2021/8/21 1 變電站綜合自動化系統(tǒng) 注：本課件來源于網(wǎng)絡(luò)，僅作為學(xué)習(xí)討論使用。注：本課件來源于網(wǎng)絡(luò)，僅作為學(xué)習(xí)討論使用。 2021/8/21 2 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 第第1章章 變電站綜合自動化的基本概念變電站綜合自動化的基本概念 第第2章章 變電站自動化系統(tǒng)的功能變電站自動化系統(tǒng)的功能 第第3章章 變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 第第4章章 數(shù)字量的輸入、輸出數(shù)字量的輸入、輸出 第第5章章 模擬量的輸入、輸出模擬量的輸入、輸出 第第6章章 變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 第第7章章 變電站與調(diào)度中心的通信標準變電站與調(diào)度中心的通信標準 2021/8/21 3 第第1章章 變電站綜合自動化的基本概念變電站綜合自動化的基本概念 1.1 變電站自動化是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢變電站自動化是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢 1.2 變電站綜合自動化的發(fā)展過程變電站綜合自動化的發(fā)展過程 1.3變電站綜合自動化與無人值班變電站綜合自動化與無人值班 2021/8/21 4 1.1 變電站自動化是技術(shù)發(fā)展的變電站自動化是技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢必然趨勢 1.1.1 當前電力系統(tǒng)發(fā)展的要求當前電力系統(tǒng)發(fā)展的要求 i) 全國聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，對電力系統(tǒng)的可靠性提出更高要求。全國聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，對電力系統(tǒng)的可靠性提出更高要求。 國家電力公司陸延昌在國家電力公司陸延昌在2000年全國電網(wǎng)調(diào)度工作會議上明確年全國電網(wǎng)調(diào)度工作會議上明確指出：堅持全國聯(lián)網(wǎng)指出：堅持全國聯(lián)網(wǎng)、西電東送西電東送、南北互聯(lián)的發(fā)展方向不動搖南北互聯(lián)的發(fā)展方向不動搖。并且要做到系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)并且要做到系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可靠水平不降低可靠水平不降低。我國水力資源主要集中我國水力資源主要集中在西部和西南部在西部和西南部，這兩地區(qū)可開發(fā)電量占全國這兩地區(qū)可開發(fā)電量占全國82.9%；煤炭資源；煤炭資源華北和西北兩地區(qū)占華北和西北兩地區(qū)占80%；而負荷中心集中在中部和東部沿海；而負荷中心集中在中部和東部沿海，這兩地區(qū)的經(jīng)濟總量占全國這兩地區(qū)的經(jīng)濟總量占全國82%，電力消費占電力消費占78%。這種差異這種差異，決定了電力工業(yè)發(fā)展必須實行西電東送決定了電力工業(yè)發(fā)展必須實行西電東送、南北互供南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)的全國聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略戰(zhàn)略。 要做到全國聯(lián)網(wǎng)后，供電可靠性水平不降低，加強發(fā)電廠、要做到全國聯(lián)網(wǎng)后，供電可靠性水平不降低，加強發(fā)電廠、變電站的安全、可靠運行、提高其自動化水平很為重要。變電站的安全、可靠運行、提高其自動化水平很為重要。 2021/8/21 5 1.1 變電站自動化是技術(shù)發(fā)展的變電站自動化是技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢必然趨勢 ii) 常規(guī)的變電站存在的問題常規(guī)的變電站存在的問題 安全性安全性、可靠性不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求可靠性不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。 不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算和實時性要求不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算和實時性要求。 供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證。 不利于提高運行管理水平不利于提高運行管理水平。 維護工作量大維護工作量大，設(shè)備可靠性差設(shè)備可靠性差。 占地面積大占地面積大，增加征地投資增加征地投資。 2021/8/21 6 1.1 變電站自動化是技術(shù)發(fā)展的變電站自動化是技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢必然趨勢 1.1.2 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動 化提供了有利的條件化提供了有利的條件 變電站自動化技術(shù)的發(fā)展過程與相關(guān)學(xué)科變電站自動化技術(shù)的發(fā)展過程與相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。變電站自動化發(fā)展過程有三的發(fā)展密切相關(guān)。變電站自動化發(fā)展過程有三個階段：個階段： (1) 變電站分立元件的自控裝置階段變電站分立元件的自控裝置階段。 *電磁式的自動裝置電磁式的自動裝置 *晶體管式的自動裝置晶體管式的自動裝置 *集成電路式的自動裝置集成電路式的自動裝置 2021/8/21 7 1.1.2 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動 化提供了有利的條件化提供了有利的條件 (2) 微處理器為核心的智能自動裝置階段微處理器為核心的智能自動裝置階段。 計算機工業(yè)的發(fā)展計算機工業(yè)的發(fā)展，尤其是尤其是20世紀世紀70年代年代微處理器的問世和微計算機技術(shù)的迅速發(fā)展微處理器的問世和微計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，為變電站自動化技術(shù)的發(fā)展提供了必要的手段為變電站自動化技術(shù)的發(fā)展提供了必要的手段。 這階段廠站自動化的特點：形成變電站內(nèi)的這階段廠站自動化的特點：形成變電站內(nèi)的 自動化孤島自動化孤島。 (3) 變電站綜合自動化的發(fā)展變電站綜合自動化的發(fā)展，全面促進變電全面促進變電站技術(shù)水站技術(shù)水 平和運行管理水平的提高平和運行管理水平的提高。 2021/8/21 8 1.2 變電站綜合自動化的發(fā)展過程變電站綜合自動化的發(fā)展過程 1.2.1 國外變電站綜合自動化的早期發(fā)展概況國外變電站綜合自動化的早期發(fā)展概況 國外變電站自動化的研究工作始于國外變電站自動化的研究工作始于20世紀世紀70年代。年代。70年年代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國新裝的遠動裝置代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國新裝的遠動裝置都是微機型的。都是微機型的。 