智能变电站相关技术介绍综述

1、智能变电站相关技术介绍智能变电站相关技术介绍20102010年年5 5月月 武汉武汉主要内容主要内容电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能终端智能终端3智能变电站的优势智能变电站的优势1IEC 61850标准标准4时钟同步时钟同步51 智能变电站的优势智能变电站的优势智能变电站是智能电网的重要内容智能变电站是智能电网的重要内容智能变电站智能变电站对智能电对智能电网的建设将起到先驱网的建设将起到先驱作用作用智能智能电网电网输电输电发电发电变电变电配电配电调度调度用电用电变电领域的发展重点变电领域的发展重点是是智能智能变电站变电站1 智能变电站的优势智能变电站的优势变电站综合自动化变电站

2、综合自动化智能变电站智能变电站变电站层变电站层间隔层间隔层过程层过程层微机保护微机保护/微机测控微机测控计算机监控系统计算机监控系统新型电子式互感器新型电子式互感器数字化一次设备数字化一次设备网络网络IEC 61850-8网络网络IEC 61850-9一次设备一次设备计算机监控系统计算机监控系统微机保护微机保护/微机测控微机测控电磁式互感器电磁式互感器网络网络103规约规约电缆电缆光纤代替电缆光纤代替电缆，设计安装调试都变得简单，设计安装调试都变得简单模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被通模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被通信网络所取代，信网络所取代，二次设备硬件系统大为简化二次设备硬件

3、系统大为简化统一的信息模型，统一的信息模型，避免了规约转换避免了规约转换，信息可以，信息可以充分共享充分共享可观测性和可控性增强，可观测性和可控性增强，产生新型应用产生新型应用：如状：如状态监测、站域保护控制态监测、站域保护控制1 智能变电站的优势智能变电站的优势1 智能变电站的优势智能变电站的优势交流输入模件交流输入模件变换变换微计算机微计算机开入开出模件开入开出模件人机对话模件人机对话模件端子箱端子箱继电保护继电保护电缆电缆电缆电缆1 智能变电站的优势智能变电站的优势交流输入模件交流输入模件变换变换微计算机微计算机智能终端智能终端人机对话模件人机对话模件合并单元合并单元高速以太网通信高速以

4、太网通信一次设备的数字化改变了继电保护设备的结构一次设备的数字化改变了继电保护设备的结构继电保护继电保护1 智能变电站的优势智能变电站的优势3）新体系结构）新体系结构合并合并单元单元智能智能终端终端SVGOOSE1）新装置、新设备）新装置、新设备电子式互感器、合并单元电子式互感器、合并单元智能终端、交换机等智能终端、交换机等2）新标准）新标准继电保护系统、通信网络结构继电保护系统、通信网络结构IEC 61850标准、标准、IEEE 1588监控主机监控主机MMS4）新功能与新应用）新功能与新应用智能变电站的本质特征智能变电站的本质特征 过程设备的数字化过程设备的数字化 信息传输的网络化信息传输

5、的网络化电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元智能终端智能终端IEC 61850标准标准网络通信技术网络通信技术1 智能变电站的优势智能变电站的优势主要内容主要内容电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能终端智能终端3智能变电站的优势智能变电站的优势1IEC 61850标准标准4时钟同步时钟同步52.1 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元 绝缘问题绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高 测量准确问题测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题，：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题，不能反映系统故障时非周期性分量；频带响应特性

6、较差，不能反映系统故障时非周期性分量；频带响应特性较差，频带窄频带窄 信号输出问题信号输出问题：模拟电信号（：模拟电信号（1A/5A，100V/57.7V） 运行安全问题运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开：电压互感器不能短路，电流互感器不能开路，电压互感器存在铁磁谐振问题路，电压互感器存在铁磁谐振问题传统电磁式互感器的缺点传统电磁式互感器的缺点 电子式电流互感器（电子式电流互感器（各种名称各种名称）铁心线圈低功率电流互感器（铁心线圈低功率电流互感器（有源有源）罗可夫斯基空心线圈电流互感器（罗可夫斯基空心线圈电流互感器（有源有源）光学电流互感器（光学电流互感器（无源无源）名称名称

