2020年变电站自动化发展综述
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3.电力系统运行状态及相互间的转变 The status of the Power system
4.电力系统自动化系统的分层及作用 The division of the Automation system
1.电能的特点 不易存储 快速性 关系重大
• 2.电力系统运行的基本要求 • 安全可靠 • 电能质量 • 经济性
互操作性
为不同厂家的设备互联提供互操作性,即不同制造 厂家提供的智能设备可交换信息和使用这些信息 执行特定功能
自由配置 满足变电站自动化系统（SAS）功能和性能的要 求；可灵活配置，将功能自由分配到装置中，支 持用户集中式（如RTU）和分散式系统的各种要求
长期稳定性
支持未来的技术发展，因为它可兼容主流通讯技 术而发展，并可伴随系统需求而进化
• 35~750kV变电站约14000座,每年新增变 电站的数量约为3%
•主要生产厂家: 国外—ABB、SIEMENS、GE 等 国内—南瑞集团、北京四方、许继电气、
国电南自等
国内外变电站自动化产品比较:
•国外起步较早,几大公司代表国际水平,占领大 部分国际市场,装置有技术优势 •国内起步晚,进步快, 在中低压技术领域,已完全 实现国产化.超高压大多实现国产化 •国内中低压产品已开始走向国际市场
4.1信息集中处理系统 • 包括（调度控制系统) • 特点（事前，但实时性差）
4.1 两种系统的关系
• 各有特点、相辅相成 • 以往互相独立，联系较少 • 现在互相渗透
4.2 电力自动化系统的分层的特点 • 分5层（国调、网调、省调、市调、县调）
• 信息分层采集、逐级传送、命令逐级下达 。
4.2 电力自动化系统的分层的优点
它采用面向对象的建模技术，面向未来通讯的可扩展 架构，来实现“一个世界，一种技术，一个标准”的 目标
标准的特点
开放性： 全部通信协议集将基于已有的IEC/IEEE/ISO/ OSI可用 的通信标准的基础上;不考虑具体实现
先进性： 采用ACSI、SCSM、OO的技术 采用抽象的MMS作为应用层协议 自我描述,在线读取/修改参数和配置 采用XML语言来描述变电站的配置
间隔层 测控
保护
测控
保护…. 测控
保护
微机保护
结构特点:
•分散式测控+微机保护装置,通信接入,四 合一保护测控 •分层分布式,以太网,现场总线和串口通信 •监控后台 •面向功能设计 面向对象设计
面向对象(间隔)设计
面向对象的特征
• 对象的唯一性（类的划分必须与具体应用 有关）
• 抽象性（将一致的数据结构抽象为一个类 ，类的划分是主观的，但与应用相关）
3.电力系统运行
• 正常运行状态 • 警戒状态 • 紧急状态 • 系统崩溃 • 恢复状态
3.电力系统运行
• 继电保护 • 安全自动装置 • 安全稳定控制系统 • 电网调度自动化 • 电力系统专用通信网络
4.电力系统的分层
• 电力自动化系统分两大类 • 信息就地处理系统 • 信息集中处理系统
4.1 信息就地处理系统 • 包括（继电保护、AVC AGC) • 特点（事后，不能事先）
计算机监控系统(CSCS)
变电站层
上级调度 控制中心
通信层
现场总线
测
间隔层
控 单
元
串口/以太网
测
测
控
控
单
单
元
元
通过数字通信,将测量、控制、 远传等功能为一体
保护装置
结构特点:
•分散式测控装置(RTU),保护信号多以硬接 点接入 •分层分布式,以太网,现场总线和串口通信 •监控后台(取代传统的模拟盘监控) •面向功能设计
方案二可以存在一些变化，但对总体架构没有太大影响。 一是不采用电子式互感器，而是采用传统的PT/CT，但其 不接入装置，而是接入MU合并单元。二是采用一次智能 设备，该设备直接提供光纤接口进行分合操作。三是各种 IED设备通信处理能力非常强大，过程层的交换机可以直 接挂接在间隔层与站控层的光纤环网，可以做到彻底的原 始数据共享。
1.发展第一阶段:(始于80年代初)
RTU 模式+继电保护
In SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition )systems, an RTU is a device installed at a remote location that collects data, codes the data into a format that is transmittable and transmits the data back to a central station, or master. An RTU also collects information from the master device and implements processes that are directed by the master. RTUs are equipped with input channels for sensing or metering, output channels for control, indication or alarms and a communications port.
