IEC61850數(shù)字化變電站介紹

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站系統(tǒng)介紹國網(wǎng)電力科學(xué)研究院繆文貴數(shù)字化變電站是以變電站一、二次設(shè)備為數(shù)字化對象，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺為根底，將物理設(shè)備虛擬化，對數(shù)字化信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)信息共享和互操作，滿足平安可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求的變電站。

數(shù)字化變電站特征電量、非電量、運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字化就地操作智能化狀態(tài)在線監(jiān)視故障自愈通信模型化數(shù)據(jù)源統(tǒng)一采集、唯一化數(shù)據(jù)同步采樣瞬態(tài)數(shù)據(jù)流共享數(shù)據(jù)模型化〔IEC61850〕一次設(shè)備全面數(shù)字化、智能化：數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字化變電站開展根本要素標(biāo)準(zhǔn)化的界面智能化的人機(jī)交互變電功能可視化功能實(shí)現(xiàn)在線配置以系統(tǒng)的角度嵌入功能功能可任意配置在線配置新功能的實(shí)現(xiàn)不依賴于硬件

數(shù)字化變電站開展根本要素?cái)?shù)字化變電站的支撐IEC61850電子式互感器高速工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展智能斷路器技術(shù)開展和應(yīng)用變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀I(lǐng)EC61850主要特點(diǎn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)全數(shù)字化變電站IEC61850介紹變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀采集資源重復(fù)、設(shè)計(jì)復(fù)雜

變電站內(nèi)存在多套系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集要求不一致大量設(shè)備都有數(shù)據(jù)采集單元變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀系統(tǒng)、設(shè)備之間互操作性差

通信規(guī)約繁雜缺乏一致性測試、權(quán)威認(rèn)證數(shù)據(jù)含義不明變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀信息不標(biāo)準(zhǔn)不標(biāo)準(zhǔn)，難以充分應(yīng)用原理、算法、模型不一致導(dǎo)致信息輸出不一致裝置信息輸出不平衡通訊規(guī)約的信息承載率低復(fù)雜一次、二次設(shè)備接口1抗干擾能力差、運(yùn)行維護(hù)工作量大、工程調(diào)試周期長。2電磁型電流互感器出現(xiàn)二次線圈開路，二次側(cè)產(chǎn)生高電壓；電磁型電壓互感器出現(xiàn)短路或二次反送一次設(shè)備時(shí)，均危及設(shè)備和人身的平安。3防誤閉鎖實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。4投資大。二次設(shè)備互聯(lián)的問題220kV及以上變電站保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信與對時(shí)IEDIEDGPS脈沖擴(kuò)展箱通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器對時(shí)報(bào)文脈沖校時(shí)103規(guī)約通信規(guī)約轉(zhuǎn)換器故障錄波裝置保護(hù)裝置保護(hù)裝置保護(hù)信息采集子站變電站監(jiān)控系統(tǒng)各廠家網(wǎng)絡(luò)103規(guī)約的差異

國電南自網(wǎng)絡(luò)103南瑞科技網(wǎng)絡(luò)103南瑞繼保網(wǎng)絡(luò)103北京四方網(wǎng)絡(luò)103許繼電氣網(wǎng)絡(luò)103深圳南瑞網(wǎng)絡(luò)103變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀I(lǐng)EC61850主要特點(diǎn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)全數(shù)字化變電站IEC61850介紹IEC61850是什么?它不僅是一個(gè)通信規(guī)約它是一個(gè)全球的變電站自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)。使用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)使用分布、分層體系使用抽象通信效勞接口〔ACSI〕、特殊通信效勞映射SCSM技術(shù)使用MMS技術(shù)具有互操作性具有面向未來的、開放的體系結(jié)構(gòu)。一個(gè)用于無縫通信的全球標(biāo)準(zhǔn)IEC61850的內(nèi)容系統(tǒng)概貌1介紹和概述2術(shù)語3總體要求4系統(tǒng)和項(xiàng)目管理5功能的通信要求和設(shè)備模型數(shù)據(jù)模型7-4兼容邏輯節(jié)點(diǎn)類和數(shù)據(jù)類7-3公用數(shù)據(jù)類抽象通信服務(wù)7-2抽象通信服務(wù)接口(ACSI)7-1原理和模型配置6變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配置描述語言映射到實(shí)際通信網(wǎng)絡(luò)8-1映射到MMS和ISO/IEC8802-39-1通過單向多路點(diǎn)對點(diǎn)串行通信鏈路采樣值9-2ISO8802-3之上的采樣值測試10一致性測試IEC61850共由10個(gè)局部，14個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成開放性： 全部通信協(xié)議集將基于已有的IEC/IEEE/ISO/OSI可用 的通信標(biāo)準(zhǔn)的根底上;不考慮具體實(shí)現(xiàn)先進(jìn)性： 采用ACSI、SCSM、OO的技術(shù) 采用抽象的MMS作為應(yīng)用層協(xié)議 自我描述,在線讀取/修改參數(shù)和配置 采用XML語言來描述變電站的配置完整性： 適用對象幾乎包容了變電站內(nèi)所有IED，例如： 常規(guī)的測控裝置、保護(hù)裝置、RTU、站級計(jì)算機(jī)、 可選的同期、VQC裝置 未來可能廣泛使用的數(shù)字式一次設(shè)備如PT、CT、開關(guān)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的主要特點(diǎn)

