智能變電站綜合自動化系統(tǒng)介紹ppt課件

1、智能變電站綜合自動化系統(tǒng)引見匯報人：魏欣所屬部門： 廠站自動化事業(yè)部2022/7/10變電站自動化技術的開展變電站作為電力系統(tǒng)中不可短少的重要環(huán)節(jié)，它擔負著電能量轉換和電能重新分配的繁重擔務，對電網(wǎng)的平安和經(jīng)濟運轉起著舉足輕重的作用。變電站自動化技術是實現(xiàn)變電站運轉管理的重要條件，變電站自動化技術的開展大致閱歷了以下幾個階段。 1、常規(guī)變電站2、綜合自動化變電站3、數(shù)字化變電站4、智能變電站變電站自動化技術的開展常規(guī)變電站變電站遠動技術就是早期的自動化技術，80年代中期出現(xiàn)的RTU， RTU是Remote Terminal Unit遠方終端的縮寫，是SCADA系統(tǒng)的根本組成單元。伴隨SCADA

2、系統(tǒng)的運用和開展而開展起來的，與調度中心相連，利用微處置技術和通訊技術實現(xiàn)實現(xiàn)遙測、遙信、遙控和遙調功能三遙的功能。RTU采集數(shù)據(jù)方法：經(jīng)過變送器采集模擬量、繼電維護輔助節(jié)點、開關刀閘輔助節(jié)點采集形狀量。RTU根據(jù)采集需求向外部敷設線纜，屬于集中式構造。常規(guī)變電站存在問題RTU主要設備-前置管理機義務重、引線多，呵斥信息瓶頸，當前置機缺點時，將失去當?shù)丶斑h方的一切信息和功能。常規(guī)變電站的一、二次設備自動化程度低，占地面積大，設備可靠性差，維護任務量大。變電站自動化技術的開展綜合自動化變電站隨著微電子技術、計算機技術和通訊技術的開展，90年代中后期變電站綜合自動化技術得到了快速開展，綜自變電站一

3、次設備同傳統(tǒng)變電站沒有很大差別，主要是將二次設備包括丈量儀表、信號系統(tǒng)、繼電維護、自動安裝和遠動安裝等經(jīng)過優(yōu)化組合，利用新技術實現(xiàn)對全變電站主要設備和輸、配電線路的自動化監(jiān)視、丈量、控制和微機維護等。系統(tǒng)主要采用分層分布式構造布置 ，功能分配上采用功能下發(fā)原那么，凡可以在本間隔就地完成的功能不依賴通訊網(wǎng)和主站。變電站自動化技術的開展綜合自動化變電站特點可靠性高，任一部分設備缺點只影響部分，風險分散；間隔層任一智能單元損壞不會導致全站通訊中斷；可擴展性和開放性提高；站內二次設備所需電纜大大減少，節(jié)約投資。雖然綜合自動化變電站減少了占地面積，有效的提高了供電質量和電壓合格率，對于電網(wǎng)運轉技術的提高

4、起到了積極作用，但數(shù)據(jù)交換方面由于受規(guī)約的限制，不同廠家的設備很難相互通訊、共享資源，安裝的冗余配置并不能實現(xiàn)信息的冗余運用，系統(tǒng)聯(lián)調時間長，且變電站依然存在著大量二次電纜，電磁干擾問題時有發(fā)生。 2022/7/10電子式互感器運用 IEC61850規(guī)范的公布和實施 高速工業(yè)通訊網(wǎng)絡技術開展 數(shù)字化變電站智能斷路器技術開展和運用 變電站自動化技術的開展變電站業(yè)務需求的變化和技術的提高，驅動了變電站一二次設備技術的交融，以及變電站運轉方式的變革，由此產生了數(shù)字化變電站數(shù)字化變電站智能變電站 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、通訊平臺網(wǎng)絡化、信息共享規(guī)范化為根本要求，自

