了得網工業技術_輸變電裝備關鍵技術與應用叢書變電站自動化技術與應用

編輯推薦

變電站自動化領域的新原理、新技術、新方法，對電網生產運行和設備檢測人員具有技術指導作用

內容簡介

本書對變電站自動化技術進行了介紹，闡述了變電站自動化繫統結構，詳細說明了站控層、間隔層、過程層關鍵設備及關鍵技術，繫統介紹了IEC 61850 技術、網絡通信技術、電能質量監測技術、輔助監控技術、信息安全技術等，並給出了具體的工程應用案例，*後對未來技術發展進行了展望。本書總結了變電站自動化專業近年來的研究成果，且參編人員均來自變電站自動化技術研究、開發、試驗及應用的*線，有著較高的學術與專業水平。
全書共 16 章，包括概論、變電站監控繫統技術、變電站測控及保護測控集成技術、及智能終端技術、時間同步技術、同步相量測量技術、IEC 61850 技術、網絡通信技術、數字化計量技術、電能質量監測技術、輔助監控技術、變電站運維技術、信息安全技術、二次模塊化技術、工程應用案例及未來發展展望。
本書可供從事變電站自動化技術研究、設計、使用的專家、學者使用，也可供從事電力繫統二次專業繫統、基建、調度、運維、檢修技術人員和設備研發人員參考。

作者簡介

鄭玉平，南瑞集團總工程師，教授級高級工程師、博士生導師。先後被授予“新世紀百千萬人纔工程人選”、享受國務院“政府特殊津貼”專家、江蘇省“333”工程中青年首席科學家、國家電網公司科技領軍人纔等稱號，獲得全國五一勞動獎章、中國青年科技獎、江蘇省勞動模範、江蘇省創新創業人纔獎、國家電網公司“十一五”科技工作先進個人、國家電網特高壓交流試驗示範工程先進個人等多項榮譽。先後獲得省部級及以上科技獎勵12項，其中國家科技進步獎一等獎1項（個人排名第2）、國家科技進步二等獎1項（個人排名第1）。作為主要發明人，申請發明專利24項並獲授權18項，其中中國專利優秀獎2項、江蘇省優秀專利金獎1項。近5年來在核心期刊先後發表了10餘篇具有高學術價值的論文。

目錄
總序
序言
前言
第1 章概論 1
1.1 變電站自動化技術發展歷程 1
1.2 智能變電站自動化發展背景與現狀 3
1.3 變電站自動化繫統構成 5
第2 章變電站監控繫統技術 8
2.1 概述 8
2.2 監控繫統體繫架構及其構成 9
2.2.1 繫統硬件配置 10
2.2.2 繫統軟件環境 12
2.2.3 繫統軟件架構 12

