Transcript 智能电网
江秀臣 13901712098，[email protected] 上海交通大学电气工程系 国家能源智能电网（上海）研发中心 国家科技部智能电网863专项专家组 上海交通大学信息技术与电气工程研究院 教授 主任 副组长 副院长 一、智能电网与传感技术 二、国家电网公司智能电网规划中的传感技术 三、智能电网传感技术分类 四、传感技术应用案例 科技部《智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划》 为支持智能电网发展，需要对以下产业进行布局: （1）清洁能源发电。智能电网建设将大幅度提高电网接纳间歇性清洁能 源发电能力，是清洁能源发电进一步快速发展的前提； （2）清洁能源发电设备制造，如风力发电、太阳能发电等; （3）新材料产业，如光电转换材料、储能材料、绝缘材料、超导材料、 纳米材料等； （4）电网设备制造产业，如新型电力电子器件、变压器等； （5）信息通信、仪器仪表、传感、软件等； （6）新能源汽车产业。 传感器接口及植入技术，电子式互感器（EVT/ECT）的 集成设计技术，智能开关设备的技术标准体系及智能化实 施方案； 适用于气体介质的压力与微水、高抗振性能的位移、红外 定位温度、声学、局部放电信号等传感器及接口技术，各 类传感器的可靠性设计技术和检验标准； 高压设备基于RFID、GPS及状态传感器的一体化识别、定 位、跟踪和监控的智能监测模型，输变电设备智能测量体 系下的全景状态信息模型。 实用的新型电力参量传感器，以及多参量感知集成的无线 传感器网络技术、多测点多参量的光纤传感网络技术； 多种传感装置的融合技术；电力传感网综合信息接入与传 输平台技术； 电力物联网编码技术、海量数据存储、过滤、挖掘和信息 聚合技术； 新一代高性能电力线载波（宽带/窄带）关键通信技术； 电力新型特种光缆及试点工程，新型特种光缆设计、制造、 试验、施工、运维等配套支撑技术及基本技术框架，新型 特种光缆的应用模式和技术方案。 科学问题 1 2 满足新能源布 局下我国大范 围电能安全优 化调配需求的 输电网结构问 题。 实现我国主干 输电网潮流灵 活控制的技术 架构问题。 3 通道畅通共享， 信息无缝集成 的智能化变电 站的构建问题。 4 具有对潜在故 障自我检测、 自我保护能力 的智能化输电 线路和智能化 高压设备的研 制问题。 1 关 2 键 技 3 术 与新能源结构相适应的输电网规划技术和标准 输电网的灵活功率控制技术 智能变电站技术体系和标准 4 智能化一次电力设备（变压器、开关）技术和标准 5 输电网的状态监测和状态检修技术 国家电网公司规划 坚强智能电网 一个目标 两条主线 2009-2010年： 规划试点阶段 2011-2015年： 全面建设阶段 2016-2020年： 完善提升阶段 三个阶段 四个体系 坚强可靠 经济高效 清洁环保 透明开放 友好互动 技术主线 管理主线 电网基础体系 技术支撑体系 智能应用体系 标准规范体系 五个内涵 六个环节 发电 输电 变电 配电 用电 调度 与传感器相关的坚强智能电网环节 发展目标： 1、加快建设以特高压电网为骨干网 架、各级电网协调发展的坚强电网。 2、全面实施输电线路状态检修和全 寿命周期管理。 3、建设输电线路状态监测中心， 实现对特高压线路、重要输电走 廊、大跨越、灾害多发区的环境 和运行状态参数的集中监测和灾 害预警。 4、广泛采用柔性交流输电技术， 提高线路输送能力和电压、潮流 控制的灵活性，技术和装备全面 达到国际领先水平。 坚强智能电网输电环节 重点工作： 1、特高压后续交直流工程建设。 2、跨区联网工程建设。实现新疆与西北主网 联网、西藏与青海联网运行。 3、开展特高压可控电抗器等关键技术研发并示 范应用。开展柔性输电关键技术研究。 4、全面实施线路状态检修和全寿命周期管理。 5、建立输变电设备状态监测中心及灾害预警系 统。 