数字化变电站实用技术研究

论文摘要

变电站自动化技术达到了一定的水平,以龙口市为例,基本新建变电站都采用自动化技术,采用自动化技术可以增强电网输配电和调度的能力。调度自动化、变电站综合自动化等高科技手段应运而生,信息的快速、准确传输在电力系统生产、运行、检修中发挥着越来越重要的作用。虽然在这么多年发展过程中,变电站经历了从常规变电站到综合自动化站的发展,但现在运行的综合自动化站自身存在的问题已日趋暴露出来,它将制约着电力工业的发展,多年以来,国内外对数字化变电站建设的理论及实施方面,做了一定的研究,建立更为先进的变电站已具备条件。本文分析了数字化变电站建设的理论,并且,把该理论运用到实际的变电站建设中,加强了数字化变电站理论与实际工程之间的联系。随着智能化电气开关的发展,特别是智能断路器、非常规互感器等技术的发展,变电站自动化水平进入了数字化的时代。本文对数字化变电站的技术进行了分析与研究,主要包括：（1）非常规互感器非常规互感器集现代电子技术和光学技术于一身,以其高精度、高稳定性、宽响应带宽和强抗十扰性能已被广泛应用于电力工程领域。（2）智能断路器随着微电子技术的广泛应用,计算机与网络通信技术的快速发展,以及对信息传输技术、传感技术和人工智能的深入研究和综合应用,智能控制器出现了突飞猛进的发展局面,智能型控制器的不断发展也促进了智能断路器的功能扩展,智能断路器将逐步取代旧式的机械机构,成为主要的电力开关设备。（3）IEC61850标准在数字化变电站系统中为实现其控制、监视和保护功能,要求不同厂家的设备达到信息的共享,实现互操作,为此国际电工委员会（IEC）制定了变电站内通信网络和系统标准体系--IEC61850。IEC61850标准为加快数字化变电站建设提供了参考依据和理论支持。IEC61850的应用价值已经在国内外得到了肯定,其取代传统的通信协议成为变电站内部网络的主流协议将是必然趋势。（4）通信网络随着变电站自动化技术的发展,对变电站内部的通信网络提出了更高的要求,其中最主要的是使用新的、高性能的通信网络以满足不断增长的技术需要,以太网技术以其应用广泛、价格低廉、通信速率高及软硬件资源丰富等优点逐渐成为工业控制网络首选的解决方案。以太网应用于数字化变电站的过程总线和站总线已经成为未来的发展趋势。（5）阐述了数字化变电站的系统结构和设计原则,讨论了过程总线和变电站总线的基本组网方案,并从过程层和间隔层方面提出了常规设备的接入方案。在介绍OPNET （Optimized Network Engineering Tools）网络仿真原理的基础上,建立了变电站站级网络数据通信仿真模型,仿真了节点在不同数据包处理能力和不同带宽下的网络时延和数据流量,证明了100Mb／s带宽的Ethernet网络可满足站级网络lms通信时延的要求,指出节点的通信处理能力和信道带宽是制约网络性能的重要因索。本文做的主要工作是根据目前的数字化变电站的技术水平和有关产品和设备的研发情况,以及在变电站微机自动化改造的经验,提出35kV数字化变电站设计思路和传统变电站的改造方案,本文的创新之处在于提出新的分阶段改造方案,并与一般方案进行了比较,提出了改进方案。最后对建设数字化变电站带来的经济效益进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题的目的和意义
• 1.2 数字化变电站的现状
• 1.2.1 国外发展与研究现状
• 1.2.2 国内发展与研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容和方法
• 第二章 非常规互感器
• 2.1 传统互感器存在的问题
• 2.1.1 电磁式电压互感器存在的问题
• 2.1.2 电磁式电流互感器存在的问题
• 2.2 非常规互感器
• 2.2.1 有源式互感器系统
• 2.2.1.1 罗科夫斯基（Rogowski）线圈原理
• 2.2.1.2 有源电子式电压电压互感器
• 2.2.2 无源式互感器系统
• 2.2.2.1 法拉第效应（Faraday effect）原理
• 2.2.2.2 塞格奈克效应（Sagnac effect）
• 2.2.2.3 OCT系统工作原理
• 2.2.2.4 普克尔效应（Pockels effect）原理
• 2.2.3 不同原理的互感器性能比较
• 2.3 合并单元MU
• 2.4 总结
• 第三章 智能断路器
• 3.1 概述
• 3.2 智能断路器工作原理与工作模式
• 3.3 智能断路器技术的特点
• 3.4 智能断路器技术的现状
• 3.5 总结
• 第四章 IEC61850标准
• 4.1 概述
• 4.2 IEC61850标准内容
• 4.3 IEC61850的主要特点
• 4.4 IEC61850标准对电力企业的影响
• 4.4.1 变电站设计规范
• 4.4.2 智能设备综合管理
• 4.4.3 运行操作和维护
• 4.4.4 降低费用
• 4.5 总结
• 第五章 数字化变电站的通信网络
• 5.1 概述
• 5.2 最常用的网络通信技术
• 5.2.1 LonWorks（Local Operating Network）网络
• 5.2.2 CAN（Controller Area Network）网络
• 5.2.3 Profibus网络
• 5.2.4 以太（Ethernet）网络
• 5.3 变电站通信网络应具备的特点和要求
• 5.4 数字化变电站分层网络
• 5.4.1 分层结构
• 5.4.2 变电站总线和过程总线
• 5.4.2.1 变电站总线组网方案
• 5.4.2.2 过程总线的组网方案
• 5.5 数据的传输
• 5.5.1 采样值传输（SAV）模型
• 5.5.2 面向通用对象的变电站事件模型（GOOSE）
• 5.6 总结
• 第六章 建设数字化变电站建设方案和过渡方案
• 6.1 35kV数字化变电站方案设计
• 6.1.1 变电站主接线及IED配置方案
• 6.1.2 数字化变电站的网络构建方案
• 6.1.2.1 数字化变电站通信网络的选择
• 6.1.2.2 过程层网络组网方案
• 6.1.2.3 站级网络组网方案
• 6.1.2.4 数字化变电站网络结构的建立及优化方案
• 6.1.2.5 简单网络同步协议SNTP
• 6.1.3 数字化变电站一次设备和二次设备的选择
• 6.1.3.1 一次设备的选择
• 6.1.3.2 二次设备的选择
• 6.1.3.3 设备的接入方案
• 6.2 数字化与常规变电站兼容方案
• 6.2.1 间隔层常规设备的接入方案
• 6.2.2 过程层常规设备的接入方案
• 6.3 OPNET仿真实验
• 6.3.1 OPNET的简介
• 6.3.2 仿真实验
• 6.3.2.1 参数设置
• 6.3.2.2 试验结果及分析
• 6.4 数字化变电站分阶段改造方案
• 6.4.1 变电站层数字化改造
• 6.4.2 间隔层数字化改造
• 6.4.3 过程层数字化改造
• 6.4.4 数字化改造改进方案
• 6.4.5 方案比较
• 6.4.6 变电站分阶段数字化改造的优点
• 6.5 建设数字化变电站的经济效益分析
• 6.6 总结
• 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表