7、铁心线圈低功率铁心线圈低功率电流互感器电流互感器罗可夫斯基空心罗可夫斯基空心线圈电流互感器线圈电流互感器光学电流互感器光学电流互感器传感原理传感原理电磁感应原理电磁感应原理（互感）（互感）电磁感应原理电磁感应原理（自感）（自感）磁旋光效应原理磁旋光效应原理信号变换信号变换强电强电/弱电弱电强电强电/弱电弱电强电强电/光信号光信号2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元B铁芯线圈铁芯线圈电流电流I IRRb电流电流-电压转换器电压转换器高阻高阻VS铁心线圈低功率电流互感器铁心线圈低功率电流互感器 VS 与被测电流与被测电流 I 成正比成正比sVpshsNRIN2 电子式互感器电子式互感

8、器/ /合并单元合并单元2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元psrprsNIIN传统电磁式电流互感器传统电磁式电流互感器I/I变换变换具备低功率输具备低功率输入接口的设备入接口的设备铁心线圈低功率电流互感器铁心线圈低功率电流互感器psrprsVshNRINI/V变换变换对电磁式电流互感器的改进对电磁式电流互感器的改进罗可夫斯基空心线圈电流互感器罗可夫斯基空心线圈电流互感器2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元 空心线圈的空心线圈的感应电压与被测电流的导感应电压与被测电流的导数成正比数成正比（ Rogowski，1912年）年）( )()ddIe tkdtdt 被测电流

9、被测电流线圈感应电压线圈感应电压B空心线圈空心线圈电流电流 I( )e t普通光普通光起偏器起偏器偏振光偏振光磁光材料磁光材料磁场磁场 B检偏器检偏器Faraday旋光角旋光角 2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元光学电流互感器光学电流互感器法拉第磁旋光效应法拉第磁旋光效应（1846年）年）LlVHdlVN I入射光入射光出射光出射光电流电流旋转角旋转角 与电流与电流I成正比关系成正比关系I II I磁光玻璃磁光玻璃光纤光纤高压侧高压侧光纤光纤高压侧高压侧空心线圈空心线圈（或铁心线圈）（或铁心线圈）低压侧低压侧低压侧低压侧低电压信号需低电压信号需要就地数字化要就地数字化有源型电流

10、互感器有源型电流互感器无源型电流互感器无源型电流互感器A/D、积分器、积分器等等需要供电！需要供电！2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元有源电子式互感器的供电方式有源电子式互感器的供电方式功电方式功电方式供电原理供电原理主要缺点主要缺点CT供电供电利用特殊利用特殊CT从母线上感应电压，经从母线上感应电压，经整流、滤波、稳压后供电整流、滤波、稳压后供电散热（大电流）散热（大电流）死区（小电流）死区（小电流）电容分压供电电容分压供电利用电容分压，经整流、滤波、稳利用电容分压，经整流、滤波、稳压后供电压后供电电气隔离电气隔离激光供电激光

11、供电低压侧通过光纤传输光能，由光电低压侧通过光纤传输光能，由光电池将光能专为电能（最大功率池将光能专为电能（最大功率1W）能量有限能量有限/成本成本/寿命寿命组合供电组合供电CT供能（或电容分压供电）供能（或电容分压供电）+激光供电激光供电供能系统复杂供能系统复杂切换问题切换问题2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元LlVHdlVN I光学电流互感器存在的问题光学电流互感器存在的问题该比例系数（维尔德常数）是该比例系数（维尔德常数）是温度温度和和光源工作波长光源工作波长的函数的函数=TV V（ ， ）温度温度对精度的影响对精度的影响LED发光二极管老化发光二极管老化信号处理技术（自

12、适应补偿）信号处理技术（自适应补偿）保证驱动电流恒定保证驱动电流恒定对策：对策：光源工作波长是光源工作波长是温度温度和和驱动电流驱动电流的函数的函数2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元分压型电压互感器（分压型电压互感器（有源有源） 电子式电压互感器电子式电压互感器阻容分压阻容分压电容分压电容分压电阻分压电阻分压R1R2Usr与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过5V光学电压互感器（光学电压互感器（无源无源）线偏振光通过有电场作用的线偏振光通过有电场作用的Pockels晶体时，折射成两束晶体时，折射成两束线偏振光，线偏振光，两者

13、相位差正比与被测电压两者相位差正比与被测电压2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元Pockels效应（效应（1893年）年）合并单元合并单元2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元合并单元合并单元MUECTEVT其他其他MUIa，Ib，Ic（保护）（保护）Ia，Ib，Ic（测量）（测量）3IoUa，Ub，Uc，3Uo母线电压母线电压多路电流电压信号的采集与处理多路电流电压信号的采集与处理主要功能：主要功能：电流电压信号同步电流电压信号同步报文处理和发送报文处理和发送IEC 60044-8IEC 61850-9-2保护保护测控测控计量计量录波录波SV报文报文点对点或点对点或

