变电站综合自动化系统 (2).ppt

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1、变电站综合自动化系统黄益庄教授黄益庄教授地址：清华大学西主楼三区地址：清华大学西主楼三区216室室清华大学电机工程系清华大学电机工程系电话电话：（：（010）62784706137010733924/4/20231内容提要内容提要第第第第1 1章章章章 变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化的基本概念第第第第2 2章章章章 变电站自动化系统的功能变电站自动化系统的功能变电站自动化系统的功能变电站自动化系统的功能第第第第3 3章章章章 变电站自动化系统的结构变电站自动化系统的结构变电站自动化系统的结构变电站自动化系统的结构第第第第4 4章章

2、章章 数字量的输入、输出数字量的输入、输出数字量的输入、输出数字量的输入、输出第第第第5 5章章章章 模拟量的输入、输出模拟量的输入、输出模拟量的输入、输出模拟量的输入、输出第第第第6 6章章章章 变电站自动化系统的数据通信变电站自动化系统的数据通信变电站自动化系统的数据通信变电站自动化系统的数据通信第第第第7 7章章章章 变电站与调度中心的通信标准变电站与调度中心的通信标准变电站与调度中心的通信标准变电站与调度中心的通信标准4/4/20232第第1章章变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化的基本概念1.1变电站自动化是技术发展的必然趋势变电站自动化是技术发展的必然趋势1.2变电站综合自动

3、化的发展过程变电站综合自动化的发展过程1.3变电站综合自动化与无人值班变电站综合自动化与无人值班4/4/202331.1变电站自动化是技术发展的变电站自动化是技术发展的必然趋势必然趋势l1.1.1当前电力系统发展的要求当前电力系统发展的要求i)全国联网的发展方向，对电力系统的可靠性提出更高要求。全国联网的发展方向，对电力系统的可靠性提出更高要求。国国家家电电力力公公司司陆陆延延昌昌在在2000年年全全国国电电网网调调度度工工作作会会议议上上明明确确指指出出：坚坚持持全全国国联联网网、西西电电东东送送、南南北北互互联联的的发发展展方方向向不不动动摇摇。并并且且要要做做到到系系统统联联网网，可可靠

4、靠水水平平不不降降低低。我我国国水水力力资资源源主主要要集集中中在在西西部部和和西西南南部部，这这两两地地区区可可开开发发电电量量占占全全国国82.9%；煤煤炭炭资资源源华华北北和和西西北北两两地地区区占占80%；而而负负荷荷中中心心集集中中在在中中部部和和东东部部沿沿海海，这这两两地地区区的的经经济济总总量量占占全全国国82%，电电力力消消费费占占78%。这这种种差差异异，决决定定了了电电力力工工业业发发展展必必须须实实行行西西电电东东送送、南南北北互互供供、全全国国联联网网的的战略。战略。要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低，加强发电厂、要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低，加强发电厂

5、、变电站的安全、可靠运行、提高其自动化水平很为重要。变电站的安全、可靠运行、提高其自动化水平很为重要。4/4/202341.1变电站自动化是技术发展的变电站自动化是技术发展的必然趋势必然趋势ii)常规的变电站存在的问题常规的变电站存在的问题安全性、可靠性不能满足电力系统发展的需求。安全性、可靠性不能满足电力系统发展的需求。不适应电力系统快速计算和实时性要求。不适应电力系统快速计算和实时性要求。供电质量缺乏科学的保证。供电质量缺乏科学的保证。不利于提高运行管理水平。不利于提高运行管理水平。维护工作量大，设备可靠性差。维护工作量大，设备可靠性差。占地面积大，增加征地投资。占地面积大，增加征地投资。

6、4/4/202351.1变电站自动化是技术发展的变电站自动化是技术发展的必然趋势必然趋势1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了有利的条件化提供了有利的条件变电站自动化技术的发展过程与相关学科变电站自动化技术的发展过程与相关学科的发展密切相关。变电站自动化发展过程有三的发展密切相关。变电站自动化发展过程有三个阶段：个阶段：(1)变电站分立元件的自控装置阶段。变电站分立元件的自控装置阶段。*电磁式的自动装置电磁式的自动装置*晶体管式的自动装置晶体管式的自动装置*集成电路式的自动装置集成电路式的自动装置4/4/202361.1.21.1.2 科学技术的发

