智 能 变 电 站
内容安排
1
智能变电站概述 智能变电站建设 项目及解决方案 展望
2
3
4
变电站现状 之 常规变电站
采集资源重复、设计复杂
-变电站内存在多套系统 -数据采集要求不一致 -大量设备都有数据采集单元
系统、设备之间互操作性差
-通信规约繁杂 -缺乏一致性测试、权威认证 -线性点表传输割裂了数据之间的联系
信息不标准不规范，难以充分应用
-原理、算法、模型不一致导致信息输出不一致 -装置信息输出不平衡 -通讯规约的信息承载率低
变电站现状 之 数字化变电站
数字化变电站两大应用
－电子式互感器 －IEC61850
数字化变电站建设情况
－建设标准、规范 －过程层／间隔层设备与一次设备接口 －厂站与主站接口 －整个变电站的建设体系 －信息体系、智能应用 －检验、试验评估体系
客观定位
智能电网对变电站的需求
坚强可靠：首要地位 信息化：信息孤岛 自动化：范围的扩大 互动化：横向、纵向
概念图
调度
智能变电站
相邻变电站
电源
用户
智能变电站定义
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 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。
智能变电站体系架构
• 层次的划分
–站控层、间隔层、设备层 –换个角度
Object
内容安排
1
智能变电站概述 智能变电站建设 项目及解决方案 展望
2
3
4
智能变电站与数字化变电站
侧重点
非常规互感器应用 信息标准化 传输网络化
数字化变电站技术是智能变电站发展的基础 智能变电站是进一步综合站内功能与发展对外支撑 智能变电站的“智能”
设备智能化 高级智能应用 站间信息交互
数字化变电站是智能变电站的初级阶段 智能变电站是变电站整体技术的跨越
智能变电站相关标准、规范
《智能变电站技术导则》Q/GDW383-2009 《110kV～220kV智能变电站设计规范》Q/GDW3932009 《330kV～750kV智能变电站设计规范》Q/GDW3942009 《变电站智能化改造技术规范》Q/GDW Z 414-2010 《智能变电站继电保护技术规范》Q/GDW 441-2010 电子互感器、合并单元、测控装置等技术规范
系统构建原则
• 高可靠性的设备是变电站坚强的基础； • 综合分析、自动协同控制是变电站智能的关键； • 设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、检修状态化
是发展方向； • 运维高效化是最终目标。
• 遵循相关标准、规范、规定； • 符合易集成、易扩展、易升级、
易改造、易维护的工业化
应用要求； • 实现变电站与调度、相邻变电站、电源、用户之间的协同 互动； • 建立站内统一信息平台； • 进行智能化能力的测试与智能化程度的评估。
现阶段智能变电站建设
• 保护设备
－直接采集（单间跳闸方式、跨间隔跳闸方式） －双重化配置
• 智能设备
－在线监测及信息模型、与自动化系统互联 －智能组件逐步下放、设备调试、校验自动化
• 完善系统
－网络规范化 －系统一体化设计、集成整合 －计量问题
• 高级功能
－信息平台及交换标准、站域控制 －智能告警、源端维护
单元、装置与设备
单元强调实现的功能，主要是逻辑概念，非物理实物，功能实 现可以跨越多个装置，可以是装置的一部分。此概念同 IEC61850相同。 装置是单元或者部分单元的物理载体，具有物理形态。在常规 变电站中，单元和装置的概念是重合的，但在数字化变电站中 开始分离 设备也是一个物理概念，大于装置。智能设备是一系列一次设 备、功能的集合
F1
LC12
LN1
PC13
F2
LN2
PD1
PC12
LN3
LC36 LC35 LC14 LC56
LN6
PD2
LN5
LN4
PC23
PD3
智能变电站设计
• 智能变电站设计流程
开始
根据需求确定系统 需要实现的功能
根 据 功 能 通 过 SCL对 节点进行自由配置
系统调试
以站内设备为对象 确定通用功能
校 核 SCD文 件
系统投运
1
将已确定功能分解 为标准的逻辑节点
与预期功能是 否一致设计？
No
1
按照系统层、设备 层划分节点
Yes
分配节点功能至具 体 IED实 现
下载相应的配置文 件 至 IED
智能变电站设计
智能变电站设计