14、交换式以太网交换式以太网2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元有源电子式电流互感器有源电子式电流互感器2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元无源电子式电流互感器无源电子式电流互感器2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元线圈、线圈、A/D、采集模块和合并单元的双重化配置、采集模块和合并单元的双重化配置保护线圈保护线圈1，2计量线圈计量线圈光纤至光纤至合并单元合并单元1光纤至光纤至合并单元合并单元2电源电源2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元 传感原理的变化：变压器原理传感原理的变化：变压器原理 VS VS 光学原理等光学原理等 有源有源：强电：强

15、电/ /弱电变换，高压侧需要电源弱电变换，高压侧需要电源 无源无源：电：电/ /光变换，高压侧无需电源光变换，高压侧无需电源 电子式互感器的配置：线路电子式互感器的配置：线路EVTEVT可按三相配置可按三相配置 合并单元的作用：采集、同步、共享合并单元的作用：采集、同步、共享 合并单元的配置：基本按照互感器组配置，合并单元的配置：基本按照互感器组配置，例外例外小结小结比较项目比较项目传统电磁式互感器传统电磁式互感器电子式互感器电子式互感器绝缘绝缘复杂、造价高复杂、造价高简单、造价低简单、造价低测量测量有磁饱和、频带窄有磁饱和、频带窄精度与二次回路负载有关精度与二次回路负载有关无磁饱和无磁饱和、

16、频带宽、频带宽二次回路负载不受限制二次回路负载不受限制信号输出信号输出 模拟量模拟量数字量、可共享数字量、可共享运行安全运行安全CT不能开路，不能开路，VT不能短路，不能短路，VT易产生铁磁谐振易产生铁磁谐振无此类问题无此类问题2 电子式互感器电子式互感器/ /合并单元合并单元电子式互感器与传统电磁式互感器的比较电子式互感器与传统电磁式互感器的比较主要内容主要内容电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能终端智能终端3智能变电站的优势智能变电站的优势1IEC 61850标准标准4时钟同步时钟同步53 智能终端智能终端智能终端的主要功能智能终端的主要功能智能终端智能终端GOOSE 网网GO

17、OSE点对点点对点硬接点硬接点2）上传开关刀闸位置信号）上传开关刀闸位置信号一次设备的数字接口：一次设备的数字接口：1）接收保护动作信息）接收保护动作信息/ 分合闸信号分合闸信号/控制信号控制信号接收各种对一次设备接收各种对一次设备的操作命令的操作命令3 智能终端智能终端 智能控制功能智能控制功能 系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命 选相分闸：各相在各自的电流过零点依次分闸，提高开选相分闸：各相在各自的电流过零点依次分闸，提高开断能力断能力 集成检同期和自动重合闸功能（试探集成检同期和自动重合闸功能（试探自适应自适应）智能终端应具备的附

18、加功能智能终端应具备的附加功能 状态监视与状态检修状态监视与状态检修 跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等 状态评估状态评估/ /故障预报故障预报/ /检修计划检修计划主要内容主要内容电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能终端智能终端3智能变电站的优势智能变电站的优势1IEC 61850标准标准4时钟同步时钟同步54 IEC 61850标准标准IEC 61850标准的内容框架标准的内容框架 建模方法建模方法7-4逻辑节点逻辑节点物理设备物理设备逻辑设备逻辑设备数据对象数据对象数据属性数据属性7-15信息模型信息模型信息服务模

19、型信息服务模型公共数据类公共数据类7-3模板模板7-2面向变电站层的通信面向变电站层的通信面向过程层的通信面向过程层的通信8-19-1/9-2设备与系统的描述设备与系统的描述6MMS报文报文SV报文报文GOOSE报文报文 8-14 IEC 61850标准标准IEC 61850模型与模型与103模型模型103模型：模型：点表形式点表形式，按照索引号进，按照索引号进行访问行访问IEC 61850模型：模型：面向对象的分层模型面向对象的分层模型，按，按照分层对象名称进行访问照分层对象名称进行访问列表表示圆上每列表表示圆上每一个点的坐标一个点的坐标给出圆心坐标和给出圆心坐标和半径，方程表示半径，方程表

