集和管理是變電站綜合自動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分 。 大家最熟悉的感應(yīng)式電能表 。 電子式電能表 由硬件乘法器完成對(duì) u ,i相乘得到功率的測(cè)量 ， 由于它沒(méi)有傳統(tǒng)的電能表上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) ， 因此又被稱(chēng)為靜止電能表或固態(tài)電能表 。 （ 1）利用單片機(jī)或 DSP（ 數(shù)字信號(hào)處理器）為核心，利用高精度的 A/D轉(zhuǎn)換器和采樣保持器，采集 u和 i , 通過(guò)軟件計(jì)算 P、 Q，以及 kWH和 kVarH等量。 幾種特殊功能的新型電能表 （ 1）具有電能計(jì)量綜合誤差自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償功能的多功能電能表 （ 2） 基波電能表 (3） 多功能視在電能表 軟件計(jì)算電能量 2021/6/14 37 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電能量計(jì)量系統(tǒng)的管理模式 設(shè)置專(zhuān)用電能質(zhì)量管理機(jī) 串行接口管理模式 一般新建的變電站或 220kV及以上變電站 ， 多采用微機(jī)型電能表 ， 它們一般都具有 RS 232/RS 485串行通信接口 ， 因此可直接將這些電能表利用屏蔽雙絞線或同軸電纜組成 RS 485網(wǎng)絡(luò) 。 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)管理模式 上述串行接口模式接口簡(jiǎn)單，投資少，但一個(gè) RS 485網(wǎng)能聯(lián)接的電能表有限。 2021/6/14 38 自動(dòng)控制子系統(tǒng) 變電站的電壓 、 無(wú)功綜合控制 備用電源自投控制 低頻減負(fù)荷控制 2021/6/14 39 變電站的電壓無(wú)功綜合控制 電壓、無(wú)功綜合控制的重