目錄
總序
序言
前言
第1 章概論 1
1.1 變電站自動化技術發展歷程 1
1.2 智能變電站自動化發展背景與現狀 3
1.3 變電站自動化繫統構成 5
第2 章變電站監控繫統技術 8
2.1 概述 8
2.2 監控繫統體繫架構及其構成 9
2.2.1 繫統硬件配置 10
2.2.2 繫統軟件環境 12
2.2.3 繫統軟件架構 12
2.3 關鍵技術 14
2.3.1 基於SOA 的平臺軟件架構 14
2.3.2 主子站交互技術 18
2.3.3 數據存儲與管理技術 21
2.3.4 數據遠傳技術 24
2.3.5 人機界面接口技術 24
2.3.6 順序控制技術 26
2.3.7 源端維護技術 29
2.3.8 智能告警技術 31
2.3.9 故障信息綜合分析決策技術 33
2.3.10 經濟運行與優化控制技術 34
2.3.11 數據校驗技術 37
2.3.12 二次設備狀態診斷技術 39
2.3.13 智能遠動機技術 40
第3 章變電站測控及保護測控集成技術 42
3.1 概述 42
3.2 測控原理及實現 43
3.2.1 硬件設計 44
3.2.2 多種量測的綜合采集 46
3.2.3 開關量時標標注方法 48
3.2.4 數字化采樣的同期檢測 50
3.2.5 智能變電站防誤閉鎖 51
3.2.6 多功能統一建模 52
3.3 保護測控集成裝置構成及實現 53
3.4 關鍵技術 57
3.4.1 交流量采集技術 57
3.4.2 狀態量采集技術 59
3.4.3 控制輸出技術 60
第4 章及智能終端技術 63
4.1 概述 63
4.2 過程層設備構成及實現 64
4.2.1 互感器 64
4.2.2 裝置構成及實現 65
4.2.3 智能終端裝置構成及實現 67
4.3 關鍵技術 69
4.3.1 技術 69
4.3.2 智能終端技術 73
第5 章時間同步技術 76
5.1 概述 76
5.2 時間同步技術在電力繫統中的作用 77
5.3 電力繫統授時技術和時間同步繫統 77
5.4 智能變電站常見對時方式及對時原理 78
5.4.1 直流IRIG − B 碼對時 78
5.4.2 IEEE 1588 對時 80
5.4.3 SNTP 對時 82
5.5 時間同步方法 82
5.6 關鍵技術 83
5.6.1 多時間源信號選擇技術 83
5.6.2 異常時鐘輸入信息的防誤及守時技術 86
5.6.3 時鐘同步狀態在線監測技術 86
第6 章同步相量測量技術 87
6.1 概述 87
6.2 廣域相量測量繫統子站 87
6.3 同步相量測量裝置功能 88
6.3.1 交流量數據采集 88
6.3.2 發電機功角采集 89
6.3.3 直流量采集 89
6.3.4 開關量采集 89
6.3.5 告警開出 90
6.3.6 低頻振蕩監測 90
6.3.7 次同步振蕩監測 90
6.3.8 通信功能 90
6.3.9 歷史數據存儲 90
6.4 相量數據集中器功能 90
6.4.1 主要功能 90
6.4.2 冗餘通信架構 91
6.5 同步相量測量技術 92
6.5.1 同步相量測量算法 92
6.5.2 發電機功角測量算法 93
第7 章 IEC 61850 技術 95
7.1 概述 95
7.2 標準體繫框架與概貌 95
7.3 關鍵技術 96
7.3.1 服務和通信映射技術 97
7.3.2 模型和自描述技術 102
7.3.3 MMS 通信技術 105
7.3.4 GOOSE 通信技術 107
7.3.5 采樣值通信技術 109
7.3.6 一致性測試技術 110
7.4 IEC 61850（第2 版） 114
第8 章網絡通信技術 116
8.1 概述 116
8.2 智能變電站網絡通信架構及主要構成 116
8.2.1 智能變電站網絡結構 116
8.2.2 智能變電站網絡構成 116
8.3 關鍵技術 117
8.3.1 站控層網絡通信技術 117
8.3.2 過程層網絡通信技術 118
8.3.3 以太網交換機關鍵技術 122
8.3.4 網絡通信報文記錄分析技術 128
第9 章數字化計量技術 131
9.1 概述 131
9.2 數字化計量繫統主要構成 131
9.2.1 計量 132
9.2.2 數字化電能表 133
9.2.3 電能量采集終端 136
9.3 關鍵技術 138
9.3.1 數字化電能表技術 138
9.3.2 電能量采集終端技術 139
第10 章電能質量監測技術 141
10.1 概述 141
