智能变电站继电保护技术规范介绍1

1华东电力调控分中心二O一一年五月智能变电站继电保护技术规范目录技术规范概况1基本概念和术语2技术规范基本原则323技术规范概况1技术规范概况1智能电网建设思路发展基础体系技术支撑体系智能应用体系标准规范体系一个目标三个阶段两条主线四个体系五个内涵构建以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强的智能化电网技术上实现信息化、自动化、互动化管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化2009-2011年：规划试点阶段2012-2015年：全面建设阶段2016-2020年：引领提升阶段坚强可靠、经济高效清洁环保、灵活互动、友好开放智能电网发展的需求45国调中心各网、省调继电保护专业国网继电保护专家组成员智能变电站继电保护工作组成员组织总结分析智能变电站运行经验讨论智能变电站继电保护及相关设备技术应用原则讨论智能变电站继电保护及相关设备配置要求讨论智能变电站继电保护及相关设备实施方案形成《智能变电站继电保护技术规范》目的贯彻落实国家电网公司建设坚强智能电网的发展战略，促进和规范智能变电站继电保护技术应用工作。编制目的《智能变电站技术导则》（Q/GDW383-2009）细化、补充和完善从指导工程应用的角度继电保护在功能上是统一的整体，需要一次设备、二次回路、通道、保护装置之间的配合协调，发挥其整体性能。依据可靠性、选择性、灵敏性、速动性遵循继电保护的性能和智能化水平提高实现6编制的主要原则目次前言正文附录1范围2规范性引用文件3术语和定义4总则5继电保护及相关设备配置原则6继电保护装置及相关设备技术要求7继电保护信息交互原则8继电保护就地化实施原则附录A、B、C、D7规范结构和内容智能变电站继电保护及相关设备技术原则规定了110kV（66kV）及以上电压等级新建、改（扩）建智能变电站适用于智能变电站继电保护及相关设备可采用全部或相应部分说明不包括特高压变电站8规范适用范围•本标准针对智能变电站的特点，重点规范了继电保护配置原则、技术要求、信息交互以及电子式互感器、合并单元等相关设备配置原则及技术要求。规范重点内容9基本概念和术语210智能变电站定义采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。12数字化变电站发展趋势？IF1：间隔层和站层之间交换保护数据IF2：间隔层和远方保护之间交换保护数据IF3：间隔层之间交换数据如保护和控制设备间IF4：间隔层和过程层之间交换采样数据IF5：间隔层和过程层之间交换控制数据IF6：间隔层和站层之间交换控制数据IF7：站层和远方工程师之间交换数据IF8：间隔层之间直接快速交换数据，如联锁IF9：站层之间交换数据IF10：站层和远方控制中心之间交换数据变电站自动化系统的接口1－10技术服务远程控制(NCC)控制.保护.功能.A功能.B保护.控制.传感器操作机构间隔级站级过程级HV设备远方保护过程接口1,633981,6224,54,5710远方保护14IEC61850标准制定的目标自由配置标准支持不同的原理并允许自由定位各功能模块，标准可同等地支持集中式的系统（RTU）及分布式的系统（SCS）。互操作性不同供货商之智能电子设备互相交换信息并使用这些信息实现设备本身功能的能力。长期的稳定性标准必须经得住未来的考验，标准必需与通讯技术的发展同步并满足不断演进的系统要求。IED智能电子设备Request（要求）Response（响应）Event（事件）具有可访问的数据模型什么需要交换(IEC61850-7-3&4)怎样进行交换(IEC61850-7-2)由同一供货商及不同供货商所提供的IED具有相互交换信息并使用这些信息正确的执行特定的功能目标一：互操作性15硬结线及点对点链路网关控制控制保护控制保护高压设备高压设备站级间隔级过程级目标二：自由配置（通讯）16分立的站级总线网络及过程总线网关控制控制保护控制保护高压设备高压设备站级间隔级过程级目标二：自由配置（通讯）17保护及测控合一的智能设备IHMI人机界面站级操作平台CSWI开关控制器保护与测控PDIS距离保护XCBR断路器断路器TCTR电流互感器TVTR电压互感器集成传感器目标二：自由配置（IED功能）18分立的保护及智能断路器IHMI人机界面站级操作平台保护PDIS距离保护XCBR断路器断路器及控制TCTR电流互感器TVTR电压互感器集成传感器CSWI开关控制器目标二：自由配置（IED功能）19应用领域变电站通讯技术慢快标准化所面临的问题标准化的解决方案ISO/OSI7层栈7654321数据模型对象服务应用开关设备保护及控制命令、事件、报警…通讯信息、报文、框架…目标三：长期的稳定性20系统概貌1介绍和概述2术语3总体要求4系统和项目管理5功能的通信要求和设备模型数据模型变电站和馈线设备的基本通信结构7-4兼容逻辑节点类和数据类7-3公用数据类抽象通信服务变电站和馈线设备的基本通信结构7-2抽象通信服务接口(ACSI)7-1原理和模型配置6变电站自动化系统配置描述语言映射到实际通信网络8-1映射到MMS和ISO/IEC8802-39-1通过单向多路点对点串行通信链路采样值9-2ISO8802-3之上的采样值测试10一致性测试IEC61850标准内容21栈选择跟随快速发展先进的通讯技术每一选择的栈栈接口客户端–服务器通讯GOOSESV采样数据应用(对象,服务)慢速变化应用领域变电站抽象接口长期的定义保障投资以太网链路层以太网物理层（具有优先权标识）实时性要求IPTCPMMS快速变化通讯技术映射适应栈映射MappingToStack(8-1,9-2)IEC61850建模22•功能（FC）逻辑节点（LN）、物理设备（PD）、逻辑连接（LC）、物理连接（PC）–功能分为三层：站层、间隔层、过程层–同一功能可以分布在不同厂家提供的物理设备之间–功能与物理设备无关，可以在物理设备上自由分布–逻辑节点可以理解为功能分解的最小单位–逻辑节点之间的连接称为逻辑连接–一个物理连接可以包含多个逻辑连接23IEC61850建模功能F、逻辑节点LN、物理设备PD、逻辑连接LC、物理连接PC的关系LN2LN3LN1LN6LN4LN5PD1PD3PD2F1F2PC13PC23PC12LC36LC56LC14LC35LC12IEC61850建模24•SSD:系统规范描述文件（SystemSpecificationDescription.XMLdescriptionoftheentiresystem.）