电力系统自动化-第18讲-智能电网与智能变电站课件2

第十八讲智能电网与智能变电站（2）主讲人：盛义发南华大学电气工程学院第十八讲智能电网与智能变电站（2）主讲人：盛义发UniversityofSouthChinapage22022/12/21智能变电站智能电网是自动化技术的发展方向,确保电力系统生产的安全性、可靠性和经济性UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage32022/12/21一、IEC61850标准电力用户及系统集成厂商一直希望系统是开放的，设备之间具备互操作性互操作性是指来自同一制造商或不同制造商的两个以上智能电子设备之间具备交换信息，并使用这些信息实现规定功能的协同操作能力变电站自动化系统一直没有形成统一的通信协议标准采用不同厂家的产品，必须要增加规约转换设备，才能接入到站内LAN上实现信息的交互UniversityofSouthChinapage3UniversityofSouthChinapage42022/12/21IEC61850标准IEC61850标准经过多年的酝酿和讨论于2003年内正式发布部分内容全世界唯一的变电站网络通信标准，成为电力系统中从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝自动化标准，有望成为通用网络通信平台的工业控制通信标准UniversityofSouthChinapage4UniversityofSouthChinapage52022/12/21IEC61850标准特点1、采用分层的智能电子装置和变电站自动化系统2、制定了满足电力系统实时信息传输要求的服务模型3、采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射，网络的应用层协议和网络传输层协议独立UniversityofSouthChinapage5UniversityofSouthChinapage62022/12/21IEC61850标准特点4、采用面向对象建模技术，面向设备、面向对象建模和面向应用开放的完善的自我描述5、采用配置语言，配备配置工具，在信息源定义数据和数据属性UniversityofSouthChinapage6UniversityofSouthChinapage72022/12/21IEC61850标准特点IEC61850标准建立了三类信息服务模型：MMS（制造报文规范）、GOOSE（通用面向变电站事件对象）、SV（采样值）MMS通信机制规范了间隔层IED与站控层监控主机之间进行运行、维护报文的传输GOOSE通信机制规范了间隔层IED之间以及间隔层IED与过程层智能终端之间的开关量报文的快速传输SV通信机制规范了间隔层IED与合并单元之间采样值报文的传输UniversityofSouthChinapage7UniversityofSouthChinapage82022/12/21IEC61850标准特点IEC61850提供了四类配置描述文件：SSD（系统规范描述）文件、SCD（系统配置描述）文件、ICD（IED能力描述）文件、CID（IED配置后的描述）文件ICD文件：描述一个IED的模型SSD文件：描述变电站的一次设备的模型SCD文件：描述整个变电站的模型IEC61850模型包括三个类型的模型UniversityofSouthChinapage8UniversityofSouthChinapage92022/12/21IED模型采用面向对象和层次化描述的方法，按照IEC61850的语法和定义，对智能电子设备的功能逻辑、输入接口、输出接口、通信服务接口等信息进行抽象、分类、组织，从而形成了完整的模型二、面向对象建模技术创建IEC61850模型的目的是描述主体（如智能电子设备IED设备），帮助客体（如监控后台）准确理解主体，并能自动化地实现客体与主体之间的通信服务或客体的高级应用功能UniversityofSouthChinapage9UniversityofSouthChinapage102022/12/21二、面向对象建模技术服务器（Server）逻辑设备（LD）逻辑节点(LN)数据对象(Data)UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage112022/12/21二、面向对象建模技术1、由系统配置工具导入各种IED的模型（ICD文件）2、根据变电站IED配置情况将其实例化3、导入变电站一次设备模型（SSD文件）4、配置整个变电站的通信组网结构、IED的通信参数、IED间的信号连接（GOOSE、SV信号）以及一次设备与IED之间的关联关系整个变电站的模型建立过程UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage122022/12/21三、抽象通信服务映射Client/Server(客户/服务器）模型：提供控制、报告、取数据值等服务Peer-to-Peer(对等网络）模型：提供GOOSE/GSSE服务，主要用在时间关键的应用中，如继电保护设备间快速、可靠的数据传输）、周期的采样值的传输服务UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage132022/12/21三、抽象通信服务映射用抽象建模方法设计出抽象通信服务接口ACSI，定义了变电站设备的公共的实用服务（1）