變電站綜合自動化的研究工作，于變電站綜合自動化的研究工作，于70年代中、后期開始。年代中、后期開始。1975年由關(guān)西電子公司和三菱電氣有限公司合作，研究配年由關(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)。電變電站數(shù)字控制系統(tǒng)。1979年年9月完成樣機，稱為月完成樣機，稱為SDCS-1型，型，12月在變電站安裝運行，月在變電站安裝運行，1980年開始商品化生產(chǎn)。年開始商品化生產(chǎn)。 SDCS-1型由型由13臺微機組成。如臺微機組成。如圖圖1.2.1，它具有對一個，它具有對一個77kV/6.6kV的配電變電站的全部保護和控制功能。該變電的配電變電站的全部保護和控制功能。該變電站具有站具有3臺變壓器，臺變壓器，4回回77kV進線，進線，36回回6.6kV饋電線路。饋電線路。 2021/8/21 9 1.2 變電站綜合自動化的發(fā)展過程變電站綜合自動化的發(fā)展過程 圖1.2.1 SDCS1結(jié)構(gòu)方框圖 1.2.1 國外變電站綜合自動化的早期發(fā)展概況國外變電站綜合自動化的早期發(fā)展概況 2021/8/21 10 SDCS1按功能分為按功能分為3個子系統(tǒng)：個子系統(tǒng)： （1）繼電保護子系統(tǒng)）繼電保護子系統(tǒng) （2）測量子系統(tǒng)）測量子系統(tǒng) （3）控制子系統(tǒng)）控制子系統(tǒng) 80年代，研究變電站綜合自動化的國家和公司越年代，研究變電站綜合自動化的國家和公司越來越多，例如，德國西門子公司、來越多，例如，德國西門子公司、ABB公司、公司、AEG公公司、司、GE公司、西屋公司、阿爾斯通公司等都有自己的公司、西屋公司、阿爾斯通公司等都有自己的變電站自動化產(chǎn)品。變電站自動化產(chǎn)品。1995年西門子公司的變電站自動年西門子公司的變電站自動化系統(tǒng)化系統(tǒng)LSA678在我國已有十多個工程。在我國已有十多個工程。 國外研究工作突出的特點是他們彼此間一開始就國外研究工作突出的特點是他們彼此間一開始就十分重視這一領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范和標準的制定與協(xié)調(diào)十分重視這一領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范和標準的制定與協(xié)調(diào)。 1.2 變電站綜合自動化的發(fā)展過程變電站綜合自動化的發(fā)展過程 2021/8/21 11 1.2.2 我國變電站自動化的發(fā)展過程我國變電站自動化的發(fā)展過程 我國變電站綜合自動化的研究工作始于我國變電站綜合自動化的研究工作始于8080年代中期。年代中期。19871987年年清華大學(xué)電機工程系研究成功國內(nèi)第一個符合國情的綜合自動化系清華大學(xué)電機工程系研究成功國內(nèi)第一個符合國情的綜合自動化系統(tǒng)統(tǒng)。該系統(tǒng)由該系統(tǒng)由3 3臺微機組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如臺微機組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖圖1.2.21.2.2。19871987年在山東年在山東威海望島變電站成功地投入運行。望島變電站是一個威海望島變電站成功地投入運行。望島變電站是一個35kV/10kV35kV/10kV城城市變電站，有市變電站，有2 2回回35kV35kV進線，進線，2 2臺主變，臺主變，8 8回回10kV10kV出線，出線，2 2組電容器。組電容器。該系統(tǒng)擔負全變電站安全監(jiān)控、微機保護、電壓無功控制、中央信該系統(tǒng)擔負全變電站安全監(jiān)控、微機保護、電壓無功控制、中央信號等任務(wù)。按功能分為號等任務(wù)。按功能分為3 3個子系統(tǒng)個子系統(tǒng)：（：（1 1）安全監(jiān)控子系統(tǒng)；（）安全監(jiān)控子系統(tǒng)；（2 2）微機保護子系統(tǒng)；（微機保護子系統(tǒng)；（3 3）電壓、無功控制子系統(tǒng)。）電壓、無功控制子系統(tǒng)。 這是我國第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)，其成功的投入運行，這是我國第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)，其成功的投入運行，證明了我國完全可以自行研究，制造出具有國際先進水平，符合國證明了我國完全可以自行研究，制造出具有國際先進水平，符合國情的變電站綜合自動化系統(tǒng)。情的變電站綜合自動化系統(tǒng)。 9090年代中期后，綜合自動化系統(tǒng)迅速發(fā)展年代中期后，綜合自動化系統(tǒng)迅速發(fā)展。隨著微機技術(shù)的不隨著微機技術(shù)的不斷發(fā)展和已投入運行的變電站綜合系統(tǒng)取得的經(jīng)濟效益和社會效益，斷發(fā)展和已投入運行的變電站綜合系統(tǒng)取得的經(jīng)濟效益和社會效益，吸引全國許多用戶和科研單位和高等院校，因此變電站綜合自動化吸引全國許多用戶和科研單位和高等院校，因此變電站綜合自動化系統(tǒng)到系統(tǒng)到9090年代，成為熱門話題。年代，成為熱門話題。 1.2 變電站綜合自動化的發(fā)展過程變電站綜合自動化的發(fā)展過程 2021/8/21 12 1.2 變電站綜合自動化的發(fā)展過程變電站綜合自動化的發(fā)展過程 1.2.2 我國變電站自動化的發(fā)展過程我國變電站自動化的發(fā)展過程 圖圖1.2.2 變電站微機監(jiān)測、保護綜合控制系統(tǒng)框圖變電站微機監(jiān)測、保護綜合控制系統(tǒng)框圖 2021/8/21 13 1.3 變電站綜合自動化與無人值班變電站綜合自動化與無人值班 1.3.1國外無人值班的發(fā)展簡況無人值班的發(fā)展簡況 西歐、北美、日本等發(fā)達國家的絕大多數(shù)變電站，西歐、北美、日本等發(fā)達國家的絕大多數(shù)變電站，包括許多包括許多500kV、380kV的變電站也都實行無人值班。的變電站也都實行無人值班。例如：巴黎，例如：巴黎，1985年建立新一代的計算機自動管理系年建立新一代的計算機自動管理系統(tǒng)，所有統(tǒng)，所有225/20kV變電站都由調(diào)度中心集中控制。調(diào)變電站都由調(diào)度中心集中控制。調(diào)度室可掌握所有度室可掌握所有225/20kV變電站及變電站及20kV主網(wǎng)絡(luò)運行狀主網(wǎng)絡(luò)運行狀況，當電網(wǎng)發(fā)生事故時，調(diào)度中心可以直接進行必要況，當電網(wǎng)發(fā)生事故時，調(diào)度中心可以直接進行必要的處理，使受停電影響的用戶迅速恢復(fù)供電。與此同的處理，使受停電影響的用戶迅速恢復(fù)供電。與此同時也出現(xiàn)一批無人值班或少人值班的大、中小型水電時也出現(xiàn)一批無人值班或少人值班的大、中小型水電站，例如，到站，例如，到1980年止，意大利年止，意大利ENEL公司的公司的474個水個水電站中，無人值班達電站中，無人值班達408個，法國個，法國EDF公司公司450個水電個水電站中，有站中，有403個無人值班占個無人值班占90%。 2021/8/21 14 1.3.2國內(nèi)無人值班的發(fā)展簡況無人值班的發(fā)展簡況 . .早期的無人值班變電站沒有自動化功能。只適合不重要早期的無人值班變電站沒有自動化功能。只適合不重要的的35KV變電站。變電站。 2. 20世紀世紀60年代年代，進入了遠方監(jiān)視的無人值班階段進入了遠方監(jiān)視的無人值班階段。 3. 20世紀世紀80年代后期年代后期，無人值班技術(shù)又上了一個臺階無人值班技術(shù)又上了一個臺階。促促進了調(diào)度自動化實用化的深入開展和電網(wǎng)調(diào)度管理水平進了調(diào)度自動化實用化的深入開展和電網(wǎng)調(diào)度管理水平的提高的提高。 4. 