智能变电站简介.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,智能变电站简要介绍,石家庄通合电子有限公司,主要内容,一体化电源的典型配置,2,IEC 61850,标准,3,智能变电站的概念,1,时钟同步,4,1,智能变电站的概念,智能变电站是智能电网的重要内容,智能变电站,对智能电网的建设将起到先驱作用,智能,电网,输电,发电,变电,配电,调度,用电,变电领域的发展重点是,智能,变电站,1,智能变电站的概念,变电站综合自动化,智能变电站,变电站层,间隔层,过程层,微机保护,/,一体化电源,计算机监控系统,新型电子式互感器,数字化一次设备,网络,IEC 61850-8,网络,IEC 61850-9,一次设备,计算机监控系统,微机保护,/,直流电源,电磁式互感器,网络,103,规约,电缆,2,一体化电源的典型配置,2.1,一体化电源的特点,各种操作电源高度整合，集中监控；,统一用,DL/T860,标准接入自动化系统；,全部馈出开关均采用模块化设计；,远程可操作系统中任一个可操控部件；,1,2,3,4,3 IEC 61850,标准,IEC 61850,标准的内容框架,建模方法,7-4,逻辑节点,物理设备,逻辑设备,数据对象,数据属性,7-1,5,信息模型,信息服务模型,公共数据类,7-3,模板,7-2,面向变电站层的通信,面向过程层的通信,8-1,9-1/9-2,设备与系统的描述,6,MMS,报文,SV,报文,GOOSE,报文,8-1,4 IEC 61850,标准,IEC 61850,模型与,103,模型,103,模型：,点表形式,，按照索引号进行访问,IEC 61850,模型：,面向对象的分层模型,，按照分层对象名称进行访问,列表表示圆上每一个点的坐标,给出圆心坐标和半径，方程表示,O(x1,y1),R,4 IEC 61850,标准,功能类型,信息序号,信息元素集,信息体时标,信息体,标识符,公共地址,传送原因,可变结构限定词,类型标识,数据单元,类型,:,传送带标志的状态变位,:,自发（突发）,:,线路保护,:,距离保护,I,段出口,256,个语义,:,距离保护,II,段出口,:,距离保护,III,段出口,103,模型：,线性模型,数据属性,逻辑节点,数据对象,逻辑设备,物理设备,4 IEC 61850,标准,PHD,LD,LN,DO,DA,实际的保护装置,公用,/,保护,/,测量,/,控制,/,录波,Str,Op,保护动作,保护启动,general,phsA,phsB,phsC,是否动作（总）,A,相是否动作,B,相是否动作,C,相是否动作,接地距离,I,段：,PDIS1,接地距离,II,段：,PDIS2,接地距离,III,段：,PDIS3,1,1,0,0,分层模型,4 IEC 61850,标准,IEC 61850,的模型框架,逻辑节点类,LN,物理设备,PHD,逻辑设备,LD,数据对象类,DO,数据属性,DA,公共数据类,CDC,模板,29,个,500,多个,92,个,公共,LD,：装置告警,/,装置自检信息,保护,LD,：保护启动,/,保护动作,/,定值,/,压板信息,测量,LD,：交流量,/,直流量,控制及开入,LD,：断路器,/,刀闸,/,变压器分接头,录波,LD,：录波信息,逻辑节点组,组代号,系统逻辑节点（,System Logical Node,）,L,继电保护功能（,Protection Function,）,P,继电保护相关功能（,Protection Related Function,）,R,监视控制（,Supervisory Control,）,C,通用引用（,Generic Reference,）,G,接口和存档（,Interfacing and Archiving,）,I,自动控制（,Automatic Control,）,A,计量和测量（,Metering and Measurement,）,M,开关（,Switchgear,）,X,仪用变压器（,Instrument Transformer,）,T,电力变压器（,Power Transformer,）,Y,未来电力系统设备（,Future Power System Equipment,）,Z,4 IEC 61850,标准,4 IEC 