1、第二章第二章 智能输配用电智能输配用电第一节第一节 智能输电智能输电一、特高压输电技术一、特高压输电技术 特高压输电技术包括特高压交流输电技术和特高压直流输电技术。（一）特高压交流输电技术（一）特高压交流输电技术 特高压交流输电是指1000kV及以上电压等级的交流输电工程。特高压交流电网突出的优势是：可实现大容量、远距离输电，l回l000kV 输电线路的输电能力可达相同导线截面的500kV输电线路的4倍以上；特高压交流输电的核心技术，主要体现在以下方面：(1)在过电压深度控制方面，采用高压并联电抗器、断路器合闸电阻和高性能避雷器联合控制过电压，并利用避雷器短时过负荷能力，将操作过电压、工频过电
2、压得到有效的控制，持续时间限制在0.2s以内，兼顾了无功平衡需求，有效降低了对设备绝缘水平的要求。第一节第一节 智能输电智能输电(2)采用高压并联电抗器中性点小电抗控制潜供电流方法，成功实现了1s内的单相重合闸，避免了采用动作逻辑复杂、研制难度大、价格昂贵的高速接地开关方案，解决了潜供电流控制的难题。(3)通过对特高压交流输电系统绝缘配合的大量研究，获得了长空气间隙的放电特性曲线，初步提出了空气间隙放电电压的海拔修正公式，引入反映多并联间隙影响的修正系数，合理控制了各类间隙距离。特高压交流输电的核心技术，主要体现在以下方面：(4)大规模采用有机外绝缘新技术，在世界上首次采用特高压、超大吨位复合
3、绝缘子和复合套管，结合高强度瓷玻璃绝缘子、瓷套管的使用，攻克了污秽地区特高压交流输电工程的外绝缘配置难题。特高压交流输电的核心技术，主要体现在以下方面：(5)为了控制电磁环境水平，特高压输电线路采用大截面多分裂导线，变电 站全部进行全场域三维电场计算和噪声计算，优化了变电站布置和设备金具结构，并成功研制出低噪声设备和全封闭隔音室，电晕损失和噪声控制水平达到国际先进水平。特高压交流输电的核心技术，主要体现在以下方面：(6)开展特高压电网安全稳定水平的大规模仿真计算分析，结合发电机及励磁系统的实测建模，以及系统电压控制、联网系统特性试验结果，研究掌握了特高压电网的运行特性，提出了特高压电网的运行控
4、制策略并成功实施。特高压交流输电的核心技术，主要体现在以下方面：(7)建立特高压输电技术标准体系，形成了从系统集成、工程设计、设备制造、施工安装、调试试验到运行维护的全套全过程技术标准和试验规范。特高压交流输电的核心技术，主要体现在以下方面：(8)成功研制出代表世界最高水平的全套特高压交流设备：额定电压 l000kV、额定容量1000MVA（单柱电压l000kV、单柱容量334MVA）的单体式单相变压器；额定电压1100kV、额定容量320Mvar的高压并联电抗器；额定电压1100kV、额定电流6300A、额定开断电流50kA（时间常数120ms）的SF6气体绝缘金属封闭组合电器；特高压瓷外套
5、避雷器、特高压棒形悬式复合绝缘子、复合空心绝缘子及套管等特高压设备。特高压交流输电的核心技术，主要体现在以下方面：国际上，高压直流通常指的是600kV及以下直流系统，600kV以上的直流系统称为特高压直流。我国，高压直流指的是660kV及以下直流输电系统，特高压直流指的是800kV和l000kV直流系统。（二）特高压直流输电技术 从电网特点看，特高压交流可以形成坚强的网架结构，对电力的传输、交换、疏散十分灵活；直流是“点对点”的输送方式，难以独自形成网络，需依附于坚强的交流输电网发挥作用。特高压直流输电具有超远距离、超大容量、低损耗、节约输电走廊和快速、灵活、高度可控等特点，可用于电力系统非同
6、步联网；（二）特高压直流输电技术 由于不存在交流输电的系统稳定问题，可按送、受两端运行方式而改变潮流，所以更适合于大型水电、火电基地向远方负荷中心送电。与高压直流输电相比，特高压直流输电具有以下技术和经济优势：（二）特高压直流输电技术 特高压直流输电技术和经济优势特高压直流输电技术和经济优势：(1)输送容量大。采用6英寸晶闸管换流阀、大容量换流变压器和大通流能力的直流场设备；电压可以采用800kV或l000kV；800kV、l000kV特高压直流输电能力分别是500kV高压直流的2.5倍和3.2倍，能够充分发挥规模输电优势，大幅提高输电效率.（二）特高压直流输电技术特高压直流输电技术和经济优势
7、特高压直流输电技术和经济优势：(2)送电距离远。采用特高压直流输电技术使超远距离的送电成为可能，为实现更大范围优化资源配置提供技术手段。研究结果表明，800kV经济输电距离为13502350km;l000kV经济输电距离为2350km以上。（二）特高压直流输电技术特高压直流输电技术和经济优势特高压直流输电技术和经济优势：(3)线路损耗低。在导线总截面、输送容量均相同的情况下，800kV直流线路的电阻损耗是1500kV直流线路的39%，是士600kV直流线路的60%，可提高输电效率，降低输电损耗。（二）特高压直流输电技术特高压直流输电技术和经济优势特高压直流输电技术和经济优势：(4)工程投资省。
