许继合并单元应用技术研究课件

1、数字化变电站中合并单元应用技术研究许继集团有限公司7/29/2022一、合并单元的应用背景二、关键技术三、实现体系结构目 录www. 传统变电站 数字化变电站 一、合并单元的应用背景变电站对比图传统的变电站采用电缆互联实现间隔间的信息共享。数字化变电站的信息共享则基于以太网。前者是模拟信息共享，后者是数字共享。前者是数据传输，后者是模型化的信息www. 电子式互感器应用 IEC61850标准的颁布和实施 高速工业通信网络技术发展 数字化变电站智能断路器技术发展和应用 一、合并单元的应用背景数字化支撑技术变电站业务需求的变化和技术的进步，驱动了变电站一二次设备技术的融合，以及变电站运行方式的变革

2、，由此产生了数字化变电站www. 一、合并单元的应用背景数字化组成图数字化变电站接线组成图新增加的设备www. 一、合并单元的应用背景意义 站内一次设备和主控室IED间距离过大，需要铺设大量的光缆，造成经济、人力上的浪费。主控室IED需要很多的数据接口。点对点接入方式，信息不能共享。电子式电流互感器与计量、保护装置的合理接口设计,不仅能简化二次设备,而且能提高整个系统的准确度和可靠性。接口的标准化和网络化还可促进电力自动化通信控制系统的优化,并最终实现电力系统内的信息共享和系统集成。 www. 合并单元的功能示意IEC 61850-9-1标准定义12路通道。 根据工程需要，实际运用中并未严格遵

3、循； 61850标准：-9-1/-2www. 二、合并单元关键技术 1、同步全站的合并单元同步互感器的同步采集2、数据收集和处理 3、输出符合IEC61850标准 IEC61850-9-1IEC61850-9-24.工作环境5.与数字化工程的配套功能 三相电流、电压间采样同步； 变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔间采样同步； 母线差动保护从多个间隔间采样同步 线路纵差保护线路两端数据采样同步www. 二、合并单元关键技术合并单元的输出 目前采样值传输方案实际工程中有三种方式，分别适用于不同的领域： 1.小信号方式：用于低压一体化开关柜保护，不需要合并单元； 2.9-1方式：用于点对点方式，

4、需要合并单元； 3.9-2方式：用于网络方式传输，应用灵活，符合发展方向，需要合并单元 2009年1月23日，(57_990_INF)正式通知各个国家委员会，宣布取消IEC61850-9-1，IEC60044-7/8也将废除，由IEC61869-9-2替代， IEC61869-9-2的数字输出基于IEC61850-9-2 标准(取消FT3传输帧格式格式)。这意味着IEC 61850-9-2采样值传输方案为唯一的国际标准。www. 二、合并单元关键技术合并单元间的同步 能否实现合并单元的时间同步(以下简称同步),成为合并单元能否准确、可靠运行的关键。 过程层的同步含2种情况：（1）全站的合并单元

5、同步，精度1微秒。（2）互感器间的同步采集 互感器间的同步，目前有硬件脉冲同步、差值同步法（软件）两种。 合并单元间的同步有三种方式： 1.秒脉冲方式 2.IRIG-B码（直流） 3.IEEE 1588 其中，IEEE 1588同步目前IEC 61850尚未正式支持，但IEC TC57 WG10工作组在2008年召开几次会议中讨论了IEC61588标准在变电站的应用，倾向于制定一个应用于电力的协议子集，其应用前景得到广泛的看好。 冗余的同步措施是提高可靠性的有效手段www. DMU-800合并单元：合并单元同步合并单元间的同步： 各间隔合并单元按设定频率对站级同步秒脉冲分频采样，同步后以采样计

6、数的形式输出；各合并单元之间采样计数相同，即为同一时刻数据。www. 二、合并单元关键技术合并单元间的同步www. 硬件部分主要由一个高精度实时时钟(RTC)和时间标签单元组成，软件部分通过读写RTC和计算时间标签来实现IEEE1588协议。时间标签单元为DP83640;IEEE1588的实现硬件辅助方式它的全称“网络测量和控制系统的精确定时同步协议标准”www. IEEE 1588的实现实例www. 美国国家半导体的DP83640高精度PHYTER收发器芯片内置高精度IEEE 1588 时钟，并设有由硬件执行的时间标记功能，可为接收及发送的信息包印上时间标记。DP83640芯 片与现有的软件

7、方案或专用的硬件装置不同，其特别之处是将IEEE 1588 高精度时间协议(PTP)功能设于芯片的物理层之内，因此可以在最靠近网线的位置记录时间标记，而且分辨度达8ns，不但可为系统提供最准确的高精度控制 功能，也确保采集回来的数据出现最少的抖动。这款芯片预载4个时钟更新算法，用户可以利用任何一个算法调节电路板上的PTP时钟，而且偏差率保证不超过 10亿分之一(即1ppb的准确度)。此外，这款芯片也内置频率可控的高频振荡器，因此用户可以预先选定频率，然后利用PTP时钟产生低抖动时钟输出。内 置的收发器也可直接根据时间标记电路的时间及PTP时钟将各通用输入/输出调校至同步，以确保实时系统的每一单