61850,标准,距离保护逻辑节点,模板,：,PDIS,（,1/2,）,数据对象名,CDC,类型,说明,Str,PctRch,Ofs,启动,范围百分比,偏移,ACD,ASG,ASG,PoRch,欧姆圆直径,ASG,PhStr,相启动值,ASG,GndStr,对地启动值,ASG,DirMod,方向模式,ING,AngLod,负荷区域角度,ASG,Op,动作,ACT,pctOfs,RisLod,偏移百分比,负荷区域电阻范围,ASG,ASG,M/O,M,O,O,O,O,O,O,O,M,O,O,ACD,：方向保护激活,ACT,：保护激活,ASG,：模拟定值,ING,：整数状态定值,4 IEC 61850,标准,距离保护逻辑节点,模板,：,PDIS,（,2/2,）,数据对象名,CDC,类型,说明,动作时间延迟,线路阻抗角,OpDlTmms,LinAng,ING,ASG,相间故障动作时间延时,PhDlTmms,ING,单相故障动作时间延时模式,GndDlMod,SPG,单相故障动作时间延时,GndDlTmms,ING,线路正序阻抗,X1,ASG,零序补偿系数角,K0FactAng,ASG,相间故障动作延时模式,PhDlMod,SPG,零序补偿系数,K0,K0Fact,ASG,TmDlMod,动作时间延迟模式,SPG,复归延时,RsDlTmms,ING,M/O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,O,ASG,：模拟定值,ING,：整数状态定值,SPG,：单点状态定值,4 IEC 61850,标准,IEC 61850,模型扩展原则,逻辑节点类,LN,物理设备,PHD,逻辑设备,LD,数据对象类,DO,数据属性,DA,公共数据类,CDC,模板,LN,、,DO,和,CDC,都可以扩展,IEC 61850,模型体系结构,扩展应遵循国网公司标准,IEC61850,国际标准工程化实施技术规范,IEC61850,工程应用模型,4 IEC 61850,标准,数据对象名,Op,LinAng,PoRch,Ofs,GndDlTmms,X1,K0FactAng,GndStr,K0Fact,Str,GndDlMod,PDIS,逻辑节点模板,M/O,M,O,O,O,O,O,O,O,O,M,O,O,实际工程中的,PDIS,逻辑节点,数据对象名,Op,Str,强制性数据对象,必须包含,PoRch,Ofs,GndStr,K0FactAng,K0Fact,选择需要利用的,可选性数据对象,TrdBlkRec,SedBlkRec,距离,段永跳投入,距离,段永跳投入,PDIS,模板中未提供的,数据对象按规则扩展,CDC,类型,SPG,SPG,模型仓库,逻辑节点,数据对象,数据属性,模板,“,拷贝”,实例,设备,1,设备,n,搭建装置的信息模型,4 IEC 61850,标准,4 IEC 61850,标准,IEC 61850,标准的内容框架,建模方法,7-4,逻辑节点,物理设备,逻辑设备,数据对象,数据属性,7-1,5,信息模型,信息服务模型,公共数据类,7-3,模板,7-2,面向变电站层的通信,面向过程层的通信,8,9-1/9-2,设备与系统的描述,6,MMS,报文,SV,报文,GOOSE,报文,8,4 IEC 61850,标准,3,）保护与合并单元,模拟量,合并,单元,智能,终端,SV,GOOSE,1,）保护与监控主机,保护动作信息,/,异常告警信息,定值信息,/,录波信息等,2,）保护与智能终端,采样值信息,（,SV,）,状态信息,（,GOOSE,）,开关量,监控主机,MMS,MMS,三类服务模型：,MMS,、,GOOSE,和,SV,4 IEC 61850,标准,MMS,服务模型,定值组控制块模型,报告控制块,日志控制块模型,控制模型,文件传输模型,录波数据文件的传输,分合闸控制，变压器抽头控制,事件顺序记录的检索,保护动作信号上传当地监控,定值的读,/,写,/,切换,4 IEC 61850,标准,GOOSE,报文的格式,参数名,参数类型,值,/,值域,/,解释,应用标识,配置版本号,AppID,ConfRev,VISIBLE STRING 65,INT32U,时标,T,EntryTime,状态号（事件计数器）,StNum,INT32U,序列号（报文计数器）,SqNum,INT32U,测试标识位,Test,BOOLEAN,数据集成员,1n,GOOSEData1,n,GOOSE,控制块路径,GoCBRef,ObjectReference,需要重新配置,NdsCom,BOOLEAN,DatSet,数据集的路径,ObjectReference,4 IEC 