IEC61850數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能層和邏輯接口IF1：間隔層和變電站層間保護(hù)數(shù)據(jù)交換IF2：間隔層與遠(yuǎn)方保護(hù)間保護(hù)數(shù)據(jù)交換IF3：間隔層內(nèi)數(shù)據(jù)交換；IF4：過程層和間隔層間PT和CT瞬時(shí)數(shù)據(jù)交換〔尤其是采樣〕IF5：過程層和間隔層間控制數(shù)據(jù)交換IF6：間隔和變電站層間控制數(shù)據(jù)交換IF7：變電站層與遠(yuǎn)方工程師間數(shù)據(jù)交換IF8：間隔之間直接數(shù)據(jù)交換IF9：變電站層內(nèi)數(shù)據(jù)交換IF10：變電站〔裝置〕和遠(yuǎn)方控制中心間控制數(shù)據(jù)交換根本信息概念模型SERVER(效勞器)—所有其他ACSI模型是效勞器的一局部。注:效勞器有兩種角色:和客戶通信(DLIT860中的大多數(shù)效勞模型可以和客戶設(shè)備通信)，向?qū)Φ仍O(shè)備發(fā)送信息(例如采樣值)。LOGICAL-DEVICE(LD邏輯設(shè)備)—包含由一組域特定應(yīng)用功能產(chǎn)生和使用的信息;功能定義為LOGICAL-NODE.LOGICAL-NODE(LN)—包含由域特定應(yīng)用功能例如過電壓保護(hù)或斷路器等產(chǎn)生和使用的信息。DATA—提供各種手段去規(guī)定包含在LOGICAL-NODE內(nèi)的類型信息，例如帶品質(zhì)信息和時(shí)標(biāo)的開關(guān)位置。服務(wù)器設(shè)備模型我是…我有這些模型……客戶自我描述我知道了!邏輯設(shè)備（LOGICALDEVICE）邏輯節(jié)點(diǎn)1（XCBR）邏輯節(jié)點(diǎn)2（MMXU）數(shù)據(jù)屬性（Dattr）數(shù)據(jù)（DATA）邏輯節(jié)LN（1到n）邏輯設(shè)LD（1到n）服務(wù)器服務(wù)器（SERVER）100/1000Mbps以太網(wǎng)面向?qū)ο竽Ｐ兔嫦蜃冸娬緦ο蟮慕y(tǒng)一建模配置文件邏輯裝置虛擬化任意變電站的真實(shí)設(shè)備虛擬世界IEC61850模型實(shí)例名稱描述Axxx自動(dòng)控制（4）Cxxx監(jiān)視控制（5）Gxxx通用功能（3）Ixxx接口/歸檔（4）Lxxx系統(tǒng)邏輯節(jié)點(diǎn)（2）Mxxx計(jì)量/測量（8）Pxxx保護(hù)（28）Rxxx保護(hù)相關(guān)（10）Sxxx傳感器、監(jiān)視（4）Txxx互感器（2）Xxxx開關(guān)設(shè)備（2）Yxxx電力變壓器（4）Zxxx其他設(shè)備（15）IEC61850邏輯設(shè)備的概念

邏輯設(shè)備主要由邏輯節(jié)點(diǎn)和附加效勞組成，例如GOOSE、采樣值交換、定值組。邏輯設(shè)備舉例IED包含四個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)PTOC：過流保護(hù)PDIS：距離保護(hù)PTRC：保護(hù)跳閘監(jiān)視XCBR：斷路器XCBR邏輯節(jié)點(diǎn)SCL變電站配置描述語言采用SCL(XML)語言描述變電站的配置

擴(kuò)展超文本標(biāo)志語言extendedmarkuplanguage

SSD系統(tǒng)圖組態(tài)工具裝置模板組態(tài)工具ICD系統(tǒng)組態(tài)工具SCD裝置實(shí)例組態(tài)工具IEC61850裝置CID全站系統(tǒng)配置文件一次系統(tǒng)配置文件裝置模板配置文件裝置配置IED描述文件數(shù)據(jù)自描述

與IEC60870－5面向點(diǎn)的描述方法不同，IEC61850對于信息均采用面向?qū)ο笞晕颐枋龅姆椒?，雖然傳輸時(shí)開銷增加，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展，傳輸速率提高，使得面向?qū)ο笞晕颐枋龇绞匠蔀閷?shí)現(xiàn)。抽象效勞接口〔ACSI〕

