智能变电站技术培训

1、智能变电站新技术智能变电站新技术New Technology in Intelligent Substation技术培训主要内容主要内容智能变电站自动化系统体系结构智能变电站自动化系统体系结构非常规互感器及合并单元技术非常规互感器及合并单元技术2基于基于IEC61850IEC61850的信息建模技术的信息建模技术4智能变电站的网络通信技术智能变电站的网络通信技术5智能一次设备及状态检测技术智能一次设备及状态检测技术3信息一体化平台与高级应用信息一体化平台与高级应用61智能变电站自动化系统的设计与调试智能变电站自动化系统的设计与调试7内容提要内容提要智能变电站自动化系统体系结构智能变电站自动化系

2、统体系结构1智能变电站定义智能变电站的技术特征智能变电站自动化系统的典型结构智能变电站定义智能变电站智能变电站 采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。对智能变电站概念的进一步理解相邻变电站相邻变电站智能变电站智能变电站用户用户电源电源互动互动智能一次设备智能一次设备互动互动互动、下放互动、下放接纳接纳智能告警智能告警高级分析决策高级分析决策调度中心调度中心智能变电站的主要技术特征 系统建

3、模标准化 系统分层分布化 系统结构紧凑化 信息交互网络化 信息应用集成化 数据采集数字化 设备操作智能化 设备检修状态化 高级应用智能化IEC61850IEC61850标准标准系统架构系统架构非常规互感器及合并单元非常规互感器及合并单元智能一次设备智能一次设备信息一体化平台信息一体化平台智能变电站的关键技术智能变电站智能变电站智能传感技术智能传感技术采用智能传感器实现采用智能传感器实现一次设备的灵活监控一次设备的灵活监控网络传输技术网络传输技术构成网络化二次回路实现构成网络化二次回路实现采样值及监控信息的网络化传输采样值及监控信息的网络化传输数字采样技术数字采样技术采用电子式互感器实现采用电子

4、式互感器实现电压电流信号的数字化采集电压电流信号的数字化采集信息共享技术信息共享技术采用基于采用基于IEC61850(DL860)IEC61850(DL860)标准标准的信息交互模型实现二的信息交互模型实现二次设备间的信息高度共次设备间的信息高度共享和互操作享和互操作智能变电站采用了多种新技术，其整个二次系统的整体架构、配置及与一次系智能变电站采用了多种新技术，其整个二次系统的整体架构、配置及与一次系统的连接方式与传统变电站相比均有较大变化统的连接方式与传统变电站相比均有较大变化同步技术同步技术采用采用 B B码、秒脉冲或码、秒脉冲或IEEEl588IEEEl588网络对时方式实现网络对时方式

5、实现全站信息同步全站信息同步智能变电站自动化系统的发展过程第一阶段站控层和间隔层采用IEC61850-MMS网络 过程层仍采用常规互感器和常规一次设备。间隔层IED采用IEC61850标准进行信息建模，间隔层与站控层之间采用映射到MMS（制造报文规范）的方法进行信息交互。第二阶段过程层采用非常规互感器和常规一次设备 信息的数字化进程触及到了过程层，互感器采用数字输出的电子式互感器或纯光学互感器，数字量输出采用IEC60044-8或IEC 61850-9-1帧格式。用电缆硬接线实现与常规一次设备的连接。 第三阶段过程层采用非常规互感器和智能一次设备 智能变电站自动化系统的最终结构形式，由于完全智

6、能化的一次设备研究相对滞后，采用“常规一次设备+智能终端”方案。 采样值传输采用IEC 61850-9-2标准，过程层全面网络化。智能变电站与传统变电站的区别传统变电站 智能变电站智能变电站与传统变电站的区别传统变电站二次系统结构智能变电站与传统变电站的区别智能变电站二次系统结构智能变电站与传统变电站的区别智能变电站屏柜传统变电站屏柜智能变电站与数字化变电站 数字化变电站 电子式互感器用于扩大数字化技术范围、统一简化采集源 IEC61850解决信息建模和互操作问题 智能变电站的重要特征体现“智能” 设备智能化+高级智能应用 数字化变电站技术是智能变电站的一部分 智能变电站是变电站整体技术的跨越