集成成本
IEC61850带来什么好处
1.对制造厂非常有利
①可以避免劳民伤财的协议转换工作; ②采用对象建模技术，面向设备建模和自我描述， 采用配置语言，在信息源定义数据和数据属性，传 输采样测量值等技术,在组态、配置和维护工作上, 节省了大量开支; ③将来会有越来越多的智能设备(电能质量、同步相 量、设备诊断等)集成到系统中，无缝数据集成和共 享信息节省了大量开支
•国内在技术理念上还落后,模仿学习为主,产品工 艺上有差距,关键技术上有点受制于人
2.变电站自动化系统设计主流: 分层分布式,按对象按间隔设计
3.变电站自动化系统各层之间关系:
●变电站层功能的实现依赖于网络和间隔层 的完好性 ●间隔层功能的实现，特别是继电保护及安 全自动装置的功能的实现不能依赖于变电 站层(包括网络)
当地监控
串口
上级调度 控制中心
实现遥控,遥测,遥信,遥调
远动终端设备 (RTU)
*** * ** ***
硬接线
保护及其它IED
开
模
开
关
拟
关
按功能设计
位 置
量 输
量 输
….
信
入
出
号
结构特点:
•集中式,保护信号硬接点接入 •面向功能设计 •成本低
2.发展第二阶段： (始于80年代中后期) 监控系统(RTU模式)+继电保护模式
•能适应未来技术的发展,如IEC61850
什么是IEC 61850?
IEC 61850系列标准的全称是变电站通信网络和系统
(Communication Networks and Systems in Substations)，它 规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关 的系统要求 IEC 61850系列标准是由国际电工委员会第57技术委员会 (IEC TC57)从1995年开始制订的,目前，IEC61850共14个部份 已经全部通过为国际标准。我国的标准化委员会对61850系列 标准进行了同步的跟踪和翻译工作
变电站自动化的发展综述
国电南瑞系统分公司 庄宇
2011-08-14
目录
一.变电站自动化系统的综述 二.变电站自动化技术现状 三.变电站自动化系统关键技术 四.变电站自动化技术发展趋势
一.变电站自动化系统的控制目标:
1.电能生产的特点 The basic function of Electric
2.电力系统运行基本要求 The basic requirements of the Operation
纵观变电站自动化系统发展史
• 表面上看，由合到分到合 • 信息就地系统与信息集中系统的不断融合 • 信息量增大，信息的处理工作趋向复杂 • 贴近应用，切合用户的使用习惯 • 信息处理系统与电力系统应用的不断融合 • 高速、可靠、网络化、人性化、智能化
二.变电站自动化技术现状
1.我国变电站自动化技术应用情况
系统架构一
系统架构一
变电站所有装置和后台系统实现IEC61850， 所有改动限于通信层面，对变电站现有格局影 响最小。该方案比较稳妥，实现了数字化变电 站中的IEC61850
系统架构二
系统架构二
变电站所有装置的交流采样通过与MU合并单元通信获 得，各种测量与保护装置的交流采样部分全部取消，变电 站二次电缆大为减少，总体设计趋于简单。但该方案在安 全性、可靠性方面将遭遇风险。因为保护装置运算的数据 依附于其它装置和通信网络，一旦故障数据无法送达保护 装置或者延时较长，其后果将十分严重。
3.发展第三阶段： (始于90年代) 变电站综合自动化系统 --监控系统+微机保护 RTU模式 分层分布式(网络)模式
变电站综合自动化系统(ISAS)
变电站层
上级调度 控制中心
串口/以太网
通信层 网络(现场总线)
串口
是集保护、测量、 控制、远传等功 能为一体，通过 数字通信及网络 技术来实现信息 共享的一套微机 化的二次设备及 系统
• 信息分层采集，减轻了上层的负担，加速 控制过程
• 局部电力系统停止工作，不会影响整个电 力系统的其他部分。
• 降低信息流量、减少对于通信系统的投资
二、电力自动化系统发展史
• RTU模式+继电保护 • 监控系统+继电保护 • 变电站综自系统+微机保护（RTU模式转变为
分层分布式网络） • 变电站自动化系统
完整性： 适用对象几乎包容了变电站内所有IED，例如： 常规的测控装置、保百度文库装置、RTU、站级计算机、 可选的同期、VQC装置 未来可能广泛使用的数字式一次设备如PT、CT、开关
61850产生于技术的变迁
• 以往的设计对象是优化 ■ 带宽 ■ 硬件资源（CPU性能、存储需求）
• 今天的趋势
带宽成本 硬件成本
什么是IEC 61850?