AbstractCommunicationServiceInterface通信和應(yīng)用獨(dú)立，ACSI規(guī)定了抽象效勞和對象集，使得應(yīng)用和特定協(xié)議無關(guān)。ACSI獨(dú)立于通信協(xié)議,獨(dú)立于具體實(shí)現(xiàn),通過特定通訊效勞映射(SCSM)映射到不同的協(xié)議。在給定的SCSM內(nèi)，規(guī)定ACSI到具體的應(yīng)用協(xié)議/通信協(xié)議效勞集的映射。抽象通信效勞接口〔ACSI〕

協(xié)議棧接口

Client/Server

通訊模擬量采樣值

〔SAV〕模型〔對象、效勞〕抽象通訊效勞接口

實(shí)實(shí)時(shí)時(shí)性性要要求求

帶優(yōu)先級的以太鏈路層

以太物理層

IP

TCP

MMS

特定通訊效勞映射〔SCSM〕

通用變電站對象事件〔GOOSE〕

在SCSM中使用的MMS對象及效勞在SCSM中使用的MMS對象及效勞ACSI效勞概述〔局部〕報(bào)文類型和性能類映射-類型1〔快速報(bào)文〕-類型1A〔跳閘報(bào)文〕-類型2〔中速報(bào)文〕-類型3〔低速報(bào)文〕-類型4〔原始數(shù)據(jù)報(bào)文〕-類型5〔文件傳輸功能〕-類型6〔時(shí)間同步報(bào)文〕互操作性

在IEC61850中互操作性被表述為：“來自同一制造廠或不同制造廠的IED之間交換信息，和正確使用信息協(xié)同操作的能力”。

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀I(lǐng)EC61850主要特點(diǎn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)全數(shù)字化變電站IEC61850介紹數(shù)字化變電站主要特點(diǎn)與應(yīng)用

智能化的一次設(shè)備的應(yīng)用智能設(shè)備的互操作性實(shí)現(xiàn)變電站信息共享

數(shù)字化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)－物理結(jié)構(gòu)

從物理上看：仍然是一次設(shè)備和二次設(shè)備(包括保護(hù)、測控、監(jiān)控和通信設(shè)備)兩個(gè)層面。由于一次設(shè)備的智能化，數(shù)字化變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備之間的結(jié)合比現(xiàn)在更加緊密。數(shù)字化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)－邏輯結(jié)構(gòu)

從邏輯上看：可以分為三層，即過程層、間隔層和站級層。過程層主要是指智能化電氣設(shè)備的智能化局部，其功能有三類：電氣量參數(shù)檢測、設(shè)備健康狀態(tài)檢測和操作控制執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)。間隔層主要表現(xiàn)為對象的統(tǒng)一建模、通信信息的分層、通信接口的抽象化和自描述標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)的應(yīng)用。站控層除實(shí)現(xiàn)變電站與控制系統(tǒng)的無縫通信外，基于信息共享的站級運(yùn)行支持功能可以與變電站運(yùn)行功能協(xié)調(diào)工作。數(shù)字化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保護(hù)裝置數(shù)字化斷路器控制合并單元開關(guān)控制模塊間隔控制單元刀閘斷路器電子互感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站需要具備條件