7、展，为发展变电站自动科学技术的发展，为发展变电站自动科学技术的发展，为发展变电站自动科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了有利的条件化提供了有利的条件化提供了有利的条件化提供了有利的条件(2)微处理器为核心的智能自动装置阶段。微处理器为核心的智能自动装置阶段。计计算算机机工工业业的的发发展展，尤尤其其是是20世世纪纪70年年代代微微处处理理器器的的问问世世和和微微计计算算机机技技术术的的迅迅速速发发展展，为变电站自动化技术的发展提供了必要的手段。为变电站自动化技术的发展提供了必要的手段。这这阶阶段段厂厂站站自自动动化化的的特特点点：形形成成变变电电站站内内的的自动化孤岛。自动化孤岛。(3)变

8、变电电站站综综合合自自动动化化的的发发展展，全全面面促促进进变变电电站技术水站技术水平和运行管理水平的提高。平和运行管理水平的提高。4/4/202371.2变电站综合自动化的发展过程变电站综合自动化的发展过程1.2.1 国外变电站综合自动化的早期发展概况国外变电站综合自动化的早期发展概况国外变电站自动化的研究工作始于国外变电站自动化的研究工作始于20世纪世纪70年代。年代。70年代年代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置都是末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置都是微机型的。微机型的。变电站综合自动化的研究工作，于变电站综合自动化的研究工作，于70年代中、后期开始。年代中

9、、后期开始。1975年由关西电子公司和三菱电气有限公司合作，研究配电年由关西电子公司和三菱电气有限公司合作，研究配电变电站数字控制系统。变电站数字控制系统。1979年年9月完成样机，称为月完成样机，称为SDCS-1型，型，12月在变电站安装运行，月在变电站安装运行，1980年开始商品化生产。年开始商品化生产。SDCS-1型由型由13台微机组成。如台微机组成。如图图1.2.1，它具有对一个，它具有对一个77kV/6.6kV的配电变电站的全部保护和控制功能。该变电的配电变电站的全部保护和控制功能。该变电站具有站具有3台变压器，台变压器，4回回77kV进线，进线，36回回6.6kV馈电线路。馈电线路

10、。4/4/202381.2变电站综合自动化的发展过程变电站综合自动化的发展过程图1.2.1SDCS1结构方框图1.2.1 国外变电站综合自动化的早期发展概况国外变电站综合自动化的早期发展概况4/4/20239SDCS1按功能分为按功能分为3个子系统：个子系统：（1）继电保护子系统）继电保护子系统（2）测量子系统）测量子系统（3）控制子系统）控制子系统80年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越来越多，例如，德国西门子公司、来越多，例如，德国西门子公司、ABB公司、公司、AEG公公司、司、GE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的公司、西屋公司、阿尔斯通

11、公司等都有自己的变电站自动化产品。变电站自动化产品。1995年西门子公司的变电站自动年西门子公司的变电站自动化系统化系统LSA678在我国已有十多个工程。在我国已有十多个工程。国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开始就国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开始就十分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调十分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调。1.2变电站综合自动化的发展过程变电站综合自动化的发展过程4/4/2023101.2.2我国变电站自动化的发展过程我国变电站自动化的发展过程我国变电站综合自动化的研究工作始于我国变电站综合自动化的研究工作始于8080年代中期。年代中期。1987198

12、7年清年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的综合自动化系统华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的综合自动化系统。该系统由该系统由3 3台微机组成，其系统结构如台微机组成，其系统结构如图图1.2.21.2.2。19871987年在山东威海年在山东威海望岛变电站成功地投入运行。望岛变电站是一个望岛变电站成功地投入运行。望岛变电站是一个35kV/10kV35kV/10kV城市变城市变电站，有电站，有2 2回回35kV35kV进线，进线，2 2台主变，台主变，8 8回回10kV10kV出线，出线，2 2组电容器。该系组电容器。该系统担负全变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号

13、等统担负全变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号等任务。按功能分为任务。按功能分为3 3个子系统个子系统：（：（1 1）安全监控子系统；（）安全监控子系统；（2 2）微机）微机保护子系统；（保护子系统；（3 3）电压、无功控制子系统。）电压、无功控制子系统。这是我国第一个变电站综合自动化系统，其成功的投入运行，这是我国第一个变电站综合自动化系统，其成功的投入运行，证明了我国完全可以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国证明了我国完全可以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国情的变电站综合自动化系统。情的变电站综合自动化系统。9090年代中期后，综合自动化系统迅速发展年代中期后，综

