变电站数据采集系统及数字化变电站

数字电流互感器
光钎通道 合并器 光钎通道 IEC61850-9
数字电压互感器
光钎通道
数 据 接 收 模 块
电 量 运 算 模 块
事 件 处 理 模 块
显 示 模 块
通 信 模 块
485通信2 485通信1 以太网通道
数字多功能电能表
采样值传输协议
• 采样值（SMV）传输是在间隔过程层将高 压电流、电流通过合并单元对每个采样点 均以离散数字形式向间隔层IED按 IEC61850-9-1/9-2标准传输信息，报文中包 含各相电压、保护电流、测量电流、零序 电压、零序电流等。
– 数据集和数据格式由数据模型（SCL文件）定 义，可配置。数据集的内容相当灵活，可灵活 配置成各种测量值组合。数据格式也是多种多 样，可传输浮点、整数、布尔类型等多种数据。 因此，9-2帧中可以同时包含采样值和状态值信 息。 – 支持MMS服务，接收方可通过MMS服务从发 送方获取数据集列表及数据格式等信息，也可 设置采样率的参数或使能或禁止采样值传输。
单相电子式电流互感器
数字化变电站计量产品介绍
目前的数字电能表产品
威胜ME2 系列(数字流输入) －－－DTSD341/DSSD331-ME2V1.0 －－－DTSD341/DSSD331-ME2V1.1 许继 -- -- -- DSSD568 /DTSD568 新宁光电
基于IEC61850的全数字电能表应用系统
• 遥测：遥测往往又分为重要遥测、次要遥 测、一般遥测和总加遥测等。遥测功能常 用于变压器的有功和无功采集;线路的有功 功率采集;母线电压和线路电流采集;温度、 压力、流量(流速) 等采集;周波频率采集和 其它模拟信号采集。 • 遥控：采用无源接点方式,要求其正确动作 率不小于99. 99 %. 所谓遥控的正确动作率 是指其不误动的概率,一般拒动不认为是不 正确,遥控功能常用于断路器的合、分和电 容器以及其它可以采用继电器控制的场合。
• 优点：报文简单且格式固定，同时采用点 对点通信，因此传输速度及可靠性较高， 且投资较小（主要少了交换机）
• 缺点：由于格式固定，因此缺乏灵活性。 此外，由于不能采用交换机实现数据共享， 因此其物理接线多且复杂。不太符合未来 的发展需要。
IEC61850-9-2
• 定义：采用多路传播的采样值传输协议 • 特点：
关于四遥功能即遥信( YX) , 遥测( YC) , 遥控 ( YK) 和遥调( YT) 的概念 • • • • • • 四遥功能： 四遥功能即遥信( YX) 遥测( YC) 遥控( YK) 遥调( YT) 遥信：要求采用无源接点方式,即某一路遥 信量的输入应是一对继电器的触点,或者是 闭合,或者是断开。
我们公司在变电站方面的产品
• PTC-8330数字电能表检验装置和现场校验 仪 • HPU3001D交流采样与变送器现场校验仪
• PTC8300H交流采样及变送器检验装置
IEC61850数字化变电站
数字化变电站计量的主要特点
• 提高了计量系统的精度 • 提高了计量系统的可靠性
计量精度更高
数字化变电站采用输出数字信号的光电式、电 子式互感器，数字化的电流、电压信号在传输 处理的过程中没有附加误差，提升了数据采集 的精度。
– 传输的数据是经过标准化的数据，象测量数据 在额定时固定为0x2D41（有效值）。接收方在 接收到数据后还要将该值转换为实际值，具体 转换为多少可由双方商定，也可在9-1数据帧中 规定。 – 传输数据中没有时标，只有采样序号。每次采 样序号加1，同时在GPS秒脉冲来时翻转为0。 因此接收方可通过序号计算秒以下的时间，并 补充秒以上的日历时间形成时标。 – 采用点对点通信，因此通信链路不接交换机
数字功率源的一致性测试
• 我们的HPU3008数字功率源已经通过了开 普实验室的一致性测试，输出的IEC61850 9-1，IEC61850 9-2LE完全符合规约要求。
PTC8330数字检验台工作原理
61850 9-1 9-2 IEC61850数字功率源 光纤转换器 光纤转换器 数字电能表 数字电能表
• SMV传输采用发布者/订户方法，信息量比 较大，且需要高实时，因此传输速度是主 要矛盾。为了加快发送和接收速度，采用 直接在以太网链路层上传输报文的方法， 省去了高层协议（如TCP/IP）编解码造成 的延时。 • 在过程层通过网络传输采样值将大大节省 电缆，节约投资，同时还有提高数据共享 程度、提高测量精度。
什么是RTU
• RTU即为通讯远动装置，电力系统中使用主要为 采集和处理通讯上“四遥”信息量和处理一些现 场信息。(遥测，遥信，遥控，遥调) 采样模式有两种，一种是直流采样，就是模拟量 采集通过变送器；另一种是交流采样，就是模拟 量采集通过PT、CT隔离。 目前大部分生产商的RTU 产品为交流采样远动终 端,指的是工频交流电量直接输入,经过离散采样后, 通过计算得到电流I,电压U,有功功率P,无功功率Q, 功率因素COS 等值,并具有采集和发送状态 量,SOE(事件),DD(电能量)和控制等功能的综合型 的远动装置.
