智能變電站基礎(chǔ)知識課件

智能變電站基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)、強大的電力輸送能力和安全可靠的電力供應(yīng)；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(jìn)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(jìn)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(yīng)用智能一次設(shè)備數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化智能電網(wǎng)智能變電站的演變和組成

采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、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(yīng)用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實施高速工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展斷路器智能接口技術(shù)應(yīng)用一次設(shè)備智能化及高級應(yīng)用要求

智能變電站數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)準(zhǔn)化智能變電站的定義智能變電站概述

高級應(yīng)用一次設(shè)備智能化智能變電站概述

傳統(tǒng)變電站設(shè)備功能分布傳統(tǒng)微機保護(hù)測控交流輸入組件A/D轉(zhuǎn)換組件保護(hù)邏輯(CPU)開入開出組件人機對話模件端子箱二次設(shè)備和一次設(shè)備功能重新定位。智能變電站設(shè)備功能分布智能終端MU傳統(tǒng)微機保護(hù)交流輸入組件A/D轉(zhuǎn)換組件保護(hù)邏輯(CPU)開入開出組件人機對話模件端子箱二次設(shè)備和一次設(shè)備功能重新定位：ECT一次設(shè)備智能化IED數(shù)字化保護(hù)SMV光纖GOOSE服務(wù)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(wù)器2操作員站五防工作站繼電保護(hù)工程師站GOOSE網(wǎng)光纖以太網(wǎng)PCS-221MUPCS-222智能終端220kV保護(hù)室打印服務(wù)器PCS-931PCS-915PCS-221ECVTPCS-9705光纖GOOSE網(wǎng)PCS-221MUPCS-222智能終端110kV保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)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(rèn)值，由SCD確定)感性認(rèn)識GOOSE（線路跳閘）測試儀輸入線路保護(hù)A線路保護(hù)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(guān)GOOSE電纜感性認(rèn)識GOOSE（母差跳閘）測試儀輸入線路保護(hù)A線路保護(hù)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(guān)電纜母差保護(hù)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(biāo)準(zhǔn)未說明具體時間，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H來設(shè)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(biāo)準(zhǔn)未說明具體時間，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H來設(shè)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(rèn)為關(guān)聯(lián)丟失.61850標(biāo)準(zhǔn)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(wù)

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(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，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(shù)實現(xiàn)同步采樣硬件和軟件實現(xiàn)簡單通道傳送瞬時標(biāo)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(hù)技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)《IEC61850-9-2：特定通信服務(wù)映射(SCSM)》中所定義的一種采樣值傳輸方式，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口傳輸延時不確定無法準(zhǔn)確采用再采樣技術(shù)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(dá)時間不確定，不利于母差、變壓器等保護(hù)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(jìn)行同步，國網(wǎng)公司在《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》定義了點對點9-2的方式，具體技術(shù)要求如下：合并單元應(yīng)輸出電子式互感器整體的采樣響應(yīng)延時，額定延時時間不大于2ms。采樣值發(fā)送間隔離散值應(yīng)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(fù)雜。IEC61850-9-1/2：優(yōu)點：物理接口標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備功能。（組網(wǎng)）數(shù)據(jù)點對點傳輸，接線較復(fù)雜（點對點）

44-8報文（借助儀器）9-2報文標(biāo)注智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)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(jié)構(gòu)上講，智能變電站可分為站控層設(shè)備、間隔層設(shè)備、過程層設(shè)備、站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)，即“三層兩網(wǎng)”。間隔層設(shè)備跨兩個網(wǎng)絡(luò)。從功能實現(xiàn)上講，智能變電站可分為過程層（含設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)）和站控層。過程層面向一次設(shè)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(shù)過程層技術(shù)

智能變電站過程層特點智能變電站分層過程層技術(shù)過程層設(shè)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(guān)、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(shù)過程層設(shè)備可靠性要求：過程層信息的傳輸要求準(zhǔn)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(shù)智能變電站過程設(shè)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(shè)備MU智能終端交換機過程層技術(shù)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(jìn)行時間相關(guān)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(yuǎn)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(shè)備使用。否則，電子式互感器無法與二次設(shè)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(shè)備過程層技術(shù)合并單元是實現(xiàn)ECVT與二次設(shè)備接口的關(guān)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(shè)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(shù)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(zhǔn)插值。MU的采樣頻率：4000Hz（80點：保護(hù)、測量）或12800Hz（256點：電能質(zhì)量）。

