第1章 概论 1
1.1 变电站在电力系统中的地位和作用 1
1.2 变电站自动化技术的发展过程 1
1.2.1 分立元件的自动装置阶段 2
1.2.2 微处理器为核心的智能自动装置阶段 3
1.2.3 国外变电站综合自动化的发展 3
1.2.4 我国变电站综合自动化的发展过程 5
1.3 变电站综合自动化与无人值班 8
1.3.1 国外变电站无人值班的发展简况 8
1.3.2 国内变电站无人值班的发展 8
1.3.3 变电站实现无人值班的目的和意义 9
1.3.4 现代无人值班变电站需具备的条件 11
1.4 智能变电站自动化系统的发展 12
第2章 智能变电站自动化系统的功能 14
2.1 智能变电站自动化系统的内涵 14
2.2 监控子系统 16
2.2.1 数据采集功能 16
2.2.2 数据分类和处理 20
2.2.3 安全监控功能 21
2.2.4 操作与控制功能 21
2.2.5 人机联系功能 22
2.2.6 运行记录功能 23
2.2.7 同步对时功能 23
2.3 继电保护子系统 23
2.3.1 继电保护的基本任务 23
2.3.2 继电保护的重要作用 23
2.3.3 微机保护的优越性 24
2.3.4 微机保护子系统的内容 25
2.4 自动控制子系统 26
2.4.1 电压、无功综合控制功能 26
2.4.2 低频低压减载控制的作用 26
2.4.3 备用电源自投控制的功能 27
2.4.4 单相接地自动选线功能 27
2.5 电能量计量系统 27
2.6 电能质量监测功能 28
2.6.1 电能质量监测是建设智能电网的重要内容之一 29
2.6.2 衡量电能质量的主要指标和相应的国家标准 30
2.6.3 电能质量超限值的危害 32
2.6.4 谐波和间谐波的分析与监视 35
2.6.5 电力系统中谐波的抑制 42
2.7 通信功能 44
2.8 多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用 45
2.8.1 多媒体技术在变电站应用的优越性 45
2.8.2 变电站多媒体系统结构 46
2.8.3 实时控制数据和多媒体数据的协调 47
2.8.4 光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择 48
2.9 变电站自动化系统要适应电力市场化的需求 48
2.10 智能变电站自动化系统功能的发展 49
2.10.1 全景信息采集及统一建模技术研究 49
2.10.2 发展广域动态实时监控系统 50
2.10.3 智能告警及分析决策系统 50
2.10.4 建立故障信息综合分析决策系统 52
2.10.5 发展电力设备状态检修研究 53
2.10.6 柔性交流输电技术的研究和应用 54
2.10.7 分布式安全评估和控制 54
2.10.8 可再生能源接入技术的研究 55
第3章 智能变电站自动化系统的结构 56
3.1 智能变电站自动化系统的设计原则 56
3.1.1 总体设计原则 56
3.1.2 继承与发展相结合原则 56
3.1.3 系统结构的分层分布原则 57
3.1.4 间隔层采用分散式原则 57
3.1.5 可靠性原则 57
3.1.6 资源整合原则 58
3.1.7 系统要满足可扩展性和可适应性原则 58
3.2 IEC 61850标准定义的变电站自动化系统的分层结构 58
3.2.1 过程层功能 58
3.2.2 间隔层／单元层功能 59
3.2.3 变电站层功能 59
3.3 变电站的智能电子设备 59
3.4 自动化系统的结构模式 60
3.4.1 集中式的综合自动化系统 60
3.4.2 分层分布式系统集中组屏的结构模式 61
3.4.3 分散式与集中组屏相结合的自动化系统的结构模式 64
3.4.4 分布分散式变电站自动化系统结构模式 65
3.5 智能变电站自动化系统结构模式的发展 67
3.5.1 开关设备的智能化 68
3.5.2 变压器的智能化 69
3.5.3 电子式互感器的应用促进智能变电站的发展 69
3.5.4 智能变电站自动化系统现阶段的结构模式 74
第4章 继电保护子系统原理 79
