基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化變電站技術(shù)方案

1、基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化變電站技術(shù)方案 IEC61850通信卡IEC61850網(wǎng)關(guān)IEC61850主站軟件一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采用IEC 61850國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的新一代變電站自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品，電力裝備制造廠家進(jìn)入變電站市場(chǎng)領(lǐng)域的必然要求 IEC61850保護(hù)裝置本文內(nèi)容光學(xué)式電壓電流互感器 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)配置體系 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電站相關(guān)產(chǎn)品數(shù)字化變電站特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原那么 數(shù)字化變電站總體方案 數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 數(shù)字化變電站功能技術(shù)展望 光學(xué)式電壓電流互感器 光學(xué)式電壓互感器 有根據(jù)泡克爾斯(Pockels)效應(yīng)的原理工作

2、的，由于泡克爾斯元件晶體光的雙折射率隨電場(chǎng)強(qiáng)度而變化，因此可以根據(jù)光電二極管的輸出電壓來(lái)確定施加于晶體上的電壓大小光學(xué)電流互感器OCT 可以分為法拉第旋光效應(yīng)原理的全光式電流互感器和羅柯夫斯基(Rogowiski)線圈原理的混合式電流互感器兩類。 羅柯夫斯基混合式電流互感器 優(yōu)點(diǎn) 提高了互感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍具有寬廣的線性特性，在所測(cè)量或保護(hù)的電流范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)飽和 缺點(diǎn) 不能測(cè)量重要的電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)量非周期分量； 原理難以滿足互感器精度標(biāo)準(zhǔn)要求 高壓傳感頭必然是有源方式 精度受環(huán)境溫度和電磁干擾的影響 優(yōu)點(diǎn) 與電流大小和波形無(wú)關(guān)的線性化動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力 可以測(cè)量各種交流諧波，而且可以測(cè)量直流量 傳感

3、頭由絕緣材料制成，絕緣性能天然優(yōu)良 缺點(diǎn) 測(cè)量精度受到運(yùn)行環(huán)境溫度的影響，達(dá)不到計(jì)量的要求 運(yùn)行穩(wěn)定性差，無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期使用 法拉第旋光效應(yīng)全光式電流互感器 全光式電流互感器關(guān)鍵技術(shù) 獨(dú)立量自適應(yīng)光學(xué)電流傳感原理。螺線管聚磁光路結(jié)構(gòu)技術(shù)。分布參數(shù)瓊斯矩陣模型。全光式電流互感器測(cè)試接線 大電流發(fā)生器光學(xué)電流互感器測(cè)試系統(tǒng)溫度傳感器溫度調(diào)節(jié)箱標(biāo)準(zhǔn)CT標(biāo)準(zhǔn)電阻激光器全光式電流互感器測(cè)試數(shù)據(jù) 溫度在下列額定電流百分比下的比值誤差 (%)在下列額定電流百分比下的相位誤差 ()備注520100120520100120測(cè)試時(shí)間電流改變+600.0392-0.00120.03150.06761.0151.44

4、3-0.620-2.13412:30上升0.06350.00040.04670.08520.7991.534-0.847-2.179下降+200.0086-0.05070.0156-0.02581.4312.464-0.241-2.53215:30上升0.0035-0.02450.01930.02070.4931.846-0.845-2.272下降+200.0417-0.04470.00310.03043.6161.528-0.387-2.42115:40上升0.0410-0.04450.02350.04573.3572.035-0.673-2.363下降-40-0.0855-0.1262-0

5、.0834-0.06922.5752.4710.631-0.70518:15上升-0.0584-0.1182-0.1138-0.09952.4672.5850.533-0.694下降-40-0.0714-0.1185-0.0895-0.07383.1042.9640.591-0.71318:25上升-0.0533-0.1155-0.0747-0.06542.9153.2180.690-0.750下降變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究?jī)?nèi)容體系配置Part 6: 變電站中智能電子設(shè)備通信配置描述語(yǔ)言抽象通信服務(wù)變電站和線路（饋線）設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)Part 7-2: 抽象通信服務(wù)接口(A

6、CSI)Part 7-1: 原理和模型測(cè)試Part 10: 一致性測(cè)試特殊通信服務(wù)映射(SCSM)Part 8-1: 映射到制造商報(bào)文MMSPart 9-1: 通過(guò)單向多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信連接模擬采樣值Part 9-2: IEEE 802.3之上的模擬采樣值系統(tǒng)方面Part 1: 介紹和概述Part 2: 術(shù)語(yǔ)Part 3: 總體要求Part 4: 系統(tǒng)和項(xiàng)目管理Part 5: 功能通信要求和設(shè)備模型數(shù)據(jù)模型變電站和線路（饋線）設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)Part 7-4: 兼容邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)類Part 7-3: 公共數(shù)據(jù)類變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究分層過(guò)程層間隔層變電站層各層間信息交互