國家電力調(diào)度通信中心于國家電力調(diào)度通信中心于1993年年12月月28日發(fā)布了調(diào)自日發(fā)布了調(diào)自 1994 2號文件號文件關(guān)于在地區(qū)電網(wǎng)中實施變電站遙控和無關(guān)于在地區(qū)電網(wǎng)中實施變電站遙控和無人值班的意見人值班的意見。該文件明確指出實行變電站遙控和無該文件明確指出實行變電站遙控和無人值班是可行的人值班是可行的，是電網(wǎng)調(diào)度管理的發(fā)展方向是電網(wǎng)調(diào)度管理的發(fā)展方向，并明確并明確指出各單位要積極穩(wěn)妥地開展此項工作指出各單位要積極穩(wěn)妥地開展此項工作，要根據(jù)當?shù)氐囊鶕?jù)當?shù)氐膶嶋H情況實際情況，因地制宜因地制宜，統(tǒng)籌安排統(tǒng)籌安排，綜合考慮綜合考慮，做好規(guī)劃做好規(guī)劃，逐步實施逐步實施。根據(jù)需要有些地區(qū)可考慮新建變電站一步根據(jù)需要有些地區(qū)可考慮新建變電站一步到位到位，即按無人站設(shè)計建設(shè)即按無人站設(shè)計建設(shè)，尤其是地區(qū)變電站尤其是地區(qū)變電站 。該文該文件對全國無人值班變電站的建設(shè)起了很大的推動作用件對全國無人值班變電站的建設(shè)起了很大的推動作用。 2021/8/21 15 1.3.31.3.3 變電站實現(xiàn)無人值班的目的和意義變電站實現(xiàn)無人值班的目的和意義 (1) 國民經(jīng)濟發(fā)展形勢的需要國民經(jīng)濟發(fā)展形勢的需要 不僅發(fā)達地區(qū)不僅發(fā)達地區(qū)、人口密集經(jīng)濟發(fā)展的地區(qū)需要發(fā)展人口密集經(jīng)濟發(fā)展的地區(qū)需要發(fā)展無人值班變電站；人口密度少無人值班變電站；人口密度少、經(jīng)濟不甚發(fā)達的邊遠經(jīng)濟不甚發(fā)達的邊遠地區(qū)地區(qū)，發(fā)展無人值班也很重要發(fā)展無人值班也很重要。 (2) 提高運行的可靠性提高運行的可靠性，減少誤操作率減少誤操作率。 (3) 提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率 (4) 降低變電站建設(shè)成本降低變電站建設(shè)成本 。 2021/8/21 16 1.3.4 1.3.4 變電站綜合自動化全面提高無人值變電站綜合自動化全面提高無人值班變電站的技術(shù)水平班變電站的技術(shù)水平 （1）提高了變電站的安全提高了變電站的安全、可靠運行水平可靠運行水平。 （2）提高電力系統(tǒng)的運行提高電力系統(tǒng)的運行、管理水平和技術(shù)水平管理水平和技術(shù)水平 （3）縮小變電站占地面積縮小變電站占地面積，降低造價降低造價，減少總投減少總投資資。 （4）提高供電質(zhì)量提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率提高電壓合格率，降低電能降低電能損耗損耗。 （5）減少維護工作量。由于綜合自動化系統(tǒng)中的）減少維護工作量。由于綜合自動化系統(tǒng)中的 微機保護裝置和自動裝置，都具有故障自診斷功微機保護裝置和自動裝置，都具有故障自診斷功能，裝置內(nèi)部有故障，能自動顯示故障部位，縮能，裝置內(nèi)部有故障，能自動顯示故障部位，縮短了維修時間短了維修時間 。 2021/8/21 17 第2章 變電站自動化系統(tǒng)的基本功能 2.1 變電站自動化系統(tǒng)的內(nèi)涵 2.2 監(jiān)控子系統(tǒng) 2.3 繼電保護子系統(tǒng) 2.4 電能量計量子系統(tǒng) 2.5 自動控制子系統(tǒng) 2.6 諧波分析與監(jiān)視功能 2.7 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信功能 2.8 變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點 2021/8/21 18 2.1 變電站自動化系統(tǒng)的內(nèi)涵(1) 20世紀 80年代和年代和90年代中期年代中期，國內(nèi)都把上述功能的系統(tǒng)稱國內(nèi)都把上述功能的系統(tǒng)稱為變電站綜合自動化系統(tǒng)為變電站綜合自動化系統(tǒng)，以區(qū)別于只有局部功能的自動化以區(qū)別于只有局部功能的自動化。國外發(fā)表的文章也稱國外發(fā)表的文章也稱“綜合自動化綜合自動化”，或一體化的變電站控制或一體化的變電站控制與保護與保護。 國際電工委員會國際電工委員會（IEC）根據(jù)國際上變電站自動化系統(tǒng)發(fā)根據(jù)國際上變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的情況展的情況，于于1997年國際大電網(wǎng)會議年國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）WG 34.03工工作組在作組在“變電站內(nèi)數(shù)據(jù)流的通信要求變電站內(nèi)數(shù)據(jù)流的通信要求”報告中報告中，提出了提出了“變電變電站自動化站自動化”（SA，Substation Automation）和和“變電站自動變電站自動化系統(tǒng)化系統(tǒng)”（SAS，Substation Automation System）兩個名詞兩個名詞。此名詞被國際電工委員會的此名詞被國際電工委員會的TC 57技術(shù)委員會技術(shù)委員會（即電力系統(tǒng)通即電力系統(tǒng)通信和控制技術(shù)委員會信和控制技術(shù)委員會）在制定的在制定的IEC 61850（即變電站通信網(wǎng)即變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)絡(luò)和系統(tǒng)）標準中采納標準中采納。我國從我國從20世紀世紀80年代中年代中、后期以來后期以來，習(xí)慣稱之為習(xí)慣稱之為“變電站綜合自動化變電站綜合自動化”和和“變電站綜合自動化系變電站綜合自動化系統(tǒng)統(tǒng)”。 在在IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)標準中變電站通信網(wǎng)絡(luò)標準中，對變電站自動化系對變電站自動化系統(tǒng)統(tǒng)（SAS）的定義為：變電站自動化系統(tǒng)就是在變電站內(nèi)提供的定義為：變電站自動化系統(tǒng)就是在變電站內(nèi)提供包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動化包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動化。 2021/8/21 19 2.1 變電站綜合自動化的內(nèi)涵變電站綜合自動化的內(nèi)涵(2) 2000年中國電力出版社出版的年中國電力出版社出版的變電站綜合自動術(shù)變電站綜合自動術(shù)一書中指出了變電站綜合自動化的含義是將變電站的二一書中指出了變電站綜合自動化的含義是將變電站的二次設(shè)備次設(shè)備（包括測量儀表包括測量儀表、信號系統(tǒng)信號系統(tǒng)、繼電保護繼電保護、自動裝自動裝置和遠動裝置等置和遠動裝置等）經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計，利利用先進的計算機技術(shù)用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)現(xiàn)代電子技術(shù)、信號處理技術(shù)和信號處理技術(shù)和通信技術(shù)通信技術(shù)、實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路配電線路的自動監(jiān)視的自動監(jiān)視、測量測量、自動控制和微機保護自動控制和微機保護，以及與調(diào)度以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能通信等綜合性的自動化功能。