20、示O(x1,y1)R4 IEC 61850标准标准功能类型功能类型信息序号信息序号信息元素集信息元素集信息体时标信息体时标信息体信息体标识符标识符公共地址公共地址传送原因传送原因可变结构限定词可变结构限定词类型标识类型标识数据单元数据单元类型类型: 传送带标志的状态变位传送带标志的状态变位: 自发（突发）自发（突发）: 线路保护线路保护: 距离保护距离保护I段出口段出口256个语义个语义: 距离保护距离保护II段出口段出口: 距离保护距离保护III段出口段出口103模型：模型：线性模型线性模型数据属性数据属性逻辑节点逻辑节点数据对象数据对象逻辑设备逻辑设备物理设备物理设备4 IEC 61850

21、标准标准PHDLDLNDODA实际的保护装置实际的保护装置公用公用/保护保护/测量测量/控制控制/录波录波StrOp保护动作保护动作保护启动保护启动generalphsAphsBphsC是否动作（总）是否动作（总）A相是否动作相是否动作B相是否动作相是否动作C相是否动作相是否动作接地距离接地距离I段：段：PDIS1接地距离接地距离II段：段：PDIS2接地距离接地距离III段：段：PDIS31100分层模型分层模型4 IEC 61850标准标准IEC 61850的模型框架的模型框架 逻辑节点类逻辑节点类 LN物理设备物理设备 PHD逻辑设备逻辑设备 LD数据对象类数据对象类 DO数据属性数据属

22、性 DA公共数据类公共数据类 CDC模板模板29个个500多个多个92个个公共公共LD：装置告警：装置告警/装置自检信息装置自检信息保护保护LD：保护启动：保护启动/保护动作保护动作/定值定值/压板信息压板信息测量测量LD：交流量：交流量/直流量直流量控制及开入控制及开入LD：断路器：断路器/刀闸刀闸/变压器分接头变压器分接头录波录波LD：录波信息：录波信息逻辑节点组逻辑节点组组代号组代号系统逻辑节点（系统逻辑节点（System Logical Node）L继电保护功能（继电保护功能（Protection Function）P继电保护相关功能（继电保护相关功能（Protection Relat

23、ed Function）R监视控制（监视控制（Supervisory Control）C通用引用（通用引用（Generic Reference）G接口和存档（接口和存档（Interfacing and Archiving）I自动控制（自动控制（Automatic Control）A计量和测量（计量和测量（Metering and Measurement）M开关（开关（Switchgear）X仪用变压器（仪用变压器（Instrument Transformer）T电力变压器（电力变压器（Power Transformer）Y未来电力系统设备（未来电力系统设备（Future Power Syste

24、m Equipment）Z4 IEC 61850标准标准4 IEC 61850标准标准距离保护逻辑节点距离保护逻辑节点模板模板：PDIS（1/2）数据对象名数据对象名CDC类型类型说明说明StrPctRchOfs启动启动范围百分比范围百分比偏移偏移ACDASGASGPoRch欧姆圆直径欧姆圆直径ASGPhStr相启动值相启动值ASGGndStr对地启动值对地启动值ASGDirMod方向模式方向模式INGAngLod负荷区域角度负荷区域角度ASGOp动作动作ACTpctOfsRisLod偏移百分比偏移百分比负荷区域电阻范围负荷区域电阻范围ASGASGM/OMOOOOOOOMOOACD：方向保护激

25、活：方向保护激活ACT：保护激活：保护激活ASG：模拟定值：模拟定值ING：整数状态定值：整数状态定值4 IEC 61850标准标准距离保护逻辑节点距离保护逻辑节点模板模板：PDIS（2/2）数据对象名数据对象名CDC类型类型说明说明动作时间延迟动作时间延迟线路阻抗角线路阻抗角OpDlTmmsLinAngINGASG相间故障动作时间延时相间故障动作时间延时PhDlTmmsING单相故障动作时间延时模式单相故障动作时间延时模式GndDlModSPG单相故障动作时间延时单相故障动作时间延时GndDlTmmsING线路正序阻抗线路正序阻抗X1ASG零序补偿系数角零序补偿系数角K0FactAngASG

