数字化变电站技术-新.

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1、数字化牵引变电所技术交流 陈 德 明 电话：13688183455 邮箱：13688183455 西南交通大学电气工程学院 目录目录 智能一次设备智能一次设备 3 3 数字化牵引变电所数字化牵引变电所 6 6 IEC61850IEC61850 2 2 自动化系统自动化系统 1 1 4 4 智能变电站智能变电站 5 5 数字化变电站数字化变电站 1 1、自动化系统、自动化系统- -发展需求发展需求 数字化是智能牵引供电的基础 牵引供电系统还停留在综自阶段，需要奋起直追 电力系统的发展趋势 智能电网 1 1、自动化系统、自动化系统- -发展需求发展需求 1 1、自动化系统、自动化系统- -发展需求

2、发展需求 2015年国家电网公司智能电网工作目标： 完成6类41项智能电网创新示范工程建 设任务 建成50座新一代智能变电站 新建1400座智能变电站 1 1、自动化系统、自动化系统- -发展需求发展需求 1 1、自动化系统、自动化系统- -综自发展历程综自发展历程 1） 继电器保护RTU 继电器完成保护功能，保护动作后给出节点信息 RTU完成测量、控制功能等传统四遥功能（遥 测、遥信、遥控、遥调） 2） 微机保护RTU 微机保护装置完成保护功能 RTU完成测量、控制功能等传统四遥功能（遥 测、遥信、遥控、遥调） RTU采集保护动作节点信息或与保护装置通信获 取保护动作报告 3） 变电站综合自

3、动化系统 保护、测量、控制功能综合考虑，功能分布式配 置，通过网络组成整体 传统RTU转变为通信单元，通过通信而不是节点 采集来收集变电所的运行状态，四遥功能下放到 微机装置 利用计算机的强大功能取代中央信号盘实现当地 监控功能 故障记录功能，记录保护动作前、后的有关故障 信息，以利于分析故障 过程层： 设备复杂电缆连接的问题 数据共享问题 一次设备智能化提出了新需求 间隔层： 通信技术和网络五花八门 通信规约不统一 多系统互联（保护双重化）困难 传统自动化系统存在的问题 1 1、自动化系统、自动化系统- -发展需求发展需求 1 1、自动化系统、自动化系统- -发展需求发展需求 二次系统防雷问

4、题 供电臂 1 1、自动化系统、自动化系统- -发展需求发展需求 功能的提升-以供电臂为单元的网络化保护 电子互感器 合并单元 智能开关 过程层网络 1 1、自动化系统、自动化系统- -数字化变电站关键技术数字化变电站关键技术 2001 UCA （北美推广） 1994 德国 （SAS标准） 1995 IEC TC57 （WG10/11/12） 1998 IEC WG10/11/12 （标准草案） 2000 IEC TC57 SPAG （国际标准） 2003.9-2005.6 （1.0Ed正式颁布） 1998-2000 德国 OCIS （基本测试、验证标准） 2001 互操作实验 （开入、跳闸、

5、重合闸） 2002 互操作实验 （ECT/EVT、IED、电能表） 2002 互操作实验 （完整的过流保护） 2004 工程化实践 A A S GE KEMA 2005.5 互操作实验 （软件模拟） 2005.10 互操作实验 （遥控、报告、数据集） 2006.1 互操作实验 （更多功能） 2006.4 互操作实验 (增加监控系统） 2006.8 互操作试验 （继续试验） 2006.12 增加国外公司 工程化实践 2 2、IEC61850-IEC61850-发展历程发展历程 2 2、IEC61850-IEC61850-组成组成 系统方面 Part 1: 介绍和概述 Part 2: 术语 Par

6、t 3: 总体要求 Part 4: 系统和项目管理 Part 5: 功能通信要求和设 备模型 测试 Part 10:一致性测试 数据模型 变电站和线路（馈线）设备的基本通 信结构 Part 7-4: 兼容逻辑节点和数据类 Part 7-3: 公共数据类 抽象通信服务 变电站和线路（馈线）设备的基本通 信结构 Part 7-2: 抽象通信服务接口(ACSI) Part 7-1: 原理和模型 特殊通信服务映射 (SCSM) Part 8-1: 映射到制造商报文 MMS Part 9-1: 通过单向多路点对点串行 通信连接模拟采样值 Part 9-2: IEEE 802.3 之上的模拟 采样值 配置

7、 Part 6:变电站中智能电子设 备通信配置描述语言 Communication Networks and Systems in Substations(变电站通信网络 和系统)”-“Communication Networks and Systems for Power Utility Automation(公用电力事业自动化的通信网络和系统)”。 2 2、IEC61850-IEC61850-结构和发展结构和发展 数据属性 逻辑节点 数据对象 逻辑设备 物理设备 PHD（Server） LD LN DO DA 实际的保护装置 公用/保护/测量/控制/录波 Str Op 保护动作 保护启动

8、general phsA phsB phsC 是否动作（总） A相是否动作 B相是否动作 C相是否动作 接地距离I段：PDIS1 接地距离II段：PDIS2 接地距离III段：PDIS3 1 1 0 0 分层模型 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -面向对象建模面向对象建模 面向对象建模（ACSI-数据是如何定义的） LN中的DO 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -面向对象建模面向对象建模 DO中的DA 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -面向对象建模面向对象建模 树形结构用来代表完整的语义空间 数据模