7、 数字化是基础，智能化是手段，可靠、高效是目的。智能变电站的技术优势 简化二次接线，少量光纤代替大量电缆； 非常规互感器绝缘简单无饱和、铁磁谐振等问题； 一次、二次设备之间无直接的电气联系，不存在传输过电压和两点接地等问题； 信息高度共享，监控、远动、保护、VQC、小电流接地选线和五防等实现一体化，大大提高集成度和智能化水平； 二次设备小型化、标准化、集成化并可灵活配置，减小了变电站集控室的面积； 采用数字信号传输，提高了测量精度，增强了抗电磁干扰能力。智能变电站自动化系统的典型结构内容提要内容提要非常规互感器及合并单元技术非常规互感器及合并单元技术2非常规互感器合并单元技术要求同步采样技术工

8、程应用非常规互感器的原理和分类电子式互感器与常规互感器的比较比较项目电磁式互感器电子式互感器绝缘复杂绝缘简单体积及重量大、重体积小、重量轻CT动态范围范围小、有磁饱和范围宽、无磁饱和PT谐振易产生铁磁谐振PT无谐振现象CT二次输出不能开路可以开路输出形式模拟量输出数字量输出 电子式互感器通常由传感模块和合并单元两部分构成，传感模块又称远端模块,安装在高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字信号。合并单元安装在二次侧，负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。电压等级越高电子式互感器优势越明显。非常规互感器存在的问题1、远端传感模块的稳定性和可靠性（安置在室外时温度、电磁干扰等）

9、2、绕制在陶瓷骨架上的空芯线圈结构的稳定性对测量精度的影响。 3、对独立结构的有源式电子互感器的远端模块取电技术。4、光学互感器的传感材料、传感头组装技术、温度和振动都对测量精度有一定影响，而且长期运行稳定性有待提高。因此，考虑到技术经济性和运行可靠性，现阶段采用了“常规模拟量采集”的合并单元来实现数据采集的数字化。传感器及合并单元的双重化原则 传感器件双重化 A/D采样双重化 合并单元双重化互感器及合并单元的技术要求1、应支持可配置的采样频率，分别满足保护、测控、录波、计量及故障测距等的要求，例如采样速率40点、80点、256点；2、采样值发送间隔离散值应小于10s；3、工作环境温度-407

10、0；4、接收GPS同步对时信号的同步误差应不大于1s，在外部同步信号消失后，在10 分钟内能满足4s的同步精度要求；5、在异常网络流量工况下的运行稳定性；6、温度变化、湿热等环境下，稳态、暂态性能，比差、角差均应满足GB/T 20840-8的规定；合并单元的抗干扰性能试验和要求 7、双A/D回来的采集结果独立且幅值相差不大于2.5%；8、抗电磁干扰能力要求。Q/GDW 426 2010 合并单元的同步采样技术智能变电站数据采集的同步要求：1、三相电流、电压需要同步：三相平衡；2、间隔内电流电压之间需要同步：功率、阻抗；3、不同间隔的电流之间需要同步：差动(变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔

11、获取数据存在同步问题,母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步问题)；4、变电站之间的采样值需要同步：线路差动保护(从相邻变电站获取电流采样值需要同步)。合并单元的同步采样技术3种同步采样技术方案：1、基于GPS秒脉冲同步的同步采样 IEC 61850-9-1/2，基于以太网的采样值传输延时无法确定，只能采用同步时钟法。 同步方法简单 对交换机要求高 秒脉冲丢失时存在危险 同步时钟不等于对时时钟，可以不依赖于GPS 合并单元的同步采样技术2、基于数据插值的同步采样 基于采样值传输延时是确定的，可以采用插值同步法。合并单元和保护测控装置都可采用该方法。插值算法是通过采样点的t(时间)，x(瞬时值

