智能變電站基礎知識課件

智能變電站基礎知識

智能變電站概述

智能電網(wǎng)的特征經(jīng)濟高效堅強可靠清潔環(huán)保友好互動透明開放1、堅強可靠是指具有堅強的網(wǎng)架結構、強大的電力輸送能力和安全可靠的電力供應；2、經(jīng)濟高效是指提高電網(wǎng)運行和輸送效率，降低運營成本，促進能源資源和電力資產(chǎn)的高效利用；3、清潔環(huán)保是指促進可再生能源發(fā)展與利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清潔電能在終端能源消費中的比重；4、透明開放是指電網(wǎng)、電源和用戶的信息透明共享，電網(wǎng)無歧視開放；5、友好互動是指靈活調(diào)整電網(wǎng)運行方式，友好兼容各類電源和用戶接入與退出，激勵電源和用戶主動參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)。智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)的內(nèi)涵智能變電站概述

智能變電站概述

傳統(tǒng)變電站綜合自動化變電站IEC61850變電站數(shù)字化變電站智能變電站通信規(guī)約統(tǒng)一高級應用智能一次設備數(shù)字化和網(wǎng)絡化智能電網(wǎng)智能變電站的演變和組成

采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支

持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。電子式互感器應用IEC61850標準的頒布和實施高速工業(yè)通信網(wǎng)絡技術發(fā)展斷路器智能接口技術應用一次設備智能化及高級應用要求

智能變電站數(shù)字化網(wǎng)絡化標準化智能變電站的定義智能變電站概述

高級應用一次設備智能化智能變電站概述

傳統(tǒng)變電站設備功能分布傳統(tǒng)微機保護測控交流輸入組件A/D轉(zhuǎn)換組件保護邏輯(CPU)開入開出組件人機對話模件端子箱二次設備和一次設備功能重新定位。智能變電站設備功能分布智能終端MU傳統(tǒng)微機保護交流輸入組件A/D轉(zhuǎn)換組件保護邏輯(CPU)開入開出組件人機對話模件端子箱二次設備和一次設備功能重新定位：ECT一次設備智能化IED數(shù)字化保護SMV光纖GOOSE服務器1RCS-9785系列GPS對時裝置RCS-9698H各級調(diào)度、集控中心以太網(wǎng)……服務器2操作員站五防工作站繼電保護工程師站GOOSE網(wǎng)光纖以太網(wǎng)PCS-221MUPCS-222智能終端220kV保護室打印服務器PCS-931PCS-915PCS-221ECVTPCS-9705光纖GOOSE網(wǎng)PCS-221MUPCS-222智能終端110kV保護室PCS-943PCS-915PCS-221ECVT一體化平臺智能變電站_方案什么是GOOSE?面向通用對象的變電站事件(GOOSE---GenericObjectOrientedSubstationEvent)是IEC61850標準中用于滿足變電站自動化系統(tǒng)快速報文需求的一種機制GOOSE可以傳輸什么？

可以傳輸開入（智能終端的常規(guī)開入等），開出（跳閘，遙控，啟動失靈，聯(lián)鎖，自檢信息等），實時性要求不高的模擬量（環(huán)境溫濕度，直流量）GOOSE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型？常見傳輸布爾量，整型，浮點型，位串GOOSE介紹10GOOSE發(fā)送機制GOOSE采用多播方式傳送數(shù)據(jù)以太網(wǎng)傳輸方式有：點對點、廣播、多播GOOSE采用連續(xù)多次傳送的方式實現(xiàn)可靠傳輸：T1=2msT2=4msT3=8msT0=5s(默認值，由SCD確定)感性認識GOOSE（線路跳閘）測試儀輸入線路保護A線路保護B智能終端A智能終端BSV輸入1仿真故障2跳閘3新位置4重合5新位置電纜開關GOOSE電纜感性認識GOOSE（母差跳閘）測試儀輸入線路保護A線路保護B智能終端A智能終端BSV輸入1仿真故障2跳閘3新位置電纜開關電纜母差保護AGOOSE閉鎖重合閉鎖重合電纜GOOSE報文stNum:范圍（1-4294967295）狀態(tài)序號，狀態(tài)改變一次+1，溢出后從1開始；sqNum:

范圍（0-4294967295）順序序號，初始值為1，狀態(tài)不變化時，每發(fā)送一次+1，溢出后從1開始;

0專為stNum變化時首幀傳輸保留。裝置重啟：stNum,sqNum都從1開始。注釋1：stNum,sqNumT0（心跳時間,Maxtime）GOOSE報文在穩(wěn)定事件時的重傳時間，61850標準未說明具體時間，應根據(jù)當?shù)貙嶋H來設定，建議為TAL的一半，國內(nèi)工程一般5s.T1（Mintime）GOOSE報文有時間發(fā)生時的最短傳輸時間，61850標準未說明具體時間，應根據(jù)當?shù)貙嶋H來設定，國內(nèi)工程一般2ms.生存時間（TAL（timeAllowedtoLive））GOOSE報文的允許生存時間，即有效時間，用于通知接收方等待下一次重傳的最長時間。如果在該時間間隔內(nèi)部沒有收到新報文，接收方將認為關聯(lián)丟失.61850標準建議為T0的2倍。

UTC時間（(UniversalTimeCoordinated）整個地球分為二十四時區(qū)，每個時區(qū)都有自己的本地時間。在國際無線電通信場合，為了統(tǒng)一起見，使用一個統(tǒng)一的時間，稱為通用協(xié)調(diào)時(UTC,UniversalTimeCoordinated)。UTC與格林尼治平均時(GMT,GreenwichMeanTime)一樣，都與英國倫敦的本地時相同。北京時間比UTC時間早8小時，以1999年1月1日0000UTC為例，UTC時間是零點，北京時間為1999年1月1日早上8點整。幾個時間概念什么是SMV?SampledMeasuredValue 采樣測量值，也稱為SV(SampledValue),一種用于實時傳輸數(shù)字采樣信息的通信服務

從發(fā)展歷史來說，SMV的發(fā)展先后經(jīng)歷：

IEC60044-8，IEC61850-9-1，IEC61850-9-2

目前主要采用IEC61850-9-2，IEC60044-8

SMV介紹IEC60044-7:InstrumenttransformersElectronicvoltagetransformersIEC60044-8:InstrumenttransformersElectroniccurrenttransformersIEC61850-9-1IEC61850-9-2:Communicationnetworksandsystemsinsubstations–Part9-2:SpecificCommunicationServiceMappingUCA9-2LE:ImplementationguidefordigitalinterfacetoinstrumenttransformersusingIEC61850-9-2相關標準發(fā)展IEC60044-8是國際電工委員會為電子式互感器專門制定的一個標準，點對點光纖串行數(shù)據(jù)接口采用IEC69870-5-1的FT3格式，故常稱之為FT3格式傳輸延時確定可以采用再采樣技術實現(xiàn)同步采樣硬件和軟件實現(xiàn)簡單通道傳送瞬時標幺值固定12通道IEC60044-8為了滿足變電站更加靈活的需求，國網(wǎng)公司在《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護技術規(guī)范》對60044-8所定義的通用幀格式從12通道擴展到22通道，一般稱之為擴展FT3格式擴展FT3IEC61850-9-2：是國際電工委員會標準《IEC61850-9-2：特定通信服務映射(SCSM)》中所定義的一種采樣值傳輸方式，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)接口傳輸延時不確定無法準確采用再采樣技術硬件軟件比較通用，但對交換機要求極高硬件和軟件實現(xiàn)都將困難不同間隔間數(shù)據(jù)到達時間不確定，不利于母差、變壓器等保護的數(shù)據(jù)處理通道傳送一次瞬時值IEC61850-9-2

為了滿足變電站更加可靠的需求，合并單元不再依賴時鐘源進行同步，國網(wǎng)公司在《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護技術規(guī)范》定義了點對點9-2的方式，具體技術要求如下：合并單元應輸出電子式互感器整體的采樣響應延時，額定延時時間不大于2ms。采樣值發(fā)送間隔離散值應小于10μS.通道延時需要在采樣數(shù)據(jù)集中作為一路通道發(fā)送。IEC61850-9-2（點對點）