61850,标准,数据集的概念,GndPDIS1,GndPDIS2,GndPDIS3,general,Op,PhsA,PhsB,PhsC,general,Op,PhsA,PhsB,PhsC,general,Op,PhsA,PhsB,PhsC,GndPDIS1.Op.general,GndPDIS2.Op.general,GndPDIS3.Op.general,GndPDIS1.Op.PhsA,GndPDIS1.Op.PhsB,GndPDIS1.Op.PhsC,GndPDIS2.Op.PhsA,GndPDIS2.Op.PhsB,GndPDIS2.Op.PhsC,GndPDIS3.Op.PhsA,GndPDIS3.Op.PhsB,GndPDIS3.Op.PhsC,数据对象,1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,接地距离保护,I,段动作跳,A,相,数据属性的集合,逻辑,节点,数据属性,4 IEC 61850,标准,数据集,GndPDIS1.Op.general,GndPDIS1.Op.PhsA,GndPDIS1.Op.PhsB,GndPDIS1.Op.PhsC,保,护,程,序,通,信,程,序,负责刷新数据集中数据的值,置,1,：表示动作,置,0,：表示返回,监视数据集中数据值的变化,一旦发生变化就认为产生一个事件,以特殊的重传机制发送,GOOSE,报文,4 IEC 61850,标准,GOOSE,传输机制,：,变时间间隔重复传输,事件结束后以较长的间隔连续传输（,1s,），以,保持通信线路的畅通,事件发生时以较短的间隔连续传输（,1ms,，,2ms,，,4ms,），,避免数据报文的丢失,事件计数器,C1,报文计数器,C2,C1=8,C2=10,C1=9,C2=0,C1=9,C2=5,保护动作,4 IEC 61850,标准,保护程序判断结果,距离,I,段动作，跳,A,相,St5Sq8,St6Sq0,St6Sq1,St6Sq2,St6Sq3,St7Sq0,St,加,1,，,Sq,清零,事件发生时刻,St7Sq3,St5Sq7,1024ms,1ms,1ms,2ms,1024ms,St,：事件计数器,Sq,：报文计数器,GndPDIS1.Op.general,GndPDIS1.Op.PhsA,GndPDIS1.Op.PhsB,GndPDIS1.Op.PhsC,0,0,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,保护程序：刷新数据,0,0,0,0,通信程序：监测数据变化,/,传输,GOOSE,报文,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,St7Sq1,返回时间到,St7Sq2,St7Sq4,事件发生时刻,St,加,1,，,Sq,清零,1ms,1ms,2ms,4 IEC 61850,标准,IEC 61850,标准的内容框架,建模方法,7-4,逻辑节点,物理设备,逻辑设备,数据对象,数据属性,7-1,5,信息模型,信息服务模型,公共数据类,7-3,模板,7-2,面向变电站层的通信,面向过程层的通信,8,9-1/9-2,设备与系统的描述,6,MMS,报文,SV,报文,GOOSE,报文,8,变电站系统与设备的描述,4 IEC 61850,标准,SSD,：,系统规格文件,（一次系统接线图和相关逻辑节点）,SCD,：,全站系统配置文件,（一次系统、二次设备及其 与一次设备的关联、通信系统）是最完整的描述,ICD,：,IED,设备能力描述,（功能，信息模型和服务模型）,CID,：,IED,实例配置文件,（二次设备模型、与一次系统的关联、通信参数）,四个重要的描述文件,各种描述文件的作用和流转过程,4 IEC 61850,标准,.ssd,文件,(1,个，系统集成商提供,),.icd,文件,(,多个，由制造商提供,),描述一次接线图,描述二次设备的基本数据模型与服务,通信系统设计,.scd,文件,描述一次接线、二次设备和通信系统（最完整）,实例化，确定二次设备与一次系统的对应关系,.cid,文件,.cid,文件,描述二次设备模型、通信参数及与一次系统的对应关系,4 IEC 61850,标准,PhtoPh_PDIS_1,PhtoPh_PDIS_2,PhtoPh_PDIS_3,TCTR1,XCBR1,XCBR2,TCTR2,.ssd,文件,LD_1,LinePro_1,PhtoPh_PDIS_1,PhtoPh_PDIS_2,PhtoPh_PDIS_3,LD_1,LinePro_2,PDIS_1,PDIS_2,PDIS_3,LD_1,DisRelay,.icd,文件,.cid,文件,.cid,文件,.scd,文件,通信系统,SV,GOOSE,TVTR1,4 IEC 61850,标准,“,端子”的概念对于二次回路的设计,/,施工,/,调试意义重大！