變電站自動化系統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)，是利是利用多臺微型計算機用多臺微型計算機（包括單片機等包括單片機等）和大規(guī)模集成電路和大規(guī)模集成電路組成的分級分布式的自動化系統(tǒng)組成的分級分布式的自動化系統(tǒng)，它以微計算機為基礎(chǔ)它以微計算機為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對變電站傳統(tǒng)的繼電保護實現(xiàn)對變電站傳統(tǒng)的繼電保護、測量手段測量手段、控制方式以控制方式以及通信和管理模式的全面改造及通信和管理模式的全面改造。變電站綜合自動化系統(tǒng)變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機化結(jié)構(gòu)微機化、操作監(jiān)視屏幕化操作監(jiān)視屏幕化、運行運行管理智能化管理智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化等特征通信網(wǎng)絡(luò)化等特征。 2021/8/21 20 2.2 監(jiān)控子系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng) 2.2.1 數(shù)據(jù)采集 2.2.2 模擬量的采樣方式 2.2.3 數(shù)據(jù)采集途徑 2.2.4 安全監(jiān)控功能 2.2.5 操作與控制功能 2.2.6 人機聯(lián)系功能 2.2.7 運行記錄功能 2.2.8 對時功能 2021/8/21 21 2.2.1 數(shù)據(jù)采集內(nèi)容 （1 1）模擬量的采集）模擬量的采集 （2）開關(guān)量的采集開關(guān)量的采集 （3 3）事件順序記錄事件順序記錄（SOESOE） （4 4）電能量的采集電能量的采集 2021/8/21 22 2.2.22.2.2 模擬量的采樣方式模擬量的采樣方式 * *電力系統(tǒng)和電廠電力系統(tǒng)和電廠、變電站中的模擬量有三種類型變電站中的模擬量有三種類型。 * *采樣方式采樣方式: :一般可分為直流采樣和交流采樣兩種類型一般可分為直流采樣和交流采樣兩種類型。 1 1. . 直流采樣直流采樣 直流采樣是指將現(xiàn)場不斷連續(xù)變化的模擬量先轉(zhuǎn)換成直直流采樣是指將現(xiàn)場不斷連續(xù)變化的模擬量先轉(zhuǎn)換成直流電壓信號流電壓信號，再送至再送至A AD D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換；即轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換；即A AD D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號采樣的模擬量為直流信號。 2 2. . 交流采樣交流采樣 交流采樣是相對直流采樣而言交流采樣是相對直流采樣而言，即指對交流電流和交流即指對交流電流和交流電壓采集時電壓采集時，輸入至輸入至A AD D轉(zhuǎn)換器的是與電力系統(tǒng)的一次電轉(zhuǎn)換器的是與電力系統(tǒng)的一次電流和一次電壓同頻率流和一次電壓同頻率，大小成比例的交流電壓信號大小成比例的交流電壓信號。如下如下頁圖頁圖2 2. .1 1。 在交流采樣方式中在交流采樣方式中，對于有功功率和無功功率對于有功功率和無功功率，是是通過采樣所得到的通過采樣所得到的u u，i i , ,計算出計算出P P，Q Q。 2021/8/21 23 圖圖2.1 2.1 交流電壓電流輸入通道結(jié)構(gòu)框圖交流電壓電流輸入通道結(jié)構(gòu)框圖 （a a）電壓輸入通道）電壓輸入通道 （b b）電流輸入通道）電流輸入通道 2021/8/21 24 2.2.2.3 2.2.2.3 兩種采樣方式的比較兩種采樣方式的比較 1 1直流采樣的特點直流采樣的特點 2 2交流采樣的主要特點交流采樣的主要特點 2.2.2.4 2.2.2.4 采樣定理采樣定理 一個隨時間連續(xù)變化的物理量一個隨時間連續(xù)變化的物理量f(t)f(t)，如圖，如圖2.22.2（a a），），經(jīng)過采樣后，得到一系列的脈沖序列經(jīng)過采樣后，得到一系列的脈沖序列f*(t)f*(t)，它是離散的信號，它是離散的信號，被稱為采樣信號，如圖被稱為采樣信號，如圖2.2(c) 2.2(c) 。 根據(jù)香農(nóng)（根據(jù)香農(nóng)（ShannonShannon）定理：如果隨時間變化的模擬信）定理：如果隨時間變化的模擬信號（包括噪聲干擾在內(nèi)）的最高頻率為號（包括噪聲干擾在內(nèi)）的最高頻率為f fmaxmax，只要按照采樣頻，只要按照采樣頻率率f2 ff2 fmaxmax進行采樣，那么所給出的樣品系列進行采樣，那么所給出的樣品系列, ,，就足以代就足以代表（或恢復(fù)）表（或恢復(fù)）f(t)f(t)了，實際應(yīng)用中常采用了，實際應(yīng)用中常采用f(5f(510)f10)fmaxmax。 2021/8/21 25 圖圖 2 2. .2 2 采樣過程采樣過程 2021/8/21 26 2.2.32.2.3 安全監(jiān)控功能安全監(jiān)控功能 1.對采集的模擬量不斷進行越限監(jiān)視對采集的模擬量不斷進行越限監(jiān)視，如如發(fā)現(xiàn)越限發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信息立刻發(fā)出告警信息，同時記同時記錄和顯示越限時間和越限值錄和顯示越限時間和越限值，并將越限并將越限情況遠傳給調(diào)度中心或控制中心情況遠傳給調(diào)度中心或控制中心。 2 2. .對微機保護裝置和其它各種自動裝置的對微機保護裝置和其它各種自動裝置的工作狀態(tài)進行監(jiān)視工作狀態(tài)進行監(jiān)視。 3 3. . 將監(jiān)視結(jié)果及時傳送給調(diào)度中心將監(jiān)視結(jié)果及時傳送給調(diào)度中心，并接并接收和執(zhí)行調(diào)度中心下達的各種命令收和執(zhí)行調(diào)度中心下達的各種命令。 2021/8/21 27 2.2.4 2.2.4 操作與控制功能操作與控制功能 無論當?shù)夭僮骰蜻h方操作無論當?shù)夭僮骰蜻h方操作，都應(yīng)有防誤操作的都應(yīng)有防誤操作的閉鎖措施閉鎖措施。 斷路器的操作閉鎖應(yīng)包括以下內(nèi)容斷路器的操作閉鎖應(yīng)包括以下內(nèi)容: : ( (1 1）斷路器操作時斷路器操作時，應(yīng)閉鎖重合閘；應(yīng)閉鎖重合閘； （2 2）當?shù)剡M行操作和遠方控制操作當?shù)剡M行操作和遠方控制操作，要互相要互相閉鎖閉鎖。 （3 3）根據(jù)實時信息根據(jù)實時信息，自動實現(xiàn)斷路器與隔離自動實現(xiàn)斷路器與隔離開關(guān)必要的閉鎖操作開關(guān)必要的閉鎖操作。 ( (4 4) )其他其他 2021/8/21 28 2.2.52.2.5 人機聯(lián)系功能人機聯(lián)系功能 1. .人機聯(lián)系橋梁：顯示器人機聯(lián)系橋梁：顯示器、鼠標和鍵盤鼠標和鍵盤。 2CRT或液晶顯示器顯示畫面的內(nèi)容或液晶顯示器顯示畫面的內(nèi)容 （1 1）顯示采集和計算的實時運行參數(shù)顯示采集和計算的實時運行參數(shù) （2 2）顯示實時主接線圖顯示實時主接線圖 （3 3）事件順序記錄事件順序記錄（SOE） （4 4）越限報警顯示越限報警顯示 （5 5）值班記錄顯示值班記錄顯示 （6 6）歷史趨勢顯示歷史趨勢顯示 （7 7）保護定值和自控裝置的設(shè)定值顯示保護定值和自控裝置的設(shè)定值顯示。 （8 8）其它：故障記錄顯示其它：故障記錄顯示、設(shè)備運行狀況顯示等設(shè)備運行狀況顯示等。 