7、劃分了邏輯接口互 操 作 性不同設(shè)備提供商的設(shè)備或者同一廠家不同型號(hào)設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的能力功能自由配置標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該支持變電站功能的自由分布，對(duì)于集中控制RTU或者非集中控制SCS系統(tǒng)，業(yè)務(wù)處理是相同的。長(zhǎng)期穩(wěn)定性抽象通訊效勞接口ACSI把應(yīng)用接口和具體實(shí)現(xiàn)徹底別離，從而標(biāo)準(zhǔn)支持今后通訊技術(shù)的開(kāi)展，而標(biāo)準(zhǔn)本身是穩(wěn)定的。變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究目標(biāo) 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究變電站數(shù)據(jù)分散式管理與功能自由配置A 站層工作站IHMI：人機(jī)界面LN變電站層間隔層過(guò)程層保護(hù)和控制一體化裝置CSWI：開(kāi)關(guān)控制LNPDIS：距離保護(hù)LN斷路器設(shè)備XCBR：斷路器LN光電式互

8、感器TCTR：電流傳感器LNTVTR：電壓傳感器LN變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究變電站數(shù)據(jù)分散式管理與功能自由配置B 站層工作站IHMI：人機(jī)界面LN變電站層間隔層過(guò)程層保護(hù)裝置PDIS：距離保護(hù)LN控制裝置XCBR：斷路器LN光電式互感器TCTR：電流傳感器LNTVTR：電壓傳感器LNCSWI：開(kāi)關(guān)控制LN變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期的相對(duì)穩(wěn)定性 IEC61850-7-2局部只定義了交互數(shù)據(jù)信息的抽象通訊效勞接口，而沒(méi)有規(guī)定具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。如何完成對(duì)本地或者遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)的訪問(wèn)不是ACSI局部的范疇 。對(duì)于遠(yuǎn)方的IEC61850數(shù)據(jù)對(duì)象信息的獲取，需要依賴

9、于具體的特殊通訊效勞影射SCSM 。IEC61850-8-1是影射到制造報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)MMSISO9506-1和ISO9506-2和TCP/IPISO/IEC8802-3協(xié)議上 ?；谶@種架構(gòu)的設(shè)計(jì)，今后網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的更新，不會(huì)修改具體的效勞接口局部，只需修改或者添加特殊效勞影射局部 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-抽象通訊效勞接口ACSI 效勞接口總體分為關(guān)聯(lián)、目錄和數(shù)據(jù)定義效勞、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、取代、數(shù)據(jù)集操作、定值管理、報(bào)告、日志、控制、GOOSE、SV、文件操作、SNTP協(xié)議對(duì)時(shí)效勞等十三個(gè)類別對(duì)于遠(yuǎn)方的IEC61850數(shù)據(jù)對(duì)象信息的獲取，需要依賴于具體的特殊通訊效勞影射SCSM 。

10、變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口的主站仿真系統(tǒng)圖 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口1關(guān)聯(lián)效勞 這里所提的關(guān)聯(lián)效勞是指C/S模式的通訊通道的建立和釋放，包括建立關(guān)聯(lián)Association、關(guān)閉關(guān)聯(lián)Release、和終止關(guān)聯(lián)Abort三個(gè)效勞。 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口2目錄和數(shù)據(jù)定義效勞 目錄效勞如圖10所示分為效勞器Server、邏輯設(shè)備LD、邏輯節(jié)點(diǎn)LN、數(shù)據(jù)實(shí)例DO或者數(shù)據(jù)集目錄四個(gè)層次 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC618

11、50抽象通訊效勞接口3數(shù)據(jù)讀寫(xiě)效勞 為即時(shí)查詢IED設(shè)備的數(shù)據(jù)當(dāng)前值和在線獲取IED設(shè)備數(shù)據(jù)字描述信息提供了技術(shù)保證。它主要包括數(shù)據(jù)實(shí)例DO的讀寫(xiě)、讀取邏輯節(jié)點(diǎn)全部數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集全部數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)效勞、和各種控制塊的屬性數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)效勞。特別指出的是在完成這些效勞的讀寫(xiě)功能時(shí)，需要考慮功能約束的限制 某些數(shù)據(jù)的寫(xiě)操作，例如SGCB的ActSG屬性的寫(xiě)操作具有特殊的業(yè)務(wù)意義，它代表著切換定值區(qū)操作，而非簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)寫(xiě)操作。 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口4取代效勞 取代效勞是使用于檢修模式或者過(guò)程層值獲取有問(wèn)題時(shí)，以設(shè)定的取代值來(lái)取代過(guò)程層的值 變電站通信網(wǎng)