8、由于特高压直流工程输送容量大、送电距离远，特高压直流工程的单位千瓦每千米造价显著降低，根据计算分析，800kV直流输电工程的单位千瓦每千米综合造价约为500kV直流输电方案的87%，节省工程投资效益显著。（二）特高压直流输电技术特高压直流输电技术和经济优势特高压直流输电技术和经济优势：(5)走廊利用率高。800kV直流输电单位走廊宽度输送容量是500kV的 1.3倍左右，提高输电走廊利用效率，节省宝贵的土地资源。（二）特高压直流输电技术特高压直流输电技术和经济优势特高压直流输电技术和经济优势：(6)运行方式灵活。特高压直流输电工程采用双极对称和模块化设计，每极采用双12脉动换流器串联的接线，单
9、个换流器单元和单极故障不影响其他换流单元和极的运行，运行方式灵活，系统可靠性大大提高。任何一个换流器发生故障，系统仍能够保证75%额定功率的送出。由于采用对称、模块化设计，工程可以分步建设、分期投入运行。（二）特高压直流输电技术特高压直流输电技术和经济优势特高压直流输电技术和经济优势：(7)可靠性高。对控制保护等重要部分采取冗余设计，从而大大提高特高压直流输电系统的可靠性。直流输电可控性好，输电电压、电流和功率以及送电方向可以灵活调节。据分析，800kV特高压直流工程的单换流器停运率平均不大于2次年，双极强迫停运率不大于0.05次年，能量不可利用率不大于0.5%。（二）特高压直流输电技术特高压
10、直流输电技术和经济优势特高压直流输电技术和经济优势：(8)环境友好。采用大截面、多分裂导线和增加对地距离，线路电磁环境指标与常规500kV直流输电工程相当，完全满足国家环境指标要求。通过采用低噪声设备、优化换流站平面布置、采用隔声屏障等措施，如：平波电抗器采用高效一体化消声装置，围墙合理装设隔音屏，经仿真计算表明特高压直流工程换流站噪声场界可达到国家二类标准，即昼间不大于60dB，夜间不大于50dB。（二）特高压直流输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术 灵活柔性交流输电技术(FACTS)的概念。FACTS的基石是电力电子技术，核心是FACTS 装置，关键是对电网运行参数进行灵活
11、控制。通过安装FACTS装置可以实现电压、阻抗、功角等电气量的快速、频繁、连续控制，克服传统控制方法的局限性，增强电网的灵活性和可控性。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术1.1.柔性交流输电系统柔性交流输电系统(FACTS)(FACTS)的应用功能介绍的应用功能介绍 静止无功补偿器 静止无功补偿器(SVC)是在机械投切式电容器和电感器的基础上，采用大容量晶闸管代替机械开关而发展起来的，它可以快速地改变其发出的无功功率，具有较强的无功调节能力，可为电力系统提供动态无功电源。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术1.1
12、.柔性交流输电系统柔性交流输电系统(FACTS)(FACTS)的应用功能介绍的应用功能介绍 晶闸管控制串联电容器 晶闸管控制串联电容器(TCSC)应用了电力电子技术，利用对晶闸管阀的触发控制，实现对串联补偿容抗值的平滑调节，使输电线路的等效阻抗成为动态可调，系统的静态、暂态和动态性能得到改善。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术1.1.柔性交流输电系统柔性交流输电系统(FACTS)(FACTS)的应用功能介绍的应用功能介绍 可控并联电抗器(CSR)它并联于电力系统，且其电抗值可以在线调节，在一定程度上解决电压在小负荷方式下过高或大负荷方式下过低的情况，紧
13、急情况下可以实现强补以抑制工频过电压，配合中性点电抗器还可以抑制潜供电流、降低恢复电压。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术1.1.柔性交流输电系统柔性交流输电系统(FACTS)(FACTS)的应用功能介绍的应用功能介绍故障电流限制器 是一种串联在输电线路中的FACTS装置，在系统正常运行时其阻抗为零，不对系统运行产生任何影响。当系统发生故障时，FCL 通过投切或以其他的方式迅速增大串联阻抗来达到限制线路短路电流的目的。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术1.1.柔性交流输电系统柔性交流输电系统(FACTS)(FA
14、CTS)的应用功能介绍的应用功能介绍 静止同步补偿器(STATCOM)静止同步补偿器是一种基于电压源换流器(VSC)的动态无功补偿设备，STATCOM以VSC为核心，直流侧采用电容器为储能元件，VSC将直流电压转换成与电网同频率的交流电压，有调节速度更快、调节范围更广、欠压条件下的无功调节能力更强的优点，同时谐波含量和占地面积都大大减小。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术1.1.柔性交流输电系统柔性交流输电系统(FACTS)(FACTS)的应用功能介绍的应用功能介绍静止同步串联补偿器 静止同步串联补偿器(SSSC)属于第二代FACTS装置，它可以等效为