8、元都可保持同样高的准确度。 IEEE1588的实现DP83640www. DMU-800合并单元：合并单元同步 合并单元一般接收一个间隔的所有电流、电压通道数据。合并单元的同步包括两方面内容：1、采集器间的同步，即本间隔电流电压数据的同步；2、合并单元间的同步，即不同间隔电流电压数据的同步。 采集器间的同步采用合并单元重采样方式同步。采集器按设定的频率进行采样，经固定延时后发送给合并单元；合并单元使用FPGA硬件逻辑进行采集器规约解析，并附加上FPGA的运行频率计数值。 重采样算法使用同源的FPGA时钟对采集器数据进行插值运算。重采样算法采用抛物线插值算法，具有很高的精确度，当采样率为每周波8

9、0点时，对于基波的误差小于，完全满足电力系统数据精度要求。 合并单元间的同步通过接收GPS秒脉冲信号同步。双对时脉冲输入，互为备用，自动切换。时钟频率为1Hz（秒脉冲），同步时刻为信号上升沿 www. DMU-800合并单元：合并单元同步 采集器之间同步采用合并单元重采样方式。www. DMU-800合并单元：合并单元同步采集器之间的同步： 采集器以设定频率各自独立采样，采样数据按固定延时发送至合并单元，合并单元对各采集器的数据进行插值重采样。优点：秒脉冲丢失，同一间隔内的采样数据也为已同步数据，各采集器硬件设计简单，同步效果好。www. 重采样算法精度高晶振误差动态补偿，保证秒脉冲间重采样脉

10、冲的均匀性采样序号的归一化，可方便实现全站数据同步高可靠性，抗干扰能力强，工作温度范围宽，适于现场安装二、合并单元关键技术模拟量采集的同步www. DMU-800采用分段抛物线插值算法，计算快速，实时性好，数据精度高 抛物线插值公式： 截断误差： 电流电压幅值基本误差0.1%，相位误差不大于4分，满足电力系统测量与保护的要求。二、合并单元关键技术模拟量采集的同步www. DMU-800合并单元-晶振误差动态补偿 晶振的精度受环境温度等因素影响，DMU-800装置采用动态晶振误差补偿技术，数据均匀性误差小于 1us。 www. DMU-800合并单元-采样序号的归一化 归一化的目的：合并单元输出

11、采样序号“0”的数据，对应采集器在秒脉冲上升沿时刻的数据。保证站内所有合并单元间SMV数据同步。 www. 重采样同步抛物线插值公式： www. DMU-800合并单元：合并单元同步www. DMU-800合并单元：合并单元同步DMU-800数据均匀性： 晶振的精度受环境温度等因素影响，DMU-800装置采用先进的自适应晶振误差补偿技术，动态的补偿装置晶振误差，大大提高了输出数据的均匀性。 www. 四、DMU-800合并单元-高可靠性工作温度： 25 70 ； 相对湿度： 5%95%（无凝露） 抗干扰能力： 符合现场安装的抗电磁干扰标准要求。www. 三、合并单元体系结构www. 五、合并单

12、元-电压并列解决方案 与模拟电压互感器并列相同，设置一个软的并列把手“QK”。即在监控后台增加母线电压并列功能模块，电压并列命令应受母联断路器及PT刀闸位置闭锁，当不满足并列逻辑时，无法下发并列命令。www. 五、合并单元-电压并列解决方案 根据I母、II母PT刀闸位置及母联断路器位置状态确定并列后母线电压输出。并列逻辑如下： 当DL退出，I母电压用PT1电压，II母电压用PT2电压； 当DL投入，PT1投入且PT2退出时，I母电压用PT1电压，II母电压用PT1电压； 当DL投入，PT1退出且PT2投入时，I母电压用PT2电压，II母电压用PT2电压； 当DL投入，PT1投入且PT2投入时，

13、 I母电压用PT1电压，II母电压用PT2电压。www. 合并单元工程配置方案双母 线路侧为电流电压互感器，最好是组合式电流电压互感器（可利用电压互感器解决互感器供电问题）。断路器和隔离刀闸间装设电压互感器供同期合闸用，不需检三相无压时只安装一相，不需同期合闸时不安装该电压互感器。 母差保护电压闭锁可由各间隔自行判别；如果母差保护电压闭锁需由母线电压闭锁，或变电站监控需直接获得母线电压，母线上还应安装电压互感器。 该方案优点简单可靠，间隔层无需考虑电压切换问题。但需要的电压互感器较多，尤其在间隔较多时会导致造价较高，但如为组合式电流电压互感器时，增加成本有限。 双母接线方案1 www. 合并单元工程配置方案双母当电表为9-1报文输入时，间隔合并单元采用DMU-802 双母线接线方式1 www. DMU-803电压并列装置通过GOOSE接收刀闸及断路器位置信息，并列后电压通过FT3输出经光扩展装置后到各间隔。间隔合并单元DMU-801通过GOOSE接收间隔刀闸位置信息，及通过FT3输入口接收并列合并单元电压，以切换间隔电压。 合并单元工程配置方案双母双母接线方案2 该方案与传统接线方式基本一致。母线上安装电压互感器，合闸不需检三相无压时线路侧仅在一相上安装电压互感器，不需同期合闸是时线路侧不安装电压互感器。 www. 三、技术及应用现状许继合并单元实例可同时接收9个采集器的输