智能变电站体系结构
智能变电站系统结构概述
人机对话模件
A/D
电
开
缆
入GOOSE 开 出光纤
组
件
传统微机保护
智能终端
一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构：
1、AD变换没有了，代之以高速数据接口。
2、开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置发布 命令，由一次设备的执行器来执行操作。
➢三智层两能网：变物电理结站构上基，本完整概的念数字化变电站由三个层次构成，分别为
➢间隔合并单元采集电流和UX
➢合并单元和保护采用直采方式
合
智
➢智能终端和保护采用直跳方式
并 单
能 终
➢保护跨间隔信息采用GOOSE
元
端
网络传输方式（如启动母差失灵、
母差动作远跳功能等）
➢测控通过网络与合并单元、智能
终端传输信息
110kV电压等级双母线接线的线路装置配置
SV网 GOOSE网
母 线 合 并 单 元
智能终端功能
➢开关量(DI)和模拟量(AI)采集功能；
➢开关量(DO)开出功能
➢具有断路器控制功能
➢具备断路器操作箱功能，包含分合闸回路、电流保持、合后监视、重合闸、操 作电源监视和控制回路断线监视等功能。断路器防跳功能以及各种压力闭锁功 能在断路器本体操作机构中实现。
➢具备信息转换和通信功能，支持以GOOSE方式上传一次设备的状态信息，同时接 手来自二次设备的GOOSE下行控制命令，实现对一次设备的实时控制功能。
➢数字量输入：可通过GB/T20840.8（IEC60044-8）报文格式接收光纤同步串口信 号，能兼容5Mbit/s及10Mbit/s的编码速率。为了保证合并单元装置整体采样延 迟时间小于2ms，要求前端接入的数字量采样延迟时间小于1ms。
架构体系-完整版PPT课件
载分接开关的
●接收或发送数据
控制器、具有
●接收或发送控制指令
自诊断功能的
现场局部放电
●执行控制指令
监测仪等。
一、智能变电站体系
监测功能组：
实现对一次设备的状态监测，是智能组件的组成部
分。监测功能组设一个主IED，
承担全部监测结果的综合分析，
并与相关系统进行信息互动。
一、智能变电站体系
三、过程总线的基本组网方案
①面向间隔原则
②单一总线原则
③面向位置原则
④面向功能原则
三、过程总线的基本组网方案
面向间隔原则
单一总线原则
A
B
结构清晰，易于维
护，需要较多交换
机和路由设备，造
价较高
主要适应于
220kV及以上系统
以及重要间隔
节省交换机，造价
低；系统可靠性差
，需要较高的总线
速率
用于网络负载
较轻、实时性要求
不高的中、低压系
统
三、过程总线的基本组网方案
面向位置原则
面向功能原则
A
B
从高压端下来的光
纤传输距离最短
双母线多个间
隔可以共用母线TV
，节省电压互感器
安装数量
按照保护区域来设
、过程总线的基本组网方案
监监监监监监
监监监监
监监监
监监监监
监监监
监监监
路由器
各种远方输入/输出、
传感器和控制器通信。
一、智能变电站体系
站控层
站控层包括自动化站级监视控制系统、站域控制、
通信系统、对时系统等，实现面向
全站设备的监视、控制、告警及信
智能变电站网络结构
智能变电站网络结构在当今的电力系统中，智能变电站扮演着至关重要的角色，而其网络结构则是实现智能化运行和高效可靠供电的关键支撑。
智能变电站的网络结构，简单来说，就像是一个高效运作的信息高速公路系统，负责在变电站内的各个设备之间快速、准确地传输数据和指令。
它主要由站控层、间隔层和过程层这三个层次组成，每个层次都有着独特的功能和作用。
站控层处于整个网络结构的顶端，就像是一个指挥中心。
它主要由主机、操作员站、远动通信装置等设备构成。
站控层的任务是对整个变电站进行监视、控制和管理。
通过收集来自间隔层和过程层的各种数据信息，站控层能够全面了解变电站的运行状态，并根据这些信息下达控制指令，以实现对变电站的优化运行和故障处理。
间隔层则像是各个作战小分队，位于站控层和过程层之间。
它由保护装置、测控装置等设备组成。
间隔层的主要职责是对所属间隔进行保护、测量和控制。
每个间隔都有对应的间隔层设备，它们相互协作，又相对独立，能够在一定程度上自主处理本间隔内的事务，并将重要信息上传至站控层，同时接收站控层的指令进行相应操作。
过程层是网络结构的最底层，也是与一次设备直接相连的部分，堪称“前线战士”。
过程层包括智能终端、合并单元等设备。
智能终端负责对一次设备进行控制和监测，例如断路器、隔离开关的分合操作等。
合并单元则主要对电流、电压等模拟量进行数字化转换，并将这些数字信号上传至间隔层和站控层。