3. 輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù) （1 1）TA、TV變比變比 （2 2）保護定值和越限報警定值保護定值和越限報警定值 （3 3）自控裝置的設(shè)定值自控裝置的設(shè)定值 （4 4）運行人員密碼運行人員密碼 2021/8/21 29 2.2.62.2.6 運行記錄功能運行記錄功能 對于有人值班的變電站，監(jiān)控系統(tǒng)可以配備打印機，完成以下對于有人值班的變電站，監(jiān)控系統(tǒng)可以配備打印機，完成以下打印記錄功能打印記錄功能: : 定時打印報表和運行日志；定時打印報表和運行日志； 開關(guān)操作記錄打?。婚_關(guān)操作記錄打?。?事件順序記錄打?。皇录樞蛴涗洿蛴?； 越限打印；越限打印； 召喚打印；召喚打印； 抄屏打?。怀链蛴。?事故追憶打印。事故追憶打印。 對于無人值班變電站，可不設(shè)當?shù)卮蛴」δ?，各變電站的運行對于無人值班變電站，可不設(shè)當?shù)卮蛴」δ埽髯冸娬镜倪\行 報表，集中在控制中心打印輸出。報表，集中在控制中心打印輸出。 2.2.72.2.7 對時功能對時功能 配備配備GPSGPS衛(wèi)星同步時鐘裝置、與調(diào)度統(tǒng)一時鐘。衛(wèi)星同步時鐘裝置、與調(diào)度統(tǒng)一時鐘。 2021/8/21 30 2.3 微機保護子系統(tǒng)微機保護子系統(tǒng) 2.3.1 繼電保護的基本任務(wù)繼電保護的基本任務(wù) 2.3.2 對繼電保護對繼電保護的基本要求的基本要求 2.3.3 微機保護子系統(tǒng)內(nèi)容微機保護子系統(tǒng)內(nèi)容 2.3.4 微機保護的優(yōu)越性微機保護的優(yōu)越性 2021/8/21 31 2.3.1 繼電保護的基本任務(wù)繼電保護的基本任務(wù) （1）有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中快速有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中快速、自動地切除自動地切除，使其損壞程度減至最輕使其損壞程度減至最輕，并保證并保證最大限度地迅速恢復(fù)系統(tǒng)中無故障部分的正常最大限度地迅速恢復(fù)系統(tǒng)中無故障部分的正常運行運行。 （2）反應(yīng)電氣設(shè)備的異常運行工況反應(yīng)電氣設(shè)備的異常運行工況，根據(jù)運行根據(jù)運行維護的具體條件和設(shè)備的承受能力維護的具體條件和設(shè)備的承受能力，發(fā)出報警發(fā)出報警信號信號，減負荷或延時跳閘信號減負荷或延時跳閘信號。 （3）根據(jù)實際情況根據(jù)實際情況，盡快自動恢復(fù)停電部分的盡快自動恢復(fù)停電部分的供電供電。 2021/8/21 32 2.3.2 對微機保護子系統(tǒng)要求對微機保護子系統(tǒng)要求 （1）滿足可靠性、選擇性、快速性、靈敏性）滿足可靠性、選擇性、快速性、靈敏性的要求的要求 （2）軟、硬件結(jié)構(gòu)要相對獨立；它的工作不軟、硬件結(jié)構(gòu)要相對獨立；它的工作不受監(jiān)控系統(tǒng)和其它子系統(tǒng)的影響。受監(jiān)控系統(tǒng)和其它子系統(tǒng)的影響。 （3）具有故障記錄功能）具有故障記錄功能 （4）察看）察看和授權(quán)修改保護整定值和授權(quán)修改保護整定值方便方便 （5 5）具有具有故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能 （6）具有對時功能）具有對時功能 （7 7）具有具有通信功能和標準的通信規(guī)約通信功能和標準的通信規(guī)約。 2021/8/21 33 2.3.3 2.3.3 微機保護子系統(tǒng)的內(nèi)容微機保護子系統(tǒng)的內(nèi)容 在變電站綜合自動化系統(tǒng)中在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，微機保護應(yīng)包括全微機保護應(yīng)包括全變電站主要設(shè)備和輸變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的全套保護配電線路的全套保護。 2.3.4. 微機保護優(yōu)越性微機保護優(yōu)越性 （1）靈活性強靈活性強 （2）穩(wěn)定性好）穩(wěn)定性好 （3）利用微機的記憶功能，可改善保護性能）利用微機的記憶功能，可改善保護性能 （4）體積小，功能全。）體積小，功能全。 2021/8/21 34 2.4 2.4 電能量計算子系統(tǒng)電能量計算子系統(tǒng) 電能量包括有功電能和無功電能電能量包括有功電能和無功電能。電電能量的采集和管理是變電站綜合自動系能量的采集和管理是變電站綜合自動系統(tǒng)的重要組成部分統(tǒng)的重要組成部分。 2.4.1 電能計量裝置的發(fā)展歷程電能計量裝置的發(fā)展歷程 2.4.2 變電站自動化系統(tǒng)對電能量計量變電站自動化系統(tǒng)對電能量計量 系統(tǒng)的管理模式系統(tǒng)的管理模式 2021/8/21 35 2.4.12.4.1 電能計量裝置的發(fā)展歷程電能計量裝置的發(fā)展歷程 2.4.1.1 機械式的電能表機械式的電能表 電能表的出現(xiàn)和發(fā)展已有電能表的出現(xiàn)和發(fā)展已有100多年的歷史了多年的歷史了。大家最大家最熟悉的感應(yīng)式電能表熟悉的感應(yīng)式電能表。 2.4.1.2 機電式電能表機電式電能表 為了解決計算機能對電能量進行采集與處理為了解決計算機能對電能量進行采集與處理，最最簡單的方法是利用電子技術(shù)與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能是相簡單的方法是利用電子技術(shù)與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能是相結(jié)合結(jié)合，即對原來感應(yīng)式的電能表加以改造即對原來感應(yīng)式的電能表加以改造。 2.4.1.3 電子式電能表電子式電能表 由硬件乘法器完成對由硬件乘法器完成對u ,i相乘得到功率的測量相乘得到功率的測量，由于它由于它沒有傳統(tǒng)的電能表上的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)沒有傳統(tǒng)的電能表上的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，因此又被稱為靜止因此又被稱為靜止電能表或固態(tài)電能表電能表或固態(tài)電能表。 2021/8/21 36 2.4.1.4 微機型電能表微機型電能表 按其原理分，主要有兩大類型。按其原理分，主要有兩大類型。 （1）利用單片機或）利用單片機或DSP（數(shù)字信號處理器）為核心，利用高精度的數(shù)字信號處理器）為核心，利用高精度的A/D轉(zhuǎn)換器和采樣保持器，采集轉(zhuǎn)換器和采樣保持器，采集u和和i , 通過軟件計算通過軟件計算P、Q，以及，以及 kWHkWH和和 kVarHkVarH等量。等量。 （2）采用專用的電能芯片和單片機構(gòu)成的數(shù)字電能表）采用專用的電能芯片和單片機構(gòu)成的數(shù)字電能表 這些電能計量專用芯片內(nèi)含有這些電能計量專用芯片內(nèi)含有16位、位、18位的高分辨率位的高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，因轉(zhuǎn)換器，因此計量準確度高。此計量準確度高。 