智能一次設(shè)備已被逐步采用光纖通信及以太網(wǎng)技術(shù)已被普遍采用電力行業(yè)面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模技術(shù)逐步被采用IEC為數(shù)字化變電站制定的無縫通信體系根本完成IEC61850標(biāo)準(zhǔn)不僅僅是變電站通信的標(biāo)準(zhǔn)，而且是一個(gè)全變電站集成和實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)第四局部描述了系統(tǒng)和工程管理的要求：對工程實(shí)施的過程提出了標(biāo)準(zhǔn)和要求對工程實(shí)施的支持工具提出了要求對工程實(shí)施中組態(tài)配置的內(nèi)容提出了要求數(shù)字化變電站工程實(shí)施工程實(shí)施過程〔一〕裝置廠家通過自己的IED配置工具生成裝置的描述文件ICD文件〔為XML標(biāo)準(zhǔn)格式〕。文件里描述裝置的數(shù)據(jù)模型和能力：裝置包含哪些邏輯裝置、邏輯節(jié)點(diǎn)邏輯節(jié)點(diǎn)類型、數(shù)據(jù)類型的定義數(shù)據(jù)集定義、控制塊定義裝置通信能力和參數(shù)的描述 裝置的ICD文件應(yīng)能通過IEC61850-6中規(guī)定的嚴(yán)格的SCHEMA語法校驗(yàn)工程實(shí)施過程〔二〕 通過系統(tǒng)配置工具生成變電站一次系統(tǒng)的描述文件SSD文件〔為標(biāo)準(zhǔn)XML格式〕：包含一次系統(tǒng)的單線圖一次設(shè)備的邏輯節(jié)點(diǎn)邏輯節(jié)點(diǎn)的類型定義 SSD文件應(yīng)能通過IEC61850-6中規(guī)定的嚴(yán)格的SCHEMA語法校驗(yàn)工程實(shí)施過程〔三〕 以變電站包含的各種類型的二次設(shè)備的ICD文件和變電站的SSD文件為輸入，通過SCD配置工具生成變電站的數(shù)據(jù)文件SCD文件，包含：變電站一次系統(tǒng)配置〔含一二次關(guān)聯(lián)信息配置〕二次設(shè)備配置〔包含信號描述配置、GOOSE信號連接配置〕通訊網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)的配置 SCD文件應(yīng)作為后臺、遠(yuǎn)動(dòng)以及后續(xù)其他配置的統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源，應(yīng)能妥善處理ICD文件更新帶來的不一致問題工程實(shí)施過程〔四〕 使用裝置廠家工具從SCD文件中導(dǎo)出裝置運(yùn)行所需的CID文件：CID中包含SCD文件中針對該裝置的配置信息該文件可以是廠家自定義的文件格式正確標(biāo)準(zhǔn)裝置ICD文件，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集定義變電站集成商提供使用方便、功能完善的SCD文件配置工具使用統(tǒng)一的SCD文件作為后續(xù)其他配置的數(shù)據(jù)源SCD工具、后臺組態(tài)工具等能夠正確處理維護(hù)過程帶來的數(shù)據(jù)增量更新問題工程實(shí)施的關(guān)鍵GOOSE在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用GOOSE功能及原理實(shí)現(xiàn)GOOSE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)GOOSE功能開關(guān)刀閘地刀等過程層開入功能智能操作箱->線路或輔助保護(hù)、測控、母差開關(guān)、刀閘、聯(lián)鎖信號等控制功能測控->智能操作箱保護(hù)跳合閘命令母差、變壓器、線路或輔助保護(hù)->智能操作箱保護(hù)間配合功能起失靈閉鎖重合閘遠(yuǎn)傳遠(yuǎn)跳壓并、壓切額外鏈路普通報(bào)文緩沖交換機(jī)GOOSE普通報(bào)文GOOSE報(bào)文優(yōu)先發(fā)送GOOSE實(shí)現(xiàn)：原理GOOSE采用多播方式傳送數(shù)據(jù)注：以太網(wǎng)傳輸方式有：點(diǎn)對點(diǎn)、播送、多播GOOSE采用連續(xù)屢次傳送的方式實(shí)現(xiàn)可靠傳輸：T1=2msT2=4msT3=8msT0=5sGOOSE實(shí)現(xiàn)：原理GOOSE報(bào)文內(nèi)容：Head局部，包含GOOSE報(bào)文的識別信息：來源、發(fā)送時(shí)間、變位序號、配置版本等信息數(shù)據(jù)局部，包含數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)值GOOSE報(bào)文內(nèi)容經(jīng)過ASN.1編碼發(fā)送，編碼使得不同字長不同字節(jié)序的CPU能夠互相操作GOOSE報(bào)文直接通過以太網(wǎng)鏈路層發(fā)送GOOSE報(bào)文具有高優(yōu)先級標(biāo)記GOOSE報(bào)文具有VLAN標(biāo)識GOOSE實(shí)現(xiàn)：配置保護(hù)通過讀到的CID文件中定義的GOOSE發(fā)送數(shù)據(jù)集(dataset)和GOOSE控制塊，來定義發(fā)送的數(shù)據(jù)國內(nèi)統(tǒng)一定義GOINGGIO來定義輸入虛端子保護(hù)通過CID文件中的INPUTS局部的內(nèi)容來定義其GOOSE輸入來源，以及與輸入虛端子的對應(yīng)關(guān)系GOOSE的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)二次