在智能变电站的网络结构中，通信技术起着举足轻重的作用。
目前，常用的通信协议有 IEC 61850 标准。
IEC 61850 标准为智能变电站内的各种设备之间的通信提供了统一的规范和接口，使得不同厂家生产的设备能够相互兼容和互操作。
这就好比大家都说着同一种“语言”，交流起来毫无障碍，大大提高了系统的灵活性和可扩展性。
为了确保数据传输的可靠性和实时性，智能变电站网络通常采用以太网技术。
以太网具有传输速度快、带宽大、易于扩展等优点。
同时，为了满足不同业务对实时性和可靠性的要求，网络还会采用不同的组网方式，比如过程层网络可能会采用星形、环形或者总线型等结构。
智能变电站网络架构
SNTP报文用于给站控层设备对时。
220kV线路配置以及光纤走向图示
超达变网络架构
智能 单元
合并 单元
智能 单元
合并 单元
智能 单元
蓝色
：RJ45以太网
黑色
：点对点光纤（SMV）
绿色
：点对点光纤（GOOSE）
国ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ公司采用三层两网、直采直跳的架构。
三层：站控层、间隔层、过程层；
两网： 站控层网络、过程层网络；
直采：智能电子设备间不经过交换机而以点对点连接方式直接进行采样值传 输，直跳：智能电子设备间不经过交换机而以点对点连接方式直接进行跳合闸 信号的传输。
站控层设备：包括自动化站级监视控制系统、站域 控制、通信系统、对时系统等，实现面向全站设 备的监视、控制、告警及信息交互功能，例如图 形网关机、监控主机等。
站控层网络示意图
站控层网络
站控层网络主要传输MMS报文、GOOSE报文、 SNTP对时报文。
MMS报文主要用于站控层与间隔层之间的客户端 /服务器端服务通信，传输带时标信号（SOE）、 测量量、文件、定值、控制等信息。
CPU模块：负责GOOSE通讯、逻辑运算、开放出口继电器
正电源
开入模块：采集断路器、隔离开关等一次设备的开关量信息 开出模块：驱动隔离开关、地刀分合控制的出口继电器 智能操作回路模块：驱动断路器的跳合闸出口继电器 模拟量采集模块：温湿度模拟量到数字量的转换
智能终端与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备 采用光纤连接，实现对一次设备（例如，断路器、隔离开关、 主变压器等）的测量、控制等功能。
过程层设备
过程层设备包括变压器、断路器、隔离开关、电 流电压互感器、合并单元、智能终端等以及独立 的智能电子装置。 合并单元：实现了交流二次电流、电压模拟量到 数字量之间的转换，或者说实现了从模拟量输入 到数字量输出。
智能变电站典型设计方案
智能变电站典型设计方案一、智能变电站的架构智能变电站的架构通常分为三层：过程层、间隔层和站控层。
过程层主要由智能传感器、智能执行器等设备组成，负责实现电力一次设备的智能化监测和控制，如电流互感器、电压互感器、断路器等。
这些智能设备能够实时采集电气量和状态信息，并将其转化为数字信号，通过网络传输给间隔层和站控层。
间隔层包含继电保护装置、测控装置等二次设备，主要负责对本间隔内的一次设备进行保护、控制和监测。
间隔层设备接收来自过程层的信息，并根据预设的逻辑和算法进行处理，实现对一次设备的保护和控制功能。
站控层则包括监控主机、远动通信装置等，是变电站的控制中心，负责对整个变电站进行运行监视、操作控制和信息管理。
站控层通过通信网络与间隔层和过程层进行数据交互，实现对变电站的全面管理和控制。
二、设备选型1、智能变压器智能变压器是智能变电站的核心设备之一，它采用了先进的传感器技术和智能控制技术，能够实时监测变压器的油温、油位、绕组温度、铁芯接地电流等运行参数，并具备自动调压、冷却控制等功能。
此外，智能变压器还具备故障诊断和预测功能，能够提前发现潜在的故障隐患，提高变压器的运行可靠性。
2、智能断路器智能断路器采用了新型的操动机构和传感器技术，能够实现断路器的智能操作和状态监测。
它可以实时监测断路器的分合闸状态、行程、速度、操作次数等参数，并具备在线监测断路器的绝缘性能、机械性能等功能。
智能断路器还具备远程控制和智能保护功能，能够根据电网的运行状态快速准确地动作，保障电网的安全稳定运行。
3、智能开关柜智能开关柜集成了多种智能化功能，如开关柜状态监测、智能控制、故障诊断等。
它可以实时监测开关柜内的温度、湿度、电压、电流等参数，并对开关柜的操作进行智能控制和管理。
智能开关柜还具备故障预警和诊断功能，能够及时发现开关柜内的潜在故障，提高开关柜的运行可靠性。
