新能源光伏电站电气二次设计详解

3.4 电网调度自动化系统的设备构成
3.5 AGC/AVC
一、AGC的基本功能
在正常的系统运行状态下，AGC的基本功能是： •使发电自动跟踪电力系统负荷变化； •响应负荷和发电的随机变化，维持电力系统频率为额定值； •在各区域间分配系统发电功率，维持区域间净交换功率为计划值； •对周期性的负荷变化按发电计划调整发电功率； •监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。
为了实现对整个电网的监视和控制，调度中心需要收集分散在 各个发电厂和变电所的实时信息。
由于传输到调度中心的实时信息不可避免地包含各种误差， 如测量误差、传输误差等，同时还由于设备条件的限制，有些 电力系统运行所需的参数无法收集到，为了减小误差，信息处 理子系统可以利用收集到的冗余信息，采用状态估计技术，对 无法收集到的参数进行估计，从而得到精确而完整的运行参数。 运行人员根据分析计算的结果，通过分析、综合、判断，从而 决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。 该子系统是以计算机为主要组成部分。
2.1 继电保护
一、基本原理 利用被保护线路或故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到
一定值（整定值）时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。 1．利用短路时基本电量的突变
发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的突然变化而构成的保 护。如过电流保护、低电压保护。距离保护等 2．利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的 差别 如：纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等 3. 对称分量是否出现 如：零序保护 4. 反应非电气量的保护 如：反应变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护；反应电 动机绕组的温度升高而构成过负荷或过热保护等。
电力系统 运行状态
正常状态 不正常 状态
故障状态
✓过负荷：负荷电流>额定电流
后果：
✓频率降低：发电机有功功率不足
电能质量、设备
✓频率升高：水轮发电机突然甩负荷三相短路寿命、用户产品
✓过电压
两相短路质量下降等
✓系统振荡
事故
✓雷击、鸟兽跨接电气设备
两相短路接地 单相接地短路 85%以上
后果：
✓设备绝缘老化 ✓误操作 ✓设备制造缺陷 ✓设计安装错误
3
1.计算机监控系统
➢ 计算机监控系统结构 分层分布式
在逻辑上划分为2个层次: 站控层(station level) 按变电站远景规模配置
间隔层(bay level)
按不同电压等级和电气间隔单元划分
各层次间采用高速以太网通讯
110kV及以下采用单以太网 220kV及以上采用双以太网
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RCS-9785C GPS天文钟
➢ 计算机监控系统的主要内容：
✓ 实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全； ✓ 当发生事故时由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监
视和控制，迅速切除故障，完成事故后的恢复操作； ✓ 监视高压电气设备本身的运行； ✓ 将变电站所采集的信息传送给调度中心，必要时送给运行方式科和
数据采集处理器
机组状态 实时功率 防火墙
风机监控系统
以太网
Internet 无线/光缆
测风塔 数值天气预报
3.7 电能质量在线监测
采集监测点的三相电流、三相电压，通过后台软件对采样数据进行实时 的谐波分析、有功无功计算、三相不平衡度计算等
录波器
2.继电保护及安全自动装置
电力 系统
电力 设备
一次 设备
生产、输送、 分配、消耗电 能的设备
二次 设备
对一次设备的 运行状态进行 监视、测量、 控制、保护的 设备
发电机 变压器 断路器 母线 输电线路 隔离开关 无功补偿装置等
监控系统 测量仪表 继电保护 安全自动装置等
2.继电保护及安全自动装置
2.1.5 安全稳定控制装置
➢ 安全稳定控制系统 ➢ 频率电压紧急控制装置 ➢ 低频低压解列装置 ➢ 高频高压解列装置 ➢ 需要根据接入系统批复意见确定。
3 调度自动化
