IED（智能电子设备）先进的功能使我们的生活更美好.docx

1、IED(IntelliqentElectronicDevice)advancedfunctionsthatmakeourlifebetterIED(智能电子设备)先进的功能，使我们的生活更美好6ByEdvard|FromRTUstolEDs.从RTU到IED.Intelligentelectronicdevices(lEDs)havebeendeployedextensivelyinpowerautomationsystemsrecently,andtheshiftfromRTUstolEDsisevidentduetotheintegrationandinteroperabilityfeat

2、uresofthelEDs.ThistechnicalarticlebrieflyexplainstheIEDadvancedfunctionalitytopresentaholisticviewofautomationinpowersystems.近年来，智能电子设备（IED）在电力自动化系统中得到了广泛的应用，由于IED的集成和互操作性，从RTU到IED的转变显而易见。这篇技术文章简要介绍了IED的高级功能，以呈现电力系统自动化的整体视图。图3-保护继电器和现场设备与仪表和保护级电流互感器的连接图3显示了与馈线的保护等级和仪表电流互感器的连接。必要的保护功能分配给保护级电流互感器，测量功能

3、根据应用分配给互感器。保护继电器提供的高精度测量值和状态信息可以通过高性能通信系统传输到变电站和电力系统控制或,中央分析系统等自动化系统。2.4 Self-monitoringandexternalcircuitmonitoring2.4自我监控和外部电路监控lEDshavecard-leveldiagnosticcapabilitiesforinternalproblems,withaself-monitoringsoftware,whichcandetectupto98%oftheproblems,suchashardwarefailure,memoryfailure,andpowersu

4、pplyproblems.ModernlEDs,inadditiontotheinternalmonitoring,havecapabilitiesforinterfacemonitoringandexternalcircuitmonitoring.InterfacemonitoringincludescheckingtheinputstothelEDsandcanbeverifiedbysimplemethods.Forexample,theinputcurrentstotherelayfromthethreephasesshouldadduptothreetimestheneutralcu

5、rrentifany.Ifthereisanydeviation,theanalogchannelofanyofthecurrentscouldbefaulty.TherelaycanblockthefalsetriQDinq.Externalcircuitmonitoringwillincludemonitoringofthecircuitbreakercoilforanyinterruptioninthetrip-closepathandcanalsoindicateaninstrumenttransformerfailure.IED具有针对内部问题的卡级诊断功能，带有自我监控软件，可以检

6、测多达98%的问题，如硬件故障、内存故障和电源问题。除了内部监控之外，现代IED还具有接口监控和外部电路监控功能。接口监控包括检查IED的输入，可以通过简单的方法进行验证。例如，从三相到继电器的输入电流加起来应该是中性点电流的三倍（如果有）。如果有任何偏差，任何电流的模拟通道都可能出现故障。继电器可以阻止错误跳闸。外部电路监测将包括对断路器线圈的监测，以防跳闸闭合路径中的任何中断，还可以指示仪表变压器故障。Figure4-Self-monitoringandexternalcircuitmonitoring图4自我监控和外部电路监控Modernprotectionrelaysareequipp

7、edwithmanymonitoringprocedures.Thesedetectfaults,internalaswellasexternal,insecondarycircuits,storetheminlogs,andreportthem.Thisinformationisusedtorecordthedevicefaultandhelpstodeterminethecauseoftheerrorinordertotakeappropriatecorrectiveactions.现代保护继电器配备了许多监控程序o它们检测二次电路中的内部和外部故障,将其存储在日志中并报告。该信息用于记录

8、设备故障，并帮助确定错误原因，以便采取适当的纠正措施。2.5 Eventreportingandfaultdiagnosis2.5事件报告和故障诊断RelaylEDseliminatethedigitalfaultrecordersbecausewaveformrecordingduringafaultcanbeperformedbythelEDs,whereastheelectromechanicalrelaysdidnothavesuchcapability.EventreportingcanbeeasilydonebyrelaylEDseliminatingsequenceofevent

