基于IEC61850标准数字化变电站技术方案

1、基于IEC61850标准数字化变电站技术方案 IEC61850通信卡IEC61850网关IEC61850主站软件一个世界、一种技术、一个标准采用IEC 61850国际标准的新一代变电站自动化系统产品，电力装备制造厂家进入变电站市场领域的必然要求 IEC61850保护装置本文内容光学式电压电流互感器 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究 IEC61850标准配置体系 IEC61850标准变电站相关产品数字化变电站特点与设计原那么 数字化变电站总体方案 数字化变电站通信网络结构 数字化变电站功能技术展望 光学式电压电流互感器 光学式电压互感器 有根据泡克尔斯(Pockels)效应的原理工作

2、的，由于泡克尔斯元件晶体光的双折射率随电场强度而变化，因此可以根据光电二极管的输出电压来确定施加于晶体上的电压大小光学电流互感器OCT 可以分为法拉第旋光效应原理的全光式电流互感器和罗柯夫斯基(Rogowiski)线圈原理的混合式电流互感器两类。 罗柯夫斯基混合式电流互感器 优点 提高了互感器的动态响应范围具有宽广的线性特性，在所测量或保护的电流范围内不会出现饱和 缺点 不能测量重要的电力系统动态量非周期分量； 原理难以满足互感器精度标准要求 高压传感头必然是有源方式 精度受环境温度和电磁干扰的影响 优点 与电流大小和波形无关的线性化动态响应能力 可以测量各种交流谐波，而且可以测量直流量 传感

3、头由绝缘材料制成，绝缘性能天然优良 缺点 测量精度受到运行环境温度的影响，达不到计量的要求 运行稳定性差，无法在现场长期使用 法拉第旋光效应全光式电流互感器 全光式电流互感器关键技术 独立量自适应光学电流传感原理。螺线管聚磁光路结构技术。分布参数琼斯矩阵模型。全光式电流互感器测试接线 大电流发生器光学电流互感器测试系统温度传感器温度调节箱标准CT标准电阻激光器全光式电流互感器测试数据 温度在下列额定电流百分比下的比值误差 (%)在下列额定电流百分比下的相位误差 ()备注520100120520100120测试时间电流改变+600.0392-0.00120.03150.06761.0151.44

4、3-0.620-2.13412:30上升0.06350.00040.04670.08520.7991.534-0.847-2.179下降+200.0086-0.05070.0156-0.02581.4312.464-0.241-2.53215:30上升0.0035-0.02450.01930.02070.4931.846-0.845-2.272下降+200.0417-0.04470.00310.03043.6161.528-0.387-2.42115:40上升0.0410-0.04450.02350.04573.3572.035-0.673-2.363下降-40-0.0855-0.1262-0

5、.0834-0.06922.5752.4710.631-0.70518:15上升-0.0584-0.1182-0.1138-0.09952.4672.5850.533-0.694下降-40-0.0714-0.1185-0.0895-0.07383.1042.9640.591-0.71318:25上升-0.0533-0.1155-0.0747-0.06542.9153.2180.690-0.750下降变电站通信网络和系统协议IEC61850研究内容体系配置Part 6: 变电站中智能电子设备通信配置描述语言抽象通信服务变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构Part 7-2: 抽象通信服务接口(A

6、CSI)Part 7-1: 原理和模型测试Part 10: 一致性测试特殊通信服务映射(SCSM)Part 8-1: 映射到制造商报文MMSPart 9-1: 通过单向多路点对点串行通信连接模拟采样值Part 9-2: IEEE 802.3之上的模拟采样值系统方面Part 1: 介绍和概述Part 2: 术语Part 3: 总体要求Part 4: 系统和项目管理Part 5: 功能通信要求和设备模型数据模型变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构Part 7-4: 兼容逻辑节点和数据类Part 7-3: 公共数据类变电站通信网络和系统协议IEC61850研究分层过程层间隔层变电站层各层间信息交互

7、划分了逻辑接口互 操 作 性不同设备提供商的设备或者同一厂家不同型号设备之间交换数据的能力功能自由配置标准应该支持变电站功能的自由分布，对于集中控制RTU或者非集中控制SCS系统，业务处理是相同的。长期稳定性抽象通讯效劳接口ACSI把应用接口和具体实现彻底别离，从而标准支持今后通讯技术的开展，而标准本身是稳定的。变电站通信网络和系统协议IEC61850研究目标 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究变电站数据分散式管理与功能自由配置A 站层工作站IHMI：人机界面LN变电站层间隔层过程层保护和控制一体化装置CSWI：开关控制LNPDIS：距离保护LN断路器设备XCBR：断路器LN光电式互