IEC 61850系列标准吸收了多种国际最先进的新技术， 并且大量引用了目前正在使用的多个领域内的其它国 际标准作为61850系列标准的一部分。所以它是一个十 分庞大的标准体系，而不仅仅是一个通信协议标准
IEC 61850看起来很像又一新的协议。其实它不是。确 切地说，它是一种新的变电站自动化的方法，一种影 响工程、维护、运行和电力行业组织的新方法
• 继承性（子类自动共享父类的数据结构和 方法）
• 多态性（允许每个对象以自身的方式去响 应消息）
3.第四阶段：变电站自动化系统 (2003年,随着 IEC61850标准的出台)
Substation Automation System--SAS
国际电工委员会解释为“在变电站内提供包括通信基础 设施在内的自动化系统 (SAS-Substation Automation System： The SAS provides Automation in a Substation including the Communication infrastructure)”
●远方主站监控功能的实现应不依赖于变电 站层设备 ,直采直送,直接遥控
●当地控制优先于远方控制
●间隔层的功能依赖于过程层,但能抗电磁干扰
4.变电站自动化系统主要结构体系 大多按电压等级110KV为界划分
110KV及以下变电站综合自动化系统典型结构图
监控工作站
调度
GPS
路由器
MODEM
对时总线
总控通信单元 （远动工作站）
现场总线
测控装置
保护装置
110KV部分
保护测控装置
35KV,10KV部分
总控通信单元 （远动工作站）
RS232/422/485
分层分布式(网络)模式
变电站自动化系统(SAS)
上级调度 控制中心
远方控制层
变电站层 (包括网络)
间隔层 (保护,测控,故障录波,IED…)
过程层 (电子PTCT,智能开关)
结构特点:
•全开放式,所有智能电子设备(IED)通信接入
•分层分布式,以太网为主,现场总线和串口通 信为辅
•监控后台
•以面向对象(间隔)设计为主,面向功能设计 为辅
IEC61850带来什么好处
2.对用户非常有利
①用户可选择最好的产品,不必担忧互联,互换
②能大幅度改善设备集成，减少工程量、现场验 收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量 时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。
③ 提供了变电站通信网络和系统总体要求、系统 和工程管理、一致性测试等
标准制定的主要目的
4.电力系统自动化系统的分层及作用 The division of the Automation system
1.电能的特点 不易存储 快速性 关系重大
• 2.电力系统运行的基本要求 • 安全可靠 • 电能质量 • 经济性
互操作性
为不同厂家的设备互联提供互操作性,即不同制造 厂家提供的智能设备可交换信息和使用这些信息 执行特定功能
自由配置 满足变电站自动化系统（SAS）功能和性能的要 求；可灵活配置，将功能自由分配到装置中，支 持用户集中式（如RTU）和分散式系统的各种要求
长期稳定性
支持未来的技术发展，因为它可兼容主流通讯技 术而发展，并可伴随系统需求而进化
• 35~750kV变电站约14000座,每年新增变 电站的数量约为3%
•主要生产厂家: 国外—ABB、SIEMENS、GE 等 国内—南瑞集团、北京四方、许继电气、
国电南自等
国内外变电站自动化产品比较:
•国外起步较早,几大公司代表国际水平,占领大 部分国际市场,装置有技术优势 •国内起步晚,进步快, 在中低压技术领域,已完全 实现国产化.超高压大多实现国产化 •国内中低压产品已开始走向国际市场
4.1信息集中处理系统 • 包括（调度控制系统) • 特点（事前，但实时性差）
4.1 两种系统的关系
• 各有特点、相辅相成 • 以往互相独立，联系较少 • 现在互相渗透
4.2 电力自动化系统的分层的特点 • 分5层（国调、网调、省调、市调、县调）
• 信息分层采集、逐级传送、命令逐级下达 。
4.2 电力自动化系统的分层的优点
它采用面向对象的建模技术，面向未来通讯的可扩展 架构，来实现“一个世界，一种技术，一个标准”的 目标
标准的特点
开放性： 全部通信协议集将基于已有的IEC/IEEE/ISO/ OSI可用 的通信标准的基础上;不考虑具体实现