9、s(SOE)recorders.TherelaylEDssavethecaptureddatainnonvolatilememoryanddisturbanceeventreports(pickup,trip,andauto-reclose),andgeneraleventreportslikechangesofsettingshavetobesavedandmanagedseparately.继电器IED消除了数字故障记录器，因为故障期间的波形记录可以由IED执行，而机电继电器不具备这种能力。通过中继IED消除事件顺序(SOE)记录器，可以轻松完成事件报告。继电器IED将捕获的数据保存在非易

10、失性存储器和干扰事件报告（拾取、跳闸和自动重合闸）中，一般事件报告（如设置更改）必须单独保存和管理。Figure5-TheSIGRAapplicationprogram-Itsupportstheanalysisoffaulteventsinyournetwork.Itoffersagraphicdisplayofthedatarecordedduringthefaulteventandusesthevaluesmeasuredtocalculatefurthervariables,suchasimpedances,outputsorr.m.s.values,whichmakeiteasier

11、foryoutoanalyzethefaultrecord.TimestampingofalleventsisdonebythelEDs,andGPSsvnchonizationforthispurposeandabatterybackupforthereal-timeclockareessential.Theevents,oncetimetaggedcorrectly,canbereportedinthecorrectsequenceinwhichtheyoccurred,eliminatingfurthersequencingatthecontrolroom.Itishenceeasyto

12、performfaultdiagnosisafterafault,asthevalueswillbesavedintheIEDandcanberetrievedlater,evenincaseofablackout.图5SIGRA应用程序一它支持对网络中的故障事件进行分析。它提供了故障事件期间记录的数据的图形显示，并使用测量值来计算进一步的变量，如阻抗、输出或r.m.s.值，这使您更容易分析故障记录。所有事件的时间戳都由IED完成，为此，GPS同步和实时时钟的电池备份至关重要。一旦时间标记正确，可以按照事件发生的正确顺序报告事件，从而消除控制室的进一步排序。因此，在发生故障后很容易进行故障诊断

13、，因为这些值将保存在IED中，并且可以在以后检索，即使在停电的情况下也是如此。2.6 Toolsforsettings,commissioning,andtesting2.6设置、调试和测试工具User-friendlysoftwaretoolsarekeytobetterplanning,programming,commissioning,andtestingofanIED.TheelaborateavenuesandapplicationfunctionalitiesofanIEDcanbehandledonlybyanintuitive,easy-tousePCprogram.Almos

14、teveryIEDcomewithmenu-drivenintuitive,easy-to-use,flexiblesoftwareprogrammingtoolsforsettingsandconfigurationsduringcommissioning.Theseuser-friendlyprogramscomewithfactorypresettingsthatsimplifythejobofthecommissioningpersonnel.用户友好的软件工具是更好地规划、编程、调试和测试IED的关键。IED的复杂途径和应用功能只能通过一个直观、易于使用的PC程序来处理。几乎每个IE

15、D都配有菜单驱动的直观、易用、灵活的软件编程工具，用于调试期间的设置和配置。这些用户友好的程序带有工厂预设，简化了调试人员的工作。2.7 ProgrammableLCDdisplay2.7可编程液晶显示器TheprogrammableLCDdisplayisagreattoolinthenewgenerationoflEDs.Thisisusedforgraphicalinformationaswelldisplayingtextandcanbeswitchedbetweengraphicandtextmodes.Figure6showsthedisplayofrelaylEDs.Thetop

16、ologyofthebusandbreakerincludingisolators,disconnectingswitches,andmanymoreconfigurationscanbeprogrammedusingthesoftwaretoolsinthegraphicmode.TextmodeoftheLCDdisplayisusedforsettingsanddetaileddisplayofthemeteringvaluesinprimaryorsecondaryunits.TheLCDdisplaycanbeswitchedbetweentextandgraphicsmodes.可

