数字化变电站

1、 1、数字化变电站是怎样的 2、数字化变电站的关键技术 3、数字化变电站建设案例 4、数字化变电站与智能电网 华东电力调度中心 数字化变电站介绍提纲 数字化变电站发展背景数字化变电站发展背景 1、新技术的发展：数字光电流互感器、数字光电压互感器、智能开关技术、 数字化保护的发展为数字化变电站的建设奠定了基础。 2、统一通信规约，构建电力系统无缝通信体系：目前变电站内通信规约杂 乱，既有各个厂商私有的规约，又有不同版本的国家或国际规约，设备之 间的通信要经过规约转换才能互连，因此有必要建立统一的规约，形成电 力系统无缝通信体系，IEC61850孕育而生。 3、2001年6月11日在挪威奥斯陆召开

2、会议，会议正式提出了电力系统无缝 通信体系结构方案，如下图： a)调度中心之间通信采用IEC60870 6 TASE.2（已颁布）。 b)变电站内网络采用IEC61850（第1 版已颁布）。 c）变电站之间网络采用IEC61850 （正在制定中）。 d）调度中心和变电站之间网络采用 IEC61850（正在制定中）。 华东电力调度中心 华东公司与国内外IEC61850已展开的工作概况 1、2003年度与上海交通大学电气工程系开展 了IEC 61850标准体系的研究； 2、2005年度华东电网有限公司立项委托华东 电力试验研究院开展电子式互感器应用技术 研究； 3、2005年华东电网有限公司与浙江

3、大学开展 数字化变电站若干关键技术研究。同年， 在南桥500kV变电站监控系统的改造项目中测 控装置采用了基于IEC61850的装置，用网络实 现了闸刀联闭锁功能。 华东电网有限公司 已投运的浙江220kV宣家变除互感器仍采用硬接线，开关 采用就地布置智能操作箱，实现开关的智能化，保护之间 的联系，保护与开关之间的联系，保护与站级监控的联系， 测控装置之间的联闭锁都采用基于IEC61850的网络。 华北电网的220kV郭家屯变电站采用了电子式互感器，开 关采用就地布置智能操作箱，实现开关的智能化，保护之 间的联系，保护与开关之间的联系，保护与站级监控的联 系，测控装置之间的联闭锁都采用基IEC

4、61850的网络。该 站计划2008年12月投产。 南网500kV桂林变、湖北500kV武东变、陕西330kV聂刘变、 河北220kV曹妃甸变等是典型的变电站层和间隔层2层的 IEC61850变电站，仅间隔层至变电站层信息的传送和间隔 层测控装置联闭锁采用了基于IEC61850的网络，其余保护 和开关、互感器间的联系，保护之间的联系，测控和开关、 互感器间的联系都采用常规的硬节点。 国内开展情况 国外开展情况 美国田纳西区域电力公司TVA的500kV Bradley变电站除互感器仍采用硬接线，开关采用就地布置智能操作箱， 实现开关的智能化，保护之间的联系，保护与开关之间的联系，保护与站级监控的

5、联系，测控装置之间的联闭 锁都采用基于IEC61850的网络。但是在Bradley变电站中保护的跳闸回路除了了通过IEC61850网络的GOOSE跳闸， 为了规避风险，还保留硬接线的跳闸回路；变电站中的主变保护，一套是基于IEC61850的，一套是传统的。 华东电力调度中心 传统的变电站 华东电力调度中心 典型的数字化变电站 华东电力调度中心 传统变电站与数字化变电站比较 华东电力调度中心 1、用基于IEC61850的站层网络统一原来复杂的站层网络：保护装置信息输出由原来串口、485总线、网口等全统一为网口， 数据规约统一为IEC61850，去掉了保护管理机、规约转换和串口接入装置等设备，测控