ACSI仅对通信网络可见且可访问的实际设备（例如断路器）或功能建模（2）

ACSI从设备信息交换角度进行抽象，并只定义了概念上的互操作。标准关心的是描述通信服务的具体原理，而没有定义与有关设备间交换的具体报文及编码IEC61850-6定义了一种基于XML技术的变电站配置语言（SCL)，用于描述变电站自动化系统和一次开关之间的关系以及智能电子设备（IED)的配置情况UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage142022/12/21四、GOOSE服务

GOOSE服务支持由数据集组成的公共数据的交换，主要用于保护跳闸，断路器位置，联锁信息等实时性要求高的数据传输,

为了保证GOOSE服务的实时性和可靠性，不经过TCP/IP协议，直接在以太网链路层上传输UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage152022/12/21五、SV服务

SV服务对数据的采集、传输有着很强的时间限制；对采样值传输的数据组织需要有明确的理解（1）采样报文的组织方式对采样的共有信息进行了规范，使用了数据集的方式对各个采样通道进行了组织（2）采样传输模型IEC61850-9-2的采样值信息是基于多播传输的发布/订阅传输机制（3）多播传输机制IEC61850-9-2以组播的方式在局域网的数据链路层上传输采样值UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage162022/12/21五、SV服务（4）采样同步订阅者接收到采样数据后，对采样数据进行本地处理，然后提供给本装置使用该采样值，完成相应的保护及其他运算逻辑实现数宇化采样同步：①插值法；②时间同步法UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage172022/12/21六、电子式电流互感器共同趋势：光纤化（降低制造成本）共同趋势：电子化（数字化要求）不同原理：准确化（稳态和动态测量品质）测量处理电流传感测量传输UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage182022/12/211、电磁式电流互感器测量品质稳态（工频）测量精度满足0.2级电能计量要求动态测量精度低，不能很好满足控制保护的需要短路故障情况下测量精度低不能测量稳恒直流电流低频率电流测量精度低非周期分量和大电流时出现磁路饱和现象原理应用条件电流存在，并且变化传感结构铁心线圈基本原理Faraday电磁感应原理UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage192022/12/21电磁感应电压取样电流还原2、Rogowski线圈的电子式电流互感器M必须精准。要求：骨架上线圈缠绕均匀骨架截面的面积均匀骨架壁厚度可以忽略电感系数骨架UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage202022/12/21`3、光学电流互感器Faraday旋光效应原理通过Faraday旋光材料的线性偏振光，振动面的旋转角F与Faraday材料长度L和外加磁场磁感应强度B成正比，就是F=VLB其中V是费尔德常数。Faraday旋光角与磁感应强度，或者说与产生磁感应强度的电流，具有良好的线性关系；并且与电流变化与否无关。动态测量能力天然良好。线性偏振光Faraday旋光材料（玻璃、光纤）磁场Faraday旋光角UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage212022/12/21一个物理定律马吕斯（1775-1812）在光路中放入偏振片，作为检偏器，其透振方向与的夹角为，透过的光振幅，光强，这就是马吕斯定律。

UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage222022/12/21偏振光（polarizedlight）振幅保持不变，而方向周期变化，电场矢量绕传播方向螺旋前进圆偏振光（Circularpolarizedlight）PolarizerEvectorsEM线偏振光（Planepolarizedlight）振动方向保持不变，振幅发生周期性变化UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage232022/12/21一个物理现象方解石晶体光强偏振器寻常光（o光）非寻常光（e光）从方解石中出射的两束光，o光和e光都是线偏振光，而且它们的振动矢量相互垂直，或者说，它们的偏振面相互垂直。一束光经过方解石晶体后，我们看到的不是一个光斑，而是两个光斑，这种双像现象，就是双折射现象。UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage242022/12/21双折射双折射反映了晶体对于沿不同方向偏振的光波具有不同的传播速度。当光波进入晶体后，在光波电磁场的作用下，晶体原子或分子将发生极化。若晶体的结构具有各向同性，则极化具有各向同性，同样，具有各向异性的晶体的原子在光波电磁场作用下的极化也将各向异性。许多非晶态物质的分子、原子也具有不对称的方向性，从整体上呈现出宏观的各向同性。在一定的外界场（电磁的或机械的）作用下，分子或原子的取向出现一定的规则性，在宏观上由各向同性变成各向异性，这种被称为“人工双折射”现象。UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage252022/12/21OCT及双折射入射光出射光温度TFaraday磁旋光效应温度引起的双折射UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage262022/12/21OCT的双折射问题光学传感头中的双折射包括：残余双折射组装应力双折射环境变化引起的暂态双折射双折射总在变化？UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage272022/12/21六、电子式电压互感器（1）