14、合自动化系统迅速发展。随着微机技术的不随着微机技术的不断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济效益和社会效益，断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济效益和社会效益，吸引全国许多用户和科研单位和高等院校，因此变电站综合自动化吸引全国许多用户和科研单位和高等院校，因此变电站综合自动化系统到系统到9090年代，成为热门话题。年代，成为热门话题。1.2变电站综合自动化的发展过程变电站综合自动化的发展过程4/4/2023111.2变电站综合自动化的发展过程变电站综合自动化的发展过程1.2.2我国变电站自动化的发展过程我国变电站自动化的发展过程图图1.2.2变电站微机监测、保护综合控制系统框图变

15、电站微机监测、保护综合控制系统框图4/4/2023121.3变电站综合自动化与无人值班变电站综合自动化与无人值班l1.3.1国外无人值班的发展简况无人值班的发展简况l西欧、北美、日本等发达国家的绝大多数变电站，西欧、北美、日本等发达国家的绝大多数变电站，包括许多包括许多500kV、380kV的变电站也都实行无人值班。的变电站也都实行无人值班。例如：巴黎，例如：巴黎，1985年建立新一代的计算机自动管理系年建立新一代的计算机自动管理系统，所有统，所有225/20kV变电站都由调度中心集中控制。调变电站都由调度中心集中控制。调度室可掌握所有度室可掌握所有225/20kV变电站及变电站及20kV主网

16、络运行状主网络运行状况，当电网发生事故时，调度中心可以直接进行必要况，当电网发生事故时，调度中心可以直接进行必要的处理，使受停电影响的用户迅速恢复供电。与此同的处理，使受停电影响的用户迅速恢复供电。与此同时也出现一批无人值班或少人值班的大、中小型水电时也出现一批无人值班或少人值班的大、中小型水电站，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个水个水电站中，无人值班达电站中，无人值班达408个，法国个，法国EDF公司公司450个水电个水电站中，有站中，有403个无人值班占个无人值班占90%。4/4/2023131.3.2国内无人值班的发展简况无人值班的发展简况

17、.早期的无人值班变电站没有自动化功能。只适合不重要早期的无人值班变电站没有自动化功能。只适合不重要的的35KV变电站。变电站。2.20世纪世纪60年代，进入了远方监视的无人值班阶段。年代，进入了远方监视的无人值班阶段。3.20世世纪纪80年年代代后后期期，无无人人值值班班技技术术又又上上了了一一个个台台阶阶。促促进进了了调调度度自自动动化化实实用用化化的的深深入入开开展展和和电电网网调调度度管管理理水水平平的的提高。提高。4.国国家家电电力力调调度度通通信信中中心心于于1993年年12月月28日日发发布布了了调调自自19942号号文文件件关关于于在在地地区区电电网网中中实实施施变变电电站站遥遥

18、控控和和无无人人值值班班的的意意见见。该该文文件件明明确确指指出出实实行行变变电电站站遥遥控控和和无无人人值值班班是是可可行行的的，是是电电网网调调度度管管理理的的发发展展方方向向，并并明明确确指指出出各各单单位位要要积积极极稳稳妥妥地地开开展展此此项项工工作作，要要根根据据当当地地的的实实际际情情况况，因因地地制制宜宜，统统筹筹安安排排，综综合合考考虑虑，做做好好规规划划，逐逐步步实实施施。根根据据需需要要有有些些地地区区可可考考虑虑新新建建变变电电站站一一步步到到位位，即即按按无无人人站站设设计计建建设设，尤尤其其是是地地区区变变电电站站。该该文文件件对对全全国国无无人值班变电站的建设起了

19、很大的推动作用。人值班变电站的建设起了很大的推动作用。4/4/2023141.3.3 1.3.3 变电站实现无人值班的目的和意变电站实现无人值班的目的和意义义(1)国民经济发展形势的需要国民经济发展形势的需要不不仅仅发发达达地地区区、人人口口密密集集经经济济发发展展的的地地区区需需要要发发展展无无人人值值班班变变电电站站；人人口口密密度度少少、经经济济不不甚甚发发达达的的边边远远地地区，发展无人值班也很重要。区，发展无人值班也很重要。(2)提高运行的可靠性，减少误操作率。提高运行的可靠性，减少误操作率。(3)提高经济效益和劳动生产率提高经济效益和劳动生产率(4)降低变电站建设成本降低变电站建设