15、串联在线路中的同步电压源，通过注入与线电流呈合适相角的电压来改变输电线路的等效阻抗，具有与输电系统交换有功功率和无功功率的能力。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术2 2柔性交流输电系统特点柔性交流输电系统特点比常规的输电控制技术具有优越的快速性能和灵活的控制能力，同时还具有良好的适应性。采用合适有效的FACTS技术，充分发挥现有电网的潜力。因此，在电力系统中具有广泛而良好的应用前景。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术2 2柔性交流输电系统特点柔性交流输电系统特点(1)充分利用现有的输电线路的能力和资源。现行电力
16、系统由稳定条件限定的输送功率的极限偏低，输电线路的能力远未被充分利用，而采用FACTS技术，理论上可使输电线路的输送功率极限大大提高，甚至接近导线的热稳极限，从而提高输电线路资源的利用率。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术2 2柔性交流输电系统特点柔性交流输电系统特点(2)提高电网和输电线路的安全稳定性、可靠性和运行经济性。FACTS技术的应用将有助于抑制功率振荡，提高系统的安全稳定水平；有助于控制电网中的潮流大小和方向，实现潮流的合理流动和电网的经济运行；有助于限制电网和设备故障的影响范围，减小事故恢复时间及停电损失。二、柔性输电技术二、柔性输电技术
17、（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术2 2柔性交流输电系统特点柔性交流输电系统特点(3)优化整个电网的运行状况。在电网中采用FACTS有助于建立全网统一的实时控制中心，实现全系统的优化控制，以提高全系统运行的安全性和经济性。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术2 2柔性交流输电系统特点柔性交流输电系统特点(4)改变传统交流输电的应用范围。整套应用并协调控制的FACTS控制器将使常规交流输电柔性化，改变交流输电的功能范围，使其在更多方面发挥作用。由于应用FACTS控制器的方案常常比新建一条线路或换流站的方案更便宜，它甚至可以扩大到原属于直流输电专有
18、的应用范围，如定向传输电力，功率调制，延长水下或地下交流输电距离等。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术3 3国内柔性交流输电系统国内柔性交流输电系统(FACTS)(FACTS)工程应用工程应用1994年作为原电力部重大科技攻关项目，由河南省电力局和清华大学共同研制20MvarSTATCOM。1999年3月，20MvarSTATCOM在河南洛阳的朝阳变电站并网成功。清华大学和上海电力公司合作研制的一套容量为50MVA（无功功率）的STATCOM，已于2006年4月投运。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（一）柔性交流输电技术（一）柔性交流输电技术4.FAC
19、TS4.FACTS的发展前景的发展前景鉴于FACTS的广泛发展前景及它对未来输电技术发展、电力建设和运行可能产生的重大影响，美国、日本、巴西以及德国、瑞典、意大利、英国等欧洲一些发达国家已投人大量的资金和人力对此进行研究和开发，包括对现行电网的评估、硬件设备开发及FACTS装置在各电力公司的协调配置等，并已取得了许多可喜成果。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术 柔性直流输电(VSC-HVDC)是以VSC和PWM技术为基础的新型直流输电技术，也是目前进入工程应用的较先进的电力电子技术。VSC-HVDC在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模
20、风电场并网等方面具有较强的技术优势.二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术1.1.柔性直流输电的技术特点柔性直流输电的技术特点(1)VSC的电流能够自关断，可以工作在无源逆变方式，所以不需要外加的换相电压，受端系统可以是无源网络，克服了传统的HVDC受端必须是有源网络的根本缺陷，使利用HVDC为远距离的孤立负荷送电成为可能。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术1.1.柔性直流输电的技术特点柔性直流输电的技术特点(2)正常运行时，VSC可以同时且独立地控制有功和无功功率，控制更加灵活方便。而传统HVDC中控制量只有触发