Pockels电光效应电压互感器Pockels效应是指某些透明的光学介质在外电场的作用下，其折射率线性随外加电场而变（2）Kerr电光效应光学电压互感器（3）逆压电效应光学电压互感器逆压电效应是指当压晶体管受到外加电场作用时，晶体形状产生微小变化，形变转化为光信号的调制并检测光信号。UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage282022/12/21六、电子式电压互感器（1）电阻分压式分压器与其周围地电位的物体间存在的固有电场所引起的杂散电容，是造成测量误差的主要原因（3）电感分压式（2）电容分压式UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage292022/12/21小结1、IEC61850的概念2、IEC61850的特点3、互操作性4、IEC61850的服务模型5、IEC61850的配置文件6、面向对象建模技术7、抽象通信服务映射8、Goose服务9、SV服务10、电子式电流互感器11、电子式电压互感器UniversityofSouthChinapage2第十八讲智能电网与智能变电站（2）主讲人：盛义发南华大学电气工程学院第十八讲智能电网与智能变电站（2）主讲人：盛义发UniversityofSouthChinapage312022/12/21智能变电站智能电网是自动化技术的发展方向,确保电力系统生产的安全性、可靠性和经济性UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage322022/12/21一、IEC61850标准电力用户及系统集成厂商一直希望系统是开放的，设备之间具备互操作性互操作性是指来自同一制造商或不同制造商的两个以上智能电子设备之间具备交换信息，并使用这些信息实现规定功能的协同操作能力变电站自动化系统一直没有形成统一的通信协议标准采用不同厂家的产品，必须要增加规约转换设备，才能接入到站内LAN上实现信息的交互UniversityofSouthChinapage3UniversityofSouthChinapage332022/12/21IEC61850标准IEC61850标准经过多年的酝酿和讨论于2003年内正式发布部分内容全世界唯一的变电站网络通信标准，成为电力系统中从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝自动化标准，有望成为通用网络通信平台的工业控制通信标准UniversityofSouthChinapage4UniversityofSouthChinapage342022/12/21IEC61850标准特点1、采用分层的智能电子装置和变电站自动化系统2、制定了满足电力系统实时信息传输要求的服务模型3、采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射，网络的应用层协议和网络传输层协议独立UniversityofSouthChinapage5UniversityofSouthChinapage352022/12/21IEC61850标准特点4、采用面向对象建模技术，面向设备、面向对象建模和面向应用开放的完善的自我描述5、采用配置语言，配备配置工具，在信息源定义数据和数据属性UniversityofSouthChinapage6UniversityofSouthChinapage362022/12/21IEC61850标准特点IEC61850标准建立了三类信息服务模型：MMS（制造报文规范）、GOOSE（通用面向变电站事件对象）、SV（采样值）MMS通信机制规范了间隔层IED与站控层监控主机之间进行运行、维护报文的传输GOOSE通信机制规范了间隔层IED之间以及间隔层IED与过程层智能终端之间的开关量报文的快速传输SV通信机制规范了间隔层IED与合并单元之间采样值报文的传输UniversityofSouthChinapage7UniversityofSouthChinapage372022/12/21IEC61850标准特点IEC61850提供了四类配置描述文件：SSD（系统规范描述）文件、SCD（系统配置描述）文件、ICD（IED能力描述）文件、CID（IED配置后的描述）文件ICD文件：描述一个IED的模型SSD文件：描述变电站的一次设备的模型SCD文件：描述整个变电站的模型IEC61850模型包括三个类型的模型UniversityofSouthChinapage8UniversityofSouthChinapage382022/12/21IED模型采用面向对象和层次化描述的方法，按照IEC61850的语法和定义，对智能电子设备的功能逻辑、输入接口、输出接口、通信服务接口等信息进行抽象、分类、组织，从而形成了完整的模型二、面向对象建模技术创建IEC61850模型的目的是描述主体（如智能电子设备IED设备），帮助客体（如监控后台）准确理解主体，并能自动化地实现客体与主体之间的通信服务或客体的高级应用功能UniversityofSouthChinapage9UniversityofSouthChinapage392022/12/21二、面向对象建模技术服务器（Server）逻辑设备（LD）逻辑节点(LN)数据对象(Data)UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage402022/12/21二、面向对象建模技术1、由系统配置工具导入各种IED的模型（ICD文件）2、根据变电站IED配置情况将其实例化3、导入变电站一次设备模型（SSD文件）4、配置整个变电站的通信组网结构、IED的通信参数、IED间的信号连接（GOOSE、SV信号）以及一次设备与IED之间的关联关系整个变电站的模型建立过程UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage412022/12/21三、抽象通信服务映射Client/Server(客户/服务器）模型：提供控制、报告、取数据值等服务Peer-to-Peer(对等网络）模型：提供GOOSE/GSSE服务，主要用在时间关键的应用中，如继电保护设备间快速、可靠的数据传输）、周期的采样值的传输服务UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage422022/12/21三、抽象通信服务映射用抽象建模方法设计出抽象通信服务接口ACSI，定义了变电站设备的公共的实用服务（1）