5、動完成信息采集、丈量、控制、維護、計量和監(jiān)測等根本功能，并可根據(jù)需求支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調理、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。變電站自動化技術的開展概述12345智能變電站智能傳感技術采用智能傳感器實現(xiàn)一次設備的靈敏監(jiān)控網(wǎng)絡傳輸技術構成網(wǎng)絡化二次回路實現(xiàn)采樣值及監(jiān)控信息的網(wǎng)絡化傳輸數(shù)字采樣技術采用電子式互感器實現(xiàn)電壓電流信號的數(shù)字化采集信息共享技術采用基于IEC61850(DL860)規(guī)范的信息交互模型實現(xiàn)二次設備間的信息高度共享和互操作智能變電站采用了多種新技術，其整個二次系統(tǒng)的整體架構、配置及與一次系統(tǒng)的銜接方式與傳統(tǒng)變電站相比均有較大變化同步技術采用 B碼、秒脈沖或IEE

6、El588網(wǎng)絡對時方式實現(xiàn)全站信息同步Electric Power Research Institute of China. All rights reserved.2021智能變電站二次系統(tǒng)構造智能變電站二次系統(tǒng)構造間隔層以上實現(xiàn)IEC61850規(guī)范即過程層沒做變化，僅間隔層與站控層通訊采用了IEC61850規(guī)范。智能變電站二次系統(tǒng)構造過程層以上實現(xiàn)IEC61850規(guī)范即過程層與間隔層通訊及間隔層與站控層通訊采用了IEC61850規(guī)范)。IEC618502022/7/10-9-1組網(wǎng)方式 -9-2組網(wǎng)方式 9-2表達了數(shù)字化變電站的信息共享的思想，代表未來的開展方向。智能變電站二次系統(tǒng)構造2

7、022/7/10常見問題分析：1.9-2具有信息共享的優(yōu)勢，但IED需求接入交換機，因此大大添加了交換機本錢 解析：這種觀念是錯誤。維護安裝采用GOOSE方式跳閘等，本來就需求接入交換機，目前9-1、9-2交換機多采用按間隔配置原那么，采用9-2時，與GOOSE共同組網(wǎng)，相對9-1，交換機數(shù)量不變。反倒是采用9-1方式時，維護安裝需求2個網(wǎng)口，添加了維護IED的本錢，大大復雜了網(wǎng)絡。2.9-2網(wǎng)絡流量宏大，網(wǎng)絡實時性無法保證，系統(tǒng)平安隱患大 解析：這種擔憂過于謹慎。由于采樣值有采樣序號，即使延時例如延時200微秒到達，也不會影響維護/測控的動作精度；VLAN技術、優(yōu)先級設定，以及采樣值的高度有

8、規(guī)律、全雙工以太網(wǎng)技術，可以保證網(wǎng)絡通訊的實時性。目前組網(wǎng)方式也決議了，間隔交換機數(shù)據(jù)量并不大。網(wǎng)絡負載并不高。完全可以滿足要求。智能變電站二次系統(tǒng)構造2022/7/101.基于61850-9-1規(guī)約的合并器的流量分析按照每幀12個模擬量通道計算，一個合并器每秒種的數(shù)據(jù)流量：S = 984bit/幀 50周波/s 80幀/周波 = 3.936Mbit/s；2.基于61850-9-2LE規(guī)約的合并器的流量分析按照每幀1點(12個模擬量通道)計算，一個合并器每秒種的數(shù)據(jù)流量：S = 159字節(jié)8bit/字節(jié) 50周波/s 80幀/周波 = 5.088Mbit/s；3.基于61850-GOOSE規(guī)約

9、的智能設備的流量分析按照 T0=10秒 計算，一個智能設備每秒種的數(shù)據(jù)流量S = 6016字節(jié)8bit/字節(jié) ( 1秒/10)幀 = 0.048Mbit/s；通常情況下，GOOSE流量和采樣值流量比較，對網(wǎng)絡帶寬的影響根本可以忽略。IEC61850-9-1 / 2 /GOOSE報文流量2022/7/109-2單獨組網(wǎng)通訊延時 在一個單獨100Mbps端口會聚9-2幀通訊，選擇配置使這個到接納者的100Mbps鏈路接近飽和:每周期采樣率為80個點并且12個合并器,每一個都在發(fā)送采樣值。每一個9-2幀都是1272位長度假設在一切12個合并器中采樣都是同步進展的12個幀將會以每1/(5080) 25