26、相间故障动作延时模式相间故障动作延时模式PhDlModSPG零序补偿系数零序补偿系数K0K0FactASGTmDlMod动作时间延迟模式动作时间延迟模式SPG复归延时复归延时RsDlTmmsINGM/OOOOOOOOOOOOASG：模拟定值：模拟定值ING：整数状态定值：整数状态定值SPG：单点状态定值：单点状态定值4 IEC 61850标准标准IEC 61850模型扩展原则模型扩展原则逻辑节点类逻辑节点类 LN物理设备物理设备 PHD逻辑设备逻辑设备 LD数据对象类数据对象类 DO数据属性数据属性 DA公共数据类公共数据类 CDC模板模板LN、DO和和CDC都可以扩展都可以扩展IEC 618

27、50模型体系结构模型体系结构扩展应遵循国网公司标准扩展应遵循国网公司标准IEC61850国际标准工程化实施技术规范国际标准工程化实施技术规范IEC61850工程应用模型工程应用模型4 IEC 61850标准标准数据对象名数据对象名OpLinAngPoRchOfsGndDlTmmsX1K0FactAngGndStrK0FactStrGndDlModPDIS逻辑节点模板逻辑节点模板M/OMOOOOOOOOMOO实际工程中的实际工程中的PDIS逻辑节点逻辑节点数据对象名数据对象名OpStr强制性数据对象强制性数据对象必须包含必须包含PoRchOfsGndStrK0FactAngK0Fact选择需要利

28、用的选择需要利用的可选性数据对象可选性数据对象TrdBlkRec SedBlkRec 距离段永跳投入 距离段永跳投入 PDIS模板中未提供的模板中未提供的数据对象按规则扩展数据对象按规则扩展CDC类型类型SPGSPG模型仓库模型仓库逻辑节点逻辑节点数据对象数据对象数据属性数据属性模板模板“拷贝拷贝”实例实例设备设备 1 1设备设备n n搭建装置的信息模型4 IEC 61850标准标准4 IEC 61850标准标准IEC 61850标准的内容框架标准的内容框架 建模方法建模方法7-4逻辑节点逻辑节点物理设备物理设备逻辑设备逻辑设备数据对象数据对象数据属性数据属性7-15信息模型信息模型信息服务模

29、型信息服务模型公共数据类公共数据类7-3模板模板7-2面向变电站层的通信面向变电站层的通信面向过程层的通信面向过程层的通信89-1/9-2设备与系统的描述设备与系统的描述6MMS报文报文SV报文报文GOOSE报文报文84 IEC 61850标准标准3）保护与合并单元）保护与合并单元模拟量模拟量合并合并单元单元智能智能终端终端SVGOOSE1）保护与监控主机）保护与监控主机保护动作信息保护动作信息/异常告警信息异常告警信息定值信息定值信息/录波信息等录波信息等2）保护与智能终端）保护与智能终端采样值信息采样值信息（SV）状态信息状态信息（GOOSE）开关量开关量监控主机监控主机MMSMMS三类服

30、务模型：三类服务模型：MMS、GOOSE和和SV4 IEC 61850标准标准MMS服务模型服务模型定值组控制块模型定值组控制块模型报告控制块报告控制块日志控制块模型日志控制块模型控制模型控制模型文件传输模型文件传输模型录波数据文件的传输录波数据文件的传输分合闸控制，变压器抽头控制分合闸控制，变压器抽头控制事件顺序记录的检索事件顺序记录的检索保护动作信号上传当地监控保护动作信号上传当地监控定值的读定值的读/写写/切换切换4 IEC 61850标准标准GOOSE报文的格式报文的格式参数名参数名参数类型参数类型值值/值域值域/解释解释应用标识应用标识配置版本号配置版本号AppIDConfRevVI

31、SIBLE STRING 65INT32U时标时标TEntryTime状态号（事件计数器）状态号（事件计数器）StNumINT32U序列号（报文计数器）序列号（报文计数器）SqNumINT32U测试标识位测试标识位TestBOOLEAN数据集成员数据集成员1nGOOSEData1nGOOSE控制块路径控制块路径GoCBRefObjectReference需要重新配置需要重新配置NdsComBOOLEANDatSet数据集的路径数据集的路径ObjectReference4 IEC 61850标准标准数据集的概念数据集的概念GndPDIS1GndPDIS2GndPDIS3generalOpPhsA

32、PhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCGndPDIS1.Op.generalGndPDIS2.Op.generalGndPDIS3.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsCGndPDIS2.Op.PhsAGndPDIS2.Op.PhsBGndPDIS2.Op.PhsCGndPDIS3.Op.PhsAGndPDIS3.Op.PhsBGndPDIS3.Op.PhsC数据对象数据对象100100000000接地距离保护接地距离保护I段动作跳段动作跳A相相数据属性的