21、角，不可能单独控制有功功率或无功功率。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术1.1.柔性直流输电的技术特点柔性直流输电的技术特点(3)VSC不仅不需要交流侧提供无功功率而且能够起到STATCOM的作用，动态补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压。若换流站容量允许，当交流电网发生故障时，既可以向故障区域提供紧急有功功率支援，又可以提供紧急无功功率支援，提高交流系统的功角稳定性和电压稳定性。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术1.1.柔性直流输电的技术特点柔性直流输电的技术特点(4)在潮流反转时，柔性直流电流方向反转而
22、直流电压极性不变，与传统的高压直流输电恰好相反。这个特点有利于构成既能方便地控制潮流又有较高可靠性的并联多端直流系统。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术1.1.柔性直流输电的技术特点柔性直流输电的技术特点(5)由于VSC交流侧电流可以被控制，所以不会增加系统的短路功率。这意味着增加新的柔性直流输电线路后，交流系统的保护整定基本不需改变。(6)VSC通常采用PWM技术，开关频率相对较高，经过低通滤波后就可得到所需交流电压使所需滤波装置的容量大大减小。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术1.1.柔性直流输电的技术特点
23、柔性直流输电的技术特点(7)模块化设计使柔性直流输电的设计、生产，安装和调试周期大大缩短。换流站占地面积仅为同容量下传统直流输电的20%左右。(8)换流站间的通信不是必需的，控制结构易于实现无人值班。(9)具有良好的电网故障后的快速恢复控制能力 二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术1.1.柔性直流输电的技术特点柔性直流输电的技术特点(10)在连接两个独立的交流系统的柔性直流输电系统中，一侧交流系统发生故障或扰动时，并不会影响到另一侧交流系统和换流器的工作。由于独特的技术优势，VSC-HVDC可在孤岛供电、风电场等新能源并网、电能质量控制城市负荷中心供电、
24、弱电网互联、钻井平台变频调速等方面获得广泛应用。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术2.2.我国我国VSC-HVDCVSC-HVDC工程工程2011年7月25日，亚洲首个柔性直流输电示范工程上海南汇风电场柔性直流输电工程投入正式运行。这是我国第一条拥有完全自主知识产权、具有世界一流水平的柔性直流输电线路，它的成功投运标志着我国在智能电网高端装备方面取得重大突破，国家电网公司也成为世界少数几家掌握该项技术的公司。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术3.3.柔性直流输电应用前景柔性直流输电应用前景由于柔性直流输电能够瞬
25、时实现有功和无功的独立解耦控制、结构紧凑、占地面积小且易于构成多端直流系统。该输电技术能同时向系统提供有功功率和无功功率的紧急支援，在提高系统的稳定性和输电能力等方面具有优势。利用这些特点不仅可以解决目前城市电网存在的问题，而且可以满足未来城市电网的发展要求，改善电力系统的安全稳定运行。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术柔性直流输电的优越性：柔性直流输电的优越性：1可以快速控制有功功率和无功功率，解决电压闪变问题，改善供电的电能质量，防止敏感设备因电能质量问题造成的经济损失。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术柔
26、性直流输电的优越性：2柔性直流输电采用地埋式直流电缆，无交变电磁场、无油污染、无需输电走廊，可以在无电磁干扰及不影响城市市容的情况下，完成城市电网的增容改造，同时满足城市中心负荷需求和环保节能要求。二、柔性输电技术二、柔性输电技术（二）柔性直流输电技术（二）柔性直流输电技术柔性直流输电的优越性：3可灵活控制交流侧的电流，故可控制电网的短路容量。4能够提供系统阻尼，提高系统稳定性，并在严重故障时提供“黑启动功能”。目前柔性直流输电工程还没有用于城市电网供电的实例。随着核心器件IGBT的发展与成熟，及其研发成本的降低，将柔性直流输电技术广泛应用于城市电网供电将有实际的社会意义。二、柔性输电技术二、