10、0s的間隔速度到達交換機 12個幀同時到達 實踐情況是，目前網(wǎng)絡交換機都按間隔劃分，除母差維護外，每個間隔交換機只需一個合并器的流量。一個9-2采樣值幀的最好和最壞情況下延時、抖動分別是 : L (best) = (1272 bits / 100M) + 7s光交換機固定延時 20sL (worst) = (1272bits 12 / 100M) + 7s 160sL = L (worst) - L (best) 160s - 20s 140s2022/7/10簡單網(wǎng)絡情況下GOOSE單獨組網(wǎng)通訊延時在一個單獨100M端口會聚GOOSE幀通訊，選擇配置使這個到接納者的100M鏈路接近飽和:發(fā)送

11、速率5ms、10ms、20ms、10s每一個智能設備都在發(fā)送GOOSE幀。每一個GOOSE幀都是6016 位假設在一切12個智能設備發(fā)送都是同步進展的一個GOOSE幀的最好和最壞情況下延時、抖動分別是 : L (best) = (6016 bits / 100M) + 7s 67sL (worst) = (6016bits 12 / 100M) + 7s 728sL = L (worst) - L (best) 728s - 67s 661s2022/7/10全站VLAN劃分表示圖交換機VLAN劃分表示圖VLAN劃分技術2022/7/10VLAN劃分技術IEC 61850規(guī)范體系IEC 618

12、50規(guī)范體系IEC 61850系列規(guī)范IEC 61850的全名是Communication Networks and Systems in Substations，即變電站內通訊網(wǎng)絡和系統(tǒng)。IEC61850是新一代的變電站自動化系統(tǒng)的國際規(guī)范，是國際電工委員會(IEC)TC57任務組制定的系列規(guī)范，是基于網(wǎng)絡通訊平臺的變電站自動化系統(tǒng)獨一的國際規(guī)范。IEC61850規(guī)范經(jīng)過對變電站自動化系統(tǒng)中的對象一致建模，采用面向對象技術和獨立于網(wǎng)絡構造的籠統(tǒng)通訊效力接口，加強了設備之間的互操作性，可以在不同廠家的設備之間實現(xiàn)無縫銜接。大大提高變電站自動化技術程度、提高變電站自動化平安穩(wěn)定運轉程度，節(jié)約開發(fā)

13、、驗收、維護的人力物力。IEC61850規(guī)范是至今為止最為完善的變電站自動化規(guī)范，規(guī)范了二次智能安裝的通訊模型、通訊接口，而且還定義了非常規(guī)互感器、智能式開關等一次設備的通訊模型、通訊接口。IEC 61850規(guī)范體系2022/7/10實現(xiàn)設備的互操作性 不同廠家的IED之間可以交換信息并可以利用交換的信息完成各自的功能。 注：實時性和可靠性要求非常嚴厲。建立系統(tǒng)的功能自在分布 IEC61850規(guī)范允許變電站自動化系統(tǒng)的功能在不同的設備之間自在分配。 注：它的實現(xiàn)根底是互操作性；它面向系統(tǒng)功能，對物理上的實現(xiàn)方式提供了極大的靈敏性，為提高系統(tǒng)集成度、簡化產品配置、節(jié)省占地提供了實際根據(jù)。堅持系統(tǒng)

14、的長期穩(wěn)定 IEC61850規(guī)范具有面向未來的特性，可以滿足不斷開展的通訊技術與變電站自動化系統(tǒng)的需求8-1，9-2等SCSM技術，均可隨著通訊技術的開展而開展。IEC 61850規(guī)范體系2022/7/10IEC 61850規(guī)范體系系統(tǒng)方面Part 1: 引見和概述Part 2: 術語Part 3: 總體要求Part 4: 系統(tǒng)和工程管理Part 5: 功能通訊要求和設備模型測試Part 10:一致性測試數(shù)據(jù)模型變電站和線路饋線設備的根本通訊構造Part 7-4: 兼容邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)類Part 7-3: 公共數(shù)據(jù)類籠統(tǒng)通訊效力變電站和線路饋線設備的根本通訊構造Part 7-2: 籠統(tǒng)通訊效力接