〔2009〕1435号(关于印发《智能电网关键设备（系统）研制规划》通知； 2008年《架空输电线路在线监测系统通用技术条件》等4项； 2009年《智能变电站技术导则 》、《智能变电站设计规范》； 2010年《高压设备智能化技术导则》 2010年《智能变电站合并单元技术规范》、 《智能变电站测控单元技术规范》、 《智能变电站继电保护技术规范》 等数项； 2010年《输电线路状态监测系统技术规范》、《输电线路状态监测系统建设原则》； 2010年《输电线路状态监测代理技术规范》、《输电线路等值覆冰厚度监测装置技 术规范》等9项规范 〔2010〕1号(关于印发电力变压器、高压开关设备智能化技术条件的通知)； 〔2010〕95号(关于印发输变电设备状态监测系统概要设计及相关数据规范、通信技 术方案的通知； 2011年《变电设备在线监测系统技术导则》； 2011年《变电设备在线监测系统运行管理规范》等5项标准 2011年《变电设备在线监测I2接口网络通信规》 中国证券报 | 发布日期：2013-05-28 对电力设备进行必要监测，保证其稳定运行，对电力系统运行的可靠性、安全性 具有重要意义。随着在线监测技术不断发展和成熟，以及在线监测技术近年来在 我国电力系统的成功应用，状态检修替代定期检修已被电力系统所接受和认同， 成为设备检修的必然趋势。 国家电网公司明确提出，要从2010年起开始全面推广实施设备状态检修，全面 提升设备智能化水平，推广应用智能设备和技术，实现电网安全在线预警和设备 智能化监控。 电力设备在线监测技术是指直接安装在电力设备上可实时记录表征设备运行 状态特征量的测量和诊断系统及技术。在线监测系统一般由先进的传感器技术、 计算机与信息处理技术、通讯系统、专家分析系统及较为完备的系统数据信息库 组成 电力设备在线监测领域投资价值凸现，在线监测产品的下游需求高增长可以 维持。一是电网公司实行状态检修与建设智能电网的战略已经确定，电网可靠性 要求更加严格，在线监测产品已是其不可或缺的重要组成；二是除新增变电站需 求外，存量改造部分有更大的空间；三是在线监测产品有从单一产品监测到变电 站综合监测系统发展的趋势。除此之外，随着电力设备日益增加和线路工人的短 缺，电网更需要依赖在线监测产品提高管理水平。 1、电压传感器（互感器）：与传统一致。 2、电流传感器（互感器）：全光CT（重点与难点） 3、相位：PMU，目前主要为广域测量系统（Wide Area Measurement System, WAMS)服务，其用 途逐渐在挖掘中。 风能、太阳能、电网设备热容量、电力设备老化、状态评估、 外绝缘、覆冰等都与环境气象条件有关。 1、温度：设备输送容量、外绝缘电阻、老化。红外、集成 温度传感器。 2、湿度：外绝缘电阻。湿度传感器。 3、风参数：风电预测、输送容量、导线舞动。风力风向集 成传感器、加速度风力传感器。 4、日照强度：紫外、辐射、设备老化、输送容量。气象用。 5、雨量：外绝缘、输入容量。气象用。 6、雪：覆冰、冰闪。间接计算。 电网信息比较简单：电压、电流、相位三个参数就可以计算电网容量、 有功、无功、电能质量、谐波，用于电网安全稳定、自动化、继电保 护、故障定位等。而且频率基本在50Hz左右，容易测量。 设备信息则数量繁多，一是设备品种繁多，二是设备状态评估复杂。 既有电量如电压、电流、功率，又有非电量如物质成分、机械参数、 环境参数。而且，参数频率从直流可到6GHz，从微弱信号纳秒、纳 伏、微安、PPM到千伏、千安、秒量级。信号范围很广。 比如电量传感器器：局部放电传感器：高频传感器器10MHz300MHz，特高频UHF传感器300MHz-3GHz，常规局放传感器 30KHz-200KHz即可，定位传感器可达6GHz，局部放电是电力设 备状态评估的重要参数。 再如物质成分传感器：气体成分传感器，GIS里的微水、SF6分解物、 变压器油中气体氢气、甲烷、乙炔等。 其它比较难的还有空间电荷传感器、带信号处理的智能传感器等，都 在 案例1 -智能输电 国家电网公司智能电网输电环节设备的研制规划 分分分分分分 DLR动态提高输送容量系统 专家系统 通 通 通 通 通 通 (CTM) 线路信息系统 通通通通通通通 通 通 通 通 通 WM) 通通通通通通通通通通通 通通通通通通通通通 WEB通 通 通 通 通通通通通通 通通通通通通通通 通通通通通通 分分分分 3G 短信 GPRS/CDMA Zigbee 通通通通通通通通通通通通 通通通通通通通通通 无线网络 有线网络 通通通通通通通通通通通通通 通通通通通通通通通 远程通讯 分分分分分分分 以太网 现场总线 风速、风向 光伏电源管理 视频监控 导线监测 力学参数监测 分布电压 微气象监测 气温、湿度 通讯解决方案：可靠、灵活、功能强大 导线舞动 导线覆冰 泄漏电流 电量计 倾角 