設(shè)計(jì)和實(shí)施的過程GOOSE實(shí)現(xiàn)：提高可靠性措施保護(hù)裝置具有獨(dú)立于MMS報(bào)文接口的GOOSE網(wǎng)絡(luò)報(bào)文接口，該網(wǎng)絡(luò)接口直接與保護(hù)DSP相連，具有高度實(shí)時(shí)性保護(hù)裝置具有雙重化的光纖口用于連接雙重化的GOOSE網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)傳輸不喪失GOOSE實(shí)現(xiàn)：提高可靠性措施保護(hù)GOOSE板接收除多播地址匹配外，還要嚴(yán)格檢查AppID、REF、DATASET如果超過設(shè)定的間隔沒有收到設(shè)定的GOOSE輸入，將報(bào)GOOSE斷鏈報(bào)警，提醒用戶檢查鏈路GOOSE實(shí)現(xiàn)：提高可靠性措施裝置具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文接收和處理能力裝置具有快速網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的檢測功能，快速網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的處理功能在單網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的情況下裝置可以保證保護(hù)裝置不喪失正常網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文，保護(hù)功能性能不受影響在雙網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴的情況下，保護(hù)裝置可以保持其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的接收和處理。GOOSE功能及原理實(shí)現(xiàn)GOOSE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)GOOSE在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用兩套保護(hù)共享的GOOSE雙網(wǎng)兩套保護(hù)獨(dú)立的GOOSE雙網(wǎng)兩套保護(hù)獨(dú)立的GOOSE單網(wǎng)兩套保護(hù)獨(dú)立的GOOSE雙環(huán)網(wǎng)兩套保護(hù)獨(dú)立的GOOSE單環(huán)網(wǎng)GOOSE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兩套保護(hù)共享的GOOSE雙網(wǎng)兩套保護(hù)獨(dú)立的GOOSE雙網(wǎng)兩套保護(hù)獨(dú)立的GOOSE單網(wǎng)兩套保護(hù)獨(dú)立的GOOSE雙環(huán)網(wǎng)兩套保護(hù)獨(dú)立的GOOSE單環(huán)網(wǎng)與常規(guī)互感器比較常規(guī)互感器絕緣復(fù)雜體積大、重量重CT動(dòng)態(tài)范圍小，有磁飽和電磁式PT易產(chǎn)生鐵磁諧振CT二次輸出不能開路電子式互感器絕緣簡單體積小、重量輕CT動(dòng)態(tài)范圍寬，無磁飽和PT無諧振現(xiàn)象CT二次輸出可以開路電壓等級越高，電子式互感器優(yōu)勢越明顯中低電壓等級使用電子式互感器意義不大電子互感器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用合并單元－應(yīng)用意義站內(nèi)一次設(shè)備和主控室IED間距離過大，需要鋪設(shè)大量的光纜，造成經(jīng)濟(jì)、人力上的浪費(fèi)。主控室IED需要很多的數(shù)據(jù)接口。點(diǎn)對點(diǎn)接入方式，信息不能共享。電子式電流互感器與計(jì)量、保護(hù)裝置的合理接口設(shè)計(jì),不僅能簡化二次設(shè)備,而且能提高整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和可靠性。接口的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化還可促進(jìn)電力自動(dòng)化通信控制系統(tǒng)的優(yōu)化,并最終實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)的信息共享和系統(tǒng)集成。合并單元的功能示意合并單元的輸出小信號方式：用于低壓一體化開關(guān)柜保護(hù)，不需要合并單元；9-1方式：用于點(diǎn)對點(diǎn)方式，需要合并單元；9-2方式：用于網(wǎng)絡(luò)方式傳輸，應(yīng)用靈活，符合開展方向，需要合并單元合并單元應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)1、同步全站的合并單元同步互感器的同步采集2、數(shù)據(jù)收集和處理3、輸出符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)IEC61850-9-1IEC61850-9-24.與數(shù)字化工程的配套功能三相電流、電壓間采樣同步；變壓器差動(dòng)保護(hù)從不同電壓等級的多個(gè)間隔間采樣同步；母線差動(dòng)保護(hù)從多個(gè)間隔間采樣同步線路縱差保護(hù)線路兩端數(shù)據(jù)采樣同步合并單元應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)－過程層同步過程層的同步含2種情況：〔1〕全站的合并單元同步，精度1微秒。