– 传输的数据是经过缩放的实际值，通过一定的 比例缩放即可获得实际值（缩放系数包含在数 据帧中）
– 数据自带时标，接收方可直接获得采样数据的 绝对时刻。 – 采用多播方式传输，因此通信链路中应包含专 用的交换机（非普通交换机）。
• 优点：数据集可以配置，灵活性高。由于 采用多播方式传输数据，因此数据共享性 好，符合未来发展需要。 • 缺点：由于数据集和格式太灵活，因此接 收方理解上较困难。同时由于帧格式较复 杂，且数据要通过交换机进行传输，因此 传输延时和解码时间较大，实时性不是很 好。
HPU3001D交流采样与变送器现场 校验仪
概述
• PTC-8300C交流采样与变送器检验装置 （包括PTC-8300C三相程控源和HPU3001D交流采样与变送器现场校验仪）是采 用国际最新数字电子技术，以DSP高速处 理器为核心的智能型检验装置。该装置中， HPU-3001D交流采样与变送器现场校验仪 配以便携式工控电脑、11.3”大屏幕彩色图 形显示器，PTC-8300C三相程控源配以图 形液晶显示器，两者操作全汉字菜单提示。
数据采集的装置
• 数据采集的装置不仅仅只做数据采集的工 作，同时包括数据的整理、分析处理、驱 动电路执行等功能，例如，电容器的投切、 主变有载自动调压（综合装置如VQC）、 BZT的投切（备自投）、接地线的自动载入 等控制可在当地或远方对此无人值守变电 站进行操作。 • 我们先说说RTU和保护分开，独立完成数 据采集功能的情况
SMV帧格式主体部分示意图
IEC61850-9-1
• 定义：采用单路传播的采样值传输协议 • 特点：
– 数据集兼容IEC60044-7/8规定，即每个ASDU （应用服务数据单元）包含12个通道的数据 （3相电压、3相保护电流、3相测量电流、母 线电压、零序电压、零序电流），每个通道数 据的长度为16位；
– 总体上，9-2LE相当于9-1和9-2的一个结合体， 在保留两者主要优点的同时，做了相应的折中 – 目前，国内、外厂商在9-2实施方面主要采用92 LE方案
PTC8330校验系统主要功能
• IEC61850协议的符合性测试(61850-9-1,61850-92) • 通讯链路测试 • 计量精度测试(GB/T17883,GB/T17882) • 表计功能检验（DL614功能符合性测试） • IEC61850容错性测试
数字化变电站计量系统组成
IEC61850-9-1 IEC61850-9-2
什么叫合并单元
• 用以对来自二次转换器的电流和电压数据进行时 间相关组合的物理单元，合并单元可以是互感器 的一个组件，也可以是一个分立单元。采用一台 合并单元(MU)汇集多达12个二次转换器数据通道。 一个数据通道传送一台电子式电流互感器或一台 电子式互感器采样测量的单一数据流。在多相或 组合单元时，多个数据通道可以通过一个物理接 口从二次转换器传输到合并单元，合并单元对二 次设备提供一组时间相关的电压电流样本。二次 转换器也可以从传统电压互感器或电流互感器获 取信号，并汇集到合并单元
变电站数据采集系统及数字化 变电站
xxx电力科技有限公司 2009 11.28
变电站概述
• 变电站作为电力系统的基层部门，有必要 发展成为全方位的自动化系统，其装置的 本身应具有数据采集、数据分析和数据处 理等装置，及时地下达指标和执行命令。 其系统的紧急和异常情况应及时地就地处 理，把数据、分析后的数据和执行情况发 送给调度中心，其数据再由调度中心分析 处理，远方操作与该问题相关其他部门的 控制设备。
IEC61850-9-2 LE
• 9-2 LE是UCA组织为解决9-2实施过程出现 的相关问题而联合国际知名厂商共同制定 的一个9-2实施导则。 • 9-2 LE的特点