15、口(ACSI)Part 7-1: 原理和模型特殊通訊效力映射 (SCSM)Part 8-1: 映射到制造商報文 MMSPart 9-1: 經(jīng)過單向多路點對點串行通訊銜接模擬采樣值Part 9-2: IEEE 802.3 之上的模擬采樣值配置Part 6:變電站中智能電子設備通訊配置描畫言語 IEC 61850規(guī)范體系IEC61850規(guī)范建立了完好的分層數(shù)據(jù)對象模型，每個物理安裝由效力器和運用組成，將效力器分為邏輯設備-邏輯節(jié)點-數(shù)據(jù)對象-數(shù)據(jù)屬性。IEC 61850規(guī)范體系變電站自動化系統(tǒng)執(zhí)行的義務。如：間隔維護，重合閘，報警管理等。邏輯設備LD：一種虛擬設備，聚合邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)。物理設備可以

16、包含一個或多個LD。邏輯節(jié)點LN：用來描畫系統(tǒng)功能的根本單位，是數(shù)據(jù)對象的容器，可以恣意分配到IED，每個邏輯節(jié)點和內部的數(shù)據(jù)都有詳細的語義，并經(jīng)過他們的效力與外部進展交互。LN是功能的外在特性的描畫和定義。邏輯節(jié)點都是四個字母；“邏輯的含義對應于“物理，是超越物理設備束縛的一種虛擬的東西IEC 61850規(guī)范體系前綴邏輯節(jié)點組包含的邏輯節(jié)點數(shù)L系統(tǒng)邏輯節(jié)點(System logical nodes)3P保護功能邏輯節(jié)點(Protection functions)28R保護相關功能邏輯節(jié)點(Protection related functions)10C監(jiān)控(Supervisory contr

17、ol)5G通用功能引用(Generic function references)3I接口與存檔(Interfacing and archiving)4A自動控制(Automatic control)4M計量和測量(Metering and measurement)8S傳感器和監(jiān)視(Sensors and monitoring)4X開關(Switchgear)2T儀用變壓器(Instrument transformer)2Y電力變壓器(Power transformer)4Z其它電力系統(tǒng)設備(Further power system equipment)15合計邏輯節(jié)點數(shù)(Total numbe

18、r of logical nodes)92IEC 61850規(guī)范體系屬性名解釋LNName表示當前裝置中過流邏輯節(jié)點的名字狀態(tài)信息Str啟動 ACDOp動作 ACT設定值TmACrv動作曲線類型StrVal啟動值OpDlTmms操作延遲時間服務GetDataValues（屬性）；SetDataValues（屬性）；IEC 61850規(guī)范體系現(xiàn)代通訊技術主要有3種通訊中間件構造：點對點、客戶/效力器和發(fā)布者/訂閱者。發(fā)布者/訂閱者通訊構造是分布式系統(tǒng)運用的首要方法，它支持多個節(jié)點之間的直接而快速的數(shù)據(jù)傳輸，并在各通訊節(jié)點間構成點對點直接通訊。由于此技術特點，對于傳輸流量大且實時性要求高的采樣值傳

19、輸通訊而言，采用發(fā)布者/訂閱者構造是最正確選擇。IEC 61850規(guī)范體系2022/7/10 協(xié)議棧接口 Client /Server 通訊 模擬量采樣值 SMV模型對象、效力籠統(tǒng)通訊效力接口 實實時時性性要要求求 帶優(yōu)先級的以太鏈路層 物理層 IP TCP MMS 特定通訊效力映射SCSM 通用變電站對象事件GOOSE 通信技術 IEC 61850規(guī)范體系 SMV/GOOSE傳輸籠統(tǒng)模型 IEC 61850規(guī)范-GOOSEIEC 61850規(guī)范-GOOSEGOOSE概念： 面向對象的通用變電站事件Generic object oriented substation event 是IEC618

