数字化变电站技术及方案

2020/1/19数字化变电站相关技术许继集团有限公司2020/1/19一、数字化变电站概述二、IEC61850体系三、典型数字化变电站应用方案四、数字化变电站与智能电网五、许继数字化变电站工程六、智能变电站目录2020/1/19传统变电站的不足：1.、二次设备之间存在互操作性问题二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准。不同厂家设备的互连，必须设置大量的规约转换器或保护管理机。不足：增加了系统复杂度和设计、调试和维护的难度，降低了通信系统的性能。二次设备含不同厂家产品时，设备互联调试复杂，经常因此而拖延调试工作周期；后期运行维护不便，安全生产埋下隐患。一、数字化变电站概述DNP、LONWORKS、profibus、IEC60870-5-101/102/103/104、其它私有规约。。。。2020/1/19传统变电站的不足：2、传统电流/电压互感器的问题体积大、漏油、暂态传输特性差、开路安全隐患、电流饱和失真、铁磁谐振、信息共享能力有限。。。3.二次电缆对系统可靠性的影响电缆遭受电磁干扰/耦合、着火、传输损耗、二次回路两点接地等4.信息难以共享功能的实现模式为：硬件设备+连接电缆（模拟量采集电缆、控制电缆）。装置功能单一、交叉。客户需求的变化往往需要增加新的硬件，升级换代不便5.变电站占地面积大一、数字化变电站概述2020/1/19电子式互感器应用IEC61850标准的颁布和实施高速工业通信网络技术发展数字化变电站智能断路器技术发展和应用一、数字化变电站概述—支撑技术变电站业务需求的变化和技术的进步，驱动了变电站一二次设备技术的融合，以及变电站运行方式的变革，由此产生了——数字化变电站2020/1/19一、数字化变电站概述—数字化组成图FFTT33IIEECC6611885500--99--22合合并并单单元元交交换换机机EICC6611885500--99--1GOOSE智能单元工作站1远动站工作站2站控层以太网IEC61850-8-1间隔层过程层保护/测控装置ECVT断路器数字化变电站接线组成图2020/1/19交流插件开入开出插件常规保护装置一、数字化变电站概述2020/1/19所有设备(线路、变压器、母差、测控)=CPU＋网络接口，体积缩小一半259.3265.9一、数字化变电站概述硬件统一、硬件集中成为可能2020/1/19数字化系统组成示意图12ln20RRNhMdtdiMA/DCPUFT3采集采集传感头传感头调理调理CPU处理单元光电隔离开入1开入2开入3开入n开出隔离合闸1分闸1公共端GOOSESMV保护/测控装置一次设备合并器智能接口CPU处理单元网络接口FT3FT3交换机冗余同步时钟一、数字化变电站概述新设备、新应用合并单元智能单元交换机采集器户外柜对时系统网络传输方案2020/1/19传统变电站数字化变电站一、数字化变电站概述—对比图工作站1远动站工作站2工作站1远动站工作站2以太网IEC61850-8-1电子式互感器智能一次设备传统互感器传统一次设备RS485、以太网IEC-60870-5-104/103电缆光缆装置nECVTCT/PT装置1装置n装置1合并单元智能接口站控层间隔层过程层网关网关网关传统的变电站采用电缆互联实现间隔间的信息共享。数字化变电站的信息共享则基于以太网。前者是模拟共享，后者是数字共享。前者是数据传输；后者是模型化的信息2020/1/19二、IEC61850标准体系数字化变电站发展的主要推动力IEC61850系列标准国家电网（南方电网）的支持政策数字化变电站是坚强智能电网的物理基础，是其重要组成部分，它们互相促进。有专家因此提议改称”智能变电站“IEC61850系列标准IEC61850的全名是CommunicationNetworksandSystemsinSubstations，即变电站内通信网络和系统。英文第一版1085页（第2版会更多），涉及计算机技术、网络通信技术、MMS、变电站保护及自动化系统等多学科，是一个庞大复杂的系统。IEC61850标准是迄今为止最为完善的变电站自动化标准。将来将应用于风力发电、电能质量等更多工业领域2020/1/19系统方面Part1:介绍和概述Part2:术语Part3:总体要求Part4:系统和项目管理Part5:功能通信要求和设备模型测试Part10:一致性测试数据模型变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构Part7-4:兼容逻辑节点和数据类Part7-3:公共数据类抽象通信服务变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构Part7-2:抽象通信服务接口(ACSI)Part7-1:原理和模型特殊通信服务映射(SCSM)Part8-1:映射到制造商报文MMSPart9-1:通过单向多路点对点串行通信连接模拟采样值Part9-2:IEEE802.3之上的模拟采样值配置Part6:变电站中智能电子设备通信配置描述语言二、IEC61850标准体系2020/1/19抽象通信服务IEC61850-7-1原理和模型IEC61850-7-2抽象通信服务（ACSI）数据模型IEC61850-7-3通用数据类IEC61850-7-4逻辑节点和数据类测试IEC61850-10一致性测试二、IEC61850标准体系2020/1/19功能：变电站自动化系统执行的任务。如：距离保护，重合闸，报警管理等。逻辑设备（LD）：一种虚拟设备，聚合逻辑节点和数据。物理设备可以包含一个或多个LD。逻辑节点（LN）：用来描述系统功能的基本单位，是数据对象的容器，可以任意分配到IED，每个逻辑节点和内部的数据都有具体的语义，并通过他们的服务与外部进行交互。LN是功能的外在特性的描述和定义。