– 将基于9-2传输的数据模型进行了实例化，即将 其传输的数据内容及名称进行了固定 – 数据的格式统一用32位有符号整数表示 – 将测量和保护的采样率等指标进行了固定 – 时间表示采用和9-1相同的方法，即用采样序号 获取时标
数字数据 流
多 路 网 络 交 换 机
0101001…………010001
光纤转换器
数字电能表
标准脉冲发生器 误差计算器 误差计算器 误差计算器
数字功率源的特点
• PTC8330数字电能表校验装置的主要部件 是HPU3008数字电能表现场校验仪。它是 有数字功率发生源和标准脉冲发生器组成。 采用了ARM+DSP的结构方式。ARM负责 IEC61850数字功率的发生。DSP负责标准 脉冲频率的产生。
计量准确度、稳定性、可靠性更高
• 采样信号无失真传输至表计，新式电流互感器不饱和，频响范围宽， 不存在开路危险等 • 变电站设备之间通过光纤传输具有校验信息的光数字信号，解决了传 统变电站强电场对模拟信号及模拟信号之间相互干扰的问题 • 表计电源使用双电源冗余供电，不从PT上取电，消除了表计功耗对 计量信号的影响。 • 表计信号输入使用光纤输入，接入简单可靠，不容易出错。 • 表计计量准确度不受温度、湿度等环境影响，且无任何附加误差； • 避免二次电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地问题。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 遥调：采用无源接点方式,要求其正确率大 于99. 99 %. 遥调常用于有载调压变压器抽 头的升、降调节和其它可采用一组继电器 控制具有分级升降功能的场合
交流采样和直流采样
• 对于电力系统的发展至今，RTU装 置基本为交流采样。 • 图1：RTU采集数据与监控系统 •
RTU 一般应具有的功能
电流互感器 0.2级 电压互感器 0.2级 电缆传输 误差0.1%
A/D
仪表 0.2级
计量输出 误差0.7％
电子式电流互 感器 0.2级 电子式电压互 感器 0.2级
1,无需现场校验； 2,受外界环境（温度，湿 度等）影响小,误差稳定性 好．.
光纤传输 数字信号 无附加误差 数字仪表 无附加误差 计量输出 误差0.4％
• 通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断 开转换成为低电平或高电平信号送入RTU 的YX 模块。遥信功能通常用于测量下列信 号,开关的位置信号、变压器内部故障综合 信号、保护装置的动作信号、通信设备运 行状况信号、调压变压器抽头位置信号。 自动调节装置的运行状态信号和其它可提 供继电器方式输出的信号;事故总信号及装 置主电源停电信号等。
变电站的主要设备
• 变电站的主要设备是：一次的有线路、母 线、断路器、刀闸、变压器、电容电抗器， 二次的有微机保护、RTU,通讯设备、直流 装置和控制装置。目前变电站大致有2种模 式：对于数据采集系统的变电站终端为 RTU，保护相对独立。若为综合自动化站， 则保护和数据采集同时进行，由通道上送 到调度中心。
• 基本功能如下：1.采集状态量并向远方传送,遥信 变位优先发送;2.采集数字量并向远方传送;3.直接 采集交流工频电量,实现对I,U,P,Q,f, COS 的测量 并向远方传送;4.采集脉冲量并向远方传送;5.采集 直流输入模拟量并向远方传送;6.接受并执行遥控 命令及反校;7.具有当地功能(CRT及打印制表);8. 具有程序自恢复功能;9.具有设备自诊断(故障诊断 到插件级)功能;10.具有设备自调功能;10.具有通 道监视功能;