智能变电站一体化监控系统关键技术探讨

1、 智能变电站一体化监控系统关键技 术探讨 2 SCD工具：一体化设计、运行、维护 数据采集、处理、传输 信息综合分析及智能告警 信息综合可视化 告警直传和远程浏览 提纲 3 SCD工具：一体化设计、运行、维护 数据采集、处理、传输 信息综合分析及智能告警 信息综合可视化 告警直传和远程浏览 提纲 4 一次设备 二次设备 一次二次设备之间关系 为变电站的智能化提供统一的数据模型 SCD文件 5 现阶段：系统集成商完成SCD文件 严重依赖设备厂商，设计院以及变电站管理方参与程 度不高 系统配置工作量大，厂商负责修改全站配置信息不便 于工作的协调，同时模型的一致性难以保证 维护管理困难 在变电站改扩

2、建时未获得预想的便利，由于系统集成 由设备厂商完成，改扩建时若更换厂商则原有的配置 继承非常有限 SCD文件 6 未来：设计单位完成SCD文件 设计阶段完成变电站文件配置工作，统一站内的图形 和模型，为工程调试提供指导，为今后的改扩建提供 依据 数字化变电站运行维护人员则可以复用设计阶段的配 置结果，并在读懂站内配置图形的前提下自行进行修 改，以完成日常的运行维护等工作 各厂家则只需负责调试各自提供的二次装置 SCD文件 7 熟悉SCL语法及61850模型 提供基于SCL语法的表格或列表式配置方式 熟悉并习惯于传统变电站设计，对61850有一 定了解 可视化SSD设计及功能逻辑节点分配 可视化

3、虚端子连线配置 可视化网络通讯配置 习惯于传统变电站的运行管理模式，对61850 了解较少 在可视化设计结果的基础上，提供快速便捷的 浏览功能 可对可视化设计结果进行少量修改 提供包括SCL文件及可视化设计结果在内的版 本管理 提供SCL文件的比较分析功能 8 配置过程可视化 可视化SSD配置功能开发 可视化虚端子配置功能开发 版本管理功能开发 SCD工具的要求 9 System Specification System Specification Description (SSD) Single line diagramFunction specification (Logic Node)

4、IED Configuration Description (ICD) Stand-alone Device Configuration IED Selection 支持系统单线图的绘制支持系统单线图的绘制 支持逻辑节点的图形化关联（功能分配与再分配）支持逻辑节点的图形化关联（功能分配与再分配） 支持以支持以“编译编译”方式自动将图形化配置内容转换为方式自动将图形化配置内容转换为SCL中对于部分的内容中对于部分的内容 支持标准逻辑节点与实例化支持标准逻辑节点与实例化IED的图形化关联（功能再分配）的图形化关联（功能再分配） 1010 图形绘制区配置工具栏 图元工 具箱 图元属性窗口 11 按发

5、送、接收装置定义装置图元按发送、接收装置定义装置图元 装置图元的开入开出虚端子可装置图元的开入开出虚端子可 自定义配置，也可按预定义的规自定义配置，也可按预定义的规 则自动选取则自动选取 自动列出装置及虚端子描述，隐自动列出装置及虚端子描述，隐 藏虚端子对应的藏虚端子对应的61850引用名引用名 以图形文件的方式定义虚端子图，可以图形文件的方式定义虚端子图，可 同时支持多幅虚端子图形同时支持多幅虚端子图形 使用者可按需要将各装置间的虚端子使用者可按需要将各装置间的虚端子 连接关系组织在不同的图形中连接关系组织在不同的图形中 可遍历所有虚端子图，并自动生成符可遍历所有虚端子图，并自动生成符 合合