• 保护模型：PDIF、PTOC等 • 相关功能模型：RREC、RBRF等 • 测量功能模型：MMXU、MMXN等 • 控制功能模型：CSWI、CILO等 • 状态监测功能模型：SIMG、SIML或GGIO、GAPC等 • 计量功能模型：MMTR等
智能变电站设计
• 智能变电站系统架构图
内容安排
1
智能变电站概述 智能变电站建设 项目及解决方案 展望
2
3
4
阶段性成果汇报
• 积极参加国网公司相关规划、标准、规范的制定
–《智能电网关键技术研究框架》 –《智能电网关键装备（系统）研制规划》 –《智能变电站技术导则》 –… … • 承担国网公司相关课题的研究和基地建设 –输变电设备状态检修辅助决策应用研究与开发； –智能变电站和主站共享建模技术研究； –承担国家电网智能电网科研产业（南京）基地建设 –… … • 正在开展多个智能变电站相关课题的研究 –三态测控、全景数据、厂站与主站模型等； –… …
阶段性成果汇报
• 完整的产品系列及工程实施经验
–具有智能变电站系列产品的研发、生产、测试的能力，
并已形成不同等级智能变电站的解决方案； –具有前期数十座数字化变电站建设经验； –… … • 高压设备方面取得的阶段性成果 –光纤电流、电压互感器； –变压器、高压电缆、避雷器等一次设备在线监测系统； –… … • 重点实验室、检测机构保驾护航 –“电磁兼容”、“信息安全”等重点实验室； –“国家高压计量站”； –… …
系统架构
• 三层架构
–站控层 –间隔层 –过程层 • 数据流 –MMS数据流 –GOOSE横向闭锁数据流 –采样数据流、GOOSE控制数据流 • 三个数据网 –MMS网 –GOOSE网 –SMV网
网络结构方案
网络结构方案
网络结构方案
网络结构方案
网络结构方案
时钟同步方案
•
IEC 61850标准体系对时钟同步性能要求 保护及控制类IED时钟同步性能要求：
互感器类IED时钟同步性能要求：
时钟同步方案
• • • •
SNTP 基于同步时钟 基于算法 IEEE1588
间隔层保护、测控、安稳方案
• 110kV等级配置保护测控一体化 • 220kV及以上等级双套配置
–线路保护双套配置，测控配三态测控 –主变压器电量保护主后一体化双套配置，非电量保护 单套配置，两套三态测控 –母联、分段双套配置，单套三态测控 –母线保护双套配置，单套三态测控 • 配置区域稳定控制设备 –失步解列 –低频振荡解列
互感器、计量方案
• 互感器配置
–常规互感器、光纤互感器 –双重化 –变压器套管
• 计量表计
–普通计量 –电量平衡 –关口计费
网络记录、故障录波方案
•
报文截取手段 – 交换机端口镜像技术 – 串联集线器或专用截取报文设备 记录分析设备 – 不间断记录网络报文 – 离线解析分析报文 – 在线分析报文 – 对于220kV及以上线路和主变，保护为双套配置，因而 录波器也双套配置，录波器双套分别挂在GOOSE A网 和GOOSE B网；对于110kV部分，则单套配置。
•
状态检测及一次设备智能化方案
统一信息平台方案
高级应用方案
•程序化操作
联动、急停
•站内状态估计
站内状态估计及数据辨识与处理功能，保证基础数据的 正确性。
•源端维护
维护时在变电站利用统一配置工具进行配置，生成标准 配置文件。监控系统与调度/集控系统可自动获得变电站标 准配置文件，并自动导入到自身系统数据库中。
高级应用方案
•支撑经济运行与优化控制
无功自动调节等
•站域控制
通过对变电站内信息的分布协同利用或集中处理判断， 实现站内自动控制功能的装置或系统。
•与外部系统信息交互
具有与大用户、电源等外部系统进行信息交换的功能， 能转发进线、出线运行状况等相关信息。
其它部分方案
• 辅
助设施：视频监控、安防 、电源能一体化 • 变电站设计：优化、节约、高效和环保 • 调试与验收：设备调试工具和手段 • 运行维护：智能化、安全性 • 检测评估：智能化测试和评估 • 附录：描述智能变电站体系结构
内容安排
1
智能变电站概述 智能变电站建设 项目及解决方案 展望
2
3
4
潜在的与现行标准、规定的管理冲突
• 协同互动——安全防护总体方案 • GOOSE——国网十八项反错措施 • 系统安全状态评估/预警和控制以及安全稳定控制装置/系
统的协同互动将突破三道防线的概念，相互渗透，相互联 动。 • 没有数字式计量检定的相关规定 • 分阶段实施
谢 谢！