6、装置的输出规约也统一为IEC61850， 之间的闸刀联闭锁用基于GOOSE的机制实现。 2、用基于IEC61850的过程层网络取代了原来的硬接线，增加了交换机设备，但大大较少了电缆和复杂的接线。 3、在今后的技术改造，设备的更换只需修改配置文件，网线一插就完成，大大减少了技术改造的工作量和维护费用 IEC61850体系结构 IEC61850把变电站分成三层，即变电站层、间隔层和过程层，其中变电站 层包括监控设备、事件日志，告警设备等；间隔层包括继电保护设备、测 控设备、向量测量设备等；过程层包括智能开关和数字互感器。各层之间 通过网络相互联系。 华东电力调度中心 IEC61850体系结构 IE

7、C61850标准体系结构如下图，总共由10个文件组成，这个10个文件分别论述了5个方面的 内容，即系统概貌、配置语言、数据模块、通讯服务架构、网络协议映射和一致性测试。 就标准的概念而言，IEC61850主要围绕以下四个方面展开： 1、功能建模，从变电站自动化通信系统的通信性能出发，定义了变电站系统的功能模型 （Part 5）。 2、数据建模，采用面向对象的方法，定于基于客户机/服务器结构的数据模型（Part7- 3/4）。 3、通信协议，定义了数据访问机制和向通信协议栈的映射，如在变电站层和间隔层之间的 网络采用抽象通信服务映射到制造报文协议MMS；间隔层和过程层之间的网络映射成串行单 向多

8、点或点对点传输网络或映射成基于IEEE802.3标准的过程层总线（Part7-2,Part8/9)。 4、变电站自动化系统工程和一致性测试，定义了 基于XML的结构化语言（Part6），描述变电站 和自动化系统的拓扑以及IED结构化数据。为了 验证互操作性，Part10描述了IEC61850标准的 一致性测试。 华东电力调度中心 逻辑节点组类型逻辑节点组类型个数个数 保护功能逻辑节点组（保护功能逻辑节点组（P P）2828 保护相关功能逻辑节点组保护相关功能逻辑节点组(R)(R)1010 控制逻辑节点组控制逻辑节点组(C)(C)5 5 通用引用逻辑节点组通用引用逻辑节点组(G)(G)3 3 接

9、口和存档逻辑节点组接口和存档逻辑节点组(I)(I)4 4 自动控制逻辑节点组自动控制逻辑节点组(A)(A)4 4 计量和测量逻辑节点组计量和测量逻辑节点组(M)(M)8 8 传感器监视逻辑节点组传感器监视逻辑节点组(S)(S)4 4 开关设备相关逻辑节点组开关设备相关逻辑节点组(X)(X)2 2 仪用互感器逻辑节点组仪用互感器逻辑节点组(T)(T)2 2 电力变压器逻辑节点组电力变压器逻辑节点组(Y)(Y)3 3 其它电力设备逻辑节点组其它电力设备逻辑节点组(Z)(Z)1515 系统逻辑节点组系统逻辑节点组(L)(L)3 3 IEC61850模型 华东电力调度中心 IEC61850报文 华东电

10、力调度中心 精确网络时间同步IEC1588 华东电力调度中心 IEC1588同步原理 非常规互感器 测量单元MU 华东电力调度中心 智能断路器 智能操作箱 华东电力调度中心 海宁变方案 华东电力调度中心 1、间隔层和站层之间的通信采用基于IEC61850的网络结构，实现保 护与监控后台、继电保护故障信息系统子站的信息交换，测控装 置之间的联闭锁等；保护与保护之间，保护、测控装置与互感器 之间，保护、测控装置与开关之间仍然采用传统的硬接线方式， 南网的数字化变电站500kV桂林变、湖北500kV武东变、陕西 330kV聂刘变等采用此方案。 2、海宁变间隔层和站层之间的IEC61850网络采用双星

11、型网络。 3、海宁变工程进度：在2009年6月投入运行。 海宁变方案海宁变方案 华东电力调度中心 海宁变间隔层和站层的双星型网海宁变间隔层和站层的双星型网 华东电力调度中心 兰溪变方案兰溪变方案 华东电力调度中心 1、全站采用数字化（除互感器仍采用硬接线，开关采用就地布置智能操作箱，实现 开关的智能化），保护之间的联系，保护与开关之间的联系，保护与站级监控的联 系，测控装置之间的联闭锁都采用基于IEC61850的网络 2、兰溪变站层和间隔层网络采用单环网，间隔曾和过程层采用单星型网络，但按线 路间隔配置交换机。 3、兰溪变工程进度：在2009年7月投产。 兰溪变方案兰溪变方案 华东电力调度中心