12、)，以及插值目标的t，来计算插值目标的x。 采样率要求高 硬件软件要求高，实现难度较大 不依赖于GPS和秒脉冲传输系统合并单元的同步采样技术合并单元的插值 测控保护装置的插值合并单元的同步采样技术 插值算法最重要的内容就是需要把所有被用于同步的数据的x必须在统一的时间体系内，例如以采样点的采集时间为准。要获得准确的采样点的采集时刻，必须采取以下两种方式之一： (1) 接收方自己给数据贴上接收的时标，然后减去数据的发送延时，就可以得到数据的采集时刻，这种情况下要求数据发送延时是固定值。 (2)发送方将数据采样的时刻填写在数据帧内，接收方以发送方写入的发送时间为准进行数据处理，这种情况适用于发送延

13、时不固定的情况。 合并单元的同步采样技术3、基于IEEE1588协议的时钟同步 “网络测量和控制系统的精密时钟同步协议” 以太网传输，需硬件支持 与采样值传输共用链路，可靠性高 需交换机支持合并单元的同步采样技术主从时钟间的偏移量TOffset以及传输延迟TDelayIEEE1588时钟同步过程合并单元采样数据品质因数的处理 保护装置应处理MU上送的数据品质位(无效、同步、检修等)，及时准确提供告警信息。在异常状态下，利用MU的信息合理地进行保护功能的退出和保留，瞬时闭锁可能误动的保护，延时告警，并在数据恢复正常之后尽快恢复被闭锁的保护功能，不闭锁与该异常采样数据无关的保护功能。1、检修态2、

14、数据有效/无效3、数据同步标志（测控使用GPS对时使用）合并单元采样数据品质因数的处理保护装置检修硬压板接收采样值检修标志保护是否处理数据保护装置动作情况发送数据的检修标志1 11 1是是正常动作正常动作1 11 10 0否否闭锁数据相关的闭锁数据相关的保护逻辑保护逻辑1 10 01 1否否闭锁数据相关的闭锁数据相关的保护逻辑保护逻辑0 00 00 0是是正常动作正常动作0 01、检修态处理工程配置方案主变压器主变MU及智能终端配置方案工程配置方案单母分段接线型式单母分段接线线路保护配置方案内容提要内容提要智能一次设备及状态检测技术智能一次设备及状态检测技术3智能设备的技术特征智能组件与智能终

15、端在线状态检测智能设备的概念 “智能设备”不但具有传输和分配电能的主设备本体，还具有测量、控制、保护、计量等功能。其回归电力系统设备的本意，不再强调一、二次设备的划分。各功能的物理形态以智能组件方式体现，组件又是一个灵活的概念，可以由一个完成所有功能，也可以分散独立完成，可以外置于主设备本体之外，也可以内嵌于主设备本体之内。 上述概念即考虑了传统一、二次设备的现状，也考虑了未来的发展趋势，可适用于今后智能变电站的发展。智能设备=一次设备+智能组件的有机结合智能终端定义 一种智能组件。与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（如：断路器、刀闸、主变压器等）的测量

16、、控制等功能。 特点 (1)能够在不改变开关现有条件下实现一次设备和间隔层二次设备的数据通信； (2)智能开关等智能一次设备的过渡产品； (3)包含断路器操作回路，完成断路器、隔离刀闸等位置信息的采集及分合控制； (4)采集主变档位、温度等信息。智能终端 针对户外安装的需求，智能操作箱需要进行专门设计： (1)全部采用-40-85范围的器件，选用耐高温长寿命电容器； (2)从装置配置中去除了液晶； (3)去除了MMS通信插件，降低机箱内部功耗,提高环境温度的耐受能力； (4) 装置已进行了-2060范围的温度试验，进行了624小时交变湿热试验。内容提要内容提要基于基于IEC61850IEC61

17、850的信息建模技术的信息建模技术4电力系统通信技术回顾IEC61850标准简介基于IEC61850标准的信息建模电力系统通信技术回顾电力系统通信技术历经了几次大的发展变化： 1. 面向协议 -数据如何传输。 2. 面向对象 -数据传输的内容。 3. 面向统一的对象模型 -电力系统统一的对象模型和建模技术。 4. 电力企业统一信息架构 -一个世界，一种标准，一种技术。 IEC61850标准的体系结构需求：Part-3，总体要求 Part-5，功能和设备模型的通信要求设计：Part-7，建模及抽象通信服务接口(ACSI) 实现： Part-8、9，特定通信服务映射(SCSM) Part-6，系统