智 能 变 电 站
内容安排
1
智能变电站概述 智能变电站建设 项目及解决方案 展望
2
3
4
变电站现状 之 常规变电站
采集资源重复、设计复杂
-变电站内存在多套系统 -数据采集要求不一致 -大量设备都有数据采集单元
系统、设备之间互操作性差
-通信规约繁杂 -缺乏一致性测试、权威认证 -线性点表传输割裂了数据之间的联系
信息不标准不规范，难以充分应用
-原理、算法、模型不一致导致信息输出不一致 -装置信息输出不平衡 -通讯规约的信息承载率低
变电站现状 之 数字化变电站
数字化变电站两大应用
－电子式互感器 －IEC61850
数字化变电站建设情况
－建设标准、规范 －过程层／间隔层设备与一次设备接口 －厂站与主站接口 －整个变电站的建设体系 －信息体系、智能应用 －检验、试验评估体系
客观定位
智能电网对变电站的需求
坚强可靠：首要地位 信息化：信息孤岛 自动化：范围的扩大 互动化：横向、纵向
概念图
调度
智能变电站
相邻变电站
电源
用户
智能变电站定义
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 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。
智能变电站体系架构
• 层次的划分
–站控层、间隔层、设备层 –换个角度
Object
内容安排
1
智能变电站概述 智能变电站建设 项目及解决方案 展望
2
3
4
智能变电站与数字化变电站
侧重点
非常规互感器应用 信息标准化 传输网络化
数字化变电站技术是智能变电站发展的基础 智能变电站是进一步综合站内功能与发展对外支撑 智能变电站的“智能”
设备智能化 高级智能应用 站间信息交互
数字化变电站是智能变电站的初级阶段 智能变电站是变电站整体技术的跨越
智能变电站相关标准、规范
《智能变电站技术导则》Q/GDW383-2009 《110kV～220kV智能变电站设计规范》Q/GDW3932009 《330kV～750kV智能变电站设计规范》Q/GDW3942009 《变电站智能化改造技术规范》Q/GDW Z 414-2010 《智能变电站继电保护技术规范》Q/GDW 441-2010 电子互感器、合并单元、测控装置等技术规范
系统构建原则
• 高可靠性的设备是变电站坚强的基础； • 综合分析、自动协同控制是变电站智能的关键； • 设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、检修状态化
是发展方向； • 运维高效化是最终目标。
• 遵循相关标准、规范、规定； • 符合易集成、易扩展、易升级、
易改造、易维护的工业化
应用要求； • 实现变电站与调度、相邻变电站、电源、用户之间的协同 互动； • 建立站内统一信息平台； • 进行智能化能力的测试与智能化程度的评估。
现阶段智能变电站建设
• 保护设备
－直接采集（单间跳闸方式、跨间隔跳闸方式） －双重化配置
• 智能设备
－在线监测及信息模型、与自动化系统互联 －智能组件逐步下放、设备调试、校验自动化
• 完善系统
－网络规范化 －系统一体化设计、集成整合 －计量问题
• 高级功能
－信息平台及交换标准、站域控制 －智能告警、源端维护
单元、装置与设备
单元强调实现的功能，主要是逻辑概念，非物理实物，功能实 现可以跨越多个装置，可以是装置的一部分。此概念同 IEC61850相同。 装置是单元或者部分单元的物理载体，具有物理形态。在常规 变电站中，单元和装置的概念是重合的，但在数字化变电站中 开始分离 设备也是一个物理概念，大于装置。智能设备是一系列一次设 备、功能的集合
F1
LC12
LN1
PC13
F2
LN2
PD1
PC12
LN3
LC36 LC35 LC14 LC56
LN6
PD2
LN5
LN4
PC23
PD3
智能变电站设计
• 智能变电站设计流程
开始
根据需求确定系统 需要实现的功能
根 据 功 能 通 过 SCL对 节点进行自由配置
系统调试
以站内设备为对象 确定通用功能
校 核 SCD文 件
系统投运
1
将已确定功能分解 为标准的逻辑节点
与预期功能是 否一致设计？
No
1
按照系统层、设备 层划分节点
Yes
分配节点功能至具 体 IED实 现
下载相应的配置文 件 至 IED
智能变电站设计
智能变电站设计