〔2〕互感器間的同步采集互感器間的同步，目前有硬件脈沖同步、差值同步法〔軟件〕兩種。能否實(shí)現(xiàn)合并單元的時(shí)間同步(以下簡稱同步),成為合并單元能否準(zhǔn)確、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。合并單元應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)－合并單元同步合并單元間的同步有三種方式： 1.秒脈沖方式 2.IRIG-B碼〔直流〕 3.IEEE1588其中，IEEE1588(網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精確定時(shí)同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn))同步目前IEC61850尚未正式支持，但I(xiàn)ECTC57WG10工作組在2008年召開幾次會議中討論了IEC61588標(biāo)準(zhǔn)在變電站的應(yīng)用，傾向于制定一個(gè)應(yīng)用于電力的協(xié)議子集，有著良好的應(yīng)用前景。冗余的同步措施是提高可靠性的有效手段。IEC61850應(yīng)用中的難點(diǎn)和局限性

軟件復(fù)雜性硬件升級代價(jià)GOOSE應(yīng)用凸顯網(wǎng)絡(luò)重要性與國內(nèi)需求的切合度IEC61850自身不夠成熟的地方適應(yīng)數(shù)字化變電站的運(yùn)行、維護(hù)和管理方法軟件復(fù)雜性IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)充分吸收了計(jì)算機(jī)信息處理中的面向?qū)ο竽Ｐ图夹g(shù)，并通過抽象通信接口等方法進(jìn)行層次型設(shè)計(jì)，希望能夠及時(shí)容納不斷開展中的通信新技術(shù)。這種設(shè)計(jì)固然保證了標(biāo)準(zhǔn)在較長時(shí)間內(nèi)具有良好的通用性，然而也不可防止地給標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)帶來相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。硬件升級代價(jià)由于軟件的復(fù)雜性大大增加，導(dǎo)致對CPU速度以及內(nèi)存的需求和103等傳統(tǒng)規(guī)約相比有了數(shù)量級的飛躍。為了實(shí)現(xiàn)MMS通信，100M的CPU速度和8M動(dòng)態(tài)內(nèi)存應(yīng)該是根本配置，這導(dǎo)致各設(shè)備制造商必須升級已有硬件方能實(shí)現(xiàn)IEC61850功能，一定程度上也會導(dǎo)致用戶初期采購本錢的增加。GOOSE應(yīng)用凸顯網(wǎng)絡(luò)重要性傳統(tǒng)保護(hù)跳閘等應(yīng)用通過控制電纜來實(shí)現(xiàn)，各種保護(hù)是自足并且可能在站內(nèi)實(shí)現(xiàn)某種程度的備用〔比方主變保護(hù)作為出線的后備，等等〕，一旦所有跳閘以及聯(lián)絡(luò)都通過通信來實(shí)現(xiàn)，那么通信設(shè)備的可靠性將可能成為全站平安的瓶頸。如果大量通過點(diǎn)對點(diǎn)直接電纜連接的方式來實(shí)現(xiàn)GOOSE通信，似乎又有違IEC61850初衷，達(dá)不到減少控制電纜降低系統(tǒng)復(fù)雜性之目的。與國內(nèi)需求的切合度IEC61850模型更多地考慮了歐洲和北美的需求，并某種程度上按照西門子、ABB等廠家的習(xí)慣設(shè)計(jì)，當(dāng)在國內(nèi)裝置上實(shí)現(xiàn)時(shí)，感覺和我們傳統(tǒng)裝置的實(shí)現(xiàn)差異較大。尤其關(guān)于保護(hù)邏輯節(jié)點(diǎn)以及定值等方面，必需按照標(biāo)準(zhǔn)作較大的擴(kuò)充和變化方能實(shí)現(xiàn)。另外IEC61850關(guān)于工程管理、變電站配置語言等方面，也必須和國內(nèi)的習(xí)慣進(jìn)行磨合前方能探索出切實(shí)可行的一條路。IEC61850自身不夠成熟的地方首先是關(guān)于保護(hù)信息處理方面〔定值、帶參數(shù)信息的保護(hù)動(dòng)作事件、錄波〕，目前版本的IEC61850規(guī)定得不夠具體甚至相互矛盾〔歐洲產(chǎn)品根本上這塊都在產(chǎn)品調(diào)試軟件中實(shí)現(xiàn)，回避了該問題〕；其次在SCL變電站描述語言這一局部已被發(fā)現(xiàn)假設(shè)干錯(cuò)誤；另外關(guān)于采樣值通信這局部有些超前當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)以及CPU硬件水平。IEC目前正在編寫、醞釀IEC61850的第二版。適應(yīng)數(shù)字化變電站的運(yùn)行、維護(hù)和管理方法

數(shù)字化變電站由于廣泛地采用智能設(shè)備，對現(xiàn)有地運(yùn)行、維護(hù)和管理方法提出了挑戰(zhàn)。例如許多設(shè)備的輸入輸出接口都由傳統(tǒng)的模擬接口和硬接線變?yōu)閿?shù)字通信接口，必須有新的調(diào)試和檢驗(yàn)設(shè)備以及相應(yīng)規(guī)程。還有許多原來由不同部門管理的功能由同一設(shè)備實(shí)現(xiàn)也造成一些問題。所以規(guī)劃數(shù)字式變電站時(shí)應(yīng)充分考慮運(yùn)行、維護(hù)和管理的因素，同時(shí)也應(yīng)根據(jù)數(shù)字化變電站的特點(diǎn)適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行、維護(hù)和管理的規(guī)程。

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)典型配置

過程層配置模式電纜〔PT／CT／SW〕電纜〔PT／CT／SW〕電纜〔EPT／ECT／SW〕模式1光纜〔OCT／OCT／SW〕智能化電器模式2模式3模式4模式5光纜電纜光纜電纜光纜電纜光纜光纜IEDIEDIEDIEDIEDMU-A/IOP-AMU-A/IOP-AMU-D/IOP-D基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)典型配置

間隔層配置模式一PTCTMUIOBSWIED現(xiàn)場設(shè)備PT／CT：互感器MU：合并單元SW：開關(guān)IOB：智能操作箱IED：測控保護(hù)裝置配置模式1：點(diǎn)對點(diǎn)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)典型配置

間隔層配置模式二IEDPTCTMUIOBSWPTCTMUIOBSW現(xiàn)場設(shè)備1N110KV每段線路主變?nèi)齻?cè)保護(hù)一體化全站故障錄波器全站備自投配置模式2：1:N現(xiàn)場設(shè)備2現(xiàn)場設(shè)備NPTCTMUIOBSW基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)典型配置