20、成本。4/4/2023151.3.4 1.3.4 变电站综合自动化全面提高无人值变电站综合自动化全面提高无人值班变电站的技术水平班变电站的技术水平（1）提高了变电站的安全、可靠运行水平。）提高了变电站的安全、可靠运行水平。（2）提高电力系统的运行、管理水平和技术水平）提高电力系统的运行、管理水平和技术水平（3）缩缩小小变变电电站站占占地地面面积积，降降低低造造价价，减减少少总总投投资。资。（4）提提高高供供电电质质量量，提提高高电电压压合合格格率率，降降低低电电能能损耗。损耗。（5）减少维护工作量。由于综合自动化系统中的）减少维护工作量。由于综合自动化系统中的 微机保护装置和自动装置，都具有故

21、障自诊断功微机保护装置和自动装置，都具有故障自诊断功能，装置内部有故障，能自动显示故障部位，缩能，装置内部有故障，能自动显示故障部位，缩短了维修时间短了维修时间。4/4/202316第2章变电站自动化系统的基本功能2.1变电站自动化系统的内涵2.2监控子系统2.3继电保护子系统2.4电能量计量子系统2.5自动控制子系统2.6谐波分析与监视功能2.7变电站综合自动化系统的通信功能2.8变电站综合自动化系统的特点4/4/2023172.1变电站自动化系统的内涵(1)20世纪80年年代代和和90年年代代中中期期，国国内内都都把把上上述述功功能能的的系系统统称称为为变变电电站站综综合合自自动动化化系系

22、统统，以以区区别别于于只只有有局局部部功功能能的的自自动动化化。国国外外发发表表的的文文章章也也称称“综综合合自自动动化化”，或或一一体体化化的的变变电电站站控控制制与保护。与保护。国国际际电电工工委委员员会会（IEC）根根据据国国际际上上变变电电站站自自动动化化系系统统发发展展的的情情况况，于于1997年年国国际际大大电电网网会会议议（CIGRE）WG34.03工工作作组组在在“变变电电站站内内数数据据流流的的通通信信要要求求”报报告告中中，提提出出了了“变变电电站站自自动动化化”（SA，SubstationAutomation）和和“变变电电站站自自动动化化系系统统”（SAS，Substa

23、tionAutomationSystem）两两个个名名词词。此此名名词词被被国国际际电电工工委委员员会会的的TC57技技术术委委员员会会（即即电电力力系系统统通通信信和和控控制制技技术术委委员员会会）在在制制定定的的IEC61850（即即变变电电站站通通信信网网络络和和系系统统）标标准准中中采采纳纳。我我国国从从20世世纪纪80年年代代中中、后后期期以以来来，习习惯称之为惯称之为“变电站综合自动化变电站综合自动化”和和“变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统”。在在IEC61850变变电电站站通通信信网网络络标标准准中中，对对变变电电站站自自动动化化系系统统（SAS）的的定定义义为为：变变电

24、电站站自自动动化化系系统统就就是是在在变变电电站站内内提提供供包括通信基础设施在内的自动化。包括通信基础设施在内的自动化。4/4/2023182.1变电站综合自动化的内涵变电站综合自动化的内涵(2)2000年年中中国国电电力力出出版版社社出出版版的的变变电电站站综综合合自自动动术术一一书书中中指指出出了了变变电电站站综综合合自自动动化化的的含含义义是是将将变变电电站站的的二二次次设设备备（包包括括测测量量仪仪表表、信信号号系系统统、继继电电保保护护、自自动动装装置置和和远远动动装装置置等等）经经过过功功能能的的重重新新组组合合和和优优化化设设计计，利利用用先先进进的的计计算算机机技技术术、现现

25、代代电电子子技技术术、信信号号处处理理技技术术和和通通信信技技术术、实实现现对对全全变变电电站站的的主主要要设设备备和和输输、配配电电线线路路的的自自动动监监视视、测测量量、自自动动控控制制和和微微机机保保护护，以以及及与与调调度度通通信信等等综综合合性性的的自自动动化化功功能能。变变电电站站自自动动化化系系统统，是是利利用用多多台台微微型型计计算算机机（包包括括单单片片机机等等）和和大大规规模模集集成成电电路路组组成成的的分分级级分分布布式式的的自自动动化化系系统统，它它以以微微计计算算机机为为基基础础，实实现现对对变变电电站站传传统统的的继继电电保保护护、测测量量手手段段、控控制制方方式式

26、以以及及通通信信和和管管理理模模式式的的全全面面改改造造。变变电电站站综综合合自自动动化化系系统统具具有有功功能能综综合合化化、结结构构微微机机化化、操操作作监监视视屏屏幕幕化化、运运行行管理智能化、通信网络化等特征。管理智能化、通信网络化等特征。4/4/2023192.2监控子系统监控子系统2.2.1数据采集2.2.2模拟量的采样方式2.2.3数据采集途径2.2.4安全监控功能2.2.5操作与控制功能2.2.6人机联系功能2.2.7运行记录功能2.2.8对时功能4/4/2023202.2.1数据采集内容（1 1）模拟量的采集）模拟量的采集（2）开关量的采集开关量的采集 （3 3）事件顺序记录