10.1.1 測量方法的分類 141
10.1.2 測量的電氣量和電能質量參數 142
10.1.3 測量數據的統計分析 142
10.2 電能質量監測原理 142
10.2.1 頻率偏差 142
10.2.2 電壓偏差 143
10.2.3 三相不平衡 144
10.2.4 諧波 144
10.2.5 電壓波動與閃變 145
10.3 電能質量監測繫統主要構成 145
10.3.1 監測終端 145
10.3.2 數據中心 147
10.3.3 後臺主站 147
10.4 關鍵技術 151
10.4.1 頻率測量技術 151
10.4.2 諧波測量技術 151
10.4.3 波動閃變測量技術 151
10.4.4 暫升暫降事件檢測技術 151
第11 章輔助監控技術 152
11.1 概述 152
11.2 輔助監控繫統架構及主要構成 152
11.2.1 輔助監控繫統架構 152
11.2.2 輔助監控繫統功能 154
11.3 關鍵技術 156
11.3.1 視頻圖像監控技術 156
11.3.2 安全防護與門禁技術 157
11.3.3 消防火災監控告警技術 159
11.3.4 交直流電源一體化技術 159
11.3.5 環境監測技術 162
11.3.6 智能照明技術 163
11.3.7 繫統聯動技術 163
第12 章變電站運維技術 165
12.1 廣域運維技術 165
12.1.1 概述 165
12.1.2 繫統結構 165
12.1.3 服務管理中心 167
12.1.4 運維中心功能 168
12.1.5 變電站功能 169
12.2 巡檢機器人技術 171
12.3 配置工具 175
12.3.1 概述 175
12.3.2 總體要求 176
12.3.3 軟件功能 177
第13 章信息安全技術 181
13.1 概述 181
13.2 信息安全原理 181
13.3 關鍵技術 182
13.3.1 IEC 62351 通信安全技術標準 182
13.3.2 安全分區 183
13.3.3 縱向加密技術 183
13.3.4 單向隔離技術 185
第14 章二次模塊化技術 187
14.1 概述 187
14.1.1 概念及定義 187
14.1.2 特點與意義 187
14.2 常見方案 188
14.2.1 模塊劃分原則 188
14.2.2 預制艙式二次組合設備 189
14.2.3 模塊化二次設備 189
14.2.4 預制式戶外智能控制櫃 190
14.3 關鍵技術 190
14.3.1 即插即用技術 190
14.3.2 預制光纜 190
14.3.3 預制電纜 194
14.4 二次艙及設備 196
14.4.1 預制艙艙體尺寸 196
14.4.2 預制艙外形 197
14.4.3 預制艙的主體及內部結構 198
14.4.4 預制艙牆體及其裝飾 200
14.4.5 預制艙艙內電氣設備 200
14.4.6 二次設備布置方案 201
14.4.7 預制艙結構技術 202
14.4.8 預制艙使用維護 203
14.4.9 預制艙運輸及弔裝 204
14.4.10 預制艙智能輔助繫統 204
第15 章工程應用案例 206
15.1 智能變電站自動化繫統案例 206
15.1.1 站控層應用 206
15.1.2 間隔層應用 207
15.1.3 過程層應用 207
15.1.4 PMU 應用 207
15.1.5 網絡應用 208
15.2 BSJ2000 自動化繫統改造案例 209
15.2.1 更新站控層監控主機、操作員站等設備 210
15.2.2 更新遠動機等設備 210
15.2.3 更新保護公用信息管理機設備 211
15.3 NS2000 自動化繫統改造案例 214
15.4 NSD26X 自動化繫統差異化改造案例 216
15.5 智能變電站二次模塊化技術案例 217
15.6 數字化計量技術應用案例 221
第16 章未來發展展望 223
16.1 寬頻測量技術 223
16.1.1 寬頻測量裝置結構 223
16.1.2 寬頻測量原理及算法 224
16.1.3 寬頻測量數據傳輸 225
16.2 內網安全監測技術 227
16.2.1 概述 227
16.2.2 現狀分析 228
16.2.3 內網安全監視與管理體繫 229
16.3 集群測控技術 230
16.3.1 集群測控裝置結構 230
16.3.2 集群測控裝置運行模式 230
16.3.3 集群測控裝置關鍵技術 231
參考文獻 233
索引 237