12、 兰溪变间隔层和站程网络的单环网 华东电力调度中心 兰溪变间隔层和过程网络的单星型网 华东电力调度中心 徐行变方案 华东电力调度中心 GOOSE、SAV、PTP 世界最先进的数字化变电站技术在徐行改造中的应用世界最先进的数字化变电站技术在徐行改造中的应用 1、全国第一个在、全国第一个在500kV采用基于法拉第磁光效应的光电流互感器采用基于法拉第磁光效应的光电流互感器 2、全国第一个在过程层网络实现、全国第一个在过程层网络实现IEC61850-9-2 3、全世界第一个在过程网络采用精确网络时间同步、全世界第一个在过程网络采用精确网络时间同步IEC1588 1、站内主变间隔增加一套全数字化的差动保

13、护，500kV侧CT采用光CT，光 CT通过合并单元向保护传送采样值，220kV侧和35kV侧仍为传统CT，但传 统CT也是经过合并单元向保护传送采样值，开关就地布置智能操作箱实现 开关的智能化，差动保护和操作箱之间过程GOOSE信号实现保护跳闸。 2、过程网络采用IEC1588进行时间同步 3、全新的测试试验手段： 过程层测试仪：输出基于过程层测试仪：输出基于IEC61850-9-2IEC61850-9-2的采样值、发送接收的采样值、发送接收GOOSEGOOSE信号信号 基于基于IEC1588IEC1588的交换机：构建过程层网络，实现精确网络同步的交换机：构建过程层网络，实现精确网络同步P

14、TP PTP 报文分析仪：监视分析二次回路报文分析仪：监视分析二次回路 时间测试仪：测试时间同步的精度时间测试仪：测试时间同步的精度 基于基于IEC1588IEC1588的主时钟：时钟源的主时钟：时钟源 基于基于SCLSCL的集成软件：系统集成的集成软件：系统集成 徐行变方案徐行变方案 华东电力调度中心 富春江光富春江光CT挂网试验简介挂网试验简介 在富春江一个出线间隔挂网光CT，光CT经合并单元用IEC61850网络传 送采样值给保护，同时给录波器，录波器又经硬接线接传统CT，这样可以 比较光CT和传统CT的特性。 华东电力调度中心 智能电网概念智能电网概念 高级计高级计 量体系量体系 AM

15、IAMI 用户户内网用户户内网HANHAN 计量数据计量数据 管理系统管理系统 MDMSMDMS 需求响应需求响应 负荷控制负荷控制 远程开合远程开合 分时电价分时电价 （送到用户）（送到用户） 自动读表自动读表AMRAMR （按小时读（按小时读 表，远方编表，远方编 程，电能计程，电能计 量，电能质量，电能质 量监视，负量监视，负 荷调查，停荷调查，停 运捡出）运捡出） 配电配电 SCADA 配电快速仿真与模拟配电快速仿真与模拟 DFSM 高级配高级配 电运行电运行 ADO DER运行运行 高级配电自动化高级配电自动化ADA 高级保护与控制高级保护与控制 （带有高（带有高 级传感器级传感器

16、的）的）运行运行 管理系统管理系统 停运管理停运管理 系统系统 配电配电 GIS AC/DC微网运微网运 行行 新型电力电子装新型电力电子装 置置 变电站变电站 自动化自动化 高级保高级保 护护 高级输高级输 电网元电网元 件件 阻塞管理阻塞管理 输电系统仿真输电系统仿真 与模拟与模拟 高级的输电运高级的输电运 行行ATOATO ISOISO EMSEMS 可视可视 化化 输电输电 SCADASCADA， WAMSWAMS 输电输电 GISGIS 配电配电AAMAAM 基于条件（如基于条件（如 可靠性水平）可靠性水平） 维护维护 规划规划 设计设计/ / 建设建设 资产利用资产利用 输电输电A