智能變電站過程層設(shè)備過程層技術(shù)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(shè)備采用電纜連接，與保護(hù)、測控等二次設(shè)備采用光纖連接，實現(xiàn)對一次設(shè)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(shè)備過程層技術(shù)一種智能組建。與一次設(shè)備采用電纜連接，與保護(hù)、測控等二次設(shè)備采用光纖連接，實現(xiàn)對一次設(shè)備的測量、控制等功能。過程層技術(shù)智能終端的作用：A、與一次設(shè)備的接口：采用電纜硬接線采集與斷路器、隔離開關(guān)、地刀相關(guān)的開入信號?？刂茢嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、地刀的操作。B、與間隔層設(shè)備的接口：光纖將一次設(shè)備的開入信息通過光纖上送給間隔層保護(hù)、控制裝置。并接收間隔層設(shè)備的控制命名。智能變電站過程層設(shè)備過程層技術(shù)交換機的定義：switch一種有源的網(wǎng)絡(luò)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(hù)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(hù)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(luò)過程層技術(shù)

智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)過程層技術(shù)IEC61850的服務(wù)和協(xié)議棧：

Client/Server

通訊

模擬量采樣值

(SAV)

模型

對象

服務(wù)

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(wù)映射SCSM)通用變電站對象事件GOOSE

過程層技術(shù)過程信息傳輸要求：準(zhǔn)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(yīng)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(luò)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(luò)過程層技術(shù)組播技術(shù)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(luò)冗余網(wǎng)絡(luò)冗余包括鏈路冗余和設(shè)備冗余，鏈路冗余指交換機冗余，設(shè)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(luò)過程層技術(shù)網(wǎng)絡(luò)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(luò)結(jié)構(gòu)都具備鏈路冗余。環(huán)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)故障時，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)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(luò)風(fēng)暴。星形結(jié)構(gòu)，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(luò)重構(gòu)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(luò)過程層技術(shù)過程層實時性的要求：IEC61850規(guī)定過程層采樣值和保護(hù)跳閘傳輸時間小于3ms，保護(hù)事件傳輸2ms~10ms。網(wǎng)絡(luò)的實時性與哪些因素有關(guān)：通信網(wǎng)絡(luò)的實時性是由網(wǎng)絡(luò)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(luò)的實時性過程層技術(shù)網(wǎng)絡(luò)延時分析：網(wǎng)絡(luò)傳輸延時由以下幾部分構(gòu)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(luò)的實時性過程層技術(shù)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(luò)協(xié)議對原有TCP/IP協(xié)議棧進(jìn)行了裁剪，去掉了網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(yīng)重發(fā)，只是重發(fā)間隔逐漸拉長。B、報文中應(yīng)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(rèn)為GO鏈路斷鏈。

過程層網(wǎng)絡(luò)的可靠性過程層技術(shù)

過程層網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(luò)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(shè)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(luò)的可靠性過程層技術(shù)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(fù)載。SV網(wǎng)絡(luò)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(shù)，有效隔離網(wǎng)絡(luò)流量，可減輕交換機和裝置負(fù)擔(dān)，提高網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜、裝置配置變動大（改擴建），GO采用VLAN進(jìn)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(guān)信號干擾，提高GO網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。過程層網(wǎng)絡(luò)的可靠性過程層技術(shù)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(biāo)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(luò)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(luò)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(luò)的可靠性過程層技術(shù)變電站對時：變電站對時是指站內(nèi)保護(hù)、測控、監(jiān)控等為了統(tǒng)一時間的需要，采用相應(yīng)的對時方法，實現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)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(luò)時間協(xié)議）。C、IRIG-B碼（DC）對時。智能變電站對時技術(shù)過程層技術(shù)智能變電站對時技術(shù)過程層技術(shù)斷路器/GIS示意圖

智能一次設(shè)備概述智能組件及高級應(yīng)用《高壓設(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則》

智能一次設(shè)備概述智能組件及高級應(yīng)用

智能一次設(shè)備概述智能組件及高級應(yīng)用