前言

隨著世界經濟發展，全球能源消費總量不斷攀升，可持續發展成為各國關注的焦點。智能電網能夠優化現有能源利用體繫，大幅度提升能源利用效率，已成為電網技術和社會經濟發展的必然選擇。變電站擔負著電網電能轉換和電能重新分配的繁重任務，是智能電網不可缺少的重要環節。變電站自動化技術對確保變電站高效穩定運行，實現站內設備監測、控制以及電網信息實時共享起著不可替代的作用，是保證變電站安全、經濟運行的重要技術手段。變電站自動化繫統是二次繫統的重要組成部分之一，其采用先進的計算機技術、電子技術、信號處理技術及通信技術，對變電站內二次設備進行優化設計，進而實現對變電站主要設備的監視、測量、控制、保護以及調度通信等功能。隨著現代社會對電能供應的安全性、可靠性、經濟性、優質性等指標要求的提高，電力繫統對變電站自動化繫統的要求也越來越高。變電站自動化繫統脫胎於傳統的遠動繫統。早期繫統主要由被控站遠動設備、控制站遠動設備和遠動通道三部分組成。

20 世紀80 年代微處理器芯片和大規模集成電路的發明及應用為變電站數據的采集和處理提供了有力的技術支撐，變電站遠動繫統逐步發展為變電站綜合自動化繫統。我國對變電站綜合自動化技術的研究始於計算機技術普及的20 世紀80 年代和90 年代。進入21 世紀，隨著計算機技術、半導體技術、傳感器技術和通信技術的快速發展，伴隨智能電網的出現，以及智能變電站的大規模推廣與應用，變電站自動化技術又有了新的突破，進一步發展為當前的智能變電站自動化繫統，繫統功能越來越強，自動化、智能化水平越來越高，對電網的支撐作用也越來越大。智能變電站自動化繫統在目標設計理念、設備硬件、通信方式以及自動化繫統軟件方面均發生了深刻變化。尤其是IEC 61850 標準的引進與應用，其面向對像、分層分布的建模理念與全新的通信方式給自動化繫統帶來了一場重大變革。隨著變電站自動化技術的深入發展，廣大工程技術人員迫切需要一本繫統闡述變電站自動化技術與應用的學習參考書，為此，南瑞集團有限公司組織相關專家與技術人員編寫了《變電站自動化技術與應用》一書。

本書側重介紹智能變電站自動化技術，涵蓋面較廣。書中詳細闡述了變電站自動化繫統結構，以及站控層、間隔層、過程層關鍵設備及關鍵技術，對IEC 61850 技術、網絡通信技術、電能質量監測技術、輔助監控技術、信息安全技術等做了繫統性介紹，並通過具體的工程應用案例介紹讓讀者將書中所述的內容融會貫通。本書總結了編寫組歷年來的研究成果，參編人員都是來自變電站自動化技術研究、開發、試驗及應用的線，有著較高的學術與技術水平。

本書可供從事變電站自動化技術研究、設計和使用的專家學者以及工程技術人員使用。全書共16 章。第1 章介紹了變電站自動化技術發展歷程、背景與現狀，重點介紹了變電站自動化繫統的構成和關鍵技術；第2 章介紹了變電站監控繫統技術；第3 章介紹了變電站測控及保護測控集成技術；第4 章介紹了及智能終端技術；第5 章介紹了時間同步技術，重點介紹了智能變電站常見對時方式及對時原理和時間同步方法；第6 章介紹了同步相量測量技術，重點介紹了同步相量測量裝置功能、相量數據集中器功能；第7 章介紹了IEC 61850 技術，並介紹了IEC 61850第2 版的現狀；第8 章介紹了網絡通信技術，重點介紹了智能變電站網絡通信架構及主要構成；第9 章介紹了數字化計量技術；第10 章介紹了電能質量監測技術；第11 章介紹了輔助監控技術，重點介紹了輔助監控繫統架構及主要構成；第12 章介紹了變電站運維技術，重點介紹了廣域運維技術、巡檢機器人技術和配置工具；第13 章介紹了信息安全技術；第14 章介紹了二次模塊化技術；第15 章介紹了工程應用案例；第16 章對變電站自動化技術的未來發展進行了展望，主要展望了寬頻測量技術、內網安全監測技術、集群測控技術等。

當前，變電站自動化技術正朝著智能化方向大步前進，必將有大量的新技術和新設備不斷湧現，需要我們密切跟蹤並進行深入研究。由於本書編寫工作量大、時間倉促，難免存在不足之處，希望廣大專家和讀者批評指正。

編者

2020 年4 月

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