18、描述语言(SCL) 测试：Part-10，一致性测试 其他： Part-1，概述 Part-2，术语 Part-4，系统和项目管理 IEC61850信息建模的对象层次IEC61850信息建模的对象层次Physical Device (network address)Logical Device MMXU1MMXU3DODALogical NodesDADODADODAMMXU2DODADA内容提要内容提要智能变电站的网络通信技术智能变电站的网络通信技术5智能变电站通信概述过程层网络通信技术GOOSE技术及应用智能变电站内部信息交互接口智能变电站内网络通信特点通信网络要求：可行性、可靠性、实时性

19、等 站控层网络 功能和综自站相同 多套用成熟方案（国外单环网，国内单/双星） 过程层网络 采样值: 点对点组网点对点- - -组网（未来） GOOSE: 组网点对点- - -组网（未来） 交换机 VLAN: 工程化应用 IGMP Snooping、GMRP、1588：有待实践验证星型网络国内应用较多 简单、经济、可靠，无冗余链路不会造成广播风暴 和变电站的主接线及数据流天然一致 冗余需采用双套网络设备，且需设备支持IEDIEDIEDIED环形网络国外应用较多具有一定的冗余特性（对随机性的数据流效果较好）有因为交换机软件bug导致网络风暴的风险IEDIEDIEDIED需要采用需要采用RSTP 实

20、实现备用连接现备用连接IED冗余接线增强冗余接线增强网络弹性网络弹性组播与VLAN过程层通信(GOOSE和采样值)均依赖组播！装置组播过滤方案 普通交换机把组播向所有端口转发（当广播处理） 以太网卡硬件依靠Hash算法进行过滤 很可能误收！（8-1附录B、9-2附录C）用VLAN来划分组播 手工划分广播域（繁琐且不便管理）自动组播管理协议 IGMP只适用于IP组播，对GOOSE、SMV不适用 GMRP二层组播管理协议，唯一可用！组播与VLAN VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网， VLAN是一种将局域网（LAN）设备从逻辑上划分（注意，不是从物理上划分

21、）成一个个网段（或者说是更小的局域网LAN），从而实现虚拟工作组（单元）的数据交换技术。 VLAN主要有3个优势： (1)端口的分隔。即便在同一个交换机上，处于不同LAN的端口也是不能通信的。这样一个物理的交换机可以当作多个逻辑的交换机使用。 (2)网络的安全。不同VLAN不能直接通信，杜绝了广播信息的不安全性。 (3)灵活的管理。更改用户所属的网络不必换端口和连线，只更改软件配置就可以了GOOSE信息的概念Generic Object Oriented Substation EventGeneric Object Oriented Substation Event GOOSE（面向通用对象的

22、变电站事件），是IEC61850定义的一种通信机制，用于实现IED 之间的快速信息传递，诸如命令、告警、指示等信息。特点：（1）实现了装置间快速信息通信，适于传输跳合闸信号，完成传统保护的开入开出回路功能；（2）不仅可以传送开关量，还可传递变化不快的模拟量；（3）代替了点对点的硬电缆，降低造价、缩短工期，更改接线不需要配线，只需更改配置文件GOOSE信息的传输机制在稳态情况下，稳定的以T0时间间隔循环发送GOOSE报文；当产生事件变化时（变位、跳闸），立即发送事件变化报文，快速重传两次变化（T1间隔）；然后分别间隔T2、T3再重复发送两边报文；之后按照T0间隔发送心跳报文。典型的：T0=500

23、0ms,T1=2ms, T2=4ms,T3=8msGOOSE信息的传输机制GOOSE的传输机制的特点：（1）定期发送GOOSE报文,并且通过重发相同数据来获得更多的可靠性,并且逐渐增加SqNum和传输时间来实现有效的传输； （2）GOOSE报文中的SqNum和StNum的初始值为1。当有事件发生时，StNum加1、SqNum变为0，之后SqNum顺序加1。 GOOSE报文示例内容提要内容提要信息一体化平台与高级应用信息一体化平台与高级应用6智能变电站一体化监控系统智能变电站智能化辅助系统智能高级应用一体化监控系统 一体化监控系统支持各种数据的接入、存储与快速高效的检索，主要采用统一建模的思想和