12、絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口5數(shù)據(jù)集DataSet 數(shù)據(jù)集給客戶端對(duì)效勞器端的數(shù)據(jù)管理提供了方便，諸如報(bào)告控制塊、GOOSE效勞等都需要數(shù)據(jù)集的參與。不僅可以在配置時(shí)配置永久性的數(shù)據(jù)集，還可以在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)立數(shù)據(jù)集 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口6定值管理 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口7報(bào)告效勞 用于變電站中實(shí)時(shí)信息的主動(dòng)上送，包括狀態(tài)量的遙信信息、電氣量的測(cè)量信息等。它分為帶緩存的不帶緩存的報(bào)告類型。 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC6185

13、0抽象通訊效勞接口8日志LOG效勞 應(yīng)用于裝置的歷史事件記錄功能。提供兩種查詢方式，一種是按照時(shí)標(biāo)進(jìn)行查詢，第二種是以事件條目標(biāo)識(shí)進(jìn)行查詢。 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口9控制效勞 完成變電站控制命令的下發(fā)和接收，完成對(duì)一次設(shè)備的操作。 控制操作分為普通平安模式的直控、普通平安模式的選控、增強(qiáng)平安模式的直控、和增強(qiáng)平安模式的選控四種 控制操作流程示意圖 增強(qiáng)平安模式的選控成功執(zhí)行時(shí)序圖 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口10文件效勞 文件操作是在線進(jìn)行文件的上傳、下裝、刪除、獲取文件的目錄、和查詢文件

14、的屬性等操作 。 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口11GOOSE效勞 GOOSE效勞使用于站內(nèi)保護(hù)裝置的互鎖邏輯等，它和SV采樣值上送都屬于MACC關(guān)聯(lián)的效勞。GOOSE和SV效勞最大技術(shù)問(wèn)題在于實(shí)時(shí)性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求高。它直接映射到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議虛擬網(wǎng)上，使用播送地址進(jìn)行信息的多路發(fā)送。GOOSE播送地址范圍為01-0C-CD-01-00-00到01-0C-CD-01-01-FF。 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口12SV效勞 SV采樣值效勞應(yīng)用于過(guò)程層的光電電流、電壓互感器上送電氣量，把傳統(tǒng)的模

15、擬信號(hào)的傳輸更新為網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字信號(hào)傳輸。 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-IEC61850抽象通訊效勞接口13SNTP效勞 在UDP/IP之上采用標(biāo)準(zhǔn)SNTP應(yīng)用層協(xié)議實(shí)現(xiàn)了IED設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí) 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850研究-國(guó)調(diào)中心第三次互操作性實(shí)驗(yàn) 2005年5月、10月，國(guó)調(diào)中心在北京組織進(jìn)行了各為期兩天的IEC61850第一、二次互操作實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是檢驗(yàn)國(guó)內(nèi)各變電站自動(dòng)化廠家設(shè)備之間根本的互聯(lián)以及互操作能力。2006年01月，國(guó)調(diào)中心在北京組織進(jìn)行為期兩天的第三次IEC61850互操作實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括檢查CID文件標(biāo)準(zhǔn)、定值效勞、report和log效勞

16、、用sntp協(xié)議對(duì)時(shí)。國(guó)調(diào)中心要求各個(gè)參加實(shí)驗(yàn)的廠家采用規(guī)定的間隔接線方式，提供指定的采集信息，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成要求的各項(xiàng)互操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)配置體系 根據(jù)功能需求分配邏輯節(jié)點(diǎn)IED能力描述和配置完整的變電站系統(tǒng)描述和配置 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)配置體系 -總模型 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)配置體系 變電站模型 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)配置體系 IED模型 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)配置體系 通信模型 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)配置體系 數(shù)據(jù)模版模型IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電站相關(guān)產(chǎn)品 過(guò)程層自適應(yīng)光學(xué)電流互感器間隔層：IEC61850網(wǎng)關(guān)IEC61850通信卡微機(jī)保護(hù)與測(cè)控裝置IEC61850樣

