智能变电站综合自动化系统介绍.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,*,智能变电站综合自动化系统介绍,汇报人：魏欣,所属部门：,厂站自动化事业部,2025/11/11 周二,变电站自动化技术的发展,变电站作为电力系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能量转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电站自动化技术是实现变电站运行管理的重要条件，变电站自动化技术的发展大致经历了以下几个阶段。,1、常规变电站,2、综合自动化变电站,3、数字化变电站,4、智能变电站,变电站自动化技术的发展,常规变电站,变电站远动技术就是早期的自动化技术，80年代中期出现的RTU，RTU是Remote Terminal Unit（远方终端）的缩写，是SCADA系统的基本组成单元。伴随SCADA系统的应用和发展而发展起来的，与调度中心相连，利用微处理技术和通信技术实现实现遥测、遥信、遥控和遥调功能三遥的功能。,RTU采集数据方法：通过变送器采集模拟量,、,继电保护辅助节点、开关（刀闸）辅助节点采集状态量,。,RTU根据采集需要向外部敷设线缆，属于集中式结构。,常规变电站存在问题,RTU主要设备-前置管理机任务重、引线多，造成信息瓶颈，当前置机故障时，将失去当地及远方的所有信息和功能。,常规变电站的一、二次设备自动化水平低，占地面积大，设备可靠性差，维护工作量大,。,变电站自动化技术的发展,综合自动化变电站,随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，90年代中后期变电站综合自动化技术得到了快速发展，综自变电站一次设备同传统变电站没有很大差别，主要是将二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过优化组合，利用新技术实现对全变电站主要设备和输、配电线路的自动化监视、测量、控制和微机保护等。,系统主要采用分层分布式结构布置，功能分配上采用功能下发原则，凡可以在本间隔就地完成的功能不依赖通信网和主站,。,变电站自动化技术的发展,综合自动化变电站,特点,可靠性高，任一部分设备故障只影响局部，风险分散；间隔层任一智能单元损坏不会导致全站通信中断；可扩展性和开放性提高；站内二次设备所需电缆大大减少，节约投资。,尽管综合自动化变电站缩小了占地面积，有效的提高了供电质量和电压合格率，对于电网运行技术的提高起到了积极作用，但数据交换方面由于受规约的限制，不同厂家的设备很难相互通信、共享资源，装置的冗余配置并不能实现信息的冗余应用，系统联调时间长，且变电站仍然存在着大量二次电缆，电磁干扰问题时有发生。,2025/11/11 周二,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,变电站自动化技术的发展,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，由此产生了,数字化变电站,数字,化变电站,智能变电站二次系统结构,智能变电站二次系统结构,间隔层以上实现,IEC61850,标准（即过程层没做变化，仅间隔层与站控层通信采用了,IEC61850,标准）。,智能变电站二次系统结构,过程层以上实现,IEC61850,标准（即过程层与间隔层通信及间隔层与站控层通信采用了,IEC61850,标准,),。,IEC61850,2025/11/11 周二,-9-1,组网方式,-9-2,组网方式,9-2,体现了数字化变电站的信息共享的思想，代表未来的发展方向。,智能变电站二次系统结构,2025/11/11 周二,常见问题分析：,1.9-2,具有信息共享的优势，但,IED,需要接入交换机，因此大大增加了交换机成本,解析：,这种观点是错误。,保护装置采用,GOOSE,方式跳闸等，本来就需要接入交换机，目前,9-1,、,9-2,交换机多采用按间隔配置原则，采用,9-2,时，与,GOOSE,共同组网，相对,9-1,，交换机数量不变。反倒是采用,9-1,方式时，保护装置需要,2,个网口，增加了保护,IED,的成本，大大复杂了网络。