間隔層配置模式三同1:N主機(jī)冗余配置通信冗余配置IEDPTCTMUIOBSWPTCTMUIOBSW現(xiàn)場設(shè)備1N2配置模式3：2:N現(xiàn)場設(shè)備2現(xiàn)場設(shè)備NIEDPTCTMUIOBSW基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)典型配置

信息共享和功能分配模式測控元件M(1)應(yīng)用功能A(1)Obj(1)測控元件M(2)應(yīng)用功能A(2)Obj(2)測控元件M(i)應(yīng)用功能A(i)Obj(i)SCADA測控元件M(1)Obj(1)測控元件M(2)Obj(2)測控元件M(i)Obj(i)SCADA應(yīng)用功能A(1)應(yīng)用功能A(2)應(yīng)用功能A(i)網(wǎng)絡(luò)共享站控層信息秒級一般網(wǎng)絡(luò)共享過程層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)0.1～10毫秒級高速以太網(wǎng)傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)新一代數(shù)字化變電站基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)典型方案

典型方案一：OCT／EVTMU＋I(xiàn)OP／HMU＋I(xiàn)OP／MMU＋I(xiàn)OP／L主變保護(hù)線路保護(hù)10KV保護(hù)SCADAMUOCT／EVTMU＋I(xiàn)OPGOOSE站控層間隔層過程層OCT／EVTMU＋I(xiàn)OP特點(diǎn)：過程層信息共享優(yōu)點(diǎn)：ECT優(yōu)點(diǎn)＋全站光纖化＋全部MU過程層數(shù)據(jù)共享基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)典型方案

典型方案二：智能化電器智能化電器1SCADAIEC61850智能化電器2智能化電器3站控層變化不大過程層／間隔層合并處理，變化較大超高壓變電站特點(diǎn)：根本不改變原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：ECT優(yōu)點(diǎn)＋全站光纖化＋全部MU過程層數(shù)據(jù)共享基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品介紹

南瑞科技的此類變電站自動(dòng)化產(chǎn)品包括：站控層后臺監(jiān)控系統(tǒng)〔NS3000〕通信控制器〔NS3301等〕保護(hù)信息子站〔PSF3000〕間隔層NS3600保護(hù)測控裝置〔NS3611、NS3615……〕公用測控裝置〔NS3520等〕過程層智能操作箱〔NS3658、NS3520AG……〕合并單元〔NS3261AD、NS3621DD〕電子式互感器〔NAE－G〕故障錄波〔DPR－2〕、同步裝置220kV外陳變工程500kV蘭溪變工程IEC61850工程應(yīng)用介紹外陳220kV變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)2006年11月18日，國電南瑞科技股份中標(biāo)浙江省電力公司220kV外陳變電站工程，成為外陳變計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成商。這是繼北京順義500kV變電站和承德西地110kV變電站后，國電南瑞中標(biāo)的第三個(gè)應(yīng)用IEC61850的變電站監(jiān)控系統(tǒng)。中標(biāo)工程包括后臺監(jiān)控系統(tǒng)、測控裝置、統(tǒng)一組態(tài)工具、保護(hù)子站、遠(yuǎn)開工作站和IEC61850測試工具。該工程是國內(nèi)第一個(gè)多廠家、全I(xiàn)EC61850的220kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)，聚集了國電南瑞、國電南自、南瑞繼保、北京四方、深圳南瑞、ABB、SIEMENS七個(gè)廠家的產(chǎn)品，涵蓋了后臺、測控、保護(hù)、四合一、遠(yuǎn)動(dòng)、保護(hù)子站等不同類型的設(shè)備。國電南瑞憑借創(chuàng)新的全站統(tǒng)一建模思想、全套的產(chǎn)品、完善的系統(tǒng)解決方案、與國際國內(nèi)廠家豐富的互聯(lián)經(jīng)驗(yàn)一舉中標(biāo)，標(biāo)志著國電南瑞在IEC61850系統(tǒng)集成方面獲得了突破。三級調(diào)度主機(jī)/人機(jī)工作站1主機(jī)/人機(jī)工作站2工程師工作站

遠(yuǎn)動(dòng)裝置1/2

100MB星形以太網(wǎng)工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)浙江省電力公司220kV外陳變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖激光打印機(jī)針式打印機(jī)220kV繼電器小室…測控IED…保護(hù)IED智能操作箱公用信息管理機(jī)保護(hù)子站主變、110kV繼電器小室…測控IED…主變保護(hù)IED公用信息管理機(jī)110kV測控保護(hù)IED100MB光纖環(huán)網(wǎng)35kV配電裝置小室…保護(hù)測控

一體IED保護(hù)測控

一體IED三級調(diào)度

電力數(shù)據(jù)網(wǎng)