27、柔性输电技术（一）超导输电技术（一）超导输电技术 高温超导电缆是超导输电技术领域中技术进步较快、有望在不久的将来获得广泛工程应用的输电技术。高温超导电缆由电缆芯、低温容器、终端和冷却系统四个部分组成，其中电缆芯是高温超导电缆的核心部分，包括通电导体、电绝缘和屏幕导体等主要部件。三、输电技术展望三、输电技术展望（二）多端直流输电技术（二）多端直流输电技术 多端直流输电系统由3个或3个以上换流站以及连接换流站之间的高压直流输电线路组成，与交流系统有3个或3个以上的连接端口。多端直流输电系统可以解决多电源供电或多落点受电的输电问题。三、输电技术展望三、输电技术展望（三）三极直流输电技术（三）三极直流
28、输电技术 三极直流输电是指由3个直流极输电的新型直流输电技术，可以将已有的三相交流输电线路采用换流器组合拓扑改造而成，从而大大提高线路输电容量，有效利用宝贵的输电走廊。与传统的两极直流输电系统相比，三极直流输电系统成本低、可靠性高，过负荷能力强，融冰性能好。三、输电技术展望三、输电技术展望1.1.现状现状 建立了大跨越状态监测系统，对华北、安徽福建、湖北、湖南、河南等地电网部分线路及大跨越导地线微风振动等开展实时集中监测；部分地市电力公司已经建成集中监控、有人值守的状态监测系统。雷电监测系统已经在全国28个省级电网建成，并实现全国联网。国网电力科学研究院研制成功的新一代雷电监测系统也已挂网运行
29、，探测范围及定位精度等主要技术指标得到大幅提升和改善。四、输电线路状态监测技术四、输电线路状态监测技术 2关键技术 （1 1）数据采集技术。）数据采集技术。1 1）导线温度、弧垂监测装置。）导线温度、弧垂监测装置。2 2）等值覆冰厚度监测装置。）等值覆冰厚度监测装置。3 3）微风振动监测装置。）微风振动监测装置。4 4）导线舞动监测装置。）导线舞动监测装置。5 5）杆塔倾斜监测装置。）杆塔倾斜监测装置。6 6）绝缘子污秽监测装置。）绝缘子污秽监测装置。7 7）微气象监测装置。）微气象监测装置。四、输电线路状态监测技术四、输电线路状态监测技术 2关键技术 （2）监测装置供电技术。1）感应供电 2
30、）太阳能供电。（3）数据传输技术。1)光纤专网（基于以太网无源光网络）。2)光纤专网（基于工业以太网）。3)无线专网。四、输电线路状态监测技术四、输电线路状态监测技术（一）技术背景（一）技术背景1.现代电网特征及发展特点 现代电力系统的主要特征体现为大机组、大电厂、大电网、超(特)高压远距离交直流混合输电，电网运行采用了大量新型控制技术，如发电机励磁及调速系统、动态无功补偿装置、可控串补、高压直流输电控制系统等，使电力系统的动态特性日趋复杂。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（一）技术背景（一）技术背景2.电网运行控制技术特征 基于信息采集和控制的IED装置、电力通信网络及设在电网调
31、度中心的运行、分析主站构成了电力系统监测、控制系统或称为电网调度自动化系统的基础。基于同步相量测量技术的电网动态监控系统将在未来电网运行控制技术中发挥极其重要的作用。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统(二)国内应用情况概述 PMU可以直接获取电网关键点实时的功角、电压、频率变化信息，因此，有可能描述电网的动态变化现象，实现电网运行监视、协调保护、控制的功能实现，同时，可以验证离线仿真计算工具的模型和计算结果。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统 华东电网实时功角监测系统结构图（三）电网运行控制系统现状（三）电网运行控制系统现状(1)SCADA(1)SCADAEMSEMS 目前
32、电力系统实时监测和控制系统或称为调度自动化系统主要指SCADAEMS系统，是以计算机技术为基础的现代电力调度自动化系统，主要为电网调度运行人员提供电网各种实时信息，如频率、发电机功率、线路功率、母线电压等，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电网安全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（三）电网运行控制系统现状（三）电网运行控制系统现状(2)(2)其他应用系统其他应用系统 除SCADAEMS系统外，电网运行还有若干其他应用系统，如水调自动化系统、故障信息系统、区域稳定控制系统、监控系统、保护系统等。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（
33、四）电网动态监测系统（四）电网动态监测系统WAMSWAMS的结构与主要功能的结构与主要功能（1）WAMS体系结构 1)实时监视系统 2)评估现有实时系统的技术及局限性。3)数据通信结构、有关安全问题及运行问题。4)定义所需要的数据。5)确定将要出现的技术。6)确定如何进行数据共享。7)确定谁运行、使用、维护数据。8)确定建立系统的潜在参与者。9)考虑费用和资金问题 五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（四）电网动态监测系统（四）电网动态监测系统WAMSWAMS的结构与主要功能的结构与主要功能（2）WAMS主要功能 1)模型参数校核。2)实时电网动态监视。3)电网动态安全在线评估。4)电