27、（）事件顺序记录（SOESOE）（4 4）电能量的采集电能量的采集4/4/2023212.2.22.2.2模拟量的采样方式模拟量的采样方式*电力系统和电厂、变电站中的模拟量有三种类型。电力系统和电厂、变电站中的模拟量有三种类型。*采样方式采样方式:一般可分为直流采样和交流采样两种类型。一般可分为直流采样和交流采样两种类型。1.1.直流采样直流采样 直直流流采采样样是是指指将将现现场场不不断断连连续续变变化化的的模模拟拟量量先先转转换换成成直直流流电电压压信信号号，再再送送至至A AD D转转换换器器进进行行转转换换；即即A AD D转转换换器器采样的模拟量为直流信号。采样的模拟量为直流信号。2

28、.2.交流采样交流采样 交交流流采采样样是是相相对对直直流流采采样样而而言言，即即指指对对交交流流电电流流和和交交流流电电压压采采集集时时，输输入入至至A AD D转转换换器器的的是是与与电电力力系系统统的的一一次次电电流流和和一一次次电电压压同同频频率率，大大小小成成比比例例的的交交流流电电压压信信号号。如如下下页图页图2.12.1。在在交交流流采采样样方方式式中中，对对于于有有功功功功率率和和无无功功功功率率，是是通过采样所得到的通过采样所得到的u u，i,i,计算出计算出P P，Q Q。4/4/202322图图2.1 2.1 交流电压电流输入通道结构框图交流电压电流输入通道结构框图（a

29、a）电压输入通道（电压输入通道（b b）电流输入通道电流输入通道4/4/2023232.2.2.3 2.2.2.3 两种采样方式的比较两种采样方式的比较 1 1直流采样的特点直流采样的特点 2 2交流采样的主要特点交流采样的主要特点2.2.2.4 2.2.2.4 采样定理采样定理 一个随时间连续变化的物理量一个随时间连续变化的物理量f(t)f(t)，如图如图2.22.2（a a），），经过采样后，得到一系列的脉冲序列经过采样后，得到一系列的脉冲序列f*(t)f*(t)，它是离散的信号，它是离散的信号，被称为采样信号，如图被称为采样信号，如图2.2(c)2.2(c)。根据香农（根据香农（Shan

30、nonShannon）定理：如果随时间变化的模拟信定理：如果随时间变化的模拟信号（包括噪声干扰在内）的最高频率为号（包括噪声干扰在内）的最高频率为f fmaxmax，只要按照采样频只要按照采样频率率f2 f2 f fmaxmax进行采样，那么所给出的样品系列进行采样，那么所给出的样品系列,，就足以代就足以代表（或恢复）表（或恢复）f(t)f(t)了，实际应用中常采用了，实际应用中常采用f(5f(510)f10)fmaxmax。4/4/202324图图 2.2 2.2 采样过程采样过程4/4/2023252.2.32.2.3安全监控功能安全监控功能1.对对采采集集的的模模拟拟量量不不断断进进行行

31、越越限限监监视视，如如发发现现越越限限，立立刻刻发发出出告告警警信信息息，同同时时记记录录和和显显示示越越限限时时间间和和越越限限值值，并并将将越越限限情况远传给调度中心或控制中心。情况远传给调度中心或控制中心。2.2.对对微微机机保保护护装装置置和和其其它它各各种种自自动动装装置置的的工作状态进行监视。工作状态进行监视。3.3.将将监监视视结结果果及及时时传传送送给给调调度度中中心心，并并接接收和执行调度中心下达的各种命令。收和执行调度中心下达的各种命令。4/4/2023262.2.4 2.2.4 操作与控制功能操作与控制功能无无论论当当地地操操作作或或远远方方操操作作，都都应应有有防防误误

32、操操作作的的闭锁措施。闭锁措施。断路器的操作闭锁应包括以下内容断路器的操作闭锁应包括以下内容:(1 (1）断路器操作时，应闭锁重合闸；）断路器操作时，应闭锁重合闸；（2 2）当当地地进进行行操操作作和和远远方方控控制制操操作作，要要互互相相闭锁。闭锁。（3 3）根根据据实实时时信信息息，自自动动实实现现断断路路器器与与隔隔离离开关必要的闭锁操作。开关必要的闭锁操作。(4)(4)其他其他4/4/2023272.2.52.2.5人机联系功能人机联系功能1.人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。2CRT或液晶显示器显示画面的内容或液晶显示器显示画面的内容 （1 1）显示