8、感器TCTR：电流传感器LNTVTR：电压传感器LN变电站通信网络和系统协议IEC61850研究变电站数据分散式管理与功能自由配置B 站层工作站IHMI：人机界面LN变电站层间隔层过程层保护装置PDIS：距离保护LN控制装置XCBR：断路器LN光电式互感器TCTR：电流传感器LNTVTR：电压传感器LNCSWI：开关控制LN变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-标准长期的相对稳定性 IEC61850-7-2局部只定义了交互数据信息的抽象通讯效劳接口，而没有规定具体的实现细节。如何完成对本地或者远方数据的访问不是ACSI局部的范畴 。对于远方的IEC61850数据对象信息的获取，需要依赖

9、于具体的特殊通讯效劳影射SCSM 。IEC61850-8-1是影射到制造报文标准MMSISO9506-1和ISO9506-2和TCP/IPISO/IEC8802-3协议上 。基于这种架构的设计，今后网络通讯技术的更新，不会修改具体的效劳接口局部，只需修改或者添加特殊效劳影射局部 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-抽象通讯效劳接口ACSI 效劳接口总体分为关联、目录和数据定义效劳、数据读写、取代、数据集操作、定值管理、报告、日志、控制、GOOSE、SV、文件操作、SNTP协议对时效劳等十三个类别对于远方的IEC61850数据对象信息的获取，需要依赖于具体的特殊通讯效劳影射SCSM 。

10、变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口的主站仿真系统图 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口1关联效劳 这里所提的关联效劳是指C/S模式的通讯通道的建立和释放，包括建立关联Association、关闭关联Release、和终止关联Abort三个效劳。 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口2目录和数据定义效劳 目录效劳如图10所示分为效劳器Server、逻辑设备LD、逻辑节点LN、数据实例DO或者数据集目录四个层次 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC618

11、50抽象通讯效劳接口3数据读写效劳 为即时查询IED设备的数据当前值和在线获取IED设备数据字描述信息提供了技术保证。它主要包括数据实例DO的读写、读取逻辑节点全部数据、数据集全部数据的读写效劳、和各种控制块的属性数据的读写效劳。特别指出的是在完成这些效劳的读写功能时，需要考虑功能约束的限制 某些数据的写操作，例如SGCB的ActSG属性的写操作具有特殊的业务意义，它代表着切换定值区操作，而非简单的数据写操作。 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口4取代效劳 取代效劳是使用于检修模式或者过程层值获取有问题时，以设定的取代值来取代过程层的值 变电站通信网

12、络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口5数据集DataSet 数据集给客户端对效劳器端的数据管理提供了方便，诸如报告控制块、GOOSE效劳等都需要数据集的参与。不仅可以在配置时配置永久性的数据集，还可以在运行时创立数据集 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口6定值管理 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口7报告效劳 用于变电站中实时信息的主动上送，包括状态量的遥信信息、电气量的测量信息等。它分为带缓存的不带缓存的报告类型。 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC6185

13、0抽象通讯效劳接口8日志LOG效劳 应用于装置的历史事件记录功能。提供两种查询方式，一种是按照时标进行查询，第二种是以事件条目标识进行查询。 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口9控制效劳 完成变电站控制命令的下发和接收，完成对一次设备的操作。 控制操作分为普通平安模式的直控、普通平安模式的选控、增强平安模式的直控、和增强平安模式的选控四种 控制操作流程示意图 增强平安模式的选控成功执行时序图 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口10文件效劳 文件操作是在线进行文件的上传、下装、删除、获取文件的目录、和查询文件

14、的属性等操作 。 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口11GOOSE效劳 GOOSE效劳使用于站内保护装置的互锁逻辑等，它和SV采样值上送都属于MACC关联的效劳。GOOSE和SV效劳最大技术问题在于实时性，对网络性能要求高。它直接映射到网络数据链路层协议虚拟网上，使用播送地址进行信息的多路发送。GOOSE播送地址范围为01-0C-CD-01-00-00到01-0C-CD-01-01-FF。 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口12SV效劳 SV采样值效劳应用于过程层的光电电流、电压互感器上送电气量，把传统的模