三、通信系统智能变电站的通信系统是实现智能化功能的关键，它采用了基于以太网的通信技术，如 IEC 61850 标准。
智能变电站结构
02
CATALOGUE
一次设备与二次设备
一次设备分类与特点
变压器
将电能从高电压转换 为低电压，或从低电 压转换为高电压。
ห้องสมุดไป่ตู้
断路器
用于控制和保护电路 ，在故障时能够切断 电流。
隔离开关
用于隔离电路，保证 安全。
电流互感器
将大电流转换为小电 流，便于测量和保护 。
电压互感器
将高电压转换为低电 压，便于测量和保护 。
05
CATALOGUE
运行维护与故障处理
运行维护流程与注意事项
定期巡检
对变电站的设备、线路、仪表等进行 定期巡检，确保设备正常运行。
设备检查
对关键设备进行定期检查，包括变压 器、断路器、隔离开关等，确保设备 无异常。
维护保养
对变电站的设备进行定期维护保养， 包括清洁、润滑、紧固等，确保设备 性能良好。
06
CATALOGUE
未来发展趋势与挑战应对
技术创新方向预测
01
02
03
数字化技术
利用先进的数字化技术， 实现智能变电站的全面数 字化，提高数据传输和处 理效率。
智能化技术
引入人工智能、机器学习 等技术，提高智能变电站 的智能化水平，实现故障 预测和自适应控制。
物联网技术
借助物联网技术，实现智 能变电站与外部系统的互 联互通，提高协同处理能 力。
特点
智能变电站具有高度自动化、智能化、网络化等特点，能够实现全站信息的数字化采集、传输和处理，提高电网 运行的安全性和经济性。
发展历程与趋势
发展历程
智能变电站的发展经历了多个阶段， 从最初的数字化变电站到现在的智能 变电站，其技术不断升级和完善。
智能变电站的体系结构及原理分析
智能变电站的体系结构及原理分析摘要：对于传统的电网在当前形势下已经不能满足社会的需求，智能电网是当前形势下的必然产物，它能够提高电网运行时的稳定性，智能电网的重要基石是智能变电站。
随着科技的进步，与变电站相关的智能化技术越来越先进，智能化技术带动了智能化开关以及光电式互感器等设备的产生，另一方面，计算机网络技术和各种实时系统结合在一起，让变电站对信息的采集以及传输进行智能化建设成为一种趋势，这需求一旦产生就会引起一场智能化革命，智能化变电站会在这场革新中逐步的发展起来。
关键词：智能变电站；体系结构；原理一、数字化变电站与智能变电站区别智能变电站相对其它变电站在功能上更为高级，一方面智能变电站可以自动的去完成许多的功能，主要涉及到对信息的采集、控制、测量以及计算等功能，这些智能化功能需要变电站采用更加高级的、智能化的设备为基础，除此之外，变电站需要实现平台网络化以及信息数字化，这些要求就需要大力的向着智能化方向研究；另一方面，能够通过电力系统的实际需求结合电网，实时的对智能化技术进行调节、对自动化技术进行控制，并提供在线决策功能等，能够和电网形成一个信息标准化、集成一体化的体系。
数字化变电站主要将设备进行智能化以及网络化，并进行相互结合，通过间隔、过程以及站控三部分分层组成的具有当前新技术的变电站，数字化变电站在技术上已经基本上能够实现各各种设备间的信息共享和交互，它与传统变电站的差异主要提现在数字化变电站是把模拟信号转化成数字信号然后再进行传递，并且有着自己的通信系统和网络。
智能变电站在建设中在求对运行中的状态信息具有相应的采集功能，同时要求在建立数据信息模型时，对各模型进行标准化，数据模型主要包括有设备状态、设备在线监测、信息模型以及电网的实时同步运行信息等。
数字化变电站在运行过程中主要针对的是对手段进行数字化，智能变电站在运行过程中主要针对的是智能性，它更加的关注智能自动化系统的一次设备、高级应用以及智能电网，这样能够看出智能变电站是在数字化变电站的基础上产生的，对于将来变电站的技术的主要研究方向是对智能变电站的研究。
智能变电站课件资料
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基本技术原则
传感 元件
传感 元件
传感 元件
传感 元件
高压侧 低压侧
调理 电路1 AD 电路 调理 电路2 AD 电路 调理 电路1 AD 电路 调理 电路2 AD 电路
高压侧 低压侧
AD 电路
AD 电路
AD 电路
AD 电路
转换器
转换器
CPU1 CPU2
MU1
MU2
MU1
MU2
图1 罗氏线圈电子互感器 ECT示意图
示 意 图
某间隔
保护1 合并单元1 智能终端1 保护2 合并单元2 智能终端2
22
基本技术原则
过程层网络按电压等级组网。 双重化配置的保护及过程层设备，第一套接入过程层A网，第二套 接入过程层B网。为防止相互干扰，两网之间应完全独立。 举 例