9、型由LD、LN、DO和DA四个不同层次的语义 所构成的空间承载。 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -面向对象建模面向对象建模 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -抽象通信服务接口抽象通信服务接口 抽象通信服务接口（SCSM-如何实现具体通信） 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -抽象通信服务接口抽象通信服务接口 以数据集为通信，保证通信效率和实时性 数据集 GndPDIS1.Op.general GndPDIS1.Op.PhsA GndPDIS1.Op.PhsB GndPDIS1.Op.PhsC 保 护

10、 程 序 通 信 程 序 负责刷新数据集中数据的值 置1：表示动作 置0：表示返回 监视数据集中数据值的变化 一旦发生变化就认为产生一个事件 以特殊的重传机制发送GOOSE报文 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -抽象通信服务接口抽象通信服务接口 面向实时的服务（如何保证实时性） -类型1（快速报文） -类型1A（跳闸报文） -类型2（中等速度报文） -类型3（低速报文） -类型4（原始数据报文） -类型5（文件传输功能） -类型6（时间同步报文） 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -面向实时的服务面向实时的服务 性能要求：P1P3（

11、3ms500ms） 对时精度：T1T5（1ms1us SV和GOOSE是IEC61850的重要创新！ 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -面向实时的服务面向实时的服务 GOOSE的通讯机制 n GOOSE采用组播方式传输数据 -以太网传输方式：单播、广播、组播 n GOOSE采用连续多次传送的方式实现可靠传输 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -面向实时的服务面向实时的服务 2 2、IEC61850-IEC61850-报文示例报文示例 3）保护与合并单元 模拟量 合并 单元 智能 终端 SVGOOSE 1）保护与监控主机 保护动作信息

12、/异常告警信息 定值信息/录波信息等 2）保护与智能终端 采样值信息（SV） 状态信息（GOOSE） 开关量 监控主机 MMS MMS 三类服务模型：MMS、GOOSE和SV 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -面向实时的服务面向实时的服务 ICD，IED Capability Description SSD，System Specification Description SCD，Substation Configuration Description CID，Configured IED Description 四种SCL文件实现了IED与SAS的描述与关联，

13、简化了配置工 作并可以实现SAS和IED的自动更新与远程配置。统一格式的 SCL配置文件大大简化了系统的集成和管理难度。 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -统一建模统一建模 统一建模（与用户交互-基于电力系统统一建模） 系统配置关系 2 2、IEC61850-IEC61850-技术特征技术特征- -统一建模统一建模 电子式互感器相对于电磁式互感器的优点： 绝缘性能好 无磁饱和、无铁磁谐振、无磁滞和剩磁 体积小重量轻 动态范围大、可测交、直流 频带宽 抗干扰能力强 电压等级越高，电子互感器优势越明显。 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -电子互感器电子互感器-

14、 -优点优点 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -电子互感器电子互感器- -分类分类 罗可夫斯基空心线圈电流互感器 空心线圈的感应电压与被测电流的导数 成正比（ Rogowski，1912年） 被测电流线圈感应电压 B 空心线圈 电流 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -电子互感器电子互感器- -原理原理1 1 分压型电压互感器（有源） 阻容分压电容分压电阻分压 R1 R2 Usr 与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过5V 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -电子互感器电子互感器- -原理原理2 2 普通光 起偏器 偏振光 磁光材料 磁场 B 检偏器 Faraday旋 光

15、角 光学电流互感器 法拉第磁旋光效应 （1846年） 入射光 出射光 电流 旋转角与电流I成正比关系 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -电子互感器电子互感器- -原理原理3 3 载流导体 光纤电流传感器 复合绝缘子 光纤 光缆 光纤耦合器 光纤偏振器 光纤调制器 光源驱动及 信号解调 保护 测控 计量 合 并 单 元 激光器驱动电路 PIN数据处理 合 并 单 元 保护 测控 计量 LPCT 空芯线圈 远端模块 复合绝缘子 光纤 光缆 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -电子互感器电子互感器- -实例实例 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -电子互感器电子互感器- -就地数字化方

16、案（推荐）就地数字化方案（推荐） 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -智能变压器示意智能变压器示意 整体结构：开关设备本体+智能 组件，如右图所示。 基本功能：测量，控制和监测， 可集成保护和计量。 技术特征：测量数字化，控制网 络化，状态可视化，功能一体化 ，信息互动化。 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -智能开关智能开关- -含义含义 智能组件分类： 监测功能智能组件 合并单元 智能终端（智能操作箱、智能单元） 合并智能单元 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -智能开关智能开关- -组成示意组成示意 智能设备发展示意图 3 3、智能一次设备、智能一次设备- -智能一次设备智能一次设备- -发展方向发展方向 目前的主要实现形式是智能操作箱（智能IO单元 ） 就地安装在AIS附近的端子箱中，将控制电缆、信号电 缆限制在AIS和智能操作箱之间； 通过过程层