17、機(jī)變電站層：系統(tǒng)配置工具通信配置工具IED配置工具仿真監(jiān)控主站數(shù)字化變電站特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原那么 數(shù)字化變電站特征 數(shù)字化的CT、VT、二次設(shè)備、開(kāi)關(guān)設(shè)備 無(wú)縫的通信協(xié)議。 提供高優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能GOOSE效勞數(shù)字化變電站特點(diǎn)：數(shù)據(jù)共享、信息全面且簡(jiǎn)練，簡(jiǎn)化設(shè)備，提高可靠性安裝、運(yùn)行、維護(hù)及升級(jí)方便基于相同格式的底層數(shù)據(jù)，降低設(shè)備的本錢(qián)提供更先進(jìn)的應(yīng)用功能 數(shù)字化變電站特點(diǎn)與設(shè)計(jì)原那么 通信協(xié)議和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)符合IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議分散采集數(shù)據(jù)，綜合管理底層數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)完整和平安，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一時(shí)標(biāo)符合無(wú)人或少人值班的要求，滿足不同需求，向不同用戶提供信息，適應(yīng)大電網(wǎng)的開(kāi)展

18、和要求在保證可靠性的前提條件下，充分共享資源，綜合設(shè)備功能，降低系統(tǒng)制造本錢(qián)開(kāi)發(fā)更多的自動(dòng)化功能，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，降低運(yùn)行本錢(qián)完善的系統(tǒng)自檢、故障定位功能集各種數(shù)據(jù)一體，如運(yùn)行數(shù)據(jù)、圖形、視頻信息基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流數(shù)字化變電站總體方案 方案一：僅采用IEC61850協(xié)議的過(guò)渡型數(shù)字化變電站；方案二：采用IEC61850協(xié)議與數(shù)字化CT/PT的實(shí)用型數(shù)字化變電站；方案三：采用IEC61850協(xié)議、數(shù)字化CT/PT、智能一次設(shè)備的完全型數(shù)字化變電站 優(yōu)點(diǎn)：相比現(xiàn)有的變電站，數(shù)字化程度高，信息和通信符合最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，具有很好的互操作性，GOOSE的。二次設(shè)備可通過(guò)在現(xiàn)有成熟的設(shè)備根底上完成，具有

19、較高的實(shí)用性，便于現(xiàn)階段在變電站推廣和老站改造。缺點(diǎn)：變電站的間隔層和站控層實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，過(guò)程層仍是模擬信號(hào)設(shè)備，數(shù)字化不完整。數(shù)字化變電站總體方案-方案一 數(shù)字化變電站總體方案-方案二 優(yōu)點(diǎn)：采用ECT/EVT，變電站的間隔層和站控層全部數(shù)字化、過(guò)程層根本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。過(guò)程層的采樣數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，節(jié)省電纜；ECT/EVT采用先進(jìn)的光測(cè)量原理，抗電磁干擾和線性變換性能好。ECT/EVT在國(guó)內(nèi)外的運(yùn)行成功，是目前推廣數(shù)字化變電站最熱點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)，具有示范價(jià)值。 缺點(diǎn)：過(guò)程層的開(kāi)關(guān)SW/CB控制仍是單獨(dú)的信號(hào)回路。目前ECT/EVT在國(guó)內(nèi)還不完全成熟，本錢(qián)較高。 數(shù)字化變電站總體方案-方案二 數(shù)字化變電

20、站總體方案-方案三 優(yōu)點(diǎn)：變電站的間隔層和站控層、過(guò)程層全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。過(guò)程層的測(cè)量、監(jiān)視和控制全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化。最終降低本錢(qián)和提高可靠性，是今后變電站數(shù)字化的開(kāi)展方向。 缺點(diǎn)：數(shù)字式的開(kāi)關(guān)ESW/ECB，目前技術(shù)上還沒(méi)成熟到試運(yùn)行階段，此方案目前無(wú)法實(shí)施。 數(shù)字化變電站總體方案-方案三 通信局部的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將會(huì)因?yàn)樽冸娬绢愋?、電壓等?jí)、元件數(shù)量、功能冗余等要求不同而有很大的區(qū)別。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站中由于過(guò)程層設(shè)備進(jìn)行數(shù)字通信采用了過(guò)程網(wǎng)絡(luò)，傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文將遵循協(xié)議要求的格式，報(bào)文的最大長(zhǎng)度接近1KB，采樣數(shù)據(jù)流在通信網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)荷將對(duì)網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生很大的性能影響，這是過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)劃分和選擇的關(guān)鍵因素之一。過(guò)程層的數(shù)據(jù)源主要由電子式電流電壓互感器組合單元提供，互感器頭從高壓側(cè)的一次設(shè)備提取到電壓電流等數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)合并器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給相應(yīng)的繼電保護(hù)設(shè)備和間隔控制器。通信介質(zhì)首選