采樣方式的優(yōu)缺點IEC60044-8：優(yōu)點：不依賴于外部同步時鐘，誰用數(shù)據(jù)誰同步處理，可靠性高。缺點：物理接口專用接口；數(shù)據(jù)點對點傳輸，接線較復雜。IEC61850-9-1/2：優(yōu)點：物理接口標準以太網(wǎng)接口；可以組網(wǎng)傳輸，利于數(shù)據(jù)共享；缺點：依賴外部時鐘，時鐘丟失時影響二次設備功能。（組網(wǎng)）數(shù)據(jù)點對點傳輸，接線較復雜（點對點）

44-8報文（借助儀器）9-2報文標注智能變電站過程層網(wǎng)絡相當于常規(guī)變電站的二次電纜，各IED之間的信息通過報文交換，信息回路主要包括SV采樣、GO開入和開出。從結構上講，智能變電站可分為站控層設備、間隔層設備、過程層設備、站控層網(wǎng)絡和過程層網(wǎng)絡，即“三層兩網(wǎng)”。間隔層設備跨兩個網(wǎng)絡。從功能實現(xiàn)上講，智能變電站可分為過程層（含設備和網(wǎng)絡）和站控層。過程層面向一次設備，站控層面向運行和繼保人員。

智能變電站過程層特點過程層技術過程層技術

智能變電站過程層特點智能變電站分層過程層技術過程層設備：電子式互感器：實現(xiàn)采樣的數(shù)字化。合并單元：實現(xiàn)采樣的共享化。智能終端：實現(xiàn)開關、刀閘開入開出命令和信號的數(shù)字化。智能變電站過程層特點過程層信息傳輸過程層技術過程層設備可靠性要求：過程層信息的傳輸要求準確、可靠、快速?？煞譃閮煞N：SV：周期性采樣信號，要求保證傳輸?shù)膶崟r性和快速性。GO：事件驅(qū)動的開入開出信號。實時性和可靠性要求高。3.1智能變電站過程層特點過程層信息傳輸過程層技術智能變電站過程設備：合并單元、智能終端和過程層交換機。3.2智能變電站過程層設備MU智能終端交換機過程層技術合并單元定義（MU：mergingunit）：用以對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進行時間相關組合的物理單元。合并單元可是互感器的一個組成件，也可是一個分立單元。

MU的必要性：電子式互感器的遠端模塊輸出沒有統(tǒng)一規(guī)定，各廠家使用的原理、介質(zhì)系數(shù)、二次輸出光信號含義不相同。因此，電子式互感器輸出的光信號需要同步、系數(shù)轉(zhuǎn)化等處理后，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式供二次設備使用。否則，電子式互感器無法與二次設備通信。合并單元是電子式互感器接口的重要組成部分。智能變電站過程層設備過程層技術合并單元是實現(xiàn)ECVT與二次設備接口的關鍵裝置

-數(shù)據(jù)合并及發(fā)送。合并單元同時接受并處理三相電流和三相電壓信號，并按IEC60044-8或IEC61850-9-2格式輸出送給二次設備使用；-數(shù)據(jù)同步。合并單元實現(xiàn)獨立采樣的三相電流和三相電壓信號的同步。

過程層技術MU的采樣同步：MU利用同步時鐘同步電子式互感器的采樣，同步可采用同步法或插值法，采樣的同步誤差不大于±1us。A、同步法：由MU向電子互感器發(fā)送采樣脈沖。B、插值法：電子互感器各自獨立采樣，并將采樣的一次電流或電壓數(shù)據(jù)以固定延時時間發(fā)送至MU，MU以同步時鐘為基準插值。MU的采樣頻率：4000Hz（80點：保護、測量）或12800Hz（256點：電能質(zhì)量）。