6、IEC61850规范的装置间连接关系规范的装置间连接关系 虚端子图浏览虚端子图浏览 提供在虚端子图形上浏览与某个开提供在虚端子图形上浏览与某个开 出装置相关联的开入装置及其开入出装置相关联的开入装置及其开入 虚端子虚端子 提供在虚端子图形上浏览与某个开提供在虚端子图形上浏览与某个开 出虚端子相关联的开入装置及其开出虚端子相关联的开入装置及其开 入虚端子入虚端子 系统单线图浏览系统单线图浏览 一二次设备关联信息浏览一二次设备关联信息浏览 可视化浏览可视化浏览 以工程为单位，提供包括以工程为单位，提供包括 SCL文件及可视化设计结果文件及可视化设计结果 在内的版本管理在内的版本管理 以树形或列表的

7、方式列出历以树形或列表的方式列出历 次创建的版本次创建的版本 提供任意两个版本间的比较提供任意两个版本间的比较 功能功能 提供任意历史版本的回溯功提供任意历史版本的回溯功 能能 采用文件数据库及压缩技术，将压缩后的版本数据存储在单个数据文件中，通采用文件数据库及压缩技术，将压缩后的版本数据存储在单个数据文件中，通 过拷贝单个数据文件即可完成所有配置数据的备份及转移过拷贝单个数据文件即可完成所有配置数据的备份及转移 版本管理版本管理 l 支持IEC61850 Schema校验及扩展的语 义校验 l 全面的SCL扩展语义校验涵盖几乎所有可 能存在的错误配置，具体包括： n ConnectedAP对

8、IED及AccessPoint引用的有效性 n MMS网IP地址的有效性及唯一性 n GSE对GSEControl引用的有效性 n SMV对SampledValueControl引用的有效性 n GSE/SMV APPID的有效性及唯一性 n LN下各对象实例(DOI,SDI,DAI)对 DataTypeTemplates引用的有效性 n GSEControl appID的有效性及唯一性 n SampledValueControl smvID的有效性及唯一性 n DataSet FCDA的唯一性 n DataSet FCDA对自身内部信号的引用性 n Inputs中内部信号及外部信号引用的有效

9、性 n Inputs中内部信号及外部信号DO/DA不匹配 n . 15 SCD文件：一体化设计、运行、维护 数据采集、处理、传输 信息综合分析及智能告警 信息综合可视化 告警直传和远程浏览 提纲 16 保护测控一体化问题 硬件紧密耦合，互相影响 双数据源的通信及应用 对一次设备及二次回路的影响 调试、运行、维护相关问题 检测认证 成本分析 间隔层数据的采集 测量数据精度提高： 频率由0.01提高到0.001HZ 目前频率精度:0.01HZ 电网的实际情况：频率基本上在小数点以后3位变化 PCS9705通过计算电压分量的实、虚部的过零点的角速度，从而使频率的 测量精度达到0.005Hz 测量精度

10、由千分之二提高到千分之一 对于1000kV特高压线路来说千分之二的误差实在太大 间隔层数据的采集 17 遥测带品质时标技术 提升遥测实时上送至100mS； 提高了遥测传输的实时性，并且实现了遥 测打时标，为EMS系统提供了高品质状态 估计数据； 带品质的遥测带品质的遥测 18 数据实时性提高：为EMS系统的高级应用服务 需要做的主要工作： 优化变电站的通信协议 提供测量数据打时标手段 提供遥测主动上送手段 优化测控、远动软件架构 测控上送数据的实时性 提高远动传送数据的实时性 提高远动规约的实时性 实时性的提高是一项紧迫的工作 提高变电站数据的实时性和精度 19 站控层的数据采集 数据的类型极

11、大丰富 电网调度信息：满足电网调度指挥与电网运行分析需求。主要 数据有：稳态数据、动态数据、暂态数据，开关、刀闸数据， 电网故障信号等。 设备监控信息：满足一、二此设备运行状态远方监视与操作控 制需求，主要数据有：设备运行工况、异常告警信号，保护、 稳控装置动作信号，远方操作控制命令等 设备运检业务：满足一、二次设备状态检修需求，主要数据有： 油色谱、气体密度、泄漏电流、介损等： 其他：计量、环境、消防等 对下采集通信规约： 以IEC61850规约为主，辅以IEC102、 IEEE1344、视频规约 20 数据处理技术 全景建模技术 梳理各业务系统模型 基于61850(二次)+IEC61970