逻辑节点都是四个字母；“逻辑”的含义对应于“物理”，是超越物理设备束缚的一种虚拟的东西二、IEC61850标准体系---“逻辑”2020/1/19前缀逻辑节点组包含的逻辑节点数L系统逻辑节点(Systemlogicalnodes)3P保护功能逻辑节点(Protectionfunctions)28R保护相关功能逻辑节点(Protectionrelatedfunctions)10C监控(Supervisorycontrol)5G通用功能引用(Genericfunctionreferences)3I接口与存档(Interfacingandarchiving)4A自动控制(Automaticcontrol)4M计量和测量(Meteringandmeasurement)8S传感器和监视(Sensorsandmonitoring)4X开关(Switchgear)2T仪用变压器(Instrumenttransformer)2Y电力变压器(Powertransformer)4Z其它电力系统设备(Furtherpowersystemequipment)15合计逻辑节点数(Totalnumberoflogicalnodes)92二、IEC61850标准体系—逻辑节点列表2020/1/19属性名解释LNName表示当前装置中过流逻辑节点的名字状态信息Str启动ACDOp动作ACT设定值TmACrv动作曲线类型StrVal启动值OpDlTmms操作延迟时间……服务GetDataValues（属性）；SetDataValues（属性）；……二、IEC61850标准体系—PTOC示例2020/1/19IEC61850-7-1原理和模型二次设备一次设备断路器Q0_L1/XCBRGas浓度监测Q0_L1/SIMG隔离刀闸Q9_L1/XSWIGas浓度监测Q9_L1/SIMG接地开关Q8_L1/XSWIGas浓度监测Q8_L1/SIMG距离保护PDIS控制Q0/CSWIQ8/CSWIQ9/CSWI间隔层界面IHMI2020/1/19GOOSE概念：GOOSE：面向对象的通用变电站事件（Genericobjectorientedsubstationevent）是IEC61850定义用于快速和可靠传送变电站自动化系统中实时性要求高的信息事件的通信模型。采用GOOSE的原因：在运行中，由于系统发生故障保护会产生：“启动”、“跳闸”、“重合”等动作；运行状态发生变化时出现电网结构、一次设备被控制切换会产生：“启动”、“停止”、“闭锁”、“解锁”、“触发”、“解除”、“状态变化”等动作及信号。以前这些快速动作命令信号基本上由继电器完成，随着信息化、数字化的技术进步发展，改由通信技术完成。关键术语--—GOOSE2020/1/19GOOSE是一种传输机制简单原理：1、通过物理层，链路层，不经驱动层，通常说的TCP/IP层，包括会话层等。2、由于只经过物理层，链路层（MAC简述为什么快速)。GOOSE机制具有快速的特点。3、其没有经过驱动层，因此，信息不交互，也就是，信息发出后，对方有没有接收到，发送端并不知道，可靠性不高。4、变电站网络相对简单，网络多采用星型，因此传送路径固定。采用重发机制保证数据可靠性。关键术语--—GOOSE2020/1/19GOOSE应用断路器失灵启动传输跳闸命令联锁命令高速母联自投切换定值组甩负荷母线保护重合闸起动低周减载远方起/停GOOSE采用多播方式传送数据GOOSE采用连续多次传送的方式实现可靠传输：T1=2msT2=4msT3=8msT0=5s关键术语--—GOOSE2020/1/19A公司保护B公司保护智能一次设备保护测试仪以太网2.跳闸4.重合GooseMessage：重合3.新位置GooseMessage：位置GooseMessage:跳闸5.新位置•GOOSE应用演示（通用面向对象的变电站事件）采样值输入1.仿真故障关键术语--—GOOSE2020/1/19系统级别类IEC61850-1介绍和概述IEC61850-2术语IEC61850-3总体要求IEC61850-4系统和项目管理IEC61850-5功能和设备模型的通信需求二、IEC61850标准体系—其它2020/1/19变电站中的智能电子设备属于C级别,C级别又被细分为4个小级别：1:ClassC1:-5to45°C2:ClassC2:-25to55°C3:ClassC3:-40to70°C4:ClassCx:Special变电站中的智能电子设备需满足C2、C3或Cx(-40to85°C)级别二、IEC61850标准体系—其它2020/1/19配置类IEC61850-6变电站IED的配置语言为了保证产品之间的互操作，61850把上面工程实现过程中与配置有关的数据定义成了一种标准的SCL语言（SubstationConfigurationdescriptionLanguage配置描述语言），以方便不同厂家产品之间的集成。不同厂家基于相同的SCL规范设计自己的配置工具，根据产品类别的不同，61850配置工具也相应地分为了系统规范工具、系统配置器和IED配置器等。为了实现工程设计，要求配置信息可以在这几类工具之间交互。SCL基于ExtensibleMarkupLanguage（XML）语言。二、IEC61850标准体系—其它2020/1/19SSD：变电站一次设备配置文件SCD：变电站配置文件ICD：IED能力描述文件CID：配置IED描述文件二、IEC61850标准体系—SCL文件2020/1/19SSD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实例配置文件二、IEC61850标准体系—SCL文件系统配置工具（集成商）2020/1/19映射到实际的通信网络（SCSM）IEC61850-8-1映射到MMS和ISO/IEC8802-3IEC61850-9-1通过单方向点对点传输采样值IEC61850-9-2通过ISO/IEC8802-3传输采样值二、关键术语--—SCSM2020/1/19IEC61850信息模型、接口服务与映射协议栈间的