2.4.1.5 幾種特殊功能的新型電能表幾種特殊功能的新型電能表 （1 1）具有電能計量綜合誤差自動跟蹤補償功能的多功能電能表）具有電能計量綜合誤差自動跟蹤補償功能的多功能電能表 （2 2） 基波電能表基波電能表 (3(3） 多功能視在電能表多功能視在電能表 2.4.1.6 軟件計算電能量軟件計算電能量 2021/8/21 37 2.4.2 變電站自動化系統(tǒng)對電能量計量系變電站自動化系統(tǒng)對電能量計量系統(tǒng)的管理模式統(tǒng)的管理模式 2.4.2.1 設(shè)置專用電能質(zhì)量管理機設(shè)置專用電能質(zhì)量管理機 2.4.2.2 串行接口管理模式串行接口管理模式 一般新建的變電站或一般新建的變電站或220kV及以上變電站及以上變電站，多采用多采用微機型電能表微機型電能表，它們一般都具有它們一般都具有RS 232/RS 485串行通串行通信接口信接口，因此可直接將這些電能表利用屏蔽雙絞線或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同軸電纜組成RS 485網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控機可直接通過串口與監(jiān)控機可直接通過串口與電能表的電能表的485網(wǎng)相聯(lián)接網(wǎng)相聯(lián)接，對電能計量進行管理對電能計量進行管理。 2.4.2.3 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)管理模式現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)管理模式 上述串行接口模式接口簡單，投資少，但一個上述串行接口模式接口簡單，投資少，但一個RS 485網(wǎng)能聯(lián)接的電能表有限。對于規(guī)模較大的變電站，網(wǎng)能聯(lián)接的電能表有限。對于規(guī)模較大的變電站，監(jiān)控機可以通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，管理各電能表。監(jiān)控機可以通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，管理各電能表。 2021/8/21 38 2.5 2.5 自動控制子系統(tǒng)自動控制子系統(tǒng) 2.5.1 變電站的電壓變電站的電壓、無功綜合控制無功綜合控制 2.5.2 備用電源自投控制備用電源自投控制 2.5.3 低頻減負荷控制低頻減負荷控制 2021/8/21 39 2.5.1 變電站的電壓無功綜合控制變電站的電壓無功綜合控制 2.5.1.1 電壓、無功綜合控制的重要性電壓、無功綜合控制的重要性 2.5.1.2 電壓、無功綜合控制目標電壓、無功綜合控制目標 （1）維持供電電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)）維持供電電壓在規(guī)定的范圍內(nèi) 500kV(330kV)變電站的變電站的220kV母線母線 正常時，正常時，0 +10%；事故時，；事故時，-5%+10%。 220kV變電站的變電站的35 110kV母線母線 正常時，正常時，-3% +7%；事故時，；事故時， 10%。 配電網(wǎng)的配電網(wǎng)的10kV母線，電壓合格范圍：母線，電壓合格范圍：10.0 10.7kV （2）保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡。無功分區(qū)、就地平衡的）保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡。無功分區(qū)、就地平衡的 原則原則 （3）電壓、無功綜合控制的手段）電壓、無功綜合控制的手段 調(diào)分接頭位置調(diào)分接頭位置 控制無功補償設(shè)備控制無功補償設(shè)備 兩者綜合考慮兩者綜合考慮 2021/8/21 40 2.5.1.3變電站電壓、無功綜合控制的原理 MVR型自控裝置實現(xiàn)電壓、無功綜合控制的基本原理 （1）根據(jù) （1） 調(diào)整分接頭位置，即改變變比Kn，使UL -ULN = min nABKUUnABKUUnABKUU2021/8/21 41 )()()()(222222rsBCBBTSBCBBSxxUQQRjRRUQQPS （2）改變無功補償，如圖2.1所示的網(wǎng)絡(luò)，高壓網(wǎng)絡(luò)上的損耗（包括變壓器損耗）為 )()()()(222222rsBCBBTSBCBBSxxUQQRjRRUQQPSBTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()(BTSCBTSBSBUXXQQRRPUU)()( 投入無功補償Qc后： ）。 在保證電壓滿足要求的前提下，根據(jù)無功功率QB的大小，合理的控制投、切無功補償?shù)娜萘縌c，使變電站與系統(tǒng)所交換的無功（QB -Qc ）最小，就可以使高壓網(wǎng)絡(luò)損耗最小. ）。 2021/8/21 42 2.5.1.4 電力系統(tǒng)的電壓、無功綜合控制的電力系統(tǒng)的電壓、無功綜合控制的方式方式 1. 集中控制 2. 分散控制 3. 關(guān)聯(lián)分散控制 4. 關(guān)聯(lián)分散控制的實現(xiàn)方法 （1）軟件實現(xiàn)的方法 （2）硬件實現(xiàn)的關(guān)聯(lián)分散控制 2.5.1.5微機電壓、無功綜合控制裝置硬件結(jié)構(gòu) 2021/8/21 43 2.5.1.5 MVR-III型微機電壓、無功綜合控制裝置硬件結(jié)構(gòu) 2021/8/21 44 2.5.2 低頻減負荷控制低頻減負荷控制 1. 電力系統(tǒng)發(fā)生頻率偏移原因電力系統(tǒng)發(fā)生頻率偏移原因 2. 電力系統(tǒng)頻率降低危害電力系統(tǒng)頻率降低危害 3. 低頻減負荷的控制方式低頻減負荷的控制方式 根據(jù)配電線路所供負荷的重要程度，分為基本級和根據(jù)配電線路所供負荷的重要程度，分為基本級和特殊級兩大類。一般低頻減載裝置基本級可以設(shè)定特殊級兩大類。一般低頻減載裝置基本級可以設(shè)定5輪輪或或8輪輪。 4. 低頻減負荷的實現(xiàn)方法低頻減負荷的實現(xiàn)方法 采用專用的低頻減載裝置采用專用的低頻減載裝置 在線路保護裝置中，增加低頻切負荷功能在線路保護裝置中，增加低頻切負荷功能 2021/8/21 45 5 對低頻減載裝置的基本要求對低頻減載裝置的基本要求 (1) 能在各種運行方式且功率缺額的情況下，能在各種運行方式且功率缺額的情況下，有計劃的切除負荷，有效地防止系統(tǒng)頻率下降有計劃的切除負荷，有效地防止系統(tǒng)頻率下降危險點以下。危險點以下。 (2)切降的負荷應(yīng)盡可能少，應(yīng)防止超調(diào)和懸停切降的負荷應(yīng)盡可能少，應(yīng)防止超調(diào)和懸?，F(xiàn)象?，F(xiàn)象。 (3)變電站的饋電線路故障或變壓器跳閘造成失變電站的饋電線路故障或變壓器跳閘造成失壓時，低頻減載裝置應(yīng)可靠閉鎖，不應(yīng)誤動。壓時，低頻減載裝置應(yīng)可靠閉鎖，不應(yīng)誤動。 (4)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩或諧諧波干擾時，不應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩或諧諧波干擾時，不應(yīng)誤動誤動。 2021/8/21 46 2.5.32.5.3 備用電源自投控制備用電源自投控制 備用電源自投控制是當電力系統(tǒng)故障備用電源自投控制是當電力系統(tǒng)故障或其它原因?qū)е鹿ぷ麟娫聪r，將備或其它原因?qū)е鹿ぷ麟娫聪r，將備用電源迅速投入，以恢復(fù)對系統(tǒng)的供電，用電源迅速投入，以恢復(fù)對系統(tǒng)的供電，因此備用電源自動投入是保證配電系統(tǒng)因此備用電源自動投入是保證配電系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要措施。在變電站中，連續(xù)可靠供電的重要措施。在變電站中，常用的備自投控制有進線備自投、母聯(lián)常用的備自投控制有進線備自投、母聯(lián)備自投和備用變壓器自投等。備自投和備用變壓器自投等。 