智能电网精品教程-数字化变电站简要介绍.ppt

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1、数字化变电站总体解决方案,国网电力科学研究院2009年8月,系统设计,产品特点与主要项目,展望,构建以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发 展的坚强的智能化电网技术上实现信息化、自动化、互动化管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化20092010 研究试点阶段20112015 全面建设阶段20162020 完善提升阶段,数字化变电站是智能电网建设的重要节点之一。其主要作用就是为智能电网提供标准的、可靠的节点（包含一、二次设备和系统）支撑,通过全网运行数据的统一断面采集、实现控制和柔性调节，实现分层分级的广域实时信息共享及安保控制策略实施，实现变电站智能柔性集群及自协调区域控制保护，支撑各级电

2、网的安全稳定运行和各类高级应用；设备信息和运维策略与电力调度实现全面互动，实现基于状态监测的全寿命周期综合优化；变电站重要设备逐步实现智能化，为坚强实体电网提供坚实的设备基础；在全面实现数字化变电站的基础上，进一步拓展变电站自动化系统的功能，逐步向智能化变电站转变。,统一采集资源，简化厂站设计统一信息模型，提高互操作性规范数字化变电站建设,概述,产品特点与主要项目,展望,数字化变电站与常规变电站有着本质区别功能被进一步细化，体现即分散又集中的特点通信地位急剧上升，渗透到变电站各个环节IEC61850不仅仅是一个通信规约，更是一个体系，包含变电站内一二次设备的信息建模和交互流程,数字化变电站系统

3、架构直接关系到电网的安全运行数字化变电站三层架构、数据流、和组网分析冗余配置IEC61850和电子式互感器应用,站控层：MMS数据流间隔层：GOOSE横向闭锁数据流过程层：采样数据流和GOOSE控制数据流三个数据网：MMS网、GOOSE网、SMV网,双网双IP环网双网单IP,主机/人机工作站1,主机/人机工作站2,工程师工作站,远动装置,100MB星形以太网,工业级以太网交换机,数字化变电站系统方案一,激光打印机,针式打印机,小室1,测控IED,保护IED,智能操作箱,小室2,公用信息管理机,100MB光纤环网,电力数据网,测控IED,保护IED,智能操作箱,公用信息管理机,GPS,SNTP网

4、络对时,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，互操作性和信息标准化得到加强,主机/人机工作站1,主机/人机工作站2,远动装置,数字化变电站系统方案二（1）,激光打印机,测控IED,保护IED,智能操作箱,GPS,MU合并单元,公用信息管理机,一次设备,监控双网,硬对时网,GOOSE双网,电能表,主机/人机工作站1,主机/人机工作站2,远动装置,数字化变电站系统方案二（2）,激光打印机,测控IED,保护IED,智能操作箱,GPS,MU合并单元,公用信息管理机,一次设备,监控双网,硬对时

5、网,GOOSE双网,采样双网,电能表,主机/人机工作站1,主机/人机工作站2,远动装置,数字化变电站系统方案二（3）,激光打印机,测控IED,保护IED,智能操作箱,GPS,MU合并单元,公用信息管理机,一次设备,计量信息网,监控双网,硬对时网,GOOSE、采样、计量双网,电能表,主机/人机工作站1,主机/人机工作站2,远动装置,数字化变电站系统方案二（4）,激光打印机,测控IED,保护IED,智能操作箱,GPS,MU合并单元,公用信息管理机,一次设备,信息双网,硬对时网,电能表,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

6、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。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。,多播无连接方式/多次可衰减式传送 重传序列中的每个报文都带有允许生存时间参数，用于通知接收方等待下一次重传的最长时间。如果在该时间间隔内部没有收到新报文，接收方将认为关联丢失。重发间隔的最大时间应该 60s。网络延迟 4ms,额外链