12、(一次) CIM模型 实现模型扩展和补充 采用物理集成和联邦集成两种方式建模 使用标准方式对外发布 数据存储技术 实时数据库 关系数据库 时间序列实时库+时间序列历史库 数据校验技术 分布式状态估计：数据辨识+不良数据检测 21 全景视图 22 对象唯一 完整状态 部分特 性 不同侧面 建立模型 运行效率 扩展性 虚拟定义 公共模型 反映电网全貌 模型整合 实现数据共享 数据传输技术 基本技术原则 告警直传、远程浏览、数据优化、认证安全 数据交换技术方案 数据优化、分类与传输 由厂站端完成直采直送，直接关联调度主站系统电网结构设备 模型、实时数据库和图形画面等。体现“实时数据少而精”的 基本原

13、则。 标准的支持 CIM-E CIM-G CIM-S 23 为满足为满足大运行体系大运行体系的要求，调控中心可通过接收优化后的实时数据和设备告警信的要求，调控中心可通过接收优化后的实时数据和设备告警信 息以及使用远程浏览工具，实现对变电站设备的远程监控息以及使用远程浏览工具，实现对变电站设备的远程监控 为满足为满足大检修体系大检修体系的要求，运维站可通过接收设备告警信息和使用远程浏览等工的要求，运维站可通过接收设备告警信息和使用远程浏览等工 具，实现对变电站设备的远程运维具，实现对变电站设备的远程运维 基本技术原则基本技术原则 24 现状：现状： 通信方式：远动机，通信方式：远动机，CDTCD

14、T，101/104101/104 信息：信息：调度信息调度信息(350)+(350)+监控信息监控信息(4000)(4000) 问题：问题： 大量非调度业务数据接入，大量非调度业务数据接入，增加维护使用复杂增加维护使用复杂 度度 基于实时数据库的应用多，基于实时数据库的应用多，读写负载重，影响读写负载重，影响 时效性时效性 多数设备监控数据多数设备监控数据不符合不符合CIMCIM数据模型数据模型 数据交互技术方案数据交互技术方案 25 解决方案：解决方案： 充分利用变电站监控系统充分利用变电站监控系统天然的资源，天然的资源，为调度为调度 提供支撑，把站端综合分析的结果传输到主站提供支撑，把站端

15、综合分析的结果传输到主站 设计设计“设备告警文本直传设备告警文本直传”方式，在不关联数方式，在不关联数 据库的条件下，直接将告警信号显示在告警窗。据库的条件下，直接将告警信号显示在告警窗。 增加增加远程浏览远程浏览途径，查看变电站监控后台界面途径，查看变电站监控后台界面 变电站需增加变电站需增加告警图形网关机告警图形网关机（硬件（硬件+ +软件）软件） 数据交互技术方案数据交互技术方案 26 27 SCD文件：一体化设计、运行、维护 数据采集、处理、传输 信息综合分析及智能告警 信息综合可视化 告警直传和远程浏览 提纲 信息综合分析及智能告警 基础数据的分析、归类 告警信息的分层、分类 数据校

16、核 一般告警信息的分析 归纳、推理 给出处理建议 故障信息的快速诊断 故障信息综合诊断 信息筛选、上传 28 利用保护动作、开关跳闸信息，以及大量经由 SCADA 系统采集获得的信息，采用基于保护动作 链的故障诊断方法，得到系统故障的响应动作链， 即故障响应流程，为运行人员了解故障处理和演 变过程提供依据。 故障诊断分析模块在收到启动分析的信号后，对 故障时段内的告警信息做过滤筛选预处理，将获 取到的告警数据结合事故后断面进行故障诊断， 分析数据源，利用基于保护动作链的原理对保护 动作告警信息和开关动作信息进行逐一分析，最 后得出诊断结果。 快速故障诊断快速故障诊断 1、告警信息预处理 告警预

