智能变电站新技术培训教材

智能变电站新技术NewTechnologyinIntelligentSubstation技术培训智能变电站新技术培训教材第1页主要内容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2基于IEC61850信息建模技术4智能变电站网络通信技术5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61智能变电站自动化系统设计与调试7智能变电站新技术培训教材第2页内容提要智能变电站自动化系统体系结构1智能变电站定义智能变电站技术特征智能变电站自动化系统经典结构智能变电站新技术培训教材第3页智能变电站定义智能变电站

采取先进、可靠、集成、低碳、环境保护智能设备，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效，并可依据需要支持电网实时自动控制、智能调整、在线分析决议、协同互动等高级功效变电站。智能变电站新技术培训教材第4页对智能变电站概念深入了解相邻变电站智能变电站用户电源互动智能一次设备互动互动、下放接纳智能告警高级分析决议调度中心智能变电站新技术培训教材第5页智能变电站主要技术特征

系统建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IEC61850标准系统架构非常规互感器及合并单元智能一次设备信息一体化平台智能变电站新技术培训教材第6页智能变电站关键技术12345智能变电站智能传感技术采取智能传感器实现一次设备灵活监控网络传输技术组成网络化二次回路实现采样值及监控信息网络化传输数字采样技术采取电子式互感器实现电压电流信号数字化采集信息共享技术采取基于IEC61850(DL860)标准信息交互模型实现二次设备间信息高度共享和互操作智能变电站采取了各种新技术，其整个二次系统整体架构、配置及与一次系统连接方式与传统变电站相比都有较大改变同时技术采取B码、秒脉冲或IEEEl588网络对时方式实现全站信息同时智能变电站新技术培训教材第7页智能变电站自动化系统发展过程第一阶段——站控层和间隔层采取IEC61850-MMS网络 过程层仍采取常规互感器和常规一次设备。间隔层IED采取IEC61850标准进行信息建模，间隔层与站控层之间采取映射到MMS（制造报文规范）方法进行信息交互。第二阶段——过程层采取非常规互感器和常规一次设备 信息数字化进程触及到了过程层，互感器采取数字输出电子式互感器或纯光学互感器，数字量输出采取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连接。

第三阶段——过程层采取非常规互感器和智能一次设备智能变电站自动化系统最终止构形式，因为完全智能化一次设备研究相对滞后，采取“常规一次设备+智能终端”方案。

采样值传输采取IEC61850-9-2标准，过程层全方面网络化。智能变电站新技术培训教材第8页智能变电站与传统变电站区分传统变电站智能变电站智能变电站新技术培训教材第9页智能变电站与传统变电站区分传统变电站二次系统结构智能变电站新技术培训教材第10页智能变电站与传统变电站区分智能变电站二次系统结构智能变电站新技术培训教材第11页智能变电站与传统变电站区分智能变电站屏柜传统变电站屏柜智能变电站新技术培训教材第12页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处理信息建模和互操作问题„智能变电站主要特征表达“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一部分„智能变电站是变电站整体技术跨越——数字化是基础，智能化是伎俩，可靠、高效是目标。智能变电站新技术培训教材第13页智能变电站技术优势简化二次接线，少许光纤代替大量电缆；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电气联络，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，大大提升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面积；采取数字信号传输，提升了测量精度，增强了抗电磁干扰能力。智能变电站新技术培训教材第14页智能变电站自动化系统经典结构智能变电站新技术培训教材第15页内容提要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时采样技术工程应用智能变电站新技术培训教材第16页非常规互感器原理和分类智能变电站新技术培训教材第17页电子式互感器与常规互感器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二次输出不能开路能够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组成，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信号做同时合并处理。电压等级越高电子式互感器优势越显著。智能变电站新技术培训教材第18页非常规互感器存在问题1、远端传感模块稳定性和可靠性（安置在室外时温度、电磁干扰等）2、绕制在陶瓷骨架上空芯线圈结构稳定性对测量精度影响。3、对独立结构有源式电子互感器远端模块取电技术。4、光学互感器传感材料、传感头组装技术、温度和振动都对测量精度有一定影响，而且长久运行稳定性有待提升。——所以，考虑到技术经济性和运行可靠性，现阶段采取了“常规模拟量采集”合并单元来实现数据采集数字化。智能变电站新技术培训教材第19页传感器及合并单元双重化标准——