7、路,普通报文缓冲,交换机,GOOSE,普通报文,GOOSE报文优先发送,最大包长度：1518字节位数：8重发次数：/s节点数量：20流量=1518*8*6*20=1.45 M/s,“硬设计”转换为”软设计”GOOSE输入输出信号量就是装置端子排GOOSE数据集配置与组态工作代替了端子引出及屏柜二次电缆设计一个好的软件配置工具显得至关重要,采用9-1协议 每帧9-1报文的帧头为34个字节（其中由程序填写的为26个字节），若1点1包，则标记、长度、ASDU数目为4个，每包ASDU的长度为46字节，帧校验序列4字节，则每帧9-1报文的总长度为88字节。若采样率为5K，即每周波100点采样，每个合并单

8、元的流量为5K*88*8=3.52Mbit/S。采用9-2协议 按照每帧1点(12个模拟量通道)计算，一个符合61850-9-2规约的合并器每秒种的数据流量：S=143字节8bit/字节 50周波/s 100帧/周波=5.72Mbit/s。,采用FT3协议跨间隔传输采样速率为100点/S，5ASDU报文模式，16间隔的数据流量为4.5M/S,IEC 61850标准体系对时钟同步性能要求,互感器类IED时钟同步性能要求：,保护及控制类IED时钟同步性能要求：,基于GPS的对时方式非GPS的集中式对时方式,基于GPS的数据同步误差分析 GPS本身的时钟误差 GPS与第一个同步采样时钟之间的误差 晶

9、振的误差,非GPS集中同步方案分析 同步源同步 插值同步辅以FT3协议,基于IEEE1588的对时方式 适合于网络环境 时间戳+网络延时计算 软硬件结合可达微秒精度,数字式计量和模拟式计量有着本质区别 数字式表计检定困难 政府技监部门对用于计量器具的检定都是模拟方式的，数字方式计量没有明确的文件认可 计量非实时 采用数据包方式传递电气量，表计获得数字电气量后再通过计算 才能得出电能量，这一过程带来延时，丧失了实时性，不符合实时电能量计量原则，对分时计量带来影响 都处于试运行状态，用于参考,报文截取手段 交换机端口镜像技术 串联集线器或专用截取报文设备记录分析设备 不间断记录网络报文 离线解析分

10、析报文 在线分析报文,对时冗余采样数据冗余,概述,系统设计,展望,2001年参与IEC61850的翻译工作 2005年3月开发出第一套试验系统2005年8月开发出第一套嵌入式试验系统2005年12月开发出支持IEC61850的后台监控系统和调度转发机2005年12月与广东试验研究所签订了合作进行“基于61850的合并单元研究项目”合同，2006年7月交货。2006年10月改造500kV顺义变,实现站控层的IEC618502007年10月投运110kV承德西地数字化变电站,采用KEMA软件进行一致性测试,获得KEMA认证参加6次国调中心组织的互操作实验参加南网IEC61850测试与ABB、SIE

11、MENS、AREVA等国外厂家实现互联互通,全面支持IEC61850通讯标准完备的IEC61850对象及服务支持多达16个客户端的同时连接面向对象的数据建模动态创建MMXU、XCBR、XSWI、CSWI等各种测控元件模型动态创建PDIS、PIOC、PTOC、RDRE、RADR等各种保护模型MMXU测量一个设备的全部电气信息，提供测量死区设定、越限检测功能XCBR、XSWI反映开关/刀闸的位置状态，并提供其动作次数的统计信息CSWI提供增强型的SBOw控制，支持同期和互锁判断支持GOOSE发送/接收闭锁信息，同时能够详细记录GOOSE信息报告（URCB、BRCB）和日志功能支持SNTP对时广泛的