先进性： 采用ACSI、SCSM、OO的技术 采用抽象的MMS作为应用层协议 自我描述,在线读取/修改参数和配置 采用XML语言来描述变电站的配置
间隔层 测控
保护
测控
保护…. 测控
保护
微机保护
结构特点:
•分散式测控+微机保护装置,通信接入,四 合一保护测控 •分层分布式,以太网,现场总线和串口通信 •监控后台 •面向功能设计 面向对象设计
面向对象(间隔)设计
面向对象的特征
• 对象的唯一性（类的划分必须与具体应用 有关）
• 抽象性（将一致的数据结构抽象为一个类 ，类的划分是主观的，但与应用相关）
3.电力系统运行
• 正常运行状态 • 警戒状态 • 紧急状态 • 系统崩溃 • 恢复状态
3.电力系统运行
• 继电保护 • 安全自动装置 • 安全稳定控制系统 • 电网调度自动化 • 电力系统专用通信网络
4.电力系统的分层
• 电力自动化系统分两大类 • 信息就地处理系统 • 信息集中处理系统
4.1 信息就地处理系统 • 包括（继电保护、AVC AGC) • 特点（事后，不能事先）
计算机监控系统(CSCS)
变电站层
上级调度 控制中心
通信层
现场总线
测
间隔层
控 单
元
串口/以太网
测
测
控
控
单
单
元
元
通过数字通信,将测量、控制、 远传等功能为一体
保护装置
结构特点:
•分散式测控装置(RTU),保护信号多以硬接 点接入 •分层分布式,以太网,现场总线和串口通信 •监控后台(取代传统的模拟盘监控) •面向功能设计
方案二可以存在一些变化，但对总体架构没有太大影响。 一是不采用电子式互感器，而是采用传统的PT/CT，但其 不接入装置，而是接入MU合并单元。二是采用一次智能 设备，该设备直接提供光纤接口进行分合操作。三是各种 IED设备通信处理能力非常强大，过程层的交换机可以直 接挂接在间隔层与站控层的光纤环网，可以做到彻底的原 始数据共享。
1.发展第一阶段:(始于80年代初)
RTU 模式+继电保护
In SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition )systems, an RTU is a device installed at a remote location that collects data, codes the data into a format that is transmittable and transmits the data back to a central station, or master. An RTU also collects information from the master device and implements processes that are directed by the master. RTUs are equipped with input channels for sensing or metering, output channels for control, indication or alarms and a communications port.
集成成本
IEC61850带来什么好处
1.对制造厂非常有利
①可以避免劳民伤财的协议转换工作; ②采用对象建模技术，面向设备建模和自我描述， 采用配置语言，在信息源定义数据和数据属性，传 输采样测量值等技术,在组态、配置和维护工作上, 节省了大量开支; ③将来会有越来越多的智能设备(电能质量、同步相 量、设备诊断等)集成到系统中，无缝数据集成和共 享信息节省了大量开支
•国内在技术理念上还落后,模仿学习为主,产品工 艺上有差距,关键技术上有点受制于人
2.变电站自动化系统设计主流: 分层分布式,按对象按间隔设计
3.变电站自动化系统各层之间关系:
●变电站层功能的实现依赖于网络和间隔层 的完好性 ●间隔层功能的实现，特别是继电保护及安 全自动装置的功能的实现不能依赖于变电 站层(包括网络)
当地监控
串口
上级调度 控制中心
实现遥控,遥测,遥信,遥调
远动终端设备 (RTU)
*** * ** ***
硬接线
保护及其它IED
开
模
开
关
拟
关
按功能设计
位 置
量 输
量 输
….
信
入
出
号
结构特点:
•集中式,保护信号硬接点接入 •面向功能设计 •成本低
2.发展第二阶段： (始于80年代中后期) 监控系统(RTU模式)+继电保护模式
•能适应未来技术的发展,如IEC61850
什么是IEC 61850?