17、AMAAM 记录记录 AMI ADO AAM ATO 智能电网的技术组成 数字化变电站给智能电网暨高级调度中心的支撑数字化变电站给智能电网暨高级调度中心的支撑 1、二次设备网络后，解决了信息上送的的通道瓶颈，特别是保护 信息，这对于在调度中心侧建立基于全信息的故障分析系统，提升 调度处理事故的能力，具有重要意义。 2、保护设备网络化，解决了直接从保护装置上送定值到调度中心 的通道瓶颈，这为在调度侧建立实时的定值在线校核奠定了基础。 3、数字化变电站过程层网络的实施使得二次接线网络化，同时 GOOSE技术的采用，让网络化的二次接线具备了在调度侧可监视性， 这为二次设备的状态检修奠定了基础。 4、

18、二次设备的网络化，为在调度侧建立基于电气量的双端测距奠 定了基础，为调度在故障处理时的故障定位提高支撑，同时可利用 上送的保护装置上送的故障电流，校核电网的网络模型。 5、IEC1588的应用解决了电流电压的同步问题，特别是提高了差动 保护的可靠性。 华东电力调度中心 数字化变电站给调度运行带来的影响数字化变电站给调度运行带来的影响 1、继电保护专业： 1）、保护装置之间的联系，保护的跳闸回路、电流电压量输入回路由传 统的硬接线模式转变为网络模式； 2）、交换机成为保证保护系统正确动作的重要设备，其重要性远远超过 保护装置和测控装置，是数字化变电站建设的关键； 3）、保护测控一体化由低电压等级

19、向高电压等级发展的趋势，同时集中 式的保护也成为可能； 4）、保护专业向自动化、通信专业渗透； 2、调度专业： 1）、对变电站二次接线的熟悉，转变为对变电站二次网络接线的熟悉； 2）、保护的运行模式要考虑网络的接线方式，交换机故障或者合并单元 故障可能导致多套保护失去； 3）、二次系统的网络事故事故处理成为调度员要面对的课题； 3、方式专业 1）、二次系统网络化后，二次系统的网络运行方式可能要影响一次系统 网络的运行方式； 华东电力调度中心 数字化变电站给现场运行检修带来的影响数字化变电站给现场运行检修带来的影响 1、保护屏柜的压板基本取消，对保护的操作都经过后台或者保护面板， 二次网络的接线

20、方式影响到保护的运行方式，这对变电站人员提出了很高 的要求； 2、现场检修情况下，保护的安全措施、联动试验是一个新的课题； 3、新设备的接入，如何优化二次网络的运行方式，以达到减少停电设备； 华东电力调度中心 谢谢大家！谢谢大家！ 华东电力调度中心 传统变电站与数字化变电站比较 华东电力调度中心 1、用基于IEC61850的站层网络统一原来复杂的站层网络：保护装置信息输出由原来串口、485总线、网口等全统一为网口， 数据规约统一为IEC61850，去掉了保护管理机、规约转换和串口接入装置等设备，测控装置的输出规约也统一为IEC61850， 之间的闸刀联闭锁用基于GOOSE的机制实现。 2、用基

21、于IEC61850的过程层网络取代了原来的硬接线，增加了交换机设备，但大大较少了电缆和复杂的接线。 3、在今后的技术改造，设备的更换只需修改配置文件，网线一插就完成，大大减少了技术改造的工作量和维护费用 IEC61850体系结构 IEC61850标准体系结构如下图，总共由10个文件组成，这个10个文件分别论述了5个方面的 内容，即系统概貌、配置语言、数据模块、通讯服务架构、网络协议映射和一致性测试。 就标准的概念而言，IEC61850主要围绕以下四个方面展开： 1、功能建模，从变电站自动化通信系统的通信性能出发，定义了变电站系统的功能模型 （Part 5）。 2、数据建模，采用面向对象的方法，定于基于客户机/服务器结构的数据模型（Part7- 3/4）。 3、通信协议，定义了数据访问机制和向通信协议栈的映射，如在变电站层和间隔层之间的 网络采用抽象通信服务映射到制造报文协议MMS；间隔层和过程层之间的