33、集合数据属性的集合逻辑逻辑节点节点数据属性数据属性4 IEC 61850标准标准数据集数据集GndPDIS1.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC保保护护程程序序通通信信程程序序负责刷新数据集中数据的值负责刷新数据集中数据的值置置1：表示动作：表示动作置置0：表示返回：表示返回监视数据集中数据值的变化监视数据集中数据值的变化一旦发生变化就认为产生一个事件一旦发生变化就认为产生一个事件以特殊的重传机制发送以特殊的重传机制发送GOOSE报文报文4 IEC 61850标准标准GOOSE传输机制传输机制：变时间间隔重复传输

34、变时间间隔重复传输事件结束后以较长的间隔连续传输（事件结束后以较长的间隔连续传输（1s），以），以保持通信线保持通信线路的畅通路的畅通事件发生时以较短的间隔连续传输（事件发生时以较短的间隔连续传输（1ms，2ms，4ms），），避免数据报文的丢失避免数据报文的丢失事件计数器事件计数器C1报文计数器报文计数器C2C1=8C2=10C1=9C2=0C1=9C2=5保护动作保护动作4 IEC 61850标准标准保护程序判断结果保护程序判断结果距离距离I段动作，跳段动作，跳A相相St5Sq8St6Sq0St6Sq1St6Sq2St6Sq3St7Sq0St加加1，Sq清零清零事件发生时刻事件发生时刻St

35、7Sq3St5Sq71024ms1ms1ms 2ms1024msSt：事件计数器：事件计数器Sq：报文计数器：报文计数器GndPDIS1.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC0000110011001100110000000000保护程序：刷新数据保护程序：刷新数据0000通信程序：监测数据变化通信程序：监测数据变化/传输传输GOOSE报文报文000000000000St7Sq1返回时间到返回时间到St7Sq2St7Sq4事件发生时刻事件发生时刻St加加1，Sq清零清零1ms1ms 2ms4 IEC 61850标准

36、标准IEC 61850标准的内容框架标准的内容框架 建模方法建模方法7-4逻辑节点逻辑节点物理设备物理设备逻辑设备逻辑设备数据对象数据对象数据属性数据属性7-15信息模型信息模型信息服务模型信息服务模型公共数据类公共数据类7-3模板模板7-2面向变电站层的通信面向变电站层的通信面向过程层的通信面向过程层的通信89-1/9-2设备与系统的描述设备与系统的描述6MMS报文报文SV报文报文GOOSE报文报文8变电站系统与设备的描述变电站系统与设备的描述 4 IEC 61850标准标准 SSD：系统规格文件系统规格文件（一次系统接线图和相关逻辑节点）（一次系统接线图和相关逻辑节点） SCD：全站系统配

37、置文件全站系统配置文件（一次系统、二次设备及其（一次系统、二次设备及其 与一次设备的关联、通信系统）是最完整的描述与一次设备的关联、通信系统）是最完整的描述 ICD：IED设备能力描述设备能力描述（功能，信息模型和服务模型）（功能，信息模型和服务模型） CID：IED实例配置文件实例配置文件（二次设备模型、与一次系（二次设备模型、与一次系统的关联、通信参数）统的关联、通信参数） 四个重要的描述文件四个重要的描述文件各种描述文件的作用和流转过程各种描述文件的作用和流转过程4 IEC 61850标准标准.ssd文件文件(1个，系统集成商提供个，系统集成商提供).icd文件文件(多个，由制造商提供多

38、个，由制造商提供)描述一次接线图描述二次设备的基本数据模型与服务通信系统设计.scd文件文件描述一次接线、二次设备和通信系统（最完整）实例化，确定二次设备与一次系统的对应关系. cid文件文件. cid文件文件描述二次设备模型、通信参数及与一次系统的对应关系4 IEC 61850标准标准PhtoPh_PDIS_1PhtoPh_PDIS_2PhtoPh_PDIS_3TCTR1XCBR1XCBR2TCTR2.ssd文件文件LD_1LinePro_1PhtoPh_PDIS_1PhtoPh_PDIS_2PhtoPh_PDIS_3LD_1LinePro_2PDIS_1PDIS_2PDIS_3LD_1Di