17、编程LCD显示屏是新一代IED中的一个重要工具。这用于图形信息以及显示文本，可以在图形和文本模式之间切换。图6显示了继电器IED的显示。母线和断路器的拓扑结构，包括隔离器、隔离开关和更多配置，可以使用图形模式下的软件工具进行编程。LCD显示屏的文本模式用于设置和详细显示一次或二次单位的计量值。LCD显示屏可以在文本和图形模式之间切换。Figure6-LCDdisplayofABB'sprotectionrelayREF542plusHMI图6ABB保护继电器REF542plusHMI的LCD显示屏References/PowerSystemScadaandSmartGridsbyMin

18、iS.ThomasandJohnD.McDonald(PurchasehardcopyfromAmazon)1. PowerSystemandModellingRelays:ExploratoryStudyByIbrahimElnoshokaty2. DistributionAutomationHandbookbyABBAutomatedFaultandDisturbanceAnalysis:UnderstandingtheConfigurationChallengebyM.Kezunovic,Fellow,IEEE,S.Sternfeld,M.Datta-Barua,Member,IEEE,

19、D.Maragal,Member,IEEE,andT.Popovic,SeniorMember,IEEEIED(IntelligentElectronicDevice)advancedfunctionsthatmakeourlifebetterIED(智能电子设备)先进的功能，使我们的生活更美好TheIEDbringsarelaypanelwithmanysingle-functionelectromechanicalrelays,controlswitches,extensivewiring,andmuchmoreintoasinglebox.IED将一个继电器面板与许多单功能机电继电器、控

20、制开关、广泛布线等集成在一个盒子中。InadditiontheIEDhandlesadditionalfeatureslikeselfandexternalcircuitmonitoring,realtimesynchronizationoftheeventmonitoring,localandsubstationdataaccess,programmablelogiccontrollerfunctionality,andanentirerangeofsoftwaretoolsforcommissioning,testing,eventreporting,andfaultanalysis.此外

21、，IED还处理其他功能，如自我和外部电路监测、事件监测的实时同步、本地和变电站数据访问、可编程逻辑控制器功能，以及用于调试、测试、事件报告和故障分析的一整套软件工具。TableofContent:1. TheoleoflEDsiopowesystems2. IEDadvancedfunctions:1. ProtectionfunctionincludinqphasorestimationPoqammableloqicandbreakercontrol2. MeterinqandpowerqualityanalysisSelf-monitoringandexternalcircuitmonit

22、orinq3. EventeportinqandfaultdiagnosisToolsforsettinqs,commissioninq,andtestinq4. ProgrammableLCDdisplay1.TheroleoflEDsinpowersystems1.IED在电力系统中的作用lEDsaredevicesthatcanbeconnectedtoaLANandcommunicatewithotherdevicesovertheLANandhaveprocessingcapabilities.AlargenumberoflEDsareavailablecurrently,relay

23、lEDsbeingthemostcommonlyusedforautomationpurposes.However,thesmartmeterusedforhomeautomationisanIEDandsoisaprogrammablelogiccontroller(PLC)usedforautomation.Digitalfaultrecorders(DFRs)andremoteterminalunits(RTUs)arelEDswithdigitaldatatransmissionandreceptioncapabilitywithcomputationalfacilitybuiltin

24、.ThuslEDshavebecomethebasicbuildingblocksforautomationofpowersystems.However,itisnoteasytoreplacealltheexistingRTUandrelatedequipmentwithlEDs,anddifferentapproachesareusedtointegratethelegacysystemswiththenewsystems.IED是可以连接到LAN并通过LAN与其他设备通信的设备，具有处理能力。目前有大量IED可用，继电器IED是最常用的自动化设备。然而，用于家庭自动化的智能电表是IED,

25、用于自动化的可编程逻辑控制器(PLC)也是IED。数字故障记录器(DFR)和远程终端装置(RTU)IED具有数字数据传输和接收能力，内置计算设备。因此，IED已成为电力系统自动化的基本构件。然而，用IED替换所有现有RTU和相关设备并不容易，并且使用不同的方法将传统系统与新系统集成。Figure1-Protectionrelay,typeMICOM图1-MICOM型保护继电器2.IEDadvancedfunctions2.IED高级功能2.1 Protectionfunctionincludingphasorestimation2.1保护功能，包括相量估计Theprotectionfuncti

