電力系統(tǒng)自動化教學(xué)課件教案第18講智能電網(wǎng)與智能變電站2

1、第十八講 智能電網(wǎng)與智能變電站（2）主講人：李巖松智能變電站 智能電網(wǎng)是自動化技術(shù)的發(fā)展方向,確保電力系統(tǒng)生產(chǎn)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性8/5/20222North China Electric Power University一、IEC61850標(biāo)準(zhǔn)電力用戶及系統(tǒng)集成廠商一直希望系統(tǒng)是開放的，設(shè)備之間具備互操作性互操作性是指來自同一制造商或不同制造商的兩個以上智能電子設(shè)備之間具備交換信息，并使用這些信息實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的協(xié)同操作能力變電站自動化系統(tǒng)一直沒有形成統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用不同廠家的產(chǎn)品，必須要增加規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備，才能接入到站內(nèi)LAN上實(shí)現(xiàn)信息的交互8/5/20223North China

2、Electric Power UniversityIEC61850標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過多年的醞釀和討論于2003年內(nèi)正式發(fā)布部分內(nèi)容全世界唯一的變電站網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，成為電力系統(tǒng)中從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動化無縫自動化標(biāo)準(zhǔn)，有望成為通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的工業(yè)控制通信標(biāo)準(zhǔn)8/5/20224North China Electric Power UniversityIEC61850標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)1、采用分層的智能電子裝置和變電站自動化系統(tǒng)2、制定了滿足電力系統(tǒng)實(shí)時信息傳輸要求的服務(wù)模型3、采用抽象通信服務(wù)接口、特定通信服務(wù)映射，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議獨(dú)立8/5/20225Nort

3、h China Electric Power UniversityIEC61850標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)4、采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)，面向設(shè)備、面向?qū)ο蠼：兔嫦驊?yīng)用開放的完善的自我描述5、采用配置語言，配備配置工具，在信息源定義數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性8/5/20226North China Electric Power UniversityIEC61850標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建立了三類信息服務(wù)模型：MMS（制造報文規(guī)范）、GOOSE（通用面向變電站事件對象）、SV（采樣值）MMS通信機(jī)制規(guī)范了間隔層IED與站控層監(jiān)控主機(jī)之間進(jìn)行運(yùn)行、維護(hù)報文的傳輸GOOSE通信機(jī)制規(guī)范了間隔層IED之間以及間隔層IED與過程

4、層智能終端之間的開關(guān)量報文的快速傳輸SV通信機(jī)制規(guī)范了間隔層IED與合并單元之間采樣值報文的傳輸8/5/20227North China Electric Power UniversityIEC61850標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)IEC61850提供了四類配置描述文件：SSD（系統(tǒng)規(guī)范描述）文件、SCD（系統(tǒng)配置描述）文件、ICD（IED能力描述）文件、CID（IED配置后的描述）文件ICD文件：描述一個IED的模型SSD文件：描述變電站的一次設(shè)備的模型SCD文件：描述整個變電站的模型IEC 61850模型包括三個類型的模型8/5/20228North China Electric Power Universi

5、tyIED模型采用面向?qū)ο蠛蛯哟位枋龅姆椒?，按照IEC 61850的語法和定義，對智能電子設(shè)備的功能邏輯、輸入接口、輸出接口、通信服務(wù)接口等信息進(jìn)行抽象、分類、組織，從而形成了完整的模型二、面向?qū)ο蠼＜夹g(shù) 創(chuàng)建IEC 61850模型的目的是描述主體（如智能電子設(shè)備IED設(shè)備），幫助客體（如監(jiān)控后臺）準(zhǔn)確理解主體，并能自動化地實(shí)現(xiàn)客體與主體之間的通信服務(wù)或客體的高級應(yīng)用功能8/5/20229North China Electric Power University二、面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)服務(wù)器（Server）邏輯設(shè)備（LD）邏輯節(jié)點(diǎn)(LN)數(shù)據(jù)對象(Data)8/5/202210North Ch