省電力數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)記錄儀網(wǎng)絡(luò)分析儀…網(wǎng)絡(luò)記錄儀浙江220kV外陳變電站工程所有IED設(shè)備通過100Mbps多模光纖就近接入控制小室的工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)。在交換機(jī)處配置靜態(tài)VLAN和流量控制，以最合理的網(wǎng)絡(luò)配置確保GOOSE報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的實(shí)時(shí)性和可靠性。間隔層測控和保護(hù)裝置采用均采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)與站級層主機(jī)和遠(yuǎn)開工作站無縫通信。測控裝置之間的聯(lián)閉鎖信號采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的面向通用對象的變電站事件報(bào)文GOOSE機(jī)制進(jìn)行水平通信。220kV線路保護(hù)、母線保護(hù)、主變保護(hù)、重合閘裝置及智能操作箱之間的閉鎖、啟動(dòng)、跳閘等信號也采用GOOSE機(jī)制快速水平通信。與測控不同的是，保護(hù)采用獨(dú)立的雙GOOSE網(wǎng)口分別在獨(dú)立的VLAN中通信。站控層主機(jī)通過電口與交換機(jī)相連；間隔層每個(gè)測控IED〔包括保護(hù)測控一體化IED〕通過一個(gè)光口與交換機(jī)相連，存在保護(hù)GOOSE收發(fā)的保護(hù)IED通過三個(gè)光口連接到網(wǎng)絡(luò)上，第一個(gè)光口主要傳輸MMS報(bào)文，其他兩個(gè)光口傳輸GOOSE報(bào)文，并分別接入到兩個(gè)不同的環(huán)網(wǎng)，以提高保護(hù)GOOSE報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)冗余性。

為了提高網(wǎng)絡(luò)性能，隔離不同網(wǎng)絡(luò)接口的播送和組播報(bào)文，我們設(shè)置了四個(gè)VLAN，第一個(gè)VLAN包括所有的測控IED〔包括保護(hù)測控一體化IED〕和保護(hù)IED的MMS通訊口，第二個(gè)VLAN包括所有的測控GOOSE通訊口，第三個(gè)VLAN包括所有保護(hù)GOOSE通訊A口，第四個(gè)VLAN包括所有保護(hù)GOOSE通訊B口。外陳變的實(shí)際配置示意圖。本站規(guī)模：220kV主變兩臺，220kV出線2回，110kV出線4回，35kV出線4回，35kV電容器2組，所用變兩臺。全站采用了國內(nèi)外八個(gè)主流廠家符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的二次設(shè)備產(chǎn)品，共63臺IED。系統(tǒng)配置圖開關(guān)刀閘地刀等過程層開入功能智能操作箱->線路或輔助保護(hù)、測控、母差開關(guān)、刀閘等控制功能測控->智能操作箱本間隔保護(hù)跳合閘功能線路或輔助保護(hù)->智能操作箱跨間隔保護(hù)跳閘功能母差、變壓器->智能操作箱保護(hù)間配合功能兩套線路保護(hù)間重合閘配合線路保護(hù)->母差起失靈母差->線路保護(hù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)跳電壓并列切換數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模技術(shù)。采用國際通用的XML格式來統(tǒng)一定義多廠家的信息模型。工程統(tǒng)一組態(tài)技術(shù)。系統(tǒng)采用統(tǒng)一的配置工具進(jìn)行自頂向下的工程組態(tài)。保護(hù)GOOSE可靠通信機(jī)制。創(chuàng)新地提出了GOOSE雙網(wǎng)機(jī)制、GOOSE軟壓板機(jī)制。關(guān)鍵技術(shù)保護(hù)GOOSE通訊狀態(tài)在線監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)信息在線監(jiān)測和分析。用于分析復(fù)雜的IEC61850信息交換過程。保護(hù)信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。系統(tǒng)地提出并實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)保護(hù)信息應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)方案。網(wǎng)絡(luò)通信方式下的檢修方案。研究并提出全新的檢修方式來滿足二次智能設(shè)備的檢修需求。關(guān)鍵技術(shù)外陳220kV變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)《IEC61850工程實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)》目錄1范圍2引用標(biāo)準(zhǔn)3配置工具及配置文件4建模原那么5效勞實(shí)現(xiàn)原那么附錄A：邏輯節(jié)點(diǎn)類一致性要求附錄B：公用數(shù)據(jù)類一致性要求附錄C：效勞一致性要求附錄D：故障報(bào)告文件格式IEC61850規(guī)約轉(zhuǎn)換器，支持各種非IEC61850裝置的接入IEC61850保護(hù)子站代理，支持保護(hù)主站IEC61850規(guī)約的接入IEC61850遠(yuǎn)開工作站，支持將IEC61850轉(zhuǎn)成101或104上送調(diào)度

IEC61850其它應(yīng)用基于IEC61850的保護(hù)故障報(bào)告運(yùn)行界面保護(hù)故障報(bào)告基于SNMD的交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)管理基于SNMD的交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)管理本著積極穩(wěn)妥、有序推進(jìn)的指導(dǎo)思想，開展基于IEC618