,装置,1,Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic,Ta,Tb,Tc,压板,装置,2,Ta,Tb,Tc,压板,电缆,4 IEC 61850,标准,传统二次回路设计与实施过程：,1,）,设备制造商,提供端子排，视需要在重要端子排和装置之间设置压板,2,）,设计院,设计各个屏柜的端子排之间的二次电缆连线,3,）,施工,：根据设计院的设计图纸进行屏柜间接线,4,）,调试,：根据图纸对相关接线进行测试和检查,4 IEC 61850,标准,清晰明确的,电缆,变成看不见摸不着的,通信网络,装置,1,装置,2,GOOSE,GOOSE,GndPDIS1.Op.general,GndPDIS1.Op.PhsA,GndPDIS1.Op.PhsB,GndPDIS1.Op.PhsC,数据集,软压板,软压板,4 IEC 61850,标准,引入虚端子后二次回路设计和实施,4 IEC 61850,标准,延续以往的端子排设计与校核,清晰明确的,电缆,连接变成看不见摸不着的,通信网络,引入“虚端子”概念,设计院方面,制造商方面,交换描述文件,.scd,和,.cid,配置输入输出并校核,用户方面,引入“虚端子”概念,网络报文分析装置,监视通信回路、记录网络报文,4 IEC 61850,标准,IEC 61850-90-1,：,变电站间,的,IEC 61850,规约,（,2010,年）,闭锁式的距离保护,线路差动保护,IEC 61850,应用范围的扩大,IEC 61850-90-2,：,变电站与调度中心,的,IEC 61850,规约,包括,远动信息、故障信息、,PMU,信息,等,需要解决,IEC 61850,与,IEC 61970 CIM,之间的协调,IEC 61850-7-410,：,水电厂,监控系统模型,IEC 61850-7-420,：,分布式能源,监控系统模型,IEC 61850-90-3,：,电力设备状态监测,按功能分多种协议：,101,：传统的远动信息,102,：计量信息,103,：保护信息,104,：基于,TCP/IP,的网络化,101,电力系统通信系统现状,基于,IEC 61850,的无缝通信体系结构,IEC 61850,协议不仅统一站内的通信，还扩展到变电站与变电站之间，变电站与控制中心之间。,IEC 61850,主要内容,：信息模型,&,服务模型,统一的、面向对象的层次化,信息模型,三类信息服务模型,MMS,：,运行维护报文,GOOSE,：,开关量报文,SV,：,采样值报文,配置描述文件的作用,IEC 61850,标准应用范围的扩大,小结,主要内容,电子式互感器,/,合并单元,2,智能终端,3,智能变电站的优势,1,IEC 61850,标准,4,时钟同步,5,5,时钟同步,三种采样值规范,IEC 60044-8,点对点,IEC 61850-9-1,点对点（已废除）,IEC 61850-9-2,点对点或交换式以太网,三种时钟同步方式,IRIG-B,NTP/SNTP,（简单）网络时钟协议,IEEE 1588,精确时钟协议,采样值规范比较,5,时钟同步,IEC 60044-8,IEC 61850-9-2,帧格式,IEC 60870 FT3,以太网帧,网络结构,点对点方式,点对点方式,/,交换式以太网,传输速率,5Mbps,采样率,5k,100Mbps/1000Mbps,采样率,=4k,，,12.8k,传输延迟,固定,点对点时固定,交换式以太网时,不固定,数据同步,不依赖外部时钟,采用交换式以太网时,依赖外部时钟,标准维护,已被取消,标准长期支持,5,时钟同步,守时：,独立的时钟保持时间精确的能力（晶振）,时钟同步：,从时钟与主时钟保持一致的能力,数据同步：,差动保护所用的数据是同时刻采集的数据,电力系统的绝大多数参数都是时间的函数,同步等级,精度,目的,T1,1ms,事件时标,T2,0.1ms,分布同期和数据时标,T3,25us,-,T4,4us,-,T5,1us,线路行波测距、同步相量,5,时钟同步,需要时钟同步的设备,对策：,a,）保护装置插值同步（各间隔合并单元可以不同步）,b,）保证各间隔合并单元严格同步，同时刻采集数据,1,）各相电流、电压的同步,2,）各间隔电流、电压的同步,跨间隔保护需要同时刻采集的数据,对策：,合并单元内实现同步,IRIG-B,IEEE 