➢ 远动 ➢ 电能计量 ➢ 有功无功功率控制 ➢ 电能质量在线监测系统 ➢ 风（光）功率预测系统 ➢ PMU同步相量测量系统 ➢ 调度数据网及二次安全防护
2.1.1 变压器保护
➢ 电气量保护具体配置如下：
（1）差动保护
配置原则：
（2）高压侧后备保护； （a）复合电压启动过流保护 （b）零序电流保护
I1 ** I1
（c）间隙零序电流、零序电压保护
I I
110kV及以下电压等级： 主保护、后备保护、非电量保护 均独立配置，组一面屏。
（d）过负荷保护
（e）变压器高压侧过流闭锁调压。 （3） 低压侧后备保护；
2.1.4 故障信息子站
➢ 电网故障信息管理系统的主要功能是采集继电保护、录波器、 安全自动装置等变电站内智能装置的实时/非实时的运行、 配置和故障信息，对这些装置进行运行状态监视、配置信息 管理和动作行为分析，在电网故障时则进行快速的故障分析， 为运行人员提供处理提示，提高继保系统管理和故障信息处 理的自动化水平。
信号，重瓦斯动作瞬时跳主变两侧断路器。主变压力释放保护瞬时跳主变两侧断路器。
（2）温度保护，在温度过高时动作跳主变两侧断路器，温度升高时动作于发信号。
➢ 主变告警信号：
CT、PT断线告警，变压器过负荷时告警，保护装置故障报警。
2.1.2 线路及母线保护
➢ 线路保护 ＊ 220kV线路保护
光纤电流差动保护，双套配置 ＊ 110kV线路保护
短路 断线 故障
＊故障元件损坏 ＊缩短使用寿命 ＊破坏产生废品
✓维修维护不当
＊引起系统振荡
2.继电保护及安全自动装置
➢ 继电保护装置：反应电力系统中电气元件（发电机、线路、变压器、 电容器、电动机）发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸 或发出信号的一种自动装置
➢ 继电保护装置的基本任务： ⑴故障时，自动、迅速、有选择性切除故障元件，使故障元件免于继 续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行 ⑵不正常运行状态时，发出信号（跳闸或减负荷）
I2
I2 **
（a）复合电压启动过流保护
I1 I2
220kV及以上电压等级： 采用主备一体化பைடு நூலகம்备，双套配置， 非电量保护单套配置，组3面屏。
（b）过负荷保护
➢ 非电量保护具体配置如下：
图3－2－1双绕组单相变压器纵 差动保护的原理接线图
（1）瓦斯保护，作为主变压器主保护之一，包括主变本体和有载调压开关，轻瓦斯动作发
检修中心等，以便为电气设备监视和制定检修计划提供原始数据。
1.计算机监控系统
➢ 计算机监控系统基本功能
✓ 数据采集和处理 ✓ 数据库的建立与维护 ✓ 调节与控制 ✓ 报警处理 ✓ 同期 ✓ 事件顺序记录 ✓ 画面生成及显示 ✓ 在线计算及制表
✓ 远动功能 ✓ 时间同步 ✓ 人—机联系 ✓ 系统自诊断和自恢复 ✓ 与其他设备的通信接口 ✓ 运行管理 ✓ 系统自诊断和自恢复
➢ 作用：当电力系统发生故障和振荡时，自动记录下故障类型、故障发 生时间、电流电压变化过程及继电保护和自动装置的动作情况，计算 出短路点到装置安装处的距离等，并且可以通过打印机打印事故报告， 通过传真或电力通信系统将报告传送到调度所。
➢ 配置原则：
2.1.3 故障录波
➢录入量： ＊ 模拟量 ＊ 开关量
3.1 信息采集和命令执行子系统 （远动终端RTU）
一、RTU的任务 1．数据采集 （1）模拟量。 采集电网重要测点的P、Q、U、I等运行参数，称为“遥测” （2）开关量。 如断路器的开或关状态，自动装置或继电保护的工作状态，称为“遥信” （3）脉冲量。 如脉冲电能表的输出脉冲等。 2、数据通信
按照预定通信规约的规定，自动循环（或按调度端要求）地向调度端发送 所采集的本厂站数据，并接收调度端下达的各种命令。 3、执行命令 根据接收到的调度命令，完成对指定对象的遥控、遥调等操作。
电气二次设计主要内容
➢ 计算机监控系统 ➢ 继电保护及安全自动装置 ➢ 调度自动化 ➢ 通信系统 ➢ CT/PT配置 ➢ 控制电源系统 ➢ 收资及专业间配合 ➢ 电气二次施工卷册目录
1.计算机监控系统
➢ 计算机监控系统的概念： ✓ 将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自 动装置和远动装置）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计 算机技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设 备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以 及与调度通信等综合性的自动化功能。