17、处理功能在收到故障诊断启动信号后，并通过对采集 的相关告警信息进行分析、判断，剔除伪信息后，提炼对故障 分析有用的信息并分类，如保护装置动作信息，开关变位信息， 重合闸信息等 2、扰动类型界定 电网事故的甄别需要考虑多重因素，以避免对事故的错误认 定或漏判。通过将开关遥信变位信息与保护信息相匹配时，界 定扰动的性质：保护跳闸、人工操作、错误信息。 快速故障诊断快速故障诊断- -具体步骤具体步骤 3、电网故障诊断 电网故障诊断是为运行人员服务，在SCADA系统的支持下， 完成以下主要任务： 分析开关和保护动作关系并对开关及保护动作评价。 诊断电网中发生故障的元件。 筛选出需要进一步确认的报警信息

18、 快速故障诊断快速故障诊断- -具体步骤具体步骤 故障时段信息 故障动作链信息 保护动作和开关动作的匹配关系 不合理保护动作链的判断 不确定触发动作原因的开关动作表 快速故障诊断快速故障诊断- -诊断结果诊断结果 快速故障诊断快速故障诊断- -告警窗告警窗 故障对应的保护动作信息故障对应的保护动作信息 故障诊断结果故障诊断结果 快速故障诊断快速故障诊断- -告警窗告警窗 故障对应的开关刀闸信息故障对应的开关刀闸信息 快速故障诊断快速故障诊断- -故障简报故障简报 故障设备: 兰堰5804线,故障相:A相,瞬时故障. 跳闸开关: 兰堰线/3号主变5022, 兰堰线5021, 保护动作: 500k

19、V 兰堰5804线第一套线路保护-CSC103: 2010-10-14 15:31:19.669, 接地距离段动作 故障性质: 兰堰5804线发生A相瞬时故障 目前,兰堰线/3号主变5022在合位,兰堰线5021在合位 处理方案: 1、确定后台光字信号及其他信息: (1)确认开关变位情况 (2)确认保护动作情况 (3)检查兰堰5804线潮流、电压是否恢复正常。 2、 5分钟内第一次通知监控中心 3、 现场检查 (1)一次设备检查 (2)二次设备检查 (3)查看故障电流波形、电流值、故障电压等; (4) 检查确认监控系统有无异常光字，是否存在未复归 信号。 在快速故障诊断阶段结束后，系统进行综合

20、故障诊断。在快速故障诊断阶段结束后，系统进行综合故障诊断。 综合故障诊断利用快速故障诊断阶段分析出的大致故障综合故障诊断利用快速故障诊断阶段分析出的大致故障 范围范围, ,确定故障设备类型确定故障设备类型, ,采集这一范围内的波形数据并采集这一范围内的波形数据并 通过保护计算分析故障点的性质和进行保护动作行为评通过保护计算分析故障点的性质和进行保护动作行为评 判判. . 综合故障诊断综合故障诊断 提供强大的分析功能：谐波分析、序分量分析、功率分析、矢量分析等 覆盖线路保护、主变保护、母差保护等多种保护原理的计算 波形分析波形分析 37 综合故障分析综合故障分析 38 结合快速诊断和波形分析的综

21、合分析报告 39 SCD文件：一体化设计、运行、维护 数据采集、处理、传输 信息综合分析及智能告警 信息综合可视化 告警直传和远程浏览 提纲 信息综合可视化 40 通过任务为导 向进行有机整 理，实现监控 界面一站式操 作，方便用户 使用 以关键数据驱 动界面显示， 实现用户界面 与系统关键数 据的联动 能够灵活定制 不同的工作场 景，综合展现 全景数据。 信息综合可视化 41 KPI指标计算： 一次设备、二次设备、环境 面向运行 安全运行天数、设备健康状况、系统运行告警总、母线电压、频率、电压 合格率、开关分合次数、保护动作次数、环境监测和安防状况。 面向检修 一次主设备运行状态、二次设备运