1588,5,时钟同步,插值同步方法,X1,X2,由保护装置实现数据同步,保护装置自己产生一个,新的采样序列,要求：,传输延迟固定,5,时钟同步,变压器保护,高压侧,合并单元,中压侧,合并单元,低压侧,合并单元,采样计数器,0,1,3999,各个合并单元保证同时刻采集数据,接收端根据采样计,数器对齐数据,时钟同步方式比较,5,时钟同步,IRIG-B,NTP/SNTP,IEEE 1588,同步精度,1us,1ms,1us,同步方式,点对点方式,点对点方式,/,交换式以太网,点对点方式,/,交换式以太网,成本,较低,低,很高,应用,已广泛采用,同步精度低，只能应用于变电站层,同步精度高，可应用于过程层,5,时钟同步,NTP/SNTP,时钟同步原理,t,：时钟偏差,d1,，,d2,：传输时间,T2,(,T1+,t,),=,d1,T4,(T3,t,)=,d2,其中,如果,往返的传输时间相等,，根据四个时刻可以求得时钟偏差和传输时间,主时钟,从时钟,T1,T1+t,d1,d2,T2,T2-t,T3,T3-t,T4,得知,T2,，,T3,5,时钟同步,NTP/SNTP,时钟同步精度不高的原因（,1ms,）,网络,路径时间,应用层,表示层,数据链路层,会话层,传输层,网络层,物理层,应用层,表示层,数据链路层,会话层,传输层,网络层,物理层,主时钟,从时钟,写入,/,读取时标,报文编码,报文解码,不确定,不确定,不确定,三个环节都具有不确定性，,d1,与,d2,不相等，偏差大,在,高层（应用层）打时标,，传输时间包含三个环节,5,时钟同步,举例说明,网络,路径时间,应用层,表示层,数据链路层,会话层,传输层,网络层,物理层,应用层,表示层,数据链路层,会话层,传输层,网络层,物理层,主时钟,从时钟,3,4,5,2,1,4,d1=8,d2=11,5,时钟同步,IEEE 1588,时钟同步原理（,1,）,在,底层（物理层）打时标,，避免了报文处理时间的不确定性,主时钟,从时钟,T1,d1,T2,得知,T1,T3,跟随报文,含,T1,时刻,得知,T4,d2,T4,物理层,物理层,T1,T2,T4,T3,时标获取的位置,答复报文,含,T4,时刻,T0,主时钟,从时钟,5,时钟同步,主时钟,从时钟,交换机,IEEE 1588,时钟同步原理（,2,）,交换机和主时钟发送报文计算,主时钟到交换机的传输时间,以此类推，可以精确计算每一段传输路径的延时,主时钟,从时钟,交换机,5,时钟同步,IEEE 1588,时钟同步原理（,3,）,交换机可记录“同步报文”在交换机内的,驻留时间（,t3-t2,）,5,时钟同步,IEEE 1588,时钟同步精度与可靠性,典型同步精度：,100ns,在物理层打时标，需要专用的硬件，价格昂贵,最佳主时钟选择机制：,自动选择第二主时钟（容错性强）,评价,时钟同步精度高，可利用已有的通信网络,IEEE PSRC H7,工作组，正制定,1588,在电力系统中应用的标准（,2010,年），是今后的发展趋势,采样值规范比较,5,时钟同步,IEC 60044-8,IEC 61850-9-2,帧格式,IEC 60870 FT3,以太网帧,网络结构,点对点方式,点对点方式,/,交换式以太网,传输速率,5Mbps,采样率,5k,100Mbps/1000Mbps,采样率,=4k,，,12.8k,传输延迟,固定,点对点时固定,交换式以太网时,不固定,数据同步,不依赖外部时钟,采用交换式以太网时,依赖外部时钟,标准维护,已被取消,标准长期支持,5,时钟同步,智能变电站继电保护技术规范,明确：,保护应“,直采直跳,”,原因：,点对点直接获取采样值（,IEC 60044-8,或,IEC 61850-9-2,），传输延时固定，可由保护装置利用插值法对数据进行同步，,不依赖外部时钟,经过网络获取采样值，传输延迟不固定，,必须依赖外部时钟,，而且存在丢点现象，可靠性降低,网络交换机技术尚未成熟，成本较高，,IEEE 1588,的应用尚未成熟,总结,智能变电站是变电站综合自动化基础上的一次技术进步；,主要特征是：一次设备的数字化、二次设备的网络化、统一信息模型；,网络技术的应用对未来智能变电站发展具有重要影响：,点对点等专网,公共网络；,新功能和新应用的产生会大大促进,智能变电站,的发展。,谢谢各位专家！,