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智能变电站若干关键技术研究与应用

作　者: 王宗山
导　师: 房鑫炎
学　校: 上海交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 智能变电站 IEC61850标准电子式互感器数字化保护同步实时性
分类号: TM63
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

智能电网概念的提出为建立优质高效、绿色环保的能源系统开辟了新的发展空间,智能变电站是智能电网的重要组成部分。目前,我国加快了智能变电站的建设步伐,第一批试点工程覆盖了全国大部分省份和各个电压等级,新建变电站要求全部按照智能变电站设计。IEC61850标准和电子式互感器是实现智能化变电站的关键技术,近几年不断地被深入研究和应用。新技术和新标准的应用也带来了变电站自动化系统网络拓扑结构的变化,工程中变电站网络结构呈现复杂多样性。同时,继电保护装置的性能与网络结构密切相关,存在采样值同步、动作实时性等问题,以及如何利用网络扩展数字化保护的功能,都是智能变电站需要深入研究的内容。本文围绕智能变电站的关键技术,首先对电子式互感器进行了研究,通过仿真实验,分析电磁型互感器不同负载下的饱和特性、光学互感器的传变特性和精度;通过在寒冷地区的运行实践,分析了三种电子式互感器的运行稳定性和优缺点。其次,对智能变电站通信协议进行研究,从应用范围、通信模型、信息交换方式三个方面分析IEC 61850标准与103规约的主要差异。第三,对智能变电站自动化系统网络结构进行研究,分析了变电站层网络拓扑结构、过程层采样值传输网、GOOSE网、对时网络,简要阐述了GOOSE报文的单双网机制。第四,对数字式保护的相关问题进行研究,分析了保护采样值同步和动作实时性问题,给出线性插值和乒乓原理的同步算法,提出提高保护实时性的措施;分析了保护出口逻辑的实现方式,阐述了数字式保护出口逻辑矩阵的概念;简要分析了变电站接地电阻对数字式保护的影响。最后结合项目实际,对智能变电站技术在220kV变电站的实际应用进行了简要分析,为今后智能变电站设计和建设提供借鉴和参考。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 引言  10-11
  1.2 智能变电站的概念  11-13
  1.3 智能变电站发展现状  13-14
    1.3.1 国内发展现状  13-14
    1.3.2 国外发展现状  14
  1.4 本文研究的主要内容  14-16
第二章模拟量数据采集单元的应用研究  16-29
  2.1 概述  16-17
  2.2 光学电流互感器与传统互感器传变特性的比较分析  17-25
    2.2.1 光学电流互感器（OCT）模型  17-18
    2.2.2 传统电流互感器模型  18-19
    2.2.3 仿真分析  19-23
    2.2.4 精度分析  23-25
  2.3 电子式电流互感器的比较  25-27
    2.3.1 罗氏（Rogowski）线圈互感器  25
    2.3.2 光学电流互感器（OCT）  25
    2.3.3 在寒冷地区的运行实例  25-27
  2.4 小结  27-29
第三章变电站通信协议标准的应用研究  29-47
  3.1 标准概述  29-31
    3.1.1 IEC60870-5-103 传输规约  29-30
    3.1.2 IEC61850 标准  30-31
  3.2 IEC61850 标准与 IEC60870-5-103 标准的差异分析  31-45
    3.2.1 应用范围差异分析  31-34
    3.2.2 OSI 参考模型的差异分析  34-41
    3.2.3 信息交换方式的差异分析  41-45
  3.3 小结  45-47
第四章智能变电站网络结构  47-60
  4.1 概述  47-48
  4.2 变电站层网络  48-50
  4.3 过程层网络  50-55
    4.3.1 采样值传输（SV）网  50-51
    4.3.2 GOOSE 报文传输网  51-52
    4.3.3 过程层组网方式比较  52-55
    4.3.4 GOOSE 网络单双网机制  55
  4.4 对时网络  55-59
    4.4.1 几种对时方式的比较  56-58
    4.4.2 变电站对时方式选择  58-59
  4.5 小结  59-60
第五章智能变电站保护相关问题研究  60-80
  5.1 概述  60-62
  5.2 时钟同步问题  62-68
    5.2.1 合并单元的数据同步  63-65
    5.2.2 保护装置的采样同步  65-68
  5.3 保护实时性  68-73
    5.3.1 过程层GOOSE 报文的传输延时  69-70
    5.3.2 GOOSE 单独组网时的传输延时  70-71
    5.3.3 GOOSE 与 SV 共网时的传输延时  71-72
    5.3.4 GOOSE、SV、IEEE 1588 共网时的传输延时  72-73
    5.3.5 提高保护实时性的措施  73
  5.4 数字化保护出口方式的研究  73-78
    5.4.1 数字化保护出口的物理连接和逻辑连接  73-76
    5.4.2 数字化保护的出口逻辑矩阵  76-78
  5.5 变电站接地电阻对数字式保护的影响分析  78-79
  5.6 小结  79-80
第六章智能变电站技术在220kV 变电站的应用  80-87
  6.1 项目简介  80
  6.2 实施方案  80-87
    6.2.1 一次设备配置方案  80-82
    6.2.2 二次设备配置方案  82-85
    6.2.3 系统高级应用  85-87
第七章总结  87-89
  7.1 本文研究的主要成果  87-88
  7.2 未来工作展望  88-89
参考文献  89-92
致谢  92-93
攻读硕士学位期间发表的学术论文  93-95

智能变电站若干关键技术研究与应用

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