智能變電站過程層設備過程層技術智能斷路器的實現(xiàn)方式：智能斷路器的實現(xiàn)方式有兩種：一種是直接將智能控制模塊內(nèi)嵌在斷路器中；另一種是將智能控制模塊形成一個獨立裝置-----智能終端，安裝在傳統(tǒng)斷路器附近?，F(xiàn)階段采用常規(guī)斷路器+智能終端方案。智能終端的定義：smartterminal一種智能組件。與一次設備采用電纜連接，與保護、測控等二次設備采用光纖連接，實現(xiàn)對一次設備（如：斷路器、刀閘、主變壓器等）的測量、控制等功能。智能變電站過程層設備過程層技術一種智能組建。與一次設備采用電纜連接，與保護、測控等二次設備采用光纖連接，實現(xiàn)對一次設備的測量、控制等功能。過程層技術智能終端的作用：A、與一次設備的接口：采用電纜硬接線采集與斷路器、隔離開關、地刀相關的開入信號?？刂茢嗦菲?、隔離開關、地刀的操作。B、與間隔層設備的接口：光纖將一次設備的開入信息通過光纖上送給間隔層保護、控制裝置。并接收間隔層設備的控制命名。智能變電站過程層設備過程層技術交換機的定義：switch一種有源的網(wǎng)絡元件。交換機連接兩個或多個子網(wǎng)，子網(wǎng)本身可由數(shù)個網(wǎng)段通過轉(zhuǎn)發(fā)器連接而成。交換機為有源元件，降低了保護的可靠性。過程層交換機的管理智能變電站過程層交換機要與繼電保護同等對待。將交換機的VLAN及所屬端口、多播地址端口列表、優(yōu)先級描述等配置作為定值管理。

智能變電站過程層網(wǎng)絡過程層技術

智能變電站過程層網(wǎng)絡過程層技術IEC61850的服務和協(xié)議棧：

Client/Server

通訊

模擬量采樣值

(SAV)

模型

對象

服務

實時性要求以太鏈路層帶優(yōu)先級的以太物理層IP

TCP

MMS特定通訊服務映射SCSM)通用變電站對象事件GOOSE

過程層技術過程信息傳輸要求：準確、快速、可靠。過程層報文傳輸：IEC61850規(guī)范了過程層SV和GO的通信協(xié)議棧。應用層數(shù)據(jù)直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層，傳遞給物理層發(fā)送，會話層、傳輸層和網(wǎng)絡層為空。輸出傳輸減少了協(xié)議棧的處理過程，增加強了數(shù)據(jù)的實時性。

智能變電站過程層網(wǎng)絡過程層技術組播技術發(fā)布者/訂閱者模型是利用以太網(wǎng)發(fā)布的一種模型，特別適用于多數(shù)據(jù)源向多接受者發(fā)送流量大、實時性要求高的數(shù)據(jù)。SV和GO發(fā)布者/訂閱者模型，可采用兩種實現(xiàn)方案：基于VLAN的多播模式和基于MAC多播地址過濾的多播模式。網(wǎng)絡冗余網(wǎng)絡冗余包括鏈路冗余和設備冗余，鏈路冗余指交換機冗余，設備冗余主要指裝置的網(wǎng)口冗余。智能變電站過程層網(wǎng)絡過程層技術網(wǎng)絡冗余A、鏈路冗余。單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)和雙星形等網(wǎng)絡結構都具備鏈路冗余。環(huán)網(wǎng)在網(wǎng)絡故障時，網(wǎng)絡重構時間較長。且不同廠家采用不同生成樹協(xié)議，不便于組網(wǎng)，易產(chǎn)生網(wǎng)絡風暴。星形結構，任意兩點間通信最多經(jīng)過三級交換機，延時短，沒有網(wǎng)絡重構問題。B、裝置網(wǎng)口冗余。分主備方式和雙網(wǎng)獨立工作方式。C、同源雙網(wǎng)和雙源雙網(wǎng)概念。智能變電站過程層網(wǎng)絡過程層技術過程層實時性的要求：IEC61850規(guī)定過程層采樣值和保護跳閘傳輸時間小于3ms，保護事件傳輸2ms~10ms。網(wǎng)絡的實時性與哪些因素有關：通信網(wǎng)絡的實時性是由網(wǎng)絡帶寬、訪問仲裁/傳輸控制方法、組網(wǎng)方式等諸多因素共同決定的。過程層網(wǎng)絡的實時性過程層技術網(wǎng)絡延時分析：網(wǎng)絡傳輸延時由以下幾部分構成：TALL=N(TSF+TSW+TQ)+TWLA（N為交換機級聯(lián)臺數(shù)）A、交換機存儲轉(zhuǎn)發(fā)延時TSF。以太網(wǎng)幀最長為1522B，加上8B同步幀頭。交換機TSF最長為120us左右。B、交換機延時TSW。不超過10us。C、光纜傳輸延時TWL。光纜光速約為2/3倍光速。D、交換機排隊延時TQ。過程層網(wǎng)絡的實時性過程層技術GO報文傳輸?shù)目煽啃裕簽榱私档蛨笪奶幚硌訒r，GOOSE網(wǎng)絡協(xié)議對原有TCP/IP協(xié)議棧進行了裁剪，去掉了網(wǎng)絡層、傳輸層和會話層，使得鏈路層直接向上映射到表示層。由于GO傳輸缺少了傳輸層，必須在應用層采取措施保證其可靠性。A、重發(fā)機制。GO報文傳輸是觸發(fā)機制，但出于可靠性考慮，即使外部狀態(tài)不再變化，也應重發(fā)，只是重發(fā)間隔逐漸拉長。B、報文中應攜帶“報文存活時間TAL”和數(shù)據(jù)品質(zhì)等參數(shù)。如果接受端在TAL時間內(nèi)未收到任何報文，則接收端認為GO鏈路斷鏈。