34、网实时控制。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相量测量技术1基本概念 我国在2006年4月正式颁布了电力系统实时动态监测系统技术规范。规范对同步相量测量、相量测量装置、主站与子站、主站与其他系统、子站与其他系统的互联方式等提出了明确的要求；同时，对PMU数据帧的具体格式给出详细说明。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相量测量技术2 2基本术语基本术语(1)(1)相量相量(PhasorPhasor)。正弦信号的复数等价表示法，复数的模对正弦信号的复数等价表示法，复数的模对应于正弦信号的幅值，幅角应于正弦信号的幅值
35、，幅角(极坐标形式极坐标形式)对应于正弦信号的相角。对应于正弦信号的相角。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相量测量技术2 2基本术语基本术语(2)(2)同步相量同步相量(SynchrophasorSynchrophasor)。以标准时间信号作为采样过程的基准，通以标准时间信号作为采样过程的基准，通过对采样数据计算而得的相量称为同步相过对采样数据计算而得的相量称为同步相量，互联电网中各个节点的相量之间存在量，互联电网中各个节点的相量之间存在着确定统一的相位关系。着确定统一的相位关系。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五
36、）同步相量测量技术2 2基本术语基本术语(3)(3)相量测量装置相量测量装置用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录的装置。的装置。4)4)数据集中器数据集中器用于站端相量测量数据接收和转发的通信装置，能用于站端相量测量数据接收和转发的通信装置，能够同时接收多个通道的测量数据，并够同时接收多个通道的测量数据，并能实时向多个能实时向多个通道转发测量数据。通道转发测量数据。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相量测量技术2 2基本术语基本术语(5)GPS (5)GPS 用于进行定位和提供时间信息的卫星用于进行定
37、位和提供时间信息的卫星系统，基于系统，基于GPSGPS的时钟精度可以达的时钟精度可以达lsls。(6)IRIG-B (6)IRIG-B 由国际仪器协会确定的时间传输由国际仪器协会确定的时间传输格式，最基本的就是格式，最基本的就是B B码，以码，以lkHzlkHz传输年、月传输年、月日、时、分、秒的信息。日、时、分、秒的信息。(7)PPS (7)PPS 由由GPSGPS接收器发出的接收器发出的1Hz1Hz频率方波同步频率方波同步脉冲信号，其上升沿与国际通用标准协调时间脉冲信号，其上升沿与国际通用标准协调时间同步。同步。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相
38、量测量技术2 2基本术语基本术语(8)参考相量正常频率下，相角相对于时间是个常量，系统频率变化时相角会发生相对旋转，相角实际反映发电机转子运动状况，参考相量就是为描述不同地点相量具有相对一致性或反映相量相对固定关系所确定的电网中某个参考相量。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相量测量技术2 2基本术语基本术语(9)相角基于GPS技术的同步相量量测技术中，相角是指母线电压相对于系统参考相量之间的夹角。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相量测量技术2 2基本术语基本术语(10)发电机内电动势同步发电机转子以同步速率
39、旋转时，主磁场在气隙中形成旋转磁场，该磁场切割定子绕组，在定子绕组内感应对称三相电动势，称为励磁电动势，又称为发电机内电动势。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相量测量技术2 2基本术语基本术语(11)发电机功角发电机内电动势与机端电压正序相量之间的夹角，或发电机空载电势(q轴)与系统参考相量(轴)之间的夹角。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（五）同步相量测量技术（五）同步相量测量技术2 2基本术语基本术语(12)频率。频率是电力系统的一个重要运行参数，是反映系统中有功功率供需平衡的重要指标。频率的定义通常以相位频率为出发点，即采用无干扰信