,2.9-2,网络流量巨大，网络实时性无法保证，系统安全隐患大,解析：,这种担心过于谨慎。,由于采样值有采样序号，即使延时（例如延时,200,微秒）到达，也不会影响保护,/,测控的动作精度；,VLAN,技术、优先级设定，以及采样值的高度有规律、全双工以太网技术，可以保证网络通信的实时性。目前组网方式也决定了，间隔交换机数据量并不大。网络负载并不高。完全可以满足要求。,智能变电站二次系统结构,2025/11/11 周二,1.基于61850-9-1规约的合并器的流量分析,按照每帧12个模拟量通道计算，一个合并器每秒种的数据流量：,S=984bit/帧 50周波/s 80帧/周波=,3.936,Mbit/s；,2.基于61850-9-2LE规约的合并器的流量分析,按照每帧1点(12个模拟量通道)计算，一个合并器每秒种的数据流量：,S=159字节8bit/字节 50周波/s 80帧/周波=,5.088,Mbit/s；,3.基于61850-GOOSE规约的智能设备的流量分析,按照 T0=10秒 计算，一个智能设备每秒种的数据流量,S=6016字节8bit/字节(1秒/10)帧=,0.048,Mbit/s；,通常情况下，GOOSE流量和采样值流量比较，对网络带宽的影响基本可以忽略。,IEC61850-9-1/2/GOOSE报文流量,2025/11/11 周二,9-2单独组网通信延时,在一个单独,100Mbps,端口汇聚,9-2,帧通信，选择配置使这个到接收者的,100Mbps,链路接近饱和,:,每周期采样率为,80,个点并且,12,个合并器,每一个都在发送采样值。,每一个,9-2,帧都是,1272,位长度,假设在所有,12,个合并器中采样都是同步进行的,12,个帧将会以每,1/(5080)250s,的间隔速度到达交换机,12,个帧同时到达,实际情况是，目前网络交换机都按间隔划分，除母差保护外，每个间隔交换机只有一个合并器的流量。,一个,9-2,采样值帧的,最好和最坏情况下,延时、抖动分别是,:,L(best)=(1272 bits/100M)+7s,（光交换机固定延时）,20s,L(worst)=(1272bits 12/100M)+7s,160s,L=L(worst)-L(best)160s-20s,140,s,2025/11/11 周二,简单网络情况下GOOSE单独组网通信延时,在一个单独,100M,端口汇聚,GOOSE,帧通信，选择配置使这个到接收者的,100M,链路接近饱和,:,发送速率,5ms,、,10ms,、,20ms,、,10s,每一个智能设备都在发送,GOOSE,帧。,每一个,GOOSE,帧都是,6016,位,假设在所有,12,个智能设备发送都是同步进行的,一个,GOOSE,帧的最好和最坏情况下延时、抖动分别是,:,L(best)=(6016 bits/100M)+7s 67s,L(worst)=(6016bits 12/100M)+7s,728,s,L=L(worst)-L(best)728s-67s,661,s,2025/11/11 周二,全站,VLAN,划分示意图,交换机,VLAN,划分示意图,VLAN,划分技术,2025/11/11 周二,VLAN,划分技术,IEC 61850标准体系,IEC 61850标准体系,IEC 61850,系列标准,IEC,61850,的全名是,Communication Networks and Systems in Substations,，即变电站内通信网络和系统。,IEC61850是新一代的变电站自动化系统的国际标准，是国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的变电站通信网络和系统系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。,IEC61850标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。大大提高变电站自动化技术水平、提高变电站自动化安全稳定运行水平，节约开发、验收、维护的人力物力。,IEC61850标准是至今为止最为完善的变电站自动化标准，规范了二次智能装置的通信模型、通信接口，而且还定义了非常规互感器、智能式开关等一次设备的通信模型、通信接口。,IEC 61850标准,体系,2025/11/11 周二,实现设备的互操作性,不同厂家的,IED,之间能够交换信息并能够利用交换的信息完成各自的功能。