26、onistheprimaryfunctionofarelayIED,aslEDsareprimarilytheimprovementonthemicroprocessor-basedrelays.TherearetremendousimprovementsinthenewlEDsasmoreaccuratemeasurementprinciplesandlessauxiliaryequipmentarerequired.AuxiliaryCTscanbeeliminatedinatransformerdifferentialrelay,asthenewrelayhasaCTmismatchco

27、rrectionfunction,astheoriginalprimarytransformercurrentsareavailableforfurtheranalysisinamodernrelayIED.Similarly,withappropriatetechniques,andnumericalcomparisonalgorithms,theCTmismatch,inrush,andCTsaturationproblemscanbesolvedwithoutexternaldevices.McLarenwasthefirsttoproposetheconceptofopensystem

28、relaying,wheredifferentrelayfunctionscanbeobtainedfromthesamehardwarejustbymodifyingmicroprocessorprogramming.Modernrelaytechnologyhasshownrecentlyatendencytowardthisdirection.Thegeneralizednumericalelavconcept,whichisdirectlyderivedfromopensystemrelaying,consistsofaminimumsetofhardwaremodulesandfun

29、ctionsofmoderndigitalandnumericalrelays.Withthegeneralizednumericalrelay(Figure2)andwiththeamountofinformationcommonlyavailable,itispossibletorecreatethemajorityofmoderndigitalandnumericalrelayequipment.保护功能是继电器IED的主要功能，因为IED主要是对基于微处理器的继电器的改进。由于需要更精确的测量原理和更少的辅助设备，新IED有了巨大的改进。辅助CT可以在变压器差动继电器中消除，因为新继电

30、器具有CT失配校正功能，因为原始主变压器电流可用于现代继电器IED中的进一步分析。同样，通过适当的技术和数值比较算法，CT失配、涌流和CT饱和问题可以在没有外部设备的情况下得到解决。迈凯轮是第一个提出开放系统中继概念的人，通过修改微处理器编程，可以从同一硬件上获得不同的中继功能。现代接力技术最近显示出朝着这个方向发展的趋势。广义数字继电器概念直接源自开放系统继电器，由一组最小的硬件模块和现代数字继电器的功能组成。有了通用数字继电器(图2)和普遍可用的信息量，就有可能重现大多数现代数字和数字继电器设备。Figure2-Generalizednumericalrelaystructure图2通用数

31、字继电器结构Thefollowingdata-processingmodulesconstitutethegeneralizednumericalrelay:以下数据处理模块构成通用数字继电器:1. Isolationandanalogsignalscaling隔离和模拟信号缩放Currentandvoltagewaveformsfrominstrumenttransformersareacquiredandscaleddowntoconvenientvoltagelevelsforuseinthedigitalandnumericalrelays.采集仪表变压器的电流和电压波形，并将其缩小到

32、便于在数字和数字继电器中使用的电压水平。1. Analoganti-aliasingfiltering.模拟抗混叠滤波Low-passfiltersareusedtoavoidthephenomenonofaliasinginwhichthehigh-frequencycomponentsoftheinputs叩peartobepartsofthefundamentalfrequencycomponents.低通滤波器用于避免混叠现象，即输入的高频分量似乎是基频分量的一部分。2. Analog-to-digitalconversion.模数转换Becausedigitalprocessorsc

33、anprocessnumericalorlogicaldataonly,thewaveformsofinputsmustbesampledatdiscretetimes.Toachievethis,eachanalogsignalispassedthroughasample-and-holdmodule,andconveyed,oneatatime,toananalog-to-digitalconverter(ADC)byamultiplexer.由于数字处理器只能处理数字或逻辑数据，因此必须在离散时间对输入波形进行采样。为了实现这一点，每个模拟信号通过采样保持模块，并通过多路复用器一次一个地