20、50定義用于快速和可靠傳送變電站自動化系統(tǒng)中實時性要求高的信息事件的通訊模型。采用GOOSE的緣由： 在運轉中，由于系統(tǒng)發(fā)生缺點維護會產生：“啟動、“跳閘、“重合等動作；運轉形狀發(fā)生變化時出現(xiàn)電網(wǎng)構造、一次設備被控制切換會產生：“啟動、“停頓、“閉鎖、“解鎖、“觸 發(fā)、 “解除、“形狀變化等動作及信號。以前這些快速動作命令信號根本上由繼電器完成，隨著信息化、數(shù)字化的技術提高開展，改由通訊技術完成。IEC 61850規(guī)范-GOOSEGOOSE是一種傳輸機制簡單原理：1 、經(jīng)過物理層，鏈路層，不經(jīng)驅動層，通常說的TCP/IP層，包括會話層等。2 、由于只經(jīng)過物理層，鏈路層MAC簡述為什么快速)。G

21、OOSE機制具有快速的特點。3 、其沒有經(jīng)過驅動層，因此，信息不交互，也就是，信息發(fā)出后，對方有沒有接納到，發(fā)送端并不知道，可靠性不高。4 、變電站網(wǎng)絡相對簡單，網(wǎng)絡多采用星型，因此傳送途徑固定。采用重發(fā)機制保證數(shù)據(jù)可靠性。IEC 61850規(guī)范-GOOSEGOOSE運用 斷路器失靈啟動傳輸跳閘命令聯(lián)鎖命令高速母聯(lián)自投切換定值組甩負荷母線維護重合閘起動低周減載遠方起/停GOOSE采用多播方式傳送數(shù)據(jù)GOOSE采用延續(xù)多次傳送的方式實現(xiàn)可靠傳輸：T1=2ms T2=4ms T3=8ms T0=5sIEC 61850規(guī)范-GOOSE規(guī)范解讀IEC 61850規(guī)范-SMVIEC 61850規(guī)范-SM

22、V常規(guī)微機式維護同步是CPU系統(tǒng)經(jīng)過定時中斷發(fā)出采樣堅持信號，鎖存一切需求采集的模擬量數(shù)據(jù)，然后順序讀取所得采樣數(shù)據(jù)，從而保證同一安裝中的采樣數(shù)據(jù)是同一時辰的值。 傳統(tǒng)微機式維護采樣方式IEC 61850規(guī)范-互感器與合并單元數(shù)據(jù)同步方法同步脈沖采樣合并單元發(fā)送一致的采樣觸發(fā)脈沖，不同的互感器接納到采樣觸發(fā)脈沖后在同一時辰采集采樣數(shù)據(jù)，并經(jīng)過光纖將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送到合并單元 。雙向的數(shù)據(jù)傳輸，MU之間的數(shù)據(jù)同步必需依賴一致的外部時鐘 。IEC 61850規(guī)范-互感器與合并單元數(shù)據(jù)同步方法樣本計數(shù)同步全站的合并單元接入一致同步時鐘，樣本計數(shù)器sampcnt一樣的采樣數(shù)據(jù)的采樣時辰就應該是一樣的，經(jīng)過

23、樣本計數(shù)器實現(xiàn)同步。適用于9-2組網(wǎng)方式，依賴于外部對時時鐘。IEC 61850規(guī)范-互感器與合并單元數(shù)據(jù)同步方法互感器各自獨立采樣，數(shù)據(jù)單向傳輸?；ジ衅骱蚆U之間采用光纖點對點銜接，傳輸延時固定，可以經(jīng)過合并單元的插值方案實現(xiàn)同步。 不依賴于外部對時時鐘同步。各自獨立采樣IEC 61850規(guī)范-互感器與合并單元數(shù)據(jù)同步方法插值同步IED和合并單元之間的數(shù)據(jù)傳輸時間固定，接納方準確的將數(shù)據(jù)到達時辰記錄下來，經(jīng)過該到達時辰以及互感器的額定傳輸延時將數(shù)據(jù)的采集時辰準確計算出來，將一切的采樣數(shù)據(jù)用一致的時間坐標系在IED中展現(xiàn)出來。再經(jīng)過插值算法得到各通道在同一時辰的虛擬采樣值，從而實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的同步。適用于點對點直采，不依賴于外部對時時鐘 IEC 61850規(guī)范-互感器與合并單元數(shù)據(jù)同步方法采樣數(shù)據(jù)在整個傳輸過程中的時延