39、sRelay.icd文件文件.cid文件文件.cid文件文件.scd文件文件通信系统通信系统SVGOOSETVTR14 IEC 61850标准标准“端子端子”的概念对于二次回路的设计的概念对于二次回路的设计/施工施工/调试意义重大！调试意义重大！装置装置1Ua Ub Uc IaIbIc Ta Tb Tc压板压板装置装置2Ta Tb Tc压板压板电缆电缆4 IEC 61850标准标准传统二次回路设计与实施过程：传统二次回路设计与实施过程：1）设备制造商设备制造商提供端子排，视需要在重要端子提供端子排，视需要在重要端子排和装置之间设置压板排和装置之间设置压板2）设计院设计院设计各个屏柜的端子排之间

40、的二次电设计各个屏柜的端子排之间的二次电缆连线缆连线3）施工施工：根据设计院的设计图纸进行屏柜间接：根据设计院的设计图纸进行屏柜间接线线4）调试调试：根据图纸对相关接线进行测试和检查：根据图纸对相关接线进行测试和检查4 IEC 61850标准标准清晰明确的清晰明确的电缆电缆变成看不见摸不着的变成看不见摸不着的通信网络通信网络装置装置1装置装置2GOOSEGOOSEGndPDIS1.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC数据集数据集软压板软压板软压板软压板4 IEC 61850标准标准引入虚端子后二次回路设计和实施引入

41、虚端子后二次回路设计和实施4 IEC 61850标准标准延续以往的端子排设计与校核延续以往的端子排设计与校核清晰明确的清晰明确的电缆电缆连接变成连接变成看不见摸不着的看不见摸不着的通信网络通信网络引入引入“虚端子虚端子”概念概念设计院方面制造商方面交换描述文件交换描述文件.scd和和.cid配置输入输出并校核配置输入输出并校核用户方面引入引入“虚端子虚端子”概念概念网络报文分析装置网络报文分析装置监视通信回路、记录网络报文监视通信回路、记录网络报文4 IEC 61850标准标准IEC 61850-90-1：变电站间变电站间的的IEC 61850规约规约（2010年）年）闭锁式的距离保护闭锁式的

42、距离保护线路差动保护线路差动保护IEC 61850应用范围的扩大应用范围的扩大IEC 61850-90-2：变电站与调度中心变电站与调度中心的的IEC 61850规约规约包括包括远动信息、故障信息、远动信息、故障信息、 PMU信息信息等等需要解决需要解决IEC 61850与与IEC 61970 CIM之间的协调之间的协调IEC 61850-7-410：水电厂水电厂监控系统模型监控系统模型 IEC 61850-7-420：分布式能源分布式能源监控系统模型监控系统模型 IEC 61850-90-3：电力设备状态监测电力设备状态监测 按功能分多种协议：按功能分多种协议：101：传统的远动信息：传统的

43、远动信息102：计量信息：计量信息103：保护信息：保护信息104：基于：基于TCP/IP的网络化的网络化101电力系统通信系统现状电力系统通信系统现状基于基于IEC 61850的无缝通信体系结构的无缝通信体系结构IEC 61850协议不仅统一协议不仅统一站内的通信，还扩展到变站内的通信，还扩展到变电站与变电站之间，变电电站与变电站之间，变电站与控制中心之间。站与控制中心之间。 IEC 61850主要内容主要内容：信息模型：信息模型 & 服务模型服务模型 统一的、面向对象的层次化统一的、面向对象的层次化信息模型信息模型 三类信息服务模型三类信息服务模型 MMS：运行维护报文运行维护报文

44、 GOOSE：开关量报文开关量报文 SV：采样值报文采样值报文 配置描述文件的作用配置描述文件的作用 IEC 61850标准应用范围的扩大标准应用范围的扩大小结小结主要内容主要内容电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能终端智能终端3智能变电站的优势智能变电站的优势1IEC 61850标准标准4时钟同步时钟同步55 时钟同步时钟同步 三种采样值规范三种采样值规范 IEC 60044-8 点对点点对点 IEC 61850-9-1 点对点（已废除）点对点（已废除） IEC 61850-9-2 点对点或交换式以太网点对点或交换式以太网 三种时钟同步方式三种时钟同步方式 IRIG-B NTP/

45、SNTP （简单）网络时钟协议（简单）网络时钟协议 IEEE 1588 精确时钟协议精确时钟协议采样值规范比较采样值规范比较5 时钟同步时钟同步IEC 60044-8IEC 61850-9-2帧格式帧格式IEC 60870 FT3以太网帧以太网帧网络结构网络结构点对点方式点对点方式点对点方式点对点方式/交换式以太网交换式以太网传输速率传输速率5Mbps采样率采样率 5k100Mbps/1000Mbps采样率采样率 = 4k，12.8k传输延迟传输延迟固定固定点对点时固定点对点时固定交换式以太网时交换式以太网时不固定不固定数据同步数据同步不依赖外部时钟不依赖外部时钟采用交换式以太网时采用交换式以