4.1 概述 79
4.1.1 我国继电保护的发展过程 79
4.1.2 电力系统的故障和不正常运行状态 79
4.1.3 继电保护的分类 80
4.1.4 对继电保护的基本要求 80
4.2 输电线路继电保护 82
4.2.1 单侧电源网络相间短路的电流保护 82
4.2.2 电网相间短路的方向性电流保护 85
4.2.3 输电线路的接地保护 89
4.2.4 高压输电线路常用保护 91
4.3 微机变压器保护 93
4.3.1 变压器的故障类型及异常运行状况 93
4.3.2 变压器保护的配置 94
4.3.3 变压器差动保护基本原理 95
4.3.4 变压器差动保护中的不平衡电流 96
4.3.5 具有制动特性的差动保护 98
4.3.6 二次谐波制动的差动保护 100
4.3.7 变压器差动速断保护 101
4.3.8 变压器励磁涌流的新判别方法 102
4.4 并联补偿电容器保护 105
4.4.1 电容器故障类型分析 105
4.4.2 电容器内部故障的保护 106
4.4.3 电容器回路的相间短路保护 108
4.4.4 系统电压异常的电容器保护 108
4.5 电子式互感器的应用促进新原理保护的研究 109
第5章 自动控制子系统原理 110
5.1 电压无功综合控制子系统 110
5.1.1 电压和无功控制的重要性 110
5.1.2 电压无功综合调控的目标 111
5.1.3 变电站电压无功综合控制的基本原理 111
5.1.4 微机电压无功综合控制的方式 113
5.1.5 电压无功综合控制的实现方法 115
5.1.6 电压无功综合控制策略 116
5.1.7 MVR—Ⅲ型微机电压无功综合控制系统应用举例 120
5.2 电力系统低频低压减载控制子系统 124
5.2.1 电力系统频率偏移的原因 125
5.2.2 电力系统频率降低的危害 125
5.2.3 低频低压减载的控制方式 126
5.2.4 低频低压减载的实现方法 127
5.3 备用电源自投控制子系统 128
5.3.1 备用电源自动投入的作用 128
5.3.2 备用电源自投装置的基本要求 128
5.3.3 变电站备用电源的配置 129
5.3.4 备用电源自投的动作逻辑 130
5.4 小电流接地系统的单相接地选线 131
5.4.1 利用稳态故障信号的单相接地选线方法分析 132
5.4.2 综合智能选线方法 134
5.4.3 基于暂态信号的单相接地选线技术 136
第6章 智能电子设备的硬件原理 139
6.1 智能电子设备的典型硬件结构 139
6.2 智能电子设备常用的微处理器 141
6.2.1 单片微型计算机 141
6.2.2 DSP数字信号处理器 143
6.2.3 ARM处理器 146
6.2.4 ARM＋DSP的微机保护装置的硬件架构 148
6.3 智能电子设备的外围接口电路 149
6.3.1 IED的模拟量输入／输出通道 149
6.3.2 模／数（A／D）转换器 151
6.3.3 V／F（电压／频率）转换器 154
6.3.4 多路转换器 154
6.3.5 采样保持器 155
6.3.6 高集成度的数据采集系统DAS 156
6.3.7 IED的数字量输入／输出 157
6.3.8 开关量输入／输出接口 161
6.4 智能电子设备硬件结构的新发展 162
第7章 交流电量常用算法分析 164
7.1 概述 164
7.2 数字滤波算法分析与选择 164
7.2.1 模拟与数字滤波器 164
7.2 2递归与非递归型数字滤波器的比较 165
7.2.3 数字滤波器的设计 166
7.2.4 常用的数字滤波器及其滤波特性 166
7.3 不同功能的IED对算法的不同要求 170
7.4 常用算法 171
7.4.1 基于正弦函数模型的算法 171
7.4.2 基于周期函数模型的算法 175
7.4.3 基于随机函数模型的算法 178
7.4.4 解微分方程算法 180
7.4.5 提高计算精度的傅里叶均值算法 180
7.5 算法的选择 182
第8章 小波分析在变电站自动化系统中的应用 184
8.1 概述 184
8.2 小波分析的理论基础 185