• 保护模型：PDIF、PTOC等 • 相关功能模型：RREC、RBRF等 • 测量功能模型：MMXU、MMXN等 • 控制功能模型：CSWI、CILO等 • 状态监测功能模型：SIMG、SIML或GGIO、GAPC等 • 计量功能模型：MMTR等
智能变电站设计
• 智能变电站系统架构图
内容安排
1
智能变电站概述 智能变电站建设 项目及解决方案 展望
2
3
4
阶段性成果汇报
• 积极参加国网公司相关规划、标准、规范的制定
–《智能电网关键技术研究框架》 –《智能电网关键装备（系统）研制规划》 –《智能变电站技术导则》 –… … • 承担国网公司相关课题的研究和基地建设 –输变电设备状态检修辅助决策应用研究与开发； –智能变电站和主站共享建模技术研究； –承担国家电网智能电网科研产业（南京）基地建设 –… … • 正在开展多个智能变电站相关课题的研究 –三态测控、全景数据、厂站与主站模型等； –… …
阶段性成果汇报
• 完整的产品系列及工程实施经验
–具有智能变电站系列产品的研发、生产、测试的能力，
并已形成不同等级智能变电站的解决方案； –具有前期数十座数字化变电站建设经验； –… … • 高压设备方面取得的阶段性成果 –光纤电流、电压互感器； –变压器、高压电缆、避雷器等一次设备在线监测系统； –… … • 重点实验室、检测机构保驾护航 –“电磁兼容”、“信息安全”等重点实验室； –“国家高压计量站”； –… …
系统架构
• 三层架构
–站控层 –间隔层 –过程层 • 数据流 –MMS数据流 –GOOSE横向闭锁数据流 –采样数据流、GOOSE控制数据流 • 三个数据网 –MMS网 –GOOSE网 –SMV网
网络结构方案
网络结构方案
网络结构方案
网络结构方案
网络结构方案
时钟同步方案
•
IEC 61850标准体系对时钟同步性能要求 保护及控制类IED时钟同步性能要求：
互感器类IED时钟同步性能要求：
时钟同步方案
• • • •
SNTP 基于同步时钟 基于算法 IEEE1588
间隔层保护、测控、安稳方案
• 110kV等级配置保护测控一体化 • 220kV及以上等级双套配置
–线路保护双套配置，测控配三态测控 –主变压器电量保护主后一体化双套配置，非电量保护 单套配置，两套三态测控 –母联、分段双套配置，单套三态测控 –母线保护双套配置，单套三态测控 • 配置区域稳定控制设备 –失步解列 –低频振荡解列
互感器、计量方案
• 互感器配置
–常规互感器、光纤互感器 –双重化 –变压器套管
• 计量表计
–普通计量 –电量平衡 –关口计费
网络记录、故障录波方案
•
报文截取手段 – 交换机端口镜像技术 – 串联集线器或专用截取报文设备 记录分析设备 – 不间断记录网络报文 – 离线解析分析报文 – 在线分析报文 – 对于220kV及以上线路和主变，保护为双套配置，因而 录波器也双套配置，录波器双套分别挂在GOOSE A网 和GOOSE B网；对于110kV部分，则单套配置。
•
状态检测及一次设备智能化方案
统一信息平台方案
高级应用方案
•程序化操作
联动、急停
•站内状态估计
站内状态估计及数据辨识与处理功能，保证基础数据的 正确性。
•源端维护
维护时在变电站利用统一配置工具进行配置，生成标准 配置文件。监控系统与调度/集控系统可自动获得变电站标 准配置文件，并自动导入到自身系统数据库中。
高级应用方案
•支撑经济运行与优化控制
无功自动调节等
•站域控制
通过对变电站内信息的分布协同利用或集中处理判断， 实现站内自动控制功能的装置或系统。
•与外部系统信息交互
具有与大用户、电源等外部系统进行信息交换的功能， 能转发进线、出线运行状况等相关信息。
其它部分方案
• 辅
助设施：视频监控、安防 、电源能一体化 • 变电站设计：优化、节约、高效和环保 • 调试与验收：设备调试工具和手段 • 运行维护：智能化、安全性 • 检测评估：智能化测试和评估 • 附录：描述智能变电站体系结构
内容安排
1
智能变电站概述 智能变电站建设 项目及解决方案 展望
2
3
4
潜在的与现行标准、规定的管理冲突
• 协同互动——安全防护总体方案 • GOOSE——国网十八项反错措施 • 系统安全状态评估/预警和控制以及安全稳定控制装置/系
统的协同互动将突破三道防线的概念，相互渗透，相互联 动。 • 没有数字式计量检定的相关规定 • 分阶段实施
谢 谢！