40、号或含干扰信号基波主分量的相位变化率定义频率。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（六）电网动态监控系统架构（六）电网动态监控系统架构1WAMS系统的构成 WAMS系统结构示意图 五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（六）电网动态监控系统架构（六）电网动态监控系统架构2.PMU信息特征 同步相量测量主要是解决跨空间测量的同时性问题，需要在全局统一时钟协调下，对各测点的电压、电流相量作同步测量，确保全局范围内的测量结果具有同时性，便于分析计算。因此，其精度由异地同步精度和本地测量精度两个方面构成，表现为幅值、频率和相位这三个重要参数。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（
41、六）电网动态监控系统架构（六）电网动态监控系统架构3系统主要应用电网模型参数辨识；电网动态监视；电网在线安全评估；实时在线稳定控制。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统（七）系统的布点原则（七）系统的布点原则1.暂态安全监视2.电压监视3.频率监视4.低频振荡5.可观测性6.重要输电断面五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统(八）系统的可视化技术八）系统的可视化技术电力系统运行监视是一个多环节过程，包括数据采集、数据处理、数据显示和人机交流四个部分。其结构如图所示。电力系统监视过程示意图五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统(八）系统的可视化技术八）系统的可视化技术1.系统
42、的信息模型WAMS系统的抽象信息模型见图，其中，电力系统作为认识客体，调度员作为认识主体，因此电力信息的运动至少包含了以下四个基本过程：WAMS系统的抽象信息模型 五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统(八）系统的可视化技术八）系统的可视化技术2可视化功能可视化的目的就是以计算机图像实现技术将电网运行中的信息以最间接的方式呈现给调度员，使调度员可以快速评估系统的动态变化过程，实现对于电网运行的有效监视、控制等。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统 带方向的潮流监视不意图 五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统(八）系统的可视化技术八）系统的可视化技术电压幅值监视。电网运行母
43、线电压幅值的监视有上下限额，因此，可以用量测裕度方法来描述，对于电压监视值的设定可以用控制电压值和考核电压值，并标之以不同的颜色，以不同灰度表示。五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统 全网电压幅值监视图(八）系统的可视化技术八）系统的可视化技术 实时振荡监视水波图 五、电网的动态监控系统五、电网的动态监控系统第二节第二节 智能变电站智能变电站 智能变电站的概念及体系结构智能变电站的概念及体系结构IEC 61850标准及其关键技术标准及其关键技术智能变电站的网络通信技术智能变电站的网络通信技术智能变电站过程层关键技术智能变电站过程层关键技术智能变电站间隔层关键技术智能变电站间隔层关键技术
44、智能变电站站控层关键技术智能变电站站控层关键技术 变电站的发展经历了常规变电站、综合自动化变电站、数字变电站、智能变电站阶段。智能变电站是电力系统自动化技术发展的重大变革。传统的变电站综合自动化系统结构不再适应智能变电站的要求。为了实现全站信息共享，达到智能化、信息化、自动化的目标，与传统变电站相比，智能变电站的体系架构发生了较大变化。一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构综合自动化变电站1一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构综合自动化变电站是指采用了变电站综合自动化技术，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电站主要