ACSI仅对通信网络可见且可访问的实际设备（例如断路器）或功能建模（2）

ACSI从设备信息交换角度进行抽象，并只定义了概念上的互操作。标准关心的是描述通信服务的具体原理，而没有定义与有关设备间交换的具体报文及编码IEC61850-6定义了一种基于XML技术的变电站配置语言（SCL)，用于描述变电站自动化系统和一次开关之间的关系以及智能电子设备（IED)的配置情况UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage432022/12/21四、GOOSE服务

GOOSE服务支持由数据集组成的公共数据的交换，主要用于保护跳闸，断路器位置，联锁信息等实时性要求高的数据传输,

为了保证GOOSE服务的实时性和可靠性，不经过TCP/IP协议，直接在以太网链路层上传输UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage442022/12/21五、SV服务

SV服务对数据的采集、传输有着很强的时间限制；对采样值传输的数据组织需要有明确的理解（1）采样报文的组织方式对采样的共有信息进行了规范，使用了数据集的方式对各个采样通道进行了组织（2）采样传输模型IEC61850-9-2的采样值信息是基于多播传输的发布/订阅传输机制（3）多播传输机制IEC61850-9-2以组播的方式在局域网的数据链路层上传输采样值UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage452022/12/21五、SV服务（4）采样同步订阅者接收到采样数据后，对采样数据进行本地处理，然后提供给本装置使用该采样值，完成相应的保护及其他运算逻辑实现数宇化采样同步：①插值法；②时间同步法UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage462022/12/21六、电子式电流互感器共同趋势：光纤化（降低制造成本）共同趋势：电子化（数字化要求）不同原理：准确化（稳态和动态测量品质）测量处理电流传感测量传输UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage472022/12/211、电磁式电流互感器测量品质稳态（工频）测量精度满足0.2级电能计量要求动态测量精度低，不能很好满足控制保护的需要短路故障情况下测量精度低不能测量稳恒直流电流低频率电流测量精度低非周期分量和大电流时出现磁路饱和现象原理应用条件电流存在，并且变化传感结构铁心线圈基本原理Faraday电磁感应原理UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage482022/12/21电磁感应电压取样电流还原2、Rogowski线圈的电子式电流互感器M必须精准。要求：骨架上线圈缠绕均匀骨架截面的面积均匀骨架壁厚度可以忽略电感系数骨架UniversityofSouthChinapage1UniversityofSouthChinapage492022/12/21`3、光学电流互感器Faraday旋光效应原理通过Faraday旋光材料的线性偏振光，振动面的旋转角F与Faraday材料长度L和外加磁场磁感应强度B成正比，就是F=VLB其中V是费尔德常数。Faraday旋光角与磁感应强度，或者说与产生磁感应强度的电流，具有良好的线性关系；并且与电流变化与否无关。动态测量能力天然良好。线性偏振光Faraday旋光材料（玻璃、光纤）磁场Faraday旋光角UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage502022/12/21一个物理定律马吕斯（1775-1812）在光路中放入偏振片，作为检偏器，其透振方向与的夹角为，透过的光振幅，光强，这就是马吕斯定律。

UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage512022/12/21偏振光（polarizedlight）振幅保持不变，而方向周期变化，电场矢量绕传播方向螺旋前进圆偏振光（Circularpolarizedlight）PolarizerEvectorsEM线偏振光（Planepolarizedlight）振动方向保持不变，振幅发生周期性变化UniversityofSouthChinapage2UniversityofSouthChinapage522022/12/21一个物理现象方解石晶体光强偏振器寻常光（o光）非寻常光（e光）从方解石中出射的两束光，o光和e光都是线偏振光，而且它们的振动矢量相互垂直，或者说，它们的偏振面相互垂直。一束光经过方解石晶体后，我们看到的不是一个光斑，而是两个光斑，这种双像现象，就是双折射现象。