220kV GOOSE交换机1 220kV SV交换机1 保护1 合并单元1 智能终端1 合并单元2 220kV GOOSE交换机2 220kV SV交换机2 保护2 智能终端2
23
基本技术原则
4.5 按照国家标准GB/T 14285要求“除出口继电器外，装置 内的任一元件损坏时，装置不应误动作跳闸”。智能化变电站 中的电子式互感器的二次转换器（A/D采样回路）、合并单元 （MU）、光纤连接、智能终端、过程层网络交换机等设备内 任一个元件损坏，除出口继电器外，不应引起保护误动作跳闸 。 释 义 1.电子式互感器内应由两路独立的采样系统进行采集，每路 采样系统应采用双A/D系统，接入MU，每个MU输出两路 数字采样值由同一路通道进入一套保护装置。
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基本技术原则
4.12 保护装置宜独立分散、就地安装，其运行环境应 满足相关标准要求。
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在智能变电站中，继电保护受自动化体系结构设计的影响较大。
体系结构不仅影响保护装置的接口要求，更重要的是会从整体上影响保护设备配置、实现方式、维护方式及运行可靠性。
本期简单的介绍一下智能变电站自动化系统的体系结构。
其中提到逻辑接口可以采用几种不同的方法映射到物理接口，一般逻辑接口1、3、6、9映射到站控层中，逻辑接口4、5映射到过程层中。
间隔之间的通信接口8可以映射到任何一种或者同时映射到两种。
上期图中没有做备注，很多朋友没看明白，这里重新备注一下。
接口1：间隔层和站控层之间交换保护数据；
接口3：间隔层内交换数据；
接口4：过程层和间隔层之间交换瞬时采样数据；
接口5：过程层和间隔层之间交换控制数据；
接口6：间隔层和变电站层之间交换控制数据；
接口8：间隔层之间交换数据；
接口9：站控层之间交换数据；
根据上述思想，国内智能站采用较多的是三层两网的结构。
1、三层
智能变电站自动化系统站控层设备包括：监控主机、数据通信网关、数据服务器、综合应用服务器、操作员站、工程师工作站、PMU数据集中器和计划管理终端等；
间隔层设备包括：继电保护装置、测控装置、故障录波装置、网络记录分析仪、及稳控装置等；
过程层设备包括：合并单元、智能终端、智能组件等。
2、两网
变电站网络在逻辑上可分为：站控层网络、间隔层网络、过程层网络。
全站通信采用高速工
业以太网组成。
站控层网络是间隔层设备和站控层设备之间的网络，实现站控层内部以及站控层和间隔层之间的数据传输；（上图接口1/3/6/9）
过程层网络是间隔层设备和过程层设备之间的网络，实现间隔层设备和过程层设备之间的数据传输。
（上图接口4/5）
间隔层设备之间的通讯，在物理上可以映射到站控层网络，也可以映射到过程层网络。
（上图接口8）
（1）站控层网络
站控层网络设备包括站控层中心交换机和间隔交换机。
站控层中心交换机连接数据通信网关机、监控主机、综合应用服务器、数据服务器等设备间隔交换机链接间隔内的保护、测控和其他智能电子设备。
间隔交换机与中心交换机通过光纤连成同一物理网络。
上期提到过，站控层和间隔层之间的网络通信协议采用MMS，故也称为MMS网。
网络可通过划分VLAN（虚拟局域网）分割成不同的逻辑网段，也就是不同的通道。
（2）过程层网络
过程层网络包括GOOSE网和SV网。
GOOSE网用于间隔层和过程层设备之间的状态与控制数据交换。
GOOSE网一般按电压等级配置，220kV以上电压等级采用双网，保护装置与本间隔的智能终端之间采用GOOSE点对点通信方式。
SV网用于间隔层和过程层设备之间的采样值传输，保护装置与本间隔的合并单元之间也采用点对点的方式接入SV数据。
也就是我们常说的“直采直跳”。
关于直采、网采、直跳、网跳的概念我们在后面再详细介绍。
3、对时系统
智能站自动化系统中另一个重要的组成部分就是对时系统。
对时系统由主时钟、时钟扩展装置、对时网络组成。
主时钟采用双重化配置，支持北斗导航系统（BD）、GPS系统、地面授时信号，其中优先采用北斗导航系统。
时钟同步精度优于1µs。
站控层设备与时钟同步一般采用简单网络时间协议（SNTP）方式，经站控层网络对时报文接受对是信号。
间隔层和过程层一般采用IRIG-B码、秒脉冲对时方式。
下图为根据某220kV智能变电站的自动化系统简化的结构示意图，方便大家了解。
小编水平有限，欢迎对智能站比较了解的朋友指教讨论。