传感器件双重化

A/D采样双重化合并单元双重化智能变电站新技术培训教材第20页互感器及合并单元技术要求1、应支持可配置采样频率，分别满足保护、测控、录波、计量及故障测距等要求，比如采样速率40点、80点、256点；2、采样值发送间隔离散值应小于10μs；3、工作环境温度-40～70℃；4、接收GPS同时对时信号同时误差应小于±1μs，在外部同时信号消失后，在10分钟内能满足4μs同时精度要求；5、在异常网络流量工况下运行稳定性；6、温度改变、湿热等环境下，稳态、暂态性能，比差、角差均应满足GB/T20840-8要求；智能变电站新技术培训教材第21页合并单元抗干扰性能试验和要求

7、双A/D回来采集结果独立且幅值相差小于2.5%；8、抗电磁干扰能力要求。Q/GDW426—

……智能变电站新技术培训教材第22页合并单元同时采样技术智能变电站数据采集同时要求：1、三相电流、电压需要同时：三相平衡；2、间隔内电流电压之间需要同时：功率、阻抗；3、不一样间隔电流之间需要同时：差动(变压器差动保护从不一样电压等级多个间隔获取数据存在同时问题,母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同时问题)；4、变电站之间采样值需要同时：线路差动保护(从相邻变电站获取电流采样值需要同时)。智能变电站新技术培训教材第23页合并单元同时采样技术3种同时采样技术方案：1、基于GPS秒脉冲同时同时采样

IEC61850-9-1/2，基于以太网采样值传输延时无法确定，只能采取同时时钟法。•同时方法简单•对交换机要求高•秒脉冲丢失时存在危险•同时时钟不等于对时时钟，能够不依赖于GPS智能变电站新技术培训教材第24页合并单元同时采样技术2、基于数据插值同时采样基于采样值传输延时是确定，能够采取插值同时法。合并单元和保护测控装置都可采取该方法。插值算法是经过采样点t(时间)，x(瞬时值)，以及插值目标t，来计算插值目标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和秒脉冲传输系统智能变电站新技术培训教材第25页合并单元同时采样技术合并单元插值测控保护装置插值智能变电站新技术培训教材第26页合并单元同时采样技术

插值算法最主要内容就是需要把全部被用于同时数据x必须在统一时间体系内，比如以采样点采集时间为准。要取得准确采样点采集时刻，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时标，然后减去数据发送延时，就能够得到数据采集时刻，这种情况下要求数据发送延时是固定值。(2)发送方将数据采样时刻填写在数据帧内，接收方以发送方写入发送时间为准进行数据处理，这种情况适合用于发送延时不固定情况。智能变电站新技术培训教材第27页合并单元同时采样技术3、基于IEEE1588协议时钟同时“网络测量和控制系统精密时钟同时协议”•以太网传输，需硬件支持•与采样值传输共用链路，可靠性高•需交换机支持智能变电站新技术培训教材第28页合并单元同时采样技术主从时钟间偏移量TOffset以及传输延迟TDelayIEEE1588时钟同时过程智能变电站新技术培训教材第29页合并单元采样数据品质因数处理

保护装置应处理MU上送数据品质位(无效、同时、检修等)，及时准确提供告警信息。在异常状态下，利用MU信息合理地进行保护功效退出和保留，瞬时闭锁可能误动保护，延时告警，并在数据恢复正常之后尽快恢复被闭锁保护功效，不闭锁与该异常采样数据无关保护功效。1、检修态2、数据有效/无效3、数据同时标志（测控使用GPS对时使用）智能变电站新技术培训教材第30页合并单元采样数据品质因数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检修标志11是正常动作110否闭锁数据相关保护逻辑101否闭锁数据相关保护逻辑000是正常动作01、检修态处理智能变电站新技术培训教材第31页工程配置方案——主变压器主变MU及智能终端配置方案智能变电站新技术培训教材第32页工程配置方案——单母分段接线型式单母分段接线线路保护配置方案智能变电站新技术培训教材第33页内容提要智能一次设备及状态检测技术3智能设备技术特征智能组件与智能终端在线状态检测智能变电站新技术培训教材第34页智能设备概念“智能设备”不但含有传输和分配电能主设备本体，还含有测量、控制、保护、计量等功效。其回归电力系统设备本意，不再强调一、二次设备划分。各功效物理形态以智能组件方式表达，组件又是一个灵活概念，能够由一个完成全部功效，也能够分散独立完成，能够外置于主设备本体之外，也能够内嵌于主设备本体之内。上述概念即考虑了传统一、二次设备现实状况，也考虑了未来发展趋势，可适合用于今后智能变电站发展。智能设备=一次设备+智能组件有机结合智能变电站新技术培训教材第35页智能终端定义一个智能组件。与一次设备采取电缆连接，与保护、测控等二次设备采取光纤连接，实现对一次设备（如：断路器、刀闸、主变压器等）测量、控制等功效。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数据通信；