22、行状态、网络运行状态、设备健康状况 和检修提示。 高级应用索引图 变压器油色谱三比值展示界面 设备运行工况展示界面 一体化电源 视频图像嵌入 46 47 SCD文件：一体化设计、运行、维护 数据采集、处理、传输 信息综合分析及智能告警 信息综合可视化 告警直传和远程浏览 提纲 告警直传、远程浏览 数据优化、告警直传： 新建和改造的变电站监控系统应就地对实时数据、告警信息、设备 状态进行优化处理，将电网调控运行必需的、经优化精简的遥测和遥 信数据传送给调度主站，同时将设备监控所需的告警信息实时传送至 主站系统，实现“源端维护、全网共享” 全程浏览、认证安全： 无人值班站出现设备告警后，调度监控人

23、员应能通过远程图像终端直 接浏览子站内完整的图形及实时数据，调度监控人员的所有远方控制 指令都应采取身份认证等安全措施，监控系统应能安全接收并正确执 行调度控制指令 告警直传 远程浏览 数据精简 调控安全 秒 级 实 时 数 据 告 警 信 息 远 程 浏 览 远 方 控 制 调度画面 站画面 数据库 数据库 告警表 告警表 电力系统设备模型（IEC61970） 电网设备分相模型和继电保护模型（IEC61850），及现场辅助监控 调控值班员 告警直传、远程浏览 告警直传、远程浏览 告警直传、远程浏览 参考Syslog(IETF RFC 3164)，定义告警信息格式 告警时间告警时间设备名称设备

24、名称 告警内容告警内容告警原因告警原因 例如： 2011-12-12 20:12:23.999 华东.黄渡/500kV.5022 开关 跳闸 “” 表示华东.黄渡/500kV.5022开关于2011年12月12日20点12分 39秒999毫秒发生跳闸，原因未知。 告警直传、远程浏览 告警直传、远程浏览 以以“CIM/S、CIM/G、DL476”标准为技术基础，实现安全认证、画面获取和数标准为技术基础，实现安全认证、画面获取和数 据刷新据刷新 通过通过DL476协议实现两个过程：协议实现两个过程： 获取厂站端的获取厂站端的G格式图形文件格式图形文件 获取画面实时数据获取画面实时数据 告警直传、远

25、程浏览 告警直传、远程浏览 告警直传、远程浏览 南瑞继保 D5000 告警直传、远程浏览 南瑞继保 D5000 南瑞继保 D5000 告警直传、远程浏览 总体而言，画面远程浏览功能以G标准为画面描述文件， 以DL476协议进行画面和数据的传输是切实可行的。 作为第一阶段的开发，可以说基本满足要求。当然后续 工作也还有很多。除功能开发、性能调优之外，作为标 准的G语言及DL476规约还有需要完善和改进的地方。 包括如下： 符号决策及颜色决策的支持和扩展。 图元显示方案的定义和刷新。 图元、图层的隐藏和显示。 画面动态切换的功能。 59 SCD工具：一体化设计、运行、维护 数据采集、处理、传输 信

26、息综合分析及智能告警 信息综合可视化 告警直传和远程浏览 提纲 60 按发送、接收装置定义装置图元按发送、接收装置定义装置图元 装置图元的开入开出虚端子可装置图元的开入开出虚端子可 自定义配置，也可按预定义的规自定义配置，也可按预定义的规 则自动选取则自动选取 自动列出装置及虚端子描述，隐自动列出装置及虚端子描述，隐 藏虚端子对应的藏虚端子对应的61850引用名引用名 以图形文件的方式定义虚端子图，可以图形文件的方式定义虚端子图，可 同时支持多幅虚端子图形同时支持多幅虚端子图形 使用者可按需要将各装置间的虚端子使用者可按需要将各装置间的虚端子 连接关系组织在不同的图形中连接关系组织在不同的图形中 可遍历所有虚端子图，并自动生成符可遍历所有虚端子图，并自动生成符 合合IEC61850规范的装置间连接关系规范的装置间连接关系 为满足为满足大运行体系大运行体系的要求，调控中心可通过接收优化后的实时数据和设备告警信的要求，调控