数字化变电站技术及方案

远方起/停
2016/11/8
关键术语--—GOOSE
• GOOSE应用演示（通用面向对象的变电站事件）
采样值输入
1. 仿真故障 2. 跳闸 3. 新位置 4. 重合 5. 新位置 智能一次设备
2016/11/8
保护测试仪 B公司保护
A公司保护
以太网
Goose Message: 跳 Goose Message：重 Goose Message：位 闸 合 置
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。
Part 7-4: 兼容逻辑节点和数据类 Part 7-3: 公共数据类
特殊通信服务映射 (SCSM)
Part 6: 变电站中智能电子设备 通信配置描述语言
Part 8-1: 映射到制造商报文 MMS
测试
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
新设备、新应用 合并单元 智能单元 交换机 采集器 户外柜 对时系统 网络传输方案
一、数字化变电站概述—对比图
工作站1 工作站2 远动站 站控层 工作站1 工作站2 远动站
RS485、以太网 IEC-60870-5104/103
网关 网关 网关
间隔层 电缆 装置1 装置n 过程层
CT/PT
DNP、LONWORKS、profibus、IEC 60870-5101/102/103/104、其它私有规约。。。。
2016/11/8
一、数字化变电站概述
传统变电站的不足：
2、传统电流/电压互感器的问题
体积大、漏油、暂态传输特性差、开路安全隐患、电流饱和失真、铁 磁谐振、信息共享能力有限。。。
3.二次电缆对系统可靠性的影响 电缆遭受电磁干扰/耦合、着火、传输损耗、二次回路两点接地等 4.信息难以共享 功能的实现模式为：硬件设备+连接电缆（模拟量采集电缆、控制电 缆）。装置功能单一、交叉。客户需求的变化往往需要增加新的硬件 ，升级换代不便 5.变电站占地面积大
1: 2: 3: 4:
Class C1: -5 to 45°C Class C2: -25 to 55°C Class C3: -40 to 70°C Class Cx: Special
变电站中的智能电子设备需满足 C2 、 C3 或 Cx(-40 to 85°C)级别
2016/11/8
二、 IEC 61850标准体系—其它
系统方面 抽象通信服务
Part 1: 介绍和概述 Part 2: 术语 Part 3: 总体要求
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
数据模型
Part 4: 系统和项目管理
Part 5: 功能通信要求和设备模型
配置
变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构
许继集团有限公司
数字化变电站相关技术
2016/11/8
目
一、数字化变电站概述
二、IEC 61850体系
录
三、典型数字化变电站应用方案
四、数字化变电站与智能电网
五、许继数字化变电站工程
六、智能变电站
2016/11/8
一、数字化变电站概述
传统变电站的不足：
1. 、二次设备之间存在互操作性问题
二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准。不同厂家设备的 互连，必须设置大量的规约转换器或保护管理机。 不足：增加了系统复杂度和设计、调试和维护的难度，降低了通 信系统的性能。 二次设备含不同厂家产品时，设备互联调试复杂，经常因此而拖 延调试工作周期；后期运行维护不便，安全生产埋下隐患。
di M dt Nh R 2 M 0 ln 2 R1
A/D
CPU
交 换 机
网 络 接 口
C P U 处 理 单 元
传感头
开入1 开入2 开入3 开入n 光 电 隔 离
调理
C P U 处 理 单 元
采集
GOOSE
公共端 分闸1 合闸1
开 出 隔 离
智能接口
2016/11/8
数字化系统组成示意图
一、数字化变电站概述—数字化组成图
工作站1 工作站2 远动站
站控层 间隔层
以太网 IEC61850-8-1
保护/测控装置 交换机
C 61850- 9- 1 IE
IE C 61850- 9- 2 合并单元
GOOSE 智能单元
过程层
FT3
ECVT
断路器
2016/11/8
数字化变电站接线组成图
一、数字化变电站概述
2
2 4 15 92
2016/11/8
二、 IEC 61850标准体系—PTOC示例
属性名 LNName 状态信息 Str Op 设定值 TmACrv StrVal OpDlTmms …… 解释 表示当前装置中过流逻辑节点的名字
启动 动作
ACD ACT
动作曲线类型 启动值 操作延迟时间
服务 GetDataValues（属性）； SetDataValues（属性）； ……
4
4 8 4
X
T Y Z
开关(Switchgear)
仪用变压器(Instrument transformer) 电力变压器(Power transformer) 其它电力系统设备(Further power system equipment) 合计逻辑节点数(Total number of logical nodes)