(2)智能开关等智能一次设备过渡产品；

(3)包含断路器操作回路，完成断路器、隔离刀闸等位置信息采集及分合控制；

(4)采集主变档位、温度等信息。智能变电站新技术培训教材第36页智能终端针对户外安装需求，智能操作箱需要进行专门设计：(1)全部采取-40-85℃范围器件，选取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,提升环境温度耐受能力；(4)装置已进行了-20～60℃范围温度试验，进行了6×二十四小时交变湿热试验。智能变电站新技术培训教材第37页内容提要基于IEC61850信息建模技术4电力系统通信技术回顾IEC61850标准介绍基于IEC61850标准信息建模智能变电站新技术培训教材第38页电力系统通信技术回顾电力系统通信技术历经了几次大发展改变：1.面向协议

---数据怎样传输。2.面向对象

---数据传输内容。3.面向统一对象模型

---电力系统统一对象模型和建模技术。4.电力企业统一信息架构

---一个世界，一个标准，一个技术。智能变电站新技术培训教材第39页IEC61850标准体系结构需求：

Part-3，总体要求

Part-5，功效和设备模型通信要求设计： 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，系统描述语言(SCL)测试： Part-10，一致性测试其它：

Part-1，概述

Part-2，术语

Part-4，系统和项目管理智能变电站新技术培训教材第40页IEC61850信息建模对象层次智能变电站新技术培训教材第41页IEC61850信息建模对象层次PhysicalDevice(networkaddress)LogicalDeviceMMXU1MMXU3DODALogicalNodesDADODADODAMMXU2DODADA智能变电站新技术培训教材第42页内容提要智能变电站网络通信技术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新技术培训教材第43页智能变电站内部信息交互接口智能变电站新技术培训教材第44页智能变电站内网络通信特点通信网络要求：可行性、可靠性、实时性等

站控层网络功效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

IGMPSnooping、GMRP、1588：有待实践验证智能变电站新技术培训教材第45页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主接线及数据流天然一致冗余需采取双套网络设备，且需设备支持IEDIEDIEDIED智能变电站新技术培训教材第46页环形网络国外应用较多含有一定冗余特征（对随机性数据流效果很好）有因为交换机软件bug造成网络风暴风险IEDIEDIEDIED需要采取RSTP实现备用连接IED冗余接线增强网络弹性智能变电站新技术培训教材第47页组播与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全部端口转发（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只适合用于IP组播，对GOOSE、SMV不适用

GMRP二层组播管理协议，唯一可用！智能变电站新技术培训教材第48页组播与VLANVLAN（VirtualLocalAreaNetwork）即"虚拟局域网"，VLAN是一个将局域网（LAN）设备从逻辑上划分（注意，不是从物理上划分）成一个个网段（或者说是更小局域网LAN），从而实现虚拟工作组（单元）数据交换技术。VLAN主要有3个优势：

(1)端口分隔。即便在同一个交换机上，处于不一样LAN端口也是不能通信。这么一个物理交换机能够看成多个逻辑交换机使用。

(2)网络安全。不一样VLAN不能直接通信，杜绝了广播信息不安全性。(3)灵活管理。更改用户所属网络无须换端口和连线，只更改软件配置就能够了智能变电站新技术培训教材第49页GOOSE信息概念GenericObjectOrientedSubstationEvent

GOOSE（面向通用对象变电站事件），是IEC61850定义一个通信机制，用于实现IED之间快速信息传递，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，完成传统保护开入开出回路功效；（2）不但能够传送开关量，还可传递改变不快模拟量；（3）代替了点对点硬电缆，降低造价、缩短工期，更改接线不需要配线，只需更改配置文件智能变电站新技术培训教材第50页GOOSE信息传输机制在稳态情况下，稳定以T0时间间隔循环发送GOOSE报文；当产生事件改变时（变位、跳闸），马上发送事件改变报文，快速重传两次改变（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。经典：T0=5000ms,T1=2ms,T2=4ms,T3=8ms智能变电站新技术培训教材第51页GOOSE信息传输机制GOOSE传输机制特点：（1）定时发送GOOSE报文,而且经过重发相同数据来取得更多可靠性,而且逐步增加SqNum和传输时间来实现有效传输；（2）GOOSE报文中SqNum和StNum初始值为1。当有事件发生时，StNum加1、SqNum变为0，之后SqNum次序加1。智能变电站新技术培训教材第52页GOOSE报文示例智能变电站新技术培训教材第53页内容提要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智能变电站新技术培训教材第54页一体化监控系统