24、方法，将在线监测、保护、测控、通信、计量、直流辅助系统、环境监测、视频、安防、环境参量等数据模型标准化。在保证基础数据的完整性及一致性基础上，建立统一的全景数据处理平台，为各种智能应用提供标准化规范化的信息访问接口。 的信息访问接口。一体化监控系统 监控主机监控主机具有防误闭锁逻辑判断、顺序控制、智能告警及综合分析、智能操作票、视频联动等功能，在不具备与调度实现互动的变电站，系统还可以配置电压无功控制等高级应用功能。 操作员工作站操作员工作站完成对变电站的实时监视和操作功能,它为操作员提供了所有功能的入口，显示各种画面、表格、告警信息和管理信息，提供遥控、遥调等操作/监护界面并进行人机交互。负

25、责整个系统的协调和管理，保持工程数据库的最新最完整备份，组织各种历史数据并将其保存在历史数据库服务器，并实现各种高级应用功能。一体化监控系统 远动装置远动装置作为客户端采集全站信息并加以综合、处理的同时，可以作为透明代理服务器，将变电站内的各类装置甚至虚拟装置映射为远动通信装置上的IEC 61850服务器，远动通信装置还可完成IEC 61850与IEC 61970模型的自动映射管理，以实现跨站或其他应用系统的互动。 智能接口机智能接口机通过串口或网络方式接入变电站内其它未采用标准建模和信息服务的自动它未采用标准建模和信息服务的自动化设备及辅助系统，通过统一建模和标准通信服务送入信息一体化平台中

26、。信息一体化平台信息一体化平台主要用于将智能变电站内的实时监控SCADA子系统、故障录波子系统、电能计量子系统、状态监测子系统、视频安防等辅助子系统的各种数据进行统一接入、统一存储、统 据进行统一接入、统一存储、统一处理，建立统一的变电站全景数据处理平台，为各种智能应用提供标准化、规范化的信息访问接口。在信息一体化平台的基础上，对变电站全景数据进行综合分析应用，提高运行管理的自动化程度，减轻变电运行人员或调控运行人员的劳动强度，减少维护工作量，实现支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能。基于信息一体化平台的辅助系统包括视频、安防、消防、环境监测、交直流一体化电源等。视

27、频监控子系统主要用于全站的视频监控。系统具备视音频监控功能、通讯功能、智能分析功能和智能视频联动等功能。智能化辅助系统智能高级应用内容提要内容提要智能变电站自动化系统的设计与调试智能变电站自动化系统的设计与调试7智能变电站自动化系统的设计 智能变电站的调试与运维SCL描述文件类型ICD文件IED能力描述文件IED Capability Description 由装置厂商提供给系统集成厂商，该文件描述IED提供的基本数据模型及服务，但不包含IED实例名称和通信参数。SCD文件全站系统配置文件Substation Configuration Description 应全站唯一，为全站统一数据源，描

28、述了所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构。SCD文件由系统集成商（或设计院）提供，应包含版本修改信息，明确描述修改时间、修改版本号等内容。 SCL描述文件类型CID文件IED实例配置文件Configured IED Description 每个装置有一个，由装置制造厂商使用配置工具根据SCD文件中本IED相关配置自动导出，并下载到IED中完成配置(包含建立虚回路)。CID文件包含与ICD数据模板一致的信息，也包含SCD文件中针对该装置的配置信息，如：通信地址、IED名称等。SSD文件系统规格文件System Specification Description变电站一次系统的描述文件，应全站唯一，描述了变电站一次系统结构以及设备逻辑节点等。SSD文件由系统集成商（或设计院）提供，最终包含在SCD文件中。 智能变电站的设计及配置过程虚端子、虚连接的概念问题 传统变电站的模拟量、开关量输入、跳合闸出口均一一对应于具体的端子，设计过程即为通过从端子到端子的电缆连接实现一二次设备之间的配合。“实端子” 但在智能变电站中各保护装置之间信息的交互是基于网络传输的数字信号，“实端子”的概念消逝了，取而代之的原有点对点的电缆连接也被网络化的光缆连接所取代。解决方