33、采集和计算的实时运行参数）显示采集和计算的实时运行参数 （2 2）显示实时主接线图）显示实时主接线图 （3 3）事件顺序记录（）事件顺序记录（SOE）（4 4）越限报警显示越限报警显示 （5 5）值班记录显示）值班记录显示 （6 6）历史趋势显示）历史趋势显示 （7 7）保护定值和自控装置的设定值显示。）保护定值和自控装置的设定值显示。（8 8）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。3.输入数据输入数据 （1 1）TA、TV变比变比 （2 2）保护定值和越限报警定值）保护定值和越限报警定值 （3 3）自控装置的设定值）自控装置的设定值 （4 4）运行

34、人员密码）运行人员密码4/4/2023282.2.62.2.6运行记录功能运行记录功能 对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能打印记录功能:定时打印报表和运行日志；定时打印报表和运行日志；开关操作记录打印；开关操作记录打印；事件顺序记录打印；事件顺序记录打印；越限打印；越限打印；召唤打印；召唤打印；抄屏打印；抄屏打印；事故追忆打印。事故追忆打印。对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行 报表，集中在控制中心打印输出。报表，集中在控制中心打印输出。

35、2.2.72.2.7对时功能对时功能配备配备GPSGPS卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。4/4/2023292.3微机保护子系统微机保护子系统2.3.1继电保护的基本任务继电保护的基本任务2.3.2对继电保护对继电保护的基本要求的基本要求2.3.3微机保护子系统内容微机保护子系统内容2.3.4微机保护的优越性微机保护的优越性4/4/2023302.3.1继电保护的基本任务继电保护的基本任务（1）有有选选择择性性地地将将故故障障元元件件从从电电力力系系统统中中快快速速、自自动动地地切切除除，使使其其损损坏坏程程度度减减至至最最轻轻，并并保保证证最最大大限限度度

36、地地迅迅速速恢恢复复系系统统中中无无故故障障部部分分的的正正常常运行。运行。（2）反反应应电电气气设设备备的的异异常常运运行行工工况况，根根据据运运行行维维护护的的具具体体条条件件和和设设备备的的承承受受能能力力，发发出出报报警警信号，减负荷或延时跳闸信号。信号，减负荷或延时跳闸信号。（3）根根据据实实际际情情况况，尽尽快快自自动动恢恢复复停停电电部部分分的的供电。供电。4/4/2023312.3.2对微机保护子系统要求对微机保护子系统要求（1）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求的要求（2）软、硬件结构要相对独立；它的工作不软、硬件结构要相对独立；它的

37、工作不受监控系统和其它子系统的影响。受监控系统和其它子系统的影响。（3）具有故障记录功能）具有故障记录功能（4）察看）察看和授权修改保护整定值和授权修改保护整定值方便方便（5 5）具有具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能故障自诊断、自闭锁和自恢复功能（6）具有对时功能）具有对时功能 （7 7）具有具有通信功能和标准的通信规约。通信功能和标准的通信规约。4/4/2023322.3.3 2.3.3 微机保护子系统的内容微机保护子系统的内容 在在变变电电站站综综合合自自动动化化系系统统中中，微微机机保保护护应应包包括括全全变电站主要设备和输、配电线路的全套保护。变电站主要设备和输、配电线路的全套保护。

38、2.3.4.微机保护优越性微机保护优越性（1）灵活性强）灵活性强（2）稳定性好）稳定性好（3）利用微机的记忆功能，可改善保护性能）利用微机的记忆功能，可改善保护性能（4）体积小，功能全。）体积小，功能全。4/4/2023332.4 2.4 电能量计算子系统电能量计算子系统 电电能能量量包包括括有有功功电电能能和和无无功功电电能能。电电能能量量的的采采集集和和管管理理是是变变电电站站综综合合自自动动系系统的重要组成部分。统的重要组成部分。2.4.1电能计量装置的发展历程电能计量装置的发展历程2.4.2变变电电站站自自动动化化系系统统对对电电能能量量计计量量系统的管理模式系统的管理模式4/4/20