,注：实时性和可靠性要求十分严格。,建立系统的功能自由分布,IEC61850,标准允许变电站自动化系统的功能在不同的设备之间自由分配。,注：它的实现基础是互操作性；它面向系统功能，对物理上的实现方式提供了极大的灵活性，为提高系统集成度、简化产品配置、节省占地提供了理论依据。,保持系统的长期稳定,IEC61850,标准具有面向未来的特性，能够满足不断发展的通信技术与变电站自动化系统的需求（,8-1,，,9-2,等,SCSM,技术，均可随着通信技术的发展而发展）。,IEC 61850标准,体系,2025/11/11 周二,IEC 61850标准体系,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,测试,Part 10:,一致性测试,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,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,(ACSI),Part 7-1:,原理和模型,特殊通信服务映射,(SCSM),Part 8-1:,映射到制造商报文,MMS,Part 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,配置,Part 6:,变电站中智能电子设备通信配置描述语言,IEC 61850标准体系,IEC61850标准建立了完整的分层数据对象模型，每个物理装置由服务器和应用组成，将服务器分为逻辑设备-逻辑节点-数据对象-数据属性。,IEC 61850标准体系,变电站自动化系统执行的任务。如：距离保护，重合闸，报警管理等。,逻辑设备（,LD,）：,一种虚拟设备，聚合逻辑节点和数据。物理设备可以包含一个或多个,LD,。,逻辑节点（,LN,）：,用来描述系统功能的基本单位，是数据对象的容器，可以任意分配到,IED,，每个逻辑节点和内部的数据都有具体的语义，并通过他们的服务与外部进行交互。,LN,是功能的外在特性的描述和定义。逻辑节点都是四个字母；“逻辑”的含义对应于“物理”，是超越物理设备束缚的一种虚拟的东西,IEC 61850标准体系,IEC 61850标准体系,IEC 61850标准,体系,现代通信技术主要有3种通信中间件结构,：,点对点,、,客户,/,服务器和发布者,/,订阅者,。,发布者,/,订阅者通信结构是分布式系统应用的首要方法,，,它支持多个节点之间的直接而快速的数据传输,，,并在各通信节点间形成点对点直接通信,。,由于此技术特点,，,对于传输流量大且实时性要求高的采样值传输通信而言,，,采用发布者,/,订阅者结构是最佳选择,。,IEC 61850标准,体系,2025/11/11 周二,协,议,栈,接,口,Client/Server,通讯,模拟量采样值,SMV,模型（对象、服务）,抽象通讯,服务接口,实,实,时,时,性,性,要,要,求,求,带优先级的,以太链路层,物理层,IP,TCP,MMS,特定通讯服务映射（,SCSM,）,通用变电站对象事件,GOOSE,通,信,技,术,IEC 61850标准,体系,SMV/GOOSE传输抽象模型,IEC 61850标准,-GOOSE,IEC 61850标准,-GOOSE,GOOSE,概念：,面向对象的通用变电站事件（,Generic object,oriented substation event,）是,IEC61850,定义用于快速和可靠传送变电站自动化系统中实时性要求高的信息事件的通信模型。,采用,GOOSE,的原因：,在运行中，由于系统发生故障保护会产生：“启动”、“跳闸”、“重合”等动作；运行状态发生变化时出现电网结构、一次设备被控制切换会产生：“启动”、“停止”、“闭锁”、“解锁”、“触 发”、“解除”、“状态变化”等动作及信号。以前这些快速动作命令信号基本上由继电器完成，随着信息化、数字化的技术进步发展，改由通信技术完成。,IEC 61850标准,-GOOSE,GOOSE,是一种传输机制,简单原理：,1,、通过物理层，链路层，不经驱动层，通常说的,TCP/IP,层，包括会话层等。,2,、由于只经过物理层，链路层（,MAC,简述为什么快速,),。,GOOSE,机制具有快速的特点。