一体化监控系统支持各种数据接入、存放与快速高效检索，主要采取统一建模思想和方法，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。在确保基础数据完整性及一致性基础上，建立统一全景数据处理平台，为各种智能应用提供标准化规范化信息访问接口。信息访问接口。智能变电站新技术培训教材第55页一体化监控系统监控主机含有防误闭锁逻辑判断、次序控制、智能告警及综合分析、智能操作票、视频联动等功效，在不具备与调度实现互动变电站，系统还能够配置电压无功控制等高级应用功效。操作员工作站完成对变电站实时监视和操作功效,它为操作员提供了全部功效入口，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。负责整个系统协调和管理，保持工程数据库最新最完整备份，组织各种历史数据并将其保留在历史数据库服务器，并实现各种高级应用功效。智能变电站新技术培训教材第56页一体化监控系统远动装置作为客户端采集全站信息并加以综合、处理同时，能够作为透明代理服务器，将变电站内各类装置甚至虚拟装置映射为远动通信装置上IEC61850服务器，远动通信装置还可完成IEC61850与IEC61970模型自动映射管理，以实现跨站或其它应用系统互动。智能接口机经过串口或网络方式接入变电站内其它未采取标准建模和信息服务自动它未采取标准建模和信息服务自动化设备及辅助系统，经过统一建模和标准通信服务送入信息一体化平台中。智能变电站新技术培训教材第57页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各种数据进行统一接入、统一存放、统据进行统一接入、统一存放、统一处理，建立统一变电站全景数据处理平台，为各种智能应用提供标准化、规范化信息访问接口。在信息一体化平台基础上，对变电站全景数据进行综合分析应用，提升运行管理自动化程度，减轻变电运行人员或调控运行人员劳动强度，降低维护工作量，实现支持电网实时自动控制、智能调整、在线分析决议、协同互动等高级功效。基于信息一体化平台辅助系统包含视频、安防、消防、环境监测、交直流一体化电源等。视频监控子系统主要用于全站视频监控。系统具备视音频监控功效、通讯功效、智能分析功效和智能视频联动等功效。智能变电站新技术培训教材第58页智能化辅助系统智能变电站新技术培训教材第59页智能高级应用智能变电站新技术培训教材第60页内容提要智能变电站自动化系统设计与调试7智能变电站自动化系统设计智能变电站调试与运维智能变电站新技术培训教材第61页SCL描述文件类型ICD文件——IED能力描述文件

IEDCapabilityDescription

由装置厂商提供给系统集成厂商，该文件描述IED提供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

SubstationConfigurationDescription

应全站唯一，为全站统一数据源，描述了全部IED实例配置和通信参数、IED之间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。智能变电站新技术培训教材第62页SCL描述文件类型CID文件——IED实例配置文件

ConfiguredIEDDescription

每个装置有一个，由装置制造厂商使用配置工具依据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数据模板一致信息，也包含SCD文件中针对该装置配置信息，如：通信地址、IED名称等。SSD文件——系统规格文件

SystemSpecificationDescription

变电站一次系统描述文件，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。智能变电站新技术培训教材第63页智能变电站设计及配置过程智能变电站新技术培训教材第64页虚端子、虚连接概念问题——

传统变电站模拟量、开关量输入、跳合闸出口均一一对应于详细端子，设计过程即为经过从端子到端子电缆连接实现一二次设备之间配合。——“实端子”但在智能变电站中各保护装置之间信息交互是基于网络传输数字信号，“实端子”概念消逝了，取而代之原有点对点电缆连接也被网络化光缆连接所取代。处理方法——GOOSE、SV输入输出信号为网络上传递变量，与传统屏柜端子存在着对应关系，为了便于形象了解和应用GOOSE、SV信号，将这些信号之间逻辑连接称为“虚连接”，逻辑连接点称为“虚端子”。智能变