39、23342.4.12.4.1电能计量装置的发展历程电能计量装置的发展历程2.4.1.1机械式的电能表机械式的电能表 电电能能表表的的出出现现和和发发展展已已有有100多多年年的的历历史史了了。大大家家最最熟悉的感应式电能表。熟悉的感应式电能表。2.4.1.2机电式电能表机电式电能表为为了了解解决决计计算算机机能能对对电电能能量量进进行行采采集集与与处处理理，最最简简单单的的方方法法是是利利用用电电子子技技术术与与传传统统的的感感应应式式电电能能是是相相结合，即对原来感应式的电能表加以改造。结合，即对原来感应式的电能表加以改造。2.4.1.3 电子式电能表电子式电能表由由硬硬件件乘乘法法器器完完

40、成成对对u,i相相乘乘得得到到功功率率的的测测量量，由由于于它它没没有有传传统统的的电电能能表表上上的的旋旋转转机机构构，因因此此又又被被称称为为静静止止电能表或固态电能表。电能表或固态电能表。4/4/2023352.4.1.4微机型电能表微机型电能表按其原理分，主要有两大类型。按其原理分，主要有两大类型。（1）利用单片机或）利用单片机或DSP（数字信号处理器）为核心，利用高精度的数字信号处理器）为核心，利用高精度的A/D转换器和采样保持器，采集转换器和采样保持器，采集u和和i,通过软件计算通过软件计算P、Q，以及以及 kWHkWH和和 kVarHkVarH等量。等量。（2）采用专用的电能芯片

41、和单片机构成的数字电能表）采用专用的电能芯片和单片机构成的数字电能表 这些电能计量专用芯片内含有这些电能计量专用芯片内含有16位、位、18位的高分辨率位的高分辨率A/D转换器，因转换器，因此计量准确度高。此计量准确度高。2.4.1.5几种特殊功能的新型电能表几种特殊功能的新型电能表（1 1）具有电能计量综合误差自动跟踪补偿功能的多功能电能表）具有电能计量综合误差自动跟踪补偿功能的多功能电能表 （2 2）基波电能表基波电能表 (3(3）多功能视在电能表多功能视在电能表 2.4.1.6软件计算电能量软件计算电能量4/4/2023362.4.2变电站自动化系统对电能量计量系变电站自动化系统对电能量计

42、量系统的管理模式统的管理模式2.4.2.1设置专用电能质量管理机设置专用电能质量管理机2.4.2.2串行接口管理模式串行接口管理模式 一一般般新新建建的的变变电电站站或或220kV及及以以上上变变电电站站，多多采采用用微微机机型型电电能能表表，它它们们一一般般都都具具有有RS232/RS485串串行行通通信信接接口口，因因此此可可直直接接将将这这些些电电能能表表利利用用屏屏蔽蔽双双绞绞线线或或同同轴轴电电缆缆组组成成RS485网网络络。监监控控机机可可直直接接通通过过串串口口与与电电能表的能表的485网相联接，对电能计量进行管理。网相联接，对电能计量进行管理。2.4.2.3现场总线网络管理模式

43、现场总线网络管理模式 上述串行接口模式接口简单，投资少，但一个上述串行接口模式接口简单，投资少，但一个RS485网能联接的电能表有限。对于规模较大的变电站，网能联接的电能表有限。对于规模较大的变电站，监控机可以通过现场总线网络，管理各电能表。监控机可以通过现场总线网络，管理各电能表。4/4/2023372.5 2.5 自动控制子系统自动控制子系统2.5.1变电站的电压、无功综合控制变电站的电压、无功综合控制2.5.2备用电源自投控制备用电源自投控制2.5.3低频减负荷控制低频减负荷控制4/4/2023382.5.1变电站的电压无功综合控制变电站的电压无功综合控制2.5.1.1电压、无功综合控制

44、的重要性电压、无功综合控制的重要性2.5.1.2电压、无功综合控制目标电压、无功综合控制目标（1）维持供电电压在规定的范围内）维持供电电压在规定的范围内500kV(330kV)变电站的变电站的220kV母线母线正常时，正常时，0+10%；事故时，；事故时，-5%+10%。220kV变电站的变电站的35110kV母线母线正常时，正常时，-3%+7%；事故时，；事故时，10%。配电网的配电网的10kV母线，电压合格范围：母线，电压合格范围：10.010.7kV（2）保持电力系统稳定和合适的无功平衡。无功分区、就地平衡的保持电力系统稳定和合适的无功平衡。无功分区、就地平衡的原则原则（3）电压、无功综