6、ina Electric Power University二、面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)1、由系統(tǒng)配置工具導(dǎo)入各種IED的模型（ICD文件）2、根據(jù)變電站IED配置情況將其實(shí)例化3、導(dǎo)入變電站一次設(shè)備模型（SSD文件）4、配置整個變電站的通信組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、IED的通信參數(shù)、IED間的信號連接（GOOSE、SV信號）以及一次設(shè)備與IED之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系整個變電站的模型建立過程8/5/202211North China Electric Power University 三、抽象通信服務(wù)映射Client/Server (客戶/服務(wù)器）模型：提供控制、報告、取數(shù)據(jù)值等服務(wù)Peer-to-Peer (對等網(wǎng)絡(luò)）模型：

7、提供GOOSE/GSSE服務(wù)，主要用在時間關(guān)鍵的應(yīng)用中，如繼電保護(hù)設(shè)備間快速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸）、周期的采樣值的傳輸服務(wù)8/5/202212North China Electric Power University三、抽象通信服務(wù)映射用抽象建模方法設(shè)計(jì)出抽象通信服務(wù)接口 ACSI，定義了變電站設(shè)備的公共的實(shí)用服務(wù)（1） ACSI僅對通信網(wǎng)絡(luò)可見且可訪問的實(shí)際設(shè)備（例如斷路器）或功能建模（2） ACSI從設(shè)備信息交換角度進(jìn)行抽象，并只定義了概念上的互操作。標(biāo)準(zhǔn)關(guān)心的是描述通信服務(wù)的具體原理，而沒有定義與有關(guān)設(shè)備間交換的具體報文及編碼IEC 61850-6定義了一種基于XML技術(shù)的變電站配置語言（S

8、CL)，用于描述變電站自動化系統(tǒng)和一次開關(guān)之間的關(guān)系以及智能電子設(shè)備（IED)的配置情況8/5/202213North China Electric Power University四、GOOSE 服務(wù) GOOSE服務(wù)支持由數(shù)據(jù)集組成的公共數(shù)據(jù)的交換，主要用于保護(hù)跳閘，斷路器位置，聯(lián)鎖信息等實(shí)時性要求高的數(shù)據(jù)傳輸, 為了保證GOOSE服務(wù)的實(shí)時性和可靠性，不經(jīng)過TCP/IP協(xié)議，直接在以太網(wǎng)鏈路層上傳輸8/5/202214North China Electric Power University五、SV服務(wù) SV服務(wù)對數(shù)據(jù)的采集、傳輸有著很強(qiáng)的時間限制；對采樣值傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組織需要有明確的理解（

9、1）采樣報文的組織方式對采樣的共有信息進(jìn)行了規(guī)范，使用了數(shù)據(jù)集的方式對各個采樣通道進(jìn)行了組織（2）采樣傳輸模型IEC 61850-9-2的采樣值信息是基于多播傳輸?shù)陌l(fā)布/訂閱傳輸機(jī)制（3）多播傳輸機(jī)制IEC 61850 - 9 - 2以組播的方式在局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層上傳輸采樣值8/5/202215North China Electric Power University五、SV服務(wù)（4）采樣同步訂閱者接收到采樣數(shù)據(jù)后，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行本地處理，然后提供給本裝置使用該采樣值，完成相應(yīng)的保護(hù)及其他運(yùn)算邏輯實(shí)現(xiàn)數(shù)宇化采樣同步：插值法； 時間同步法8/5/202216North China Electr

10、ic Power University六、電子式電流互感器共同趨勢：光纖化（降低制造成本）共同趨勢：電子化（數(shù)字化要求）不同原理：準(zhǔn)確化（穩(wěn)態(tài)和動態(tài)測量品質(zhì)）測量處理電流傳感測量傳輸8/5/202217North China Electric Power University1、電磁式電流互感器測量品質(zhì)穩(wěn)態(tài)（工頻）測量精度滿足 0.2 級電能計(jì)量要求動態(tài)測量精度低，不能很好滿足控制保護(hù)的需要短路故障情況下測量精度低不能測量穩(wěn)恒直流電流低頻率電流測量精度低非周期分量和大電流時出現(xiàn)磁路飽和現(xiàn)象原理應(yīng)用條件電流存在，并且變化傳感結(jié)構(gòu)鐵心線圈基本原理Faraday電磁感應(yīng)原理8/5/202218Nor