過程層網(wǎng)絡的可靠性過程層技術

過程層網(wǎng)絡的可靠性SV報文傳輸?shù)牧髁浚?/p>

SV交換機主要考慮數(shù)據(jù)流量的控制，以我們的PCS222EA合并單元MU來計算：MU每秒數(shù)據(jù)流量（按照IEC61850-9-2協(xié)議、SMV數(shù)據(jù)集為21個數(shù)據(jù)通道為參考）S（流量）=248Byte*8bit*4000點/S

=7.568Mb/S過程層技術防止網(wǎng)卡溢出的措施：采取SV和GO報文過濾機制：B、交換機多播過濾。既能減少網(wǎng)絡GO報文，又可解決裝置CPU資源的不必要占用。（1）靜態(tài)多播配置。通過配置交換機靜態(tài)多播地址表實現(xiàn)多播報文過濾。其缺點是裝置連接的交換機端口必須固定，擴建或更換交換機時，必須修改或設置交換機多播配置。（2）動態(tài)多播配置。由交換機根據(jù)實際情況分配多播報文路徑。動態(tài)多播管理協(xié)議還缺乏運行經(jīng)驗。

過程層網(wǎng)絡的可靠性過程層技術交換機VLAN配置：A、交換機VLAN配置的必要性：1）減輕交換機和裝置的負載。SV網(wǎng)絡實時性要求高、數(shù)據(jù)流量大、數(shù)據(jù)流向單一，采用VLAN技術，有效隔離網(wǎng)絡流量，可減輕交換機和裝置負擔，提高網(wǎng)絡可靠性、實時性。2）安全隔離。GO報文相對SV報文，其流量小、數(shù)據(jù)流向復雜、裝置配置變動大（改擴建），GO采用VLAN進行劃分，可有效限定GO傳輸范圍，到每個端口只收所需報文，避免無關信號干擾，提高GO網(wǎng)絡的安全性和可靠性。過程層網(wǎng)絡的可靠性過程層技術交換機VLAN配置：A、VLAN的配置原則：1）采用裝置VID（裝置發(fā)送的報文中帶802.1Q字段，交換機根據(jù)VLAN配置表中的規(guī)則，決定數(shù)據(jù)流向，可簡化交換機的配置），采用交換機的端口PVID方式（裝置發(fā)送的報文中無802.1Q字段，交換機收到報文后打上本端口的VLAN標號，再根據(jù)VLAN配置表中的規(guī)則，決定數(shù)據(jù)流向。2）GO網(wǎng)絡宜按間隔配置VLAN。主要是考慮劃清數(shù)據(jù)流向，保證間隔數(shù)據(jù)不混淆。3）SV網(wǎng)絡按裝置配置VLAN。MU的SV報文流量大，每臺MU分配不同的VID。過程層網(wǎng)絡的可靠性過程層技術變電站對時：變電站對時是指站內(nèi)保護、測控、監(jiān)控等為了統(tǒng)一時間的需要，采用相應的對時方法，實現(xiàn)與標準時鐘源時間保持同步的過程。常用對時方式：A、脈沖對時：有秒脈沖（PPS）和分脈沖（PPM）兩種。B、SNPT對時（簡單網(wǎng)絡時間協(xié)議）。C、IRIG-B碼（DC）對時。智能變電站對時技術過程層技術智能變電站對時技術過程層技術斷路器/GIS示意圖

智能一次設備概述智能組件及高級應用《高壓設備智能化技術導則》

智能一次設備概述智能組件及高級應用

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