装置1
以太网 IEC61850-8-1 装置n
合并单元 智能接口
光缆
传统互感器
传统一次设备
ECVT
电子式互感器
智能一次设备
传统变电站
数字化变电站
传统的变电站采用电缆互联实现间隔间的信息共享。
数字化变电站的信息共享则基于以太网。 前者是模拟共享，后者是数字共享。 前者是数据传输；后者是模型化的信息
2016/11/8
一、数字化变电站概述—支撑技术
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
电子式互感器应用
数字化 变电站
智能断路器技术发展和应用 高速工业通信网络技术发展
IEC61850标准的颁布和实施

2016/11/8
2016/11/8
关键术语--—GOOSE
GOOSE概念： GOOSE：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。
R
C G
保护相关功能逻辑节点(Protection related functions)
监控(Supervisory control) 通用功能引用(Generic function references)
I
A M S
接口与存档(Interfacing and archiving)
自动控制(Automatic control) 计量和测量(Metering and measurement) 传感器和监视(Sensors and monitoring)
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
2016/11/8
二、 IEC 61850标准体系—逻辑节点列表
前缀 L P 逻辑节点组 系统逻辑节点(System logical nodes) 保护功能逻辑节点(Protection functions) 包含的逻辑节点数 3 28 10 5 3
Part 10: 一致性测试
2016/11/8
二、 IEC 61850标准体系
抽象通信服务
IEC61850-7-1 原理和模型 IEC61850-7-2 抽象通信服务（ACSI）
数据模型
IEC61850-7-3 通用数据类 IEC61850-7-4 逻辑节点和数据类
测试
IEC61850-10 一致性测试
开入开出插件
交流插件
常规保护装置
2016/11/8
一、数字化变电站概述
265.9
所有设备(线路、变压器、母差、测控)=CPU＋网络接口 ，体积缩小一半 硬件统一、硬件集中成为可能
2016/11/8
259.3
一、数字化变电站概述
一次设备
冗余同步时钟 FT3 FT3
保护/测控装置 合 并 器
SMV
FT3
二、 IEC 61850标准体系—其它 系统级别 类
IEC61850-1 IEC61850-2 IEC61850-3 IEC61850-4 IEC61850-5 介绍和概述 术语 总体要求 系统和项目管理 功能和设备模型的通信需求
2016/11/8
二、 IEC 61850标准体系—其它
变电站中的智能电子设备属于C级别,C级别又被细分为4 个小级别：
2016/11/8
二、 IEC 61850标准体系
数字化变电站发展的主要推动力
IEC 61850系列标准 国家电网（南方电网）的支持政策 数字化变电站是坚强智能电网的物理基础，是其重要组成部 分，它们互相促进。有专家因此提议改称”智能变电站“
IEC 61850的全名是Communication Networks and Systems in Substations，即变电站内通信网络和系统。
2016/11/8
关键术语--—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。
2016/11/8
关键术语--—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 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
甩负荷
母线保护 重合闸起动 低周减载
2016/11/8
IEC61850-7-1 原理和模型
一次设备
二次设备
接地开关 Q8_L1/XSWI Gas 浓度监测Q8_L1/SIMG
隔离刀闸Q9_L1/XSWI Gas浓度监测Q9_L1/SIMG
控制 Q0/CSWI Q8/CSWI Q9/CSWI
间隔层界面 IHMI 距离保护PDIS
断路器Q0_L1/XCBR Gas浓度监测Q0_L1/SIMG
英文第一版1085页（第2版会更多），涉及计算机技术、网络通 信技术、MMS、变电站保护及自动化系统等多学科，是一个庞大 复杂的系统。 IEC61850标准是迄今为止最为完善的变电站自动化标准。将来 将应用于风力发电、电能质量等更多工业领域
2016/11/8
IEC 61850系列标准
二、 IEC 61850标准体系
2016/11/8
二、 IEC 61850标准体系---“逻辑”
功能：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。