34、传输到模数转换器(ADC)oPhasorestimationalgorithm2 .相量估计算法Asoftwarealgorithmimplementedinamicroprocessorestimatestheamplitudeandphaseofthewaveformsprovidedtotherelay.Thisisofgreatimportanceinmodernmonitoringsystems,asphasormeasurementsarebecominganintegralpartofthesystemmonitoring.ThisfeatureoftheIEDisusedtoc

35、omputethephasorofthevoltageorcurrentwithrespecttoareferencephasor.ThelEDsaretimesynchronizedfromacommonGPSsource.Thisistermedasaphasormeasurementunit(PMU),andthephasordataareaccumulatedbyaphasordataconcentrator(PDC)atanappropriatelocation,mostlyinthecontrolcenter.在微处理器中实现的软件算法估计提供给继电器的波形的振幅和相位。这在现代监

36、测系统中非常重要，因为相量测量正在成为系统监测的一个组成部分。IED的这一特性用于计算电压或电流相对于参考相量的相量。IED通过一个通用GPS源进行时间同步。这被称为相量测量单元(PMU),相量数据由相量数据集中器(PDC)在适当的位置(主要在控制中心)累积。3. Relayalgorithmandtriplogic.继电器算法和跳闸逻辑Theequationsandparametersspecifictotheprotectionalgorithmandtheassociatedtriplogicareimplementedinthesoftwareofthemicroprocessorus

37、edintherelay.Themicroprocessorcalculatesthephasorsrepresentingtheinputs,acquiresthestatusoftheswitches,performsprotectiverelaycalculations,andfinallyprovidesoutputsforcontrollingthecircuitbreakers.Theprocessormayalsosupportcommunications,self-testing,targetdisplay,timeclocks,andothertasks.特定于保护算法和相关

38、跳闸逻辑的方程式和参数在继电器中使用的微处理器软件中实现。微处理器计算代表输入的相量，获取开关状态，执行保护继电器计算，最后提供控制断路器的输出。处理器还可以支持通信、自检、目标显示、时钟和其他任务。2.2 Programmablelogicandbreakercontrol2.2可编程逻辑和断路器控制AmodernrelayIEDeliminatestheuseofexternalprogrammablelogiccontrollers(PLCs)astheIEDcanhandlelogicalinputsandoutputsoftheprotectionfunctions,whichcan

39、beconnectedtoflipflopsand/orgatesoftheIEDdirectly.Figure2.12presentsanexampleofprogrammablelogictools.InFigure2.13,anexampleofaPC-configurationtoolforuserprogrammablelogicisshown.现代继电器IED不再使用外部可编程逻辑控制器(PLC),因为IED可以处理保护功能的逻辑输入和输出，这些功能可以直接连接到IED的触发器和/或门。图2.12显示了可编程逻辑工具的示例。图2.13显示了用户可编程逻辑的PC配置工具示例。2.3

40、Meteringandpowerqualityanalysis2.3计量和电能质量分析MeteringcapabilitiesofthelEDsbecameacceptabletothepowerutilitiesquickly,andmajorcostsavingwasachievedbycombiningthenon-revenuemeteringfunctionintothelEDs.ItmaybenotedthattheprimaryCTsandVTsforprotectionpurposesmaynotbeaccurateenoughfornormalcurrentmeasureme

41、ntforrevenuemetering.Thenormalmeteringfunctionsincludemeasuringthevoltageandcurrentrootmeansquare(RMS)valuesandtherealandreactivepower.Inadditiontothesebasicfunctions,meteringalsoincludesthevaluesforcommissioningandtesting,andthisfeaturereducesthecommissionandtestingtimesonthesite.Themeteredvaluesarethepositive,negative,andzerosequencecomponentsofvoltageandcurrentphaseshiftsandthenormalRMSvalues.Thephasemismatch,differential,andrestraintvaluescanbecomputedeasilytohasten