46、太网时依赖外部时钟依赖外部时钟标准维护标准维护已被取消已被取消标准长期支持标准长期支持5 时钟同步时钟同步守时：守时：独立的时钟保持时间精确的能力（晶振）独立的时钟保持时间精确的能力（晶振）时钟同步：时钟同步：从时钟与主时钟保持一致的能力从时钟与主时钟保持一致的能力数据同步：数据同步：差动保护所用的数据是同时刻采集的数据差动保护所用的数据是同时刻采集的数据电力系统的绝大多数参数都是时间的函数电力系统的绝大多数参数都是时间的函数同步等级同步等级精度精度目的目的T11ms事件时标事件时标T20.1ms分布同期和数据时标分布同期和数据时标T325us-T44us-T51us线路行波测距、同步相量线路

47、行波测距、同步相量5 时钟同步时钟同步需要时钟同步的设备需要时钟同步的设备对策：对策：a）保护装置插值同步（各间隔合并单元可以不同步）保护装置插值同步（各间隔合并单元可以不同步）b）保证各间隔合并单元严格同步，同时刻采集数据）保证各间隔合并单元严格同步，同时刻采集数据1）各相电流、电压的同步）各相电流、电压的同步2）各间隔电流、电压的同步）各间隔电流、电压的同步跨间隔保护需要同时刻采集的数据跨间隔保护需要同时刻采集的数据对策：对策：合并单元内实现同步合并单元内实现同步IRIG-BIEEE 15885 时钟同步时钟同步插值同步方法插值同步方法X1X2由保护装置实现数据同步由保护装置实现数据同步保

48、护装置自己产生一个保护装置自己产生一个新的采样序列新的采样序列要求：要求：传输延迟固定传输延迟固定5 时钟同步时钟同步变压器保护变压器保护高压侧高压侧合并单元合并单元中压侧中压侧合并单元合并单元低压侧低压侧合并单元合并单元采样计数器采样计数器013999各个合并单元保证同时刻采集数据各个合并单元保证同时刻采集数据接收端根据采样计接收端根据采样计数器对齐数据数器对齐数据时钟同步方式比较时钟同步方式比较5 时钟同步时钟同步IRIG-BNTP/SNTPIEEE 1588同步精度同步精度1us1ms1us同步方式同步方式点对点方式点对点方式点对点方式点对点方式/交换式以太网交换式以太网点对点方式点对点

49、方式/交换式以太网交换式以太网成本成本较低较低低低很高很高应用应用已广泛采用已广泛采用同步精度低，只能同步精度低，只能应用于变电站层应用于变电站层同步精度高，可同步精度高，可应用于过程层应用于过程层5 时钟同步时钟同步NTP/SNTP时钟同步原理时钟同步原理t：时钟偏差：时钟偏差d1，d2：传输时间：传输时间T2( T1+t) = d1T4(T3t) = d2其中其中如果如果往返的传输时间相等往返的传输时间相等，根据四个时刻可以求得时，根据四个时刻可以求得时钟偏差和传输时间钟偏差和传输时间主时钟主时钟从时钟从时钟T1T1+td1d2T2T2-tT3T3-tT4得知得知T2，T35 时钟同步时钟

50、同步NTP/SNTP时钟同步精度不高的原因（时钟同步精度不高的原因（1ms）网络网络路径时间路径时间应用层应用层表示层表示层数据链路层数据链路层会话层会话层传输层传输层网络层网络层物理层物理层应用层应用层表示层表示层数据链路层数据链路层会话层会话层传输层传输层网络层网络层物理层物理层主时钟主时钟从时钟从时钟写入写入/读取读取时标时标报文报文编码编码报文报文解码解码不确定不确定不确定不确定不确定不确定三个环节都具有不确定性，三个环节都具有不确定性，d1与与d2不相等，偏差大不相等，偏差大在在高层（应用层）打时标高层（应用层）打时标，传输时间包含三个环节，传输时间包含三个环节5 时钟同步时钟同步举例说明举例说明网络网络路径时间路径时间应用层应用层表示层表示层数据链路层数据链路层会话层会话层传输层传输层网络层网络层物理