光纤电流差动保护，单套配置 ＊ 35kV线路保护
采用保护、测控一体化设备（综保装置），单套配置 ➢ 母线保护（差动） ＊ 220kV母线保护
双套配置，含失灵保护功能 ＊ 110kV母线保护
单套配置，含失灵保护功能 ＊ 35kV母线保护
单套配置，不含失灵保护功能
2.1.3 故障录波
➢ 故障录波器是常年投入运行的监视电力系统运行状况的一种自动记录 装置。
3.5有功无功控制系统
省/地调接入网
变电站综合自动 化系统
智能通讯终端
AGC、AVC维 护工作站
逆变单元控制器
SVG
SVC
3.6风功率预测系统
预测系统工作站 风电功率预测主机
风电功率预测系统 主站端
风电公司远程 监测中心
数据库服务器
实时测风信息 功率预测结果 风电场开机容量 正向隔离装置
反向隔离装置
电力线载波、
调度中心
3. 调度自动化
电力系统调度自动化基本结构
发电厂 变电站
信息采集和 命令执行子 系统
厂站端 （RTU）
信息传
输子系 统
信息收集、 处理、控制 子系统
人机联 系子系 统
信息传 输通道
电力线载波、 微波、光纤、 无线、卫星 通信等
调度中心
3.1 信息采集和命令执行子系统 （远动终端RTU）
服务器A 服务器B
操作员站
维护 工程师站
调度主站
RCS9200 RCS9698H 五防主机 远动主机
RCS-9798 保护信息子站
交换机
100M以太网
RCS-9794A 通信管理单元 对时总线
RCS-9700C 测控单元
RCS-9600C 保护测控单元
RCS-900 保护单元
IED 智能单元
外厂 保护单元
线路三相电流、 母线三相电压、 开口三角电压、 主变中性点电流、 主变间隙电流
断路器位置、 保护装置动作、 自动装置动作
➢启动量： ＊ 模拟量 启动
正序电流、电压 负序电流、电压、 零序电流、电压、
＊ 开关量启动 ＊ 手动启动
断路器位置、 保护装置动作、 自动装置动作
记录升压站内设备在故障前10s至故障后60s的电气量数据，包括 电流和电压模拟量信息、保护动作和断路器位置等开关量信息、 必要的通道信息等
3.2 信息传输子系统（信道）
作用： 信息传输子系统是调度中心和厂站端(RTU)信息沟通的桥梁。 将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调
度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与命 令可靠、准确地传输。
3.3 信息收集处理与控制子系统（调度端）
信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。 由于现代电力系统往往跨区域，由许多发电厂和变电所组成，
3 调度自动化
➢ 电力系统远动 应用远程通信技术，对远方运行的设备进行监视和控制，以实现远程
信号、远程测量、远程控制和远程调节等各项功能。
电力系统调度自动化基本结构
发电厂 变电站
信息采集和 命令执行子 系统
信息传 输子系 统
信息收集、 处理、控制 子系统
人机联 系子系 统
厂站端 （RTU）
信息传 输通道
2.1.1 变压器保护
➢ 变压器故障 ＊内部故障
1. 绕组的相间短路 2. 绕组的接地短路 3. 绕组的匝间短路 4. 铁芯烧损等 ＊外部故障 主要是套管和引出线上发生的相间短路以及接地短路。 ➢ 变压器不正常运行状态 ＊ 过电流 ＊ 过负荷 ＊ 冷却系统故障
变压器保护： ＊电量保护 ＊非电量保护
1、作用 采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，
并根据运行需要将有关信息通过信息传输通道传送到调度中心，同时 也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。 2、功能 可以实现“四遥”功能：遥测(YC)、遥信(YX)、遥控(YK)和遥调(YT). 遥测:采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息； 遥信:采集并传送电力系统中开关量的实时信息； 遥控:指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、 发电机的开停、并联电容器的投切等操作； 遥调:指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，如调整发电 机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变压器的分接头等。