线路电流 日照辐射 气压、雨量 故障定位 电池保护 张力 杆塔监测 绝缘子监测 通通通通通通 导线温度 雷击闪络 视频图像 太阳能电板 最大功率点跟踪 杆塔倾斜 线路监测信息：广域、全景、实时、准确可靠 系统网 智能组件 断路器机构箱 机构箱 机构箱 S2 S3 S4 S6 M1 M2 C S1 S4 S5 S6 S7 M1 M2 M3 C S6 C M2 M2 机构箱 机构箱 HGS M2 S6 M1 GS2 M1 S6 GS1 C 检测 控制 测量 光纤 M1 M2 C DS2 S6 注： 1. S1:温度 2. S2:湿度 3. S3:气体压力 4. S4:局部放电 5. S5:分合闸线圈电流 6. S6:机构电机电流 7. S7:机械特性 8. M1:机构储能报警 9. M2:位置 10. M3:压力闭锁 11. C:控制信号 S3 CB C DS1 S2 M1 S1 机构箱 S1 S2 S3 S4 电压、电流 S5 S6 S7 S9 S10 S1 局部放电 电压、电流 顶层油温 S2 S11 气体继电器 S12 油中溶解气体 S13 油中水分 C OLTC S4 S3 S8 S14 底层油温 铁芯接地电流 局部放电 有载调压 冷却系统 注： 1. S1、S2顶层油温，S3、S4底层油温 2. S5、S6、S9、S10电压、电流 3. S7、S8局部放电 4. S11气体继电器 5. S12油中溶解气体 6. 7. 8. 9. S13油中水分 S14铁芯接地电流 C冷却系统 OLTC有载调压系统 系统网络 智能 组件 变压器智能组件监测功能组主要 的监测参数包括油中气体、局部 放电、振动、微水、油温、泄漏 电流等，监测部件包括油纸、套 管、有载开关、铁心、线圈等 变压器本体 变压器智能组件柜 IEC61850 站控层通信网络 IEC61850 变压器监测主IED 绕组光纤温度、油温、油 位、环境温度、湿度等 综合测量IED 放油阀 油色谱及及微水监测IED UHF、AE、HFCT传感器 局部放电监测IED 铁心接地电流传感器 铁心接地电流监测IED 振动传感器 声学指纹监测IED 套管末屏传感器 有载调压开关 振动和电流 变压器套管绝缘监测IED 有载调压开关监测IED 站控层服务器 过 程 层 通 讯 网 络 可 接 入 过 程 层 系统由GIS局部放电监测IED、GIS气体状 态监测IED、断路器监测IED、避雷器监测 IED、等子IED及GIS监测主IED等部分构 成。 GIS本体 GIS智能组件柜 IEC61850 站控层通信网络 IEC61850 IEC61850 站控层服 务器 系统测控装置 合并单元 状态监测主IED UHF传感器 局部放电监测IED SF6微水、密度、温度传感器 SF6气体状态监测IED 泄露电流传感器 避雷器监测IED 振动传感器、电流传感器 断路器动作特性监测IED 过 程 层 网 络 IEC61850 1、传感器：电量（电压、电流、局放）、非电量（温度、物 质成分（SF6杂质、油中气体）、微水、视频）、振动、超 声波等； 2、电子测量元件：高可靠性的电子元器件；放大、滤波硬件； 抗干扰软硬件等； 3、高级应用（智能）分析软件：信号处理、状态评估、寿命 预测、图像识别、基于云（计算）的软件等； 4、基于物联网的无线通讯模块、物联网传感器等。 系统特点：低成本、广覆盖、易安装维护 云台式 一体化摄像机i 温度、局放复 合监测探头 一体式 温度监测探头 云台式 监控型红外仪 局放监测探头 场景监视、设备 外观、表计遥视 无线 网络 套管类、导线 接头类测温 母排、开关类 测温 温度、局放复 合监测探头 无线通讯管理机j 线 网 络 一体式 局放监测探头 户外网络交换机 无线网络 无 无线通讯管理机 i 变压器、GIS、CT、PT类 监测放电 温度监测探头 Internet 一体化摄像机 场景监视、设备外 观、表计遥视 j 监控中心 便携式巡检仪 状态预警、信息发布 案例4-新能源发电-风电场监测 定子、转子电压、电流动态同步信号 振动信号 振动信号 配网设备、线路、变 电站局放、温度、外 观等 综合智能 监控系统 箱变状态信号: 开关量、温度、 局放等 覆冰、腐蚀、 外观、场景 图像 单机组综合信息采集 无线或光纤 区域数据中心 发电机温度 机舱温度、振动 风信号 叶片覆冰、变形、 各类机械件裂、 损声发射