IEC 61850系列标准的全称是变电站通信网络和系统
(Communication Networks and Systems in Substations)，它 规范了变电站内智能电子设备（IED）之间的通信行为和相关 的系统要求 IEC 61850系列标准是由国际电工委员会第57技术委员会 (IEC TC57)从1995年开始制订的,目前，IEC61850共14个部份 已经全部通过为国际标准。我国的标准化委员会对61850系列 标准进行了同步的跟踪和翻译工作
变电站自动化的发展综述
国电南瑞系统分公司 庄宇
2011-08-14
目录
一.变电站自动化系统的综述 二.变电站自动化技术现状 三.变电站自动化系统关键技术 四.变电站自动化技术发展趋势
一.变电站自动化系统的控制目标:
1.电能生产的特点 The basic function of Electric
2.电力系统运行基本要求 The basic requirements of the Operation
纵观变电站自动化系统发展史
• 表面上看，由合到分到合 • 信息就地系统与信息集中系统的不断融合 • 信息量增大，信息的处理工作趋向复杂 • 贴近应用，切合用户的使用习惯 • 信息处理系统与电力系统应用的不断融合 • 高速、可靠、网络化、人性化、智能化
二.变电站自动化技术现状
1.我国变电站自动化技术应用情况
系统架构一
系统架构一
变电站所有装置和后台系统实现IEC61850， 所有改动限于通信层面，对变电站现有格局影 响最小。该方案比较稳妥，实现了数字化变电 站中的IEC61850
系统架构二
系统架构二
变电站所有装置的交流采样通过与MU合并单元通信获 得，各种测量与保护装置的交流采样部分全部取消，变电 站二次电缆大为减少，总体设计趋于简单。但该方案在安 全性、可靠性方面将遭遇风险。因为保护装置运算的数据 依附于其它装置和通信网络，一旦故障数据无法送达保护 装置或者延时较长，其后果将十分严重。
3.发展第三阶段： (始于90年代) 变电站综合自动化系统 --监控系统+微机保护 RTU模式 分层分布式(网络)模式
变电站综合自动化系统(ISAS)
变电站层
上级调度 控制中心
串口/以太网
通信层 网络(现场总线)
串口
是集保护、测量、 控制、远传等功 能为一体，通过 数字通信及网络 技术来实现信息 共享的一套微机 化的二次设备及 系统
• 信息分层采集，减轻了上层的负担，加速 控制过程
• 局部电力系统停止工作，不会影响整个电 力系统的其他部分。
• 降低信息流量、减少对于通信系统的投资
二、电力自动化系统发展史
• RTU模式+继电保护 • 监控系统+继电保护 • 变电站综自系统+微机保护（RTU模式转变为
分层分布式网络） • 变电站自动化系统
完整性： 适用对象几乎包容了变电站内所有IED，例如： 常规的测控装置、保百度文库装置、RTU、站级计算机、 可选的同期、VQC装置 未来可能广泛使用的数字式一次设备如PT、CT、开关
61850产生于技术的变迁
• 以往的设计对象是优化 ■ 带宽 ■ 硬件资源（CPU性能、存储需求）
• 今天的趋势
带宽成本 硬件成本
什么是IEC 61850?
IEC 61850系列标准吸收了多种国际最先进的新技术， 并且大量引用了目前正在使用的多个领域内的其它国 际标准作为61850系列标准的一部分。所以它是一个十 分庞大的标准体系，而不仅仅是一个通信协议标准
IEC 61850看起来很像又一新的协议。其实它不是。确 切地说，它是一种新的变电站自动化的方法，一种影 响工程、维护、运行和电力行业组织的新方法
• 继承性（子类自动共享父类的数据结构和 方法）
• 多态性（允许每个对象以自身的方式去响 应消息）
3.第四阶段：变电站自动化系统 (2003年,随着 IEC61850标准的出台)
Substation Automation System--SAS
国际电工委员会解释为“在变电站内提供包括通信基础 设施在内的自动化系统 (SAS-Substation Automation System： The SAS provides Automation in a Substation including the Communication infrastructure)”
●远方主站监控功能的实现应不依赖于变电 站层设备 ,直采直送,直接遥控
●当地控制优先于远方控制
●间隔层的功能依赖于过程层,但能抗电磁干扰
4.变电站自动化系统主要结构体系 大多按电压等级110KV为界划分
110KV及以下变电站综合自动化系统典型结构图
监控工作站
调度
GPS
路由器
MODEM
对时总线
总控通信单元 （远动工作站）
现场总线
测控装置
保护装置
110KV部分
保护测控装置
35KV,10KV部分
总控通信单元 （远动工作站）
RS232/422/485
分层分布式(网络)模式
变电站自动化系统(SAS)
上级调度 控制中心
远方控制层
变电站层 (包括网络)
间隔层 (保护,测控,故障录波,IED…)
过程层 (电子PTCT,智能开关)
结构特点:
•全开放式,所有智能电子设备(IED)通信接入
•分层分布式,以太网为主,现场总线和串口通 信为辅
•监控后台
•以面向对象(间隔)设计为主,面向功能设计 为辅
IEC61850带来什么好处
2.对用户非常有利
①用户可选择最好的产品,不必担忧互联,互换
②能大幅度改善设备集成，减少工程量、现场验 收、运行、监视、诊断和维护等费用，节约大量 时间，增加了自动化系统使用期间的灵活性。
③ 提供了变电站通信网络和系统总体要求、系统 和工程管理、一致性测试等
标准制定的主要目的