,3,、其没有经过驱动层，因此，信息不交互，也就是，信息发出后，对方有没有接收到，发送端并不知道，可靠性不高。,4,、变电站网络相对简单，网络多采用星型，因此传送路径固定。采用重发机制保证数据可靠性。,IEC 61850标准,-GOOSE,GOOSE应用,断路器失灵启动,传输跳闸命令,联锁命令,高速母联自投,切换定值组,甩负荷,母线保护,重合闸起动,低周减载,远方起/停,GOOSE,采用多播方式传送数据,GOOSE,采用连续多次传送的方式实现可靠传输：,T1=2ms T2=4ms T3=8ms T0=5s,IEC 61850标准,-GOOSE,标准解读,IEC 61850标准,-SMV,IEC 61850标准,-SMV,常规微机式保护同步是CPU系统通过定时中断发出采样保持信号，锁存所有需要采集的模拟量数据，然后顺序读取所得采样数据，从而保证同一装置中的采样数据是同一时刻的值。,传统微机式保护,采样,方式,IEC 61850标准,-,互感器与合并单元数据同步方法,同步,脉冲采样,合并单元发送统一的采样触发脉冲，不同的互感器接收到采样触发脉冲后在同一时刻采集采样数据，并通过光纤将采样数据发送到合并单元。,双向的数据传输，,MU,之间的数据同步必须依赖统一的外部时钟。,IEC 61850标准,-,互感器与合并单元数据同步方法,样本计数同步,全站的合并单元接入统一同步时钟，样本计数器,sampcnt,相同的采样数据的采样时刻就应该是相同的，通过样本计数器实现同步。,适用于,9-2,组网方式，依赖于外部对时时钟。,IEC 61850标准,-,互感器与合并单元数据同步方法,互感器各自独立采样，数据单向传输。,互感器和,MU,之间采用光纤点对点连接，传输延时固定，可以通过合并单元的插值方案实现同步。,不依赖于外部对时时钟同步。,各自独立采样,IEC 61850标准,-,互感器与合并单元数据同步方法,插值同步,IED,和合并单元之间的数据传输时间固定，接收方准确的将数据到达时刻记录下来，通过该到达时刻以及互感器的额定传输延时将数据的采集时刻准确计算出来，将所有的采样数据用统一的时间坐标系在,IED,中展示出来。再通过插值算法得到各通道在同一时刻的虚拟采样值，从而实现采样数据的同步。,适用于点对点直采，不依赖于外部对时时钟,IEC 61850标准,-,互感器与合并单元数据同步方法,采样数据在整个传输过程中的时延,IEC 61850标准,-SMV,IEC 61850标准,-SMV,IEC 61850标准体系,标准解读,品质位介绍,6.1,IEC 61850,标准-配置文件,IEC 61850标准体系,配置类,IEC61850-6,变电站,IED,的配置语言,为了保证产品之间的互操作，,61850,把上面工程实现过程中与配置有关的数据定义成了一种标准的,SCL,语言（,Substation Configuration description Language,配置描述语言），以方便不同厂家产品之间的集成。,不同厂家基于相同的,SCL,规范设计自己的配置工具，根据产品类别的不同，,61850,配置工具也相应地分为了系统规范工具、系统配置器和,IED,配置器等。为了实现工程设计，要求配置信息可以在这几类工具之间交互。,SCL,基于,Extensible Markup Language,（,XML,）语言。,IEC 61850标准体系,SSD：变电站一次设备配置文件,SCD：变电站配置文件,ICD：IED能力描述文件,CID：配置IED描述文件,IEC 61850标准体系,IEC 61850标准体系,SCL句法元素由五部分构成,1、,信息头（版本和修改提示信息）,2、,变电站描述（电压等级、间隔层、电力设备、结点等）,3、,通信系统（MMS,、,GOOSE和SV的通信参数）,4、,智能电子设备描述（访问点、服务器、逻辑设备、逻辑结点、实例化数据DOI等）,5、,数据类型模板,虚端子,虚端子,GOOSE、SV输入输出信号为网络上传递的变量，与传统屏柜的端子存在着对应关系，为了便于形象的理解和应用GOOSE、SV信号，将这些信号的逻辑连接点成为虚端子。SV、GOOSE数据传输=过程层传输,。,相关资料,虚端子,相关国网标准介绍,装置整体架构介绍,网址：,电话：,0531-88018000,Email:ieslab,地址：中国济南花园路东首段,88,号,Thank You!,与电力自动化一路同行,