12、互操作性,基于JAVA开发的跨平台组态工具，可以运行在Windows、Solaris、Linux等多个平台图形化编辑生成或导入导出符合IEC61850的四种SCL文件后台通过导入配置生成的全站SCD文件自动生成全站测点数据库记录，包括通信配置、测点名和遥测系数等各项配置,支持IEC61850模型与体系容纳非IEC61850的装置既可用于全新数字化变电站又可用于老站改造,与中国航天时代电子公司合作成立南瑞航天子公司光纤式电子互感器在武高所完成形式试验，并通过鉴定省级鉴定在淮北挂网运行在上海蒙自/封周站应用,利用磁光法拉第效应,A）不通电 B）通电,光波在通电导体的磁场作用下，光的传播发生相位变化

13、,检测光强的相位变化，测出对应电流大小,北京顺义500kV数字化变电站工程浙江绍兴外陈220kV数字化变电站工程浙江绍兴渡东220kV数字化变电站工程青岛午山220kV数字化变电站工程深圳简龙220kV数字化变电站工程河北承德110kV数字化变电站工程广东沙坪110kV数字化变电站工程河南碧沙110kV数字化变电站工程广西杨丁110kV数字化变电站工程山东穆村110kV数字化变电站工程,2006年11月18日，国电南瑞科技股份有限公司中标浙江省电力公司220kV外陈变电站项目，成为外陈变系统集成商。中标项目包括后台监控系统、测控装置、统一组态工具、保护子站、远动工作站和IEC 61850测试工

14、具，2008年1月成功投运。该项目是国内第一个多厂家、全IEC 61850的220kV变电站监控系统，汇集了国电南瑞、国电南自、南瑞继保、北京四方、深圳南瑞、ABB、SIEMENS七个厂家的产品，涵盖了后台、测控、保护、四合一、远动、保护子站等不同类型的设备。国电南瑞凭借创新的全站统一建模思想、全套的产品、完善的系统解决方案、与国际国内厂家丰富的互联经验一举中标，标志着国电南瑞在IEC 61850系统集成方面获得了突破。,光纤双环内切网4个VLAN所有测控、保护的MMS通讯所有测控GOOSE通讯保护GOOSE通讯A保护GOOSE通讯B,统一模型 断路器同期合闸与无压合闸模式 保护定值排序方式

15、保护故障报告实现方式 保护GOOSE压板实现方式 GOOSE双网冗余机制 检修模式的实现方式 交换机网络结构 保护GOOSE测试方案 网络报文监视方法,将全站所有采用GOOSE机制的保护装置（两套母差保护、四套线路保护、一套母联保护）的电流回路串联起来连接到测试设备，并将所有智能操作箱跳闸接点接到测试设备进行计时。测试设备输出故障电流时这些保护装置几乎同时动作发出大量高优先级的GOOSE报文给相应的智能操作箱跳闸。多次试验结果表明，保护整组动作时间没有受到明显影响。,110kV出线（西上线）并列安装1组电子式电流互感器；110kV出线（西小线）原电磁式电流互感器就地安装MU 壹套；110kV电

16、压切换采用在主控室通过并列切换装置进行并列切换，并经MU数字化后送相应IED。35kV及10kV分段PT采用在继电小室通过并列切换装置进行切换并列，就地安装MU数字化后送相应IED。2回110kV出线断路器、全部10kV线路断路器及PT均安装智能操作单元。所有电压等级采用1 to N测控保护一体化IED，并按双主机配置。主变保护采用1 to N主后备一体化IED，并按双主机配置。所有IED均采用数字接口方式。全站通过全光纤通信体系构成网络，以期验证从过程层、间隔层和变电站层实现IEC 61850，并对电子式互感器实际运行状况进行考核。,编写数字化电网关键技术研究框架编写国网IEC61850工程实施规范基于IEC61850通信协议的数字化变电站研究编写数字化变电站运行、操作模式的研究编写IEC61850/IEC61970在国内的应用编写智能化电网综合报告和技术框架编写智能变电站技术导则,概述,系统设计,产品特点与主要项目,数字化变电站只是一个发展阶段一、二次出现融合迹象，集中式处理架构抬头智能告警、事故自动分析新型自描述方法进一步集成化强调协同互动,谢谢,