2021/8/21 47 2.6 2.6 諧波分析與監(jiān)視功能諧波分析與監(jiān)視功能 2.6.1 正弦波形畸變指標正弦波形畸變指標 2.6.2 諧波源分析諧波源分析 2.6.3 電力系統(tǒng)諧波監(jiān)測方法電力系統(tǒng)諧波監(jiān)測方法 2.6.4 電力系統(tǒng)中諧波的抑制電力系統(tǒng)中諧波的抑制 2021/8/21 48 為定量表示電力系統(tǒng)正弦波形的畸變程度為定量表示電力系統(tǒng)正弦波形的畸變程度，采用以各次諧波含量及諧波總量大小表示電壓采用以各次諧波含量及諧波總量大小表示電壓和電流波形的畸變指標和電流波形的畸變指標。 我國諧波國家標準我國諧波國家標準電能質(zhì)量電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)公用電網(wǎng)諧波諧波（GB/T 14549GB/T 145499393）規(guī)定我國公用電網(wǎng)）規(guī)定我國公用電網(wǎng)諧波電壓的允許值見表諧波電壓的允許值見表2 2- -1 1。 2.6.12.6.1 正弦波形畸變指標正弦波形畸變指標 2021/8/21 49 表表2 2- -1 1 公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）的允許值公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）的允許值 電壓標稱電壓電壓標稱電壓（KV） 電壓總畸變率電壓總畸變率（%） 各次諧波含有率（各次諧波含有率（100%） 奇次奇次 偶次偶次 0.38 5.0 4.0 2.0 6 4.0 3.2 1.6 10 35 3.0 2.4 1.2 66 110 2.0 1.6 0.8 2021/8/21 50 2.6.22.6.2 諧波源分析諧波源分析 電網(wǎng)諧波主要來自兩大方面：一是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波；二是用電設(shè)備產(chǎn)電網(wǎng)諧波主要來自兩大方面：一是輸配電系統(tǒng)產(chǎn)生諧波；二是用電設(shè)備產(chǎn)生諧波生諧波。 （1 1）電網(wǎng)的主變壓器和配電變壓器電網(wǎng)的主變壓器和配電變壓器 配電變壓器中勵磁電流的諧波含量與硅鋼片的材料有關(guān)配電變壓器中勵磁電流的諧波含量與硅鋼片的材料有關(guān)。如表如表2.2所示所示。 （2）電氣化鐵路電氣化鐵路 電力機車是大諧波源電力機車是大諧波源，又是單相大負荷又是單相大負荷，造成三相負荷不平衡造成三相負荷不平衡。 （3） 電弧煉鋼爐電弧煉鋼爐 煉鋼爐電弧電流不規(guī)則地急劇變化煉鋼爐電弧電流不規(guī)則地急劇變化，使電流波形產(chǎn)生嚴重畸變使電流波形產(chǎn)生嚴重畸變，引起電引起電網(wǎng)電壓波形嚴重畸變網(wǎng)電壓波形嚴重畸變。 （4 4） 家用電器家用電器 家用電器如收音機家用電器如收音機、電視機電視機、電風(fēng)扇電風(fēng)扇、空調(diào)等都會產(chǎn)生諧波空調(diào)等都會產(chǎn)生諧波，彩色電視彩色電視機產(chǎn)生的諧波比黑白電視機更嚴重機產(chǎn)生的諧波比黑白電視機更嚴重，主要是主要是3，5，7，9次諧波次諧波。 （5）晶體管整流設(shè)備晶體管整流設(shè)備 晶閘管整流設(shè)備在工礦企業(yè)越來越廣泛應(yīng)用晶閘管整流設(shè)備在工礦企業(yè)越來越廣泛應(yīng)用，給電網(wǎng)造成大量的諧波給電網(wǎng)造成大量的諧波。 （6） 變頻裝置變頻裝置 2021/8/21 51 諧波次諧波次數(shù)數(shù) HR In% 熱軋硅鋼片熱軋硅鋼片 冷軋硅鋼片冷軋硅鋼片 1 100 100 3 1555 145050 5 32525 102525 7 21010 51010 9 0.52 2 36 6 11 1 13 3 表表2.2 配電變壓器勵磁電流中的配電變壓器勵磁電流中的HR In。 2021/8/21 52 表2.3 電視機產(chǎn)生的HR In 電視機類別電視機類別 HRI1 HRI3 HRI5 HRI7 HRI9 HRI11 HRI12 彩色彩色 100 87.9 68.3 45.2 25.5 6.8 122.6 黑白黑白 100 89.1 16.9 2.1 2.1 1.2 90.7 2021/8/21 53 2.6.3 2.6.3 諧波的危害諧波的危害 嚴重的諧波電流和諧波電壓對電力系統(tǒng)本身的發(fā)輸嚴重的諧波電流和諧波電壓對電力系統(tǒng)本身的發(fā)輸電設(shè)備電設(shè)備、對接入電力系統(tǒng)的用電設(shè)備都產(chǎn)生不良的影對接入電力系統(tǒng)的用電設(shè)備都產(chǎn)生不良的影響響，甚至影響電力系統(tǒng)的自動裝置甚至影響電力系統(tǒng)的自動裝置、繼電保護裝置和繼電保護裝置和測量裝置的正常工作測量裝置的正常工作。 （1 1） 諧波對交流電機的危害諧波對交流電機的危害 （2 2）諧波對變壓器和輸電線路的危害諧波對變壓器和輸電線路的危害 （3 3） 諧波對電容補償裝置的危害諧波對電容補償裝置的危害 （4 4） 諧波對繼電保護和自動控制的干擾諧波對繼電保護和自動控制的干擾 （5 5） 諧波影響計量儀表與檢測儀表誤差增大諧波影響計量儀表與檢測儀表誤差增大。 （6 6） 諧波對通信系統(tǒng)的影響諧波對通信系統(tǒng)的影響。 2021/8/21 54 2.6.42.6.4 電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測 諧波監(jiān)測是研究分析諧波問題和研究對諧波治理和抑諧波監(jiān)測是研究分析諧波問題和研究對諧波治理和抑制的主要依據(jù)制的主要依據(jù)。 （1 1） 諧波監(jiān)測的主要目的諧波監(jiān)測的主要目的 （2 2） 諧波監(jiān)測點的選擇諧波監(jiān)測點的選擇 （3 3） 諧波的測量諧波的測量 基于傅里葉變換的諧波測量是當今應(yīng)用最廣泛基于傅里葉變換的諧波測量是當今應(yīng)用最廣泛的一種方法的一種方法。 2021/8/21 55 2.6.52.6.5 電力系統(tǒng)中諧波的抑制電力系統(tǒng)中諧波的抑制 2 2. .6 6. .5 5. .1 1 合理利用電氣設(shè)備抑制諧波合理利用電氣設(shè)備抑制諧波 對諧波源本身采取措施對諧波源本身采取措施，使其少產(chǎn)生或不產(chǎn)生諧波使其少產(chǎn)生或不產(chǎn)生諧波，從源頭上加以抑制從源頭上加以抑制。 （1 1） 不斷提高發(fā)電機設(shè)計制造質(zhì)量不斷提高發(fā)電機設(shè)計制造質(zhì)量，從發(fā)電源頭上減少從發(fā)電源頭上減少諧波；諧波； （2 2）電力變壓器的繞組盡可能采用電力變壓器的繞組盡可能采用D D，y y或或Y Y ,d,d 接法接法，可有效抑制可有效抑制3 3的倍數(shù)的諧波流入電網(wǎng)；的倍數(shù)的諧波流入電網(wǎng)； （3 3）在變電站裝設(shè)的無功補償電容器上在變電站裝設(shè)的無功補償電容器上，采用串聯(lián)一定采用串聯(lián)一定比例的電抗器的方法比例的電抗器的方法，以抑制以抑制3 3，5 5，7 7次諧波；次諧波； 2021/8/21 56 2.6.5.2 利用交流濾波器抑制諧波 （1 1）交流無源濾波器）交流無源濾波器 目前所采用的交流濾波裝置是利用R、L、C電路對某次諧波頻率串聯(lián)諧振的原理，使其對特定頻率的諧波呈零阻抗，從而阻止該次諧波注入電網(wǎng)。交流濾波器對基波呈容性，兼有無功補償作用。 （2 2) ) 有源電力濾波器有源電力濾波器 有源電力濾波器APF（Active Power Filter）安裝于諧波源處，它是可動態(tài)補償諧波、無功功率的電力電子裝置，它的基本原理是實時地檢測APF安裝處的諧波和無功功率，然后產(chǎn)生一個與該諧波電流（或電壓）和無功功率方向相反的諧波電流（或電壓）與無功功率，注入電網(wǎng)，使電網(wǎng)只含有基波分量，達到對諧波和無功功率實時檢測和補償?shù)哪康摹?2021/8/21 57 2.7 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信功能 (1)綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場級通信 主要解決自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)與上位機（監(jiān)控主機）間的數(shù)據(jù)通信和信息交換問題。 (2)自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度通信 綜合自動化系統(tǒng)必須兼有RTU的全部功能，應(yīng)該能夠?qū)⑺杉哪M量和開關(guān)狀態(tài)信息，以及事件順序記錄等遠傳至調(diào)度端；同時應(yīng)該能接收調(diào)度端下達的各種操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU等全部四遙功能。 通信規(guī)約必須符合部頒的規(guī)定。目前最常用的有IEC60870 101/103/104和CDT等規(guī)約。 2021/8/21 58 2.8 變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點 2.8.1 功能綜合化功能綜合化 2.8.2 分級分布式、微機化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分級分布式、微機化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.8.3 測量顯示數(shù)字化測量顯示數(shù)字化 2.8.4 操作監(jiān)示屏幕化操作監(jiān)示屏幕化 2.8.5 運行管理智能化運行管理智能化 總之，變電站實現(xiàn)綜合自動化，可以全面提高變電站的技術(shù)水平和運行管理水平，使其能適應(yīng)現(xiàn)代化的大電力系統(tǒng)運營的需要。 2021/8/21 59 第第3章章 變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 3.1 概述 3.1.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯接口 3.1.2 變電站的智能電子設(shè)備 3.2 自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式 3.3 變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展方向 2021/8/21 60 3.1.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯接口變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯接口 國際電工委員會（IEC）TC 57技術(shù)委員會（電力系統(tǒng)控制和通術(shù)委員會）在制定IEC 61850（變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)）標準時，把變電站自動化系統(tǒng)的功能在邏輯上分配在3個層次（變電站層、間隔層或單元層、過程層），這3個層次分別通過邏輯接口19建立通信，如圖3.1所示。 2021/8/21 61 功能A功能B遠方控制（NCC）7技術(shù)服務(wù)變電站層保護控制保護控制329832過程接口1,61,64,5過程接口4,5間隔/單元層遠方保護過程層遠方保護高壓設(shè)備2021/8/21 62 （1 1）過程層（）過程層（Process level）功能）功能 過程層的功能實際上是與變電站一次設(shè)備斷路器、隔離開關(guān)和電流互感器TA、電壓互感器TV接口的功能。 （2 2）間隔層（）間隔層（Bay level）功能）功能 變電站自動化系統(tǒng)在間隔層的設(shè)備主要有各種微機保護裝置、自動控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和RTU等等。 (3(3）變電站層（）變電站層（Station level） 變電站的功能有2類：與過程有關(guān)的站層功能： 與接口有關(guān)的站層功能： 2021/8/21 63 3.1.2 變電站的智能電子設(shè)備 變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)備統(tǒng)稱為智能電子 設(shè) 備 IED （ Intelligent Electronic Devices）。IEC 61850 協(xié)議對智能電子設(shè)備IED的定義是：由一個或多個處理器組成，具有從外部源接收和傳送數(shù)據(jù)或控制外部源的任何設(shè)備（例如：電子多功能儀表、數(shù)字繼電器、控制器）。這些IEDs在物理位置上，可安裝在3個不同的功能層（即變電站層、間隔層/單元層、過程層）上。 2021/8/21 64 3.23.2 自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式 3.2.1 集中式的綜合自動化系統(tǒng) 3.2.2 分層（級）分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié) 構(gòu)模式 3.2.3 分布分散式與集中相結(jié)合的自動化系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式 3.2.4 分布分散式的變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式 2021/8/21 65 3.2.1 3.2.1 集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu) 打印機顯示器鍵盤監(jiān)控主機電能計量微機保護電壓無功控制輸出接口輸入接口輸出接口輸入接口輸入接口 輸出接口測量TATV保護動作出口主變保護TATV各線路保護TATV電容器TATV斷路器位置輸入主變測量TATV各變分頭位置電容器開關(guān)位置分頭控制信號電容器控制信號測量TVTA開關(guān)狀態(tài)輸入保護動作信息輸入信號輸出監(jiān)控機動作通信控制器調(diào)制解調(diào)器調(diào)度（控制）中心站級層間隔層現(xiàn)場層2021/8/21 66 3.2.2 分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)模式（1） 分層分布式自動化系統(tǒng)的功能在邏輯上仍可分為程層、間隔層和變電站層三層結(jié)構(gòu)。分層分布式自動化系統(tǒng)的最大特點體現(xiàn)在“功能的分布化”上，即對智能電子設(shè)備的設(shè)計理念上由以前在集中式自動化系統(tǒng)中的面向廠、站轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦驅(qū)ο?，即面向一次設(shè)備的一個間隔。 分層（級）分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)模式實質(zhì)上是把這些面向間隔設(shè)計的變電站層和間隔層的智能電子設(shè)備，按它們的功能組裝成多個屏（柜），例如：主變保護屏（柜）、線路保護屏（柜）、數(shù)據(jù)采集屏等等，這些屏（柜）一般都集中安裝在主控室中，我們把這種結(jié)構(gòu)模式簡稱為“分布集中式”結(jié)構(gòu)模式。 2021/8/21 67 3.2.2 分層分散式與集中組屏相結(jié)合的結(jié)構(gòu)（分層分散式與集中組屏相結(jié)合的結(jié)構(gòu)（2） 圖2.1 分級分布式系統(tǒng)集中組屏的自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(一) 2021/8/21 68 3.2.4 分布分散式的變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式分布分散式的變電站自動化系統(tǒng)結(jié)