15、拟信号的传输更新为网络的数字信号传输。 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-IEC61850抽象通讯效劳接口13SNTP效劳 在UDP/IP之上采用标准SNTP应用层协议实现了IED设备的网络对时 变电站通信网络和系统协议IEC61850研究-国调中心第三次互操作性实验 2005年5月、10月，国调中心在北京组织进行了各为期两天的IEC61850第一、二次互操作实验。实验内容是检验国内各变电站自动化厂家设备之间根本的互联以及互操作能力。2006年01月，国调中心在北京组织进行为期两天的第三次IEC61850互操作实验。实验内容包括检查CID文件标准、定值效劳、report和log效劳

16、、用sntp协议对时。国调中心要求各个参加实验的厂家采用规定的间隔接线方式，提供指定的采集信息，在规定的时间内，完成要求的各项互操作实验内容。 IEC61850标准配置体系 根据功能需求分配逻辑节点IED能力描述和配置完整的变电站系统描述和配置 IEC61850标准配置体系 -总模型 IEC61850标准配置体系 变电站模型 IEC61850标准配置体系 IED模型 IEC61850标准配置体系 通信模型 IEC61850标准配置体系 数据模版模型IEC61850标准变电站相关产品 过程层自适应光学电流互感器间隔层：IEC61850网关IEC61850通信卡微机保护与测控装置IEC61850样

17、机变电站层：系统配置工具通信配置工具IED配置工具仿真监控主站数字化变电站特点与设计原那么 数字化变电站特征 数字化的CT、VT、二次设备、开关设备 无缝的通信协议。 提供高优先级的实时数据传输功能GOOSE效劳数字化变电站特点：数据共享、信息全面且简练，简化设备，提高可靠性安装、运行、维护及升级方便基于相同格式的底层数据，降低设备的本钱提供更先进的应用功能 数字化变电站特点与设计原那么 通信协议和系统结构符合IEC 61850变电站通信网络和系统协议分散采集数据，综合管理底层数据，保证数据完整和平安，所有数据统一时标符合无人或少人值班的要求，满足不同需求，向不同用户提供信息，适应大电网的开展

18、和要求在保证可靠性的前提条件下，充分共享资源，综合设备功能，降低系统制造本钱开发更多的自动化功能，提高系统的自动化程度，降低运行本钱完善的系统自检、故障定位功能集各种数据一体，如运行数据、图形、视频信息基于网络的数据流数字化变电站总体方案 方案一：仅采用IEC61850协议的过渡型数字化变电站；方案二：采用IEC61850协议与数字化CT/PT的实用型数字化变电站；方案三：采用IEC61850协议、数字化CT/PT、智能一次设备的完全型数字化变电站 优点：相比现有的变电站，数字化程度高，信息和通信符合最新国际标准，具有很好的互操作性，GOOSE的。二次设备可通过在现有成熟的设备根底上完成，具有

19、较高的实用性，便于现阶段在变电站推广和老站改造。缺点：变电站的间隔层和站控层实现数字化，过程层仍是模拟信号设备，数字化不完整。数字化变电站总体方案-方案一 数字化变电站总体方案-方案二 优点：采用ECT/EVT，变电站的间隔层和站控层全部数字化、过程层根本实现数字化。过程层的采样数据实现共享，节省电缆；ECT/EVT采用先进的光测量原理，抗电磁干扰和线性变换性能好。ECT/EVT在国内外的运行成功，是目前推广数字化变电站最热点关注的焦点，具有示范价值。 缺点：过程层的开关SW/CB控制仍是单独的信号回路。目前ECT/EVT在国内还不完全成熟，本钱较高。 数字化变电站总体方案-方案二 数字化变电

20、站总体方案-方案三 优点：变电站的间隔层和站控层、过程层全部实现数字化。过程层的测量、监视和控制全部实现数字化、网络化。最终降低本钱和提高可靠性，是今后变电站数字化的开展方向。 缺点：数字式的开关ESW/ECB，目前技术上还没成熟到试运行阶段，此方案目前无法实施。 数字化变电站总体方案-方案三 通信局部的网络结构将会因为变电站类型、电压等级、元件数量、功能冗余等要求不同而有很大的区别。IEC61850标准的数字化变电站中由于过程层设备进行数字通信采用了过程网络，传输数据报文将遵循协议要求的格式，报文的最大长度接近1KB，采样数据流在通信网络上的负荷将对网络将产生很大的性能影响，这是过程层网络划分和选择的关键因素之一。过程层的数据源主要由电子式电流电压互感器组合单元提供，互感器头从高压侧的一次设备提取到电压电流等数据经过合并器通过网络提供给相应的继电保护设备和间隔控制器。通信介质首选