45、合控制的手段）电压、无功综合控制的手段调分接头位置调分接头位置控制无功补偿设备控制无功补偿设备两者综合考虑两者综合考虑4/4/2023392.5.1.3变电站电压、无功综合控制的原理MVR型自控装置实现电压、无功综合控制的基本原理（1）根据（1）调整分接头位置，即改变变比Kn，使UL-ULN=min4/4/202340（2）改变无功补偿，如图2.1所示的网络，高压网络上的损耗（包括变压器损耗）为投入无功补偿Qc后：）。在保证电压满足要求的前提下，根据无功功率QB的大小，合理的控制投、切无功补偿的容量Qc，使变电站与系统所交换的无功（QB-Qc）最小，就可以使高压网络损耗最小.）。4/4/202

46、3412.5.1.4电力系统的电压、无功综合控制的电力系统的电压、无功综合控制的方式方式l1.集中控制l2.分散控制l3.关联分散控制l4.关联分散控制的实现方法l（1）软件实现的方法l（2）硬件实现的关联分散控制2.5.1.5微机电压、无功综合控制装置硬件结构4/4/2023422.5.1.5MVR-III型微机电压、无功综合控制装置硬件结构4/4/2023432.5.2低频减负荷控制低频减负荷控制1.电力系统发生频率偏移原因电力系统发生频率偏移原因2.电力系统频率降低危害电力系统频率降低危害3.低频减负荷的控制方式低频减负荷的控制方式根据配电线路所供负荷的重要程度，分为基本级和特根据配电线

47、路所供负荷的重要程度，分为基本级和特殊级两大类。一般低频减载装置基本级可以设定殊级两大类。一般低频减载装置基本级可以设定5轮或轮或8轮轮。4.低频减负荷的实现方法低频减负荷的实现方法采用专用的低频减载装置采用专用的低频减载装置在线路保护装置中，增加低频切负荷功能在线路保护装置中，增加低频切负荷功能4/4/2023445对低频减载装置的基本要求对低频减载装置的基本要求(1)能在各种运行方式且功率缺额的情况下，能在各种运行方式且功率缺额的情况下，有计划的切除负荷，有效地防止系统频率下降有计划的切除负荷，有效地防止系统频率下降危险点以下。危险点以下。(2)切降的负荷应尽可能少，应防止超调和悬停切降的

48、负荷应尽可能少，应防止超调和悬停现象。现象。(3)变电站的馈电线路故障或变压器跳闸造成失变电站的馈电线路故障或变压器跳闸造成失压时，低频减载装置应可靠闭锁，不应误动。压时，低频减载装置应可靠闭锁，不应误动。(4)电力系统发生低频振荡或谐谐波干扰时，不应电力系统发生低频振荡或谐谐波干扰时，不应误动误动。4/4/2023452.5.32.5.3备用电源自投控制备用电源自投控制 备用电源自投控制是当电力系统故障备用电源自投控制是当电力系统故障或其它原因导致工作电源消失时，将备或其它原因导致工作电源消失时，将备用电源迅速投入，以恢复对系统的供电，用电源迅速投入，以恢复对系统的供电，因此备用电源自动投入

49、是保证配电系统因此备用电源自动投入是保证配电系统连续可靠供电的重要措施。在变电站中，连续可靠供电的重要措施。在变电站中，常用的备自投控制有进线备自投、母联常用的备自投控制有进线备自投、母联备自投和备用变压器自投等。备自投和备用变压器自投等。4/4/2023462.6 2.6 谐波分析与监视功能谐波分析与监视功能2.6.1正弦波形畸变指标正弦波形畸变指标2.6.2谐波源分析谐波源分析2.6.3电力系统谐波监测方法电力系统谐波监测方法2.6.4电力系统中谐波的抑制电力系统中谐波的抑制4/4/202347 为为定定量量表表示示电电力力系系统统正正弦弦波波形形的的畸畸变变程程度度，采采用用以以各各次次

50、谐谐波波含含量量及及谐谐波波总总量量大大小小表表示示电电压压和电流波形的畸变指标。和电流波形的畸变指标。我国谐波国家标准我国谐波国家标准电能质量公用电网电能质量公用电网谐波谐波（GB/T 14549GB/T 145499393）规定我国公用电网规定我国公用电网谐波电压的允许值见表谐波电压的允许值见表2-12-1。2.6.12.6.1正弦波形畸变指标正弦波形畸变指标4/4/202348表表2-12-1公用电网谐波电压（相电压）的允许值公用电网谐波电压（相电压）的允许值电压标称电压电压标称电压（KV）电压总畸变率电压总畸变率（%）各次谐波含有率（各次谐波含有率（100%）奇次奇次偶次偶次0.385