11、th China Electric Power University電磁感應(yīng)電壓取樣電流還原2、Rogowski線圈的電子式電流互感器M必須精準(zhǔn)。要求：骨架上線圈纏繞均勻骨架截面的面積均勻骨架壁厚度可以忽略電感系數(shù)骨架8/5/202219North China Electric Power University3、光學(xué)電流互感器Faraday旋光效應(yīng)原理通過Faraday旋光材料的線性偏振光，振動面的旋轉(zhuǎn)角F與Faraday材料長度L和外加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，就是 F=VLB其中V是費(fèi)爾德常數(shù)。Faraday旋光角與磁感應(yīng)強(qiáng)度，或者說與產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度的電流，具有良好的線性關(guān)系；并且與電流變

12、化與否無關(guān)。動態(tài)測量能力天然良好。線性偏振光Faraday旋光材料（玻璃、光纖）磁場Faraday旋光角8/5/202220North China Electric Power University一個物理定律馬呂斯 （1775-1812）在光路中放入偏振片 ，作為檢偏器，其透振方向 與 的夾角為 ，透過的光振幅 ，光強(qiáng) ，這就是馬呂斯定律。 8/5/202221North China Electric Power University偏振光 （polarized light）振幅保持不變，而方向周期變化，電場矢量繞傳播方向螺旋前進(jìn)圓偏振光（Circular polarized light）P

13、olarizerE vectorsEM線偏振光 （Plane polarized light）振動方向保持不變，振幅發(fā)生周期性變化8/5/202222North China Electric Power University一個物理現(xiàn)象方解石晶體光強(qiáng)偏振器尋常光（o光）非尋常光（e光）從方解石中出射的兩束光，o光和e光都是線偏振光，而且它們的振動矢量相互垂直，或者說，它們的偏振面相互垂直。一束光經(jīng)過方解石晶體后，我們看到的不是一個光斑，而是兩個光斑，這種雙像現(xiàn)象，就是雙折射現(xiàn)象。8/5/202223North China Electric Power University雙折射 雙折射反映了晶

14、體對于沿不同方向偏振的光波具有不同的傳播速度。當(dāng)光波進(jìn)入晶體后，在光波電磁場的作用下，晶體原子或分子將發(fā)生極化。若晶體的結(jié)構(gòu)具有各向同性，則極化具有各向同性，同樣，具有各向異性的晶體的原子在光波電磁場作用下的極化也將各向異性。許多非晶態(tài)物質(zhì)的分子、原子也具有不對稱的方向性，從整體上呈現(xiàn)出宏觀的各向同性。在一定的外界場（電磁的或機(jī)械的）作用下，分子或原子的取向出現(xiàn)一定的規(guī)則性，在宏觀上由各向同性變成各向異性，這種被稱為“人工雙折射”現(xiàn)象。8/5/202224North China Electric Power UniversityOCT及雙折射入射光出射光溫度 TFaraday 磁旋光效應(yīng)溫度引

15、起的雙折射8/5/202225North China Electric Power UniversityOCT的雙折射問題光學(xué)傳感頭中的雙折射包括： 殘余雙折射 組裝應(yīng)力雙折射 環(huán)境變化引起的暫態(tài)雙折射雙折射總在變化？8/5/202226North China Electric Power University六、電子式電壓互感器（1） Pockels電光效應(yīng)電壓互感器 Pockels效應(yīng)是指某些透明的光學(xué)介質(zhì)在外電場的作用下，其折射率線性隨外加電場而變（2）Kerr電光效應(yīng)光學(xué)電壓互感器（3）逆壓電效應(yīng)光學(xué)電壓互感器 逆壓電效應(yīng)是指當(dāng)壓晶體管受到外加電場作用時，晶體形狀產(chǎn)生微小變化，形變轉(zhuǎn)化為光信號的調(diào)制并檢測光信號。8/5/202227North China Electric Power University六、電子式電壓互感器（1）電阻分壓式分壓器與其周圍地電位的物體間存在的固有電場所引起的雜散電容，是造成