•SCD:系统配置描述文件（SubstationConfigurationDescription.XMLdescriptionofasinglesubstation.)•ICD:IED能力描述文件IED(CapabilityDescription.XMLdescriptionofitemssupportedbyanIED.)•CID:IED配置后的描述文件(ConfiguredIEDDescription.XMLconfigurationforaspecificIED.)SCL文件类型采用XML语言描述变电站的配置SSD系统图组态工具装置模板组态工具ICD系统组态工具SCD装置实例组态工具IEC61850装置CID全站系统配置文件一次系统配置文件装置模板配置文件装置配置IED描述文件传输时间的定义FastmessagesTRIPothersMediumspeedSlowspeedDistributionarea(P1)10ms100ms100ms500msTransmissionarea(P2/P3)3ms20msIEC61850通信要求27Signal8-20msTimeRelayenergizescontactContactsclosesInputthresholdreached信号输出/输入过程IEC61850通信要求28Signal20msTimeComm.modulecreates&sendsatelegramNetworkaccessandtrans-missionComm.modulerecieves&understandsatelegram•GOOSE通信3msIEC61850通信要求29•延迟指数据帧从源到目的地址所需要的时间•存储转发最小的延迟等于交换机传输一帧所花的时间•100M以太网帧收发延迟从5到120µs不等-与帧长度成比例•交换机本身带来的交换时延在5µs左右•服务品质(QoS)将重要报文优先传输，减少了延迟•交换机以太网的时延由以下4部分组成–1)帧收发时延(LSF)–2)交换时延(LSW)–3)线路传输时延(LWL)–4)帧排队时延(LQ)•总的网络延迟=∑LSF+LSW+LWL+LQ交换机交换机带来的延迟•10Mbit/s以太网帧收发时延:–64字节数据包=51.2µs–1522字节数据包=1217.6µs•100Mbit/s以太网帧收发时延:–64字节数据包=5.12µs–1522字节数据包=121.76µs•1000Mbit/s以太网帧收发时延:–64字节数据包=0.512µs–1522字节数据包=12.176µs帧收发时延(LSF)交换时延(LSW)•不同交换机交换时延不同，如RuggedCom交换机的交换时延小于7μs线路传输时延(LWL)skmdskmdlightofspeedd/000.200/000.30066,066,0数据在线路上的传输的速度按2/3的光速计算如果传输距离较长,比如说100KM,时延LWL计算如下LWL=1x105m/(0.66×3×108m/s)≈500μs•平均帧排队时延可以按以下公式估算•LQ=(网络负载)×LSF(max)–网络负载是当前网络负载占网络带宽的百分比–LSF(max)存储转发最大数据帧(1500byte)的收发时间.•举例,网络负载在25%的情况下平均帧排队时延为:•LQ=0.25×[12000bits/100Mbps]=30μs帧排队时延(LQ)最大延迟计算(LTOTAL)•如果有N个交换机GOOSE报文的实时性要求•GenericObjectOrientedSubstationEvent(GOOSE)报文提供了功能强大的IED到IED的通信机制，进行有效且实时的状态和参数交换•最严格的要求是Type1ATrip快速报文，总传输时间小于3ms，包括两头IED的处理时间加网络延时•传输时间=应用层到应用层，包括IED处理时间+网络延迟.GOOSE报文的实时性要求•对于大的网络，比如由20台交换机构成的100Mbps网络，超过2ms可能影响保护动作•GOOSE报文带有优先级–HighestClassofService(CoS–IEEE802.1P)inthenetwork–GOOSE报文被置于存储/转发队列的前面–正在发送的GOOSE报文不被中断GOOSE报文的格式参数名参数类型值/值域/解释应用标识配置版本号AppIDConfRevVISIBLESTRING65INT32U时标TEntryTime状态号（事件计数器）StNumINT32U序列号（报文计数器）SqNumINT32U测试标识位TestBOOLEAN数据集成员1~nGOOSEData[1～n]GOOSE控制块路径GoCBRefObjectReference需要重新配置NdsComBOOLEANDatSet数据集的路径ObjectReferenceGOOSE报文数据集的概念GndPDIS1GndPDIS2GndPDIS3generalOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCGndPDIS1.Op.generalGndPDIS2.Op.generalGndPDIS3.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.O