8.2.1 小波变换的定义 185
8.2.2 单尺度小波变换的反演 186
8.3 改进递归小波变换的研究 187
8.3.1 递归小波变换 187
8.3.2 改进递归小波变换（IRWT） 188
8.3.3 改进递归小波变换和递归小波变换的对比 191
8.4 基于IRWT的变压器励磁涌流鉴别算法的研究 192
8.4.1 提取信号畸变特征的算法 192
8.4.2 基于IRWT的鉴别励磁涌流算法 193
8.4.3 基于IRWT鉴别励磁涌流的算例分析 194
8.5 小波分析在电力系统中的应用 196
8.5.1 小波分析在微机保护中的应用 196
8.5.2 小波分析用于输电线路故障定位 198
8.5.3 小波分析用于电力设备的状态监视和故障诊断 199
8.5.4 小波分析在电力系统谐波检测中的应用 199
8.5.5 小波变换应用于电能质量分析 200
8.5.6 小波变换在电力系统负荷预测中的应用 200
8.5.7 小波变换应用于电力系统暂态稳定分析 201
8.6 小结 201
第9章 变电站自动化系统的数据通信 203
9.1 概述 203
9.2 变电站自动化系统信息传输的内容 204
9.2.1 变电站自动化系统内部的信息传输 204
9.2.2 变电站自动化系统与控制中心的通信 205
9.3 变电站自动化系统对通信网络的要求 205
9.3.1 通信网络是变电站自动化系统的命脉 205
9.3.2 信息传输响应速度和优先级 205
9.4 数据通信的基本原理 207
9.4.1 数据通信方式 207
9.4.2 串行数据通信的方向性结构 207
9.4.3 数据通信系统的主要技术指标 208
9.4.4 数据同步方式 209
9.4.5 多路复用技术 211
9.4.6 远距离通信系统的基本结构 212
9.5 变电站自动化系统的通信网络 214
9.5.1 通信网络的拓扑结构 214
9.5.2 串行总线通信网络 217
9.5.3 现场总线通信网络 220
9.5.4 以太网（Ethernet）局域网络 224
9.5.5 嵌入式以太网 228
9.5.6 工业以太网技术在变电站应用的优越性 228
9.6 差错检测技术 229
9.6.1 奇偶校验 230
9.6.2 纵向冗余校验 230
9.6.3 循环冗余校验CRC 231
9.6.4 累加和校验 232
9.7 变电站与控制中心的信息传输规约 232
9.7.1 变电站远传信息内容 233
9.7.2 变电站信息传输规约 233
9.8 电力系统的远动无缝通信传输协议（IEC 61850标准协议） 237
9.8.1 IEC 61850变电站通信网络和系统标准协议制定过程 237
9.8.2 IEC 61850标准协议的主要内容 239
9.8.3 IEC 61850标准协议的体系结构 240
9.8.4 IEC 61850标准协议的技术特征 242
9.8.5 变电站采用IEC 61850标准协议的优越性 246
9.8.6 IEC 61850标准的一致性测试 247
9.8.7 IEC 61850标准在应用中不断发展 250
第10章 提高智能变电站自动化系统可靠性的措施 252
10.1 概述 252
10.2 电磁兼容的基本概念 253
10.3 变电站内主要电磁干扰源及其特点 253
10.3.1 变电站的电磁干扰源 253
10.3.2 电磁干扰的耦合途径 256
10.3.3 电磁干扰可能造成的后果 256
10.4 变电站自动化系统抗电磁干扰的措施 258
10.4.1 影响智能电子设备电磁兼容性能的因素 258
10.4.2 抑制干扰源影响的措施 258
10.4.3 接地和减少共阻抗耦合 259
10.4.4 智能电子设备各端口的滤波措施 263
10.4.5 智能电子设备的隔离措施 266
10.4.6 自动化系统供电电源的抗干扰措施 268
10.4.7 电子电路的电磁兼容设计 269
10.5 智能电子设备的故障自诊断和自纠错 270
10.5.1 测量值的自纠错 270
10.5.2 故障自诊断 272
10.5.3 程序出轨的自恢复 274
参考文献 276