45、设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及通信调度等综合性自动化功能。变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机组成的自动化技术，可以收集到所需要的各种数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，监视和控制变电站的各种设备。综合自动化变电站n 集中式结构14传统综合自动化系统的体系结构主要分为集中式和分布式两种形式。集中式结构的综合自动化系统采用处理能力高的微机或小型计算机，通过扩展外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和其他一些自动控制等功能。一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构n 集
46、中式结构4一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构n 集中式结构4一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构特点：结构紧凑、造价低，适合规模较小的110kV以下的变电站。必须采用双机并列运行的结构才能保证可靠性。软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦，组态不灵活，软、硬件不能随不同主接线或者变电站规模变化而自行调整。集中式保护调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况，很难满足现代电网对变电站自动化技术发展的需要。n 分布式结构一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构间隔层一般按间隔划分，具有测量、控制和继电保护等功能
47、。测控装置实现该间隔的测量、监视，断路器的操作控制和联锁及事件顺序记录等功能；保护装置实现该间隔线路、变压器、电容器的保护和故障记录等功能。站控层包括全站性的监控主机、远动主机等。站控层设现场总线或局域网，供各主机之间和监控主机与单元层之间交换信息。站控层的有关自动化设备一般安装于控制室。n 分布式结构一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构n 分布式结构一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构特点：分布配置、分层管理、保护独立、远动功能、模块化结构等特点模式：分层分布式集中组屏 分层分布式就地安装 分散与集中相结合n 分布式结构一、智能变电站的概念及体
48、系结构一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构传统变电站综合自动化系统存在以下问题：互操作问题：不同厂家的IED通过网络通信技术实现了信息的共享，并能够达到控制命令的兼容，实现互换性。一次设备数字化、信息化问题：传统的变电站自动化架构体系是基于传统电磁型互感器和一次设备实现的，不能够实现一次设备的数字化和信息化。信息共享的问题：通信协议的制订只能是考虑被传输数据在线路上的排列，而不能设计详细的数据属性及其组织，存在信息不能实现共享的问题。可扩展性差的问题：不能实现设备的“即插即用”，不支持信息共享，也不能满足设备间的互操作性，。数字变电站2一、
49、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构采用智能化的一次设备,以变电站一、二次设备为数字化对象,以高速网络平台为基础,通过对数字化信息进行标准化,实现站内外信息共享和互操作,并以网络数据为基础,实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的现代化变电站。技术特征：（1）采用数字化新型的电流和电压互感器；（2）实现一、二次设备有效隔离；（3）实现跨变电站、区域电网的保护和自动协调控制；（4）实现基于IEC61850标准的统一信息建模，实现互操作性；（5）采用智能一次设备，使用统一通信标准。数字变电站2一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构数字变电站2一、智能
50、变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构数字变电站特点：解决了电子式互感器和IEC61850的应用；存在过程层/间隔层设备与一次设备接口不规范、没有解决IEC61850/IEC61970接口问题，主要局限在自动化系统本身；没有整个变电站的建设体系，变电站没有信息体系，没有形成更多多智能应用，缺乏标准；扩大了IEC61850标准在中国的推广。智能变电站3一、智能变电站的概念及体系结构一、智能变电站的概念及体系结构数字变电站是智能变电站的前提和基础，是智能变电站的初级阶段，智能变电站是数字变电站的发展和升级。n 智能变电站的定义 智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，
