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1、数字化变电站技术与实施（2009.8）,数字化变电站技术与实施,概述 电子式互感器 GOOSE 智能终端 IEC 61850简介 数字化变电站实施,数字化变电站概述,概念： 变电站的数字化是一个不断发展的过程。就目前技术发展现状而言，数字化变电站是： 由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC 61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。,变电站数字化的发展历程： 电力系统远动、RTU、“四遥” 微机保护、测控 变电站综合自动化 电子式互感器、智能终端 真正的智能一次设备 在线监测、状态检修 二次一体化,智能汇控
2、柜,数字化变电站技术内容： 一次设备智能化： 电子式互感器 智能终端（过渡）、智能开关 在线监测、状态检修 二次设备网络化： 站控层网络MMS GOOSE、SMV 设备对象模型化： 一次设备对象 二次设备功能模块,数字化目的： 运行管理智能化、自动化,构建数字化变电站基础：IEC 61850 IEC 61850是国际电工委员会TC57工作组制定的变电站通信网络和系统系列标准,规定了通讯的方式、内容和协议，不规定任何设备的功能-被利用，功能扩充,电子式互感器通常由传感模块和合并单元两部分构成，传感模块又称远端模块,安装在高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字信号。合并单元安装在二次
3、侧，负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。,电子式互感器,电子式互感器基本结构：,有源式电子互感器 利用电磁感应等原理感应被测信号 传感头部分具有需用电源的电子电路 利用光纤传输数字信号 独立式、GIS式,电子式互感器-传感模块,有源式电流互感器原理： 空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含铁芯，具有很好的线性度。空芯线圈的输出信号e与被测电流i有如下关系：,低功率线圈（LPCT）的工作原理与常规CT的原理相同，只是LPCT的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。,GIS有源式电流电压组合式结构：,a:一次导体 b:SF6气体 c:电容环 d:线圈 e:接地外
4、壳 f:采集器,独立式有源（组合式）电子互感器结构：,传感元件信号还原： LPCT、电容分压等：直接使用 罗氏线圈、GIS电容分压环：积分后使用 积分：硬件积分 软件积分,无源式电子互感器： 利用光纤传输传感信号 传感头部分不需电子电路及其电源 独立安装的互感器的理想解决方案 与有源式电子互感器相比，无源式电子互感器的传感模块利用光学原理，由纯光学器件构成，不含有电子电路，其有着有源式无法比拟的电磁兼容性能。,电流互感器基本原理： Faraday磁光效应,电压互感器基本原理： Pockels电光效应,全光纤型结构：,无源电子互感器结构：,磁光玻璃型 优点：技术难度较小，原理简单 缺点：1、系统
5、由分立元件组成，结构复杂，抗振动能力差 2、光学元件间用光学胶粘接，长期运行稳定性差 3、采用的分立光学元件加工困难，一致性难以保证 全光纤型 优点：1、无分立元件，全光纤结构简单，抗振动能力强 2、光纤熔接后连接可靠，长期稳定性好 3、所有光学器件基于光纤制作，工艺成熟，一致性好 缺点：技术难度大，原理复杂，,全光纤互感器误差试验：,电子式互感器 VS 传统互感器,对来自二次转换器的各相电流电压信号进行同步，并转发给二次设备 完成各相电流电压的采样同步控制,电子式互感器-合并单元,采样值传输规约： IEC 60044-7/8： 物理层：传输速度2.5Mbit/s，曼彻斯特编码， 光纤或铜线传
6、输 链路层：IEC60870-5-1规定的FT3格式 应用：固定数据集 （数据集长度、逻辑接点名、数据集名、 逻辑装置名、额定相电流、额定中性点电流、 额定相电压、额定延迟时间、12通道采样值、 状态字、样本计数器）,IEC 61850-9-1： 物理层：以太网，光纤传输 链路层：以太网地址、优先级标志/虚拟局域网、 以太网类（IEEE802.3） 应用：无数据集配置，数据集固定与60044-8相同 支持USVCB服务（单播采样值服务映射） 不支持MSVCB类服务（多播采样值服务映射）,IEC 61850-9-2： 物理层：以太网，光纤传输 链路层：以太网地址、优先级标志/虚拟局域网、 以太网
7、类（IEEE802.3） 应用：可变数据集 支持MSVCB类服务,电子式互感器-数据同步,采样数据需要同步： 三相电流、电压需要同步：三相平衡 间隔内电流电压之间需要同步：功率、阻抗 不同间隔的电流之间需要同步：差动,同步方法： IEC 60044-7/8：基于采样值传输延时是确定 的，采用插值同步法； IEC 61850-9-1/2：基于以太网的采样值传输延 时无法确定，只能采用同步 时钟法； （同步时钟不等于对时时钟，可以不依赖于GPS）,IEC 60044-7/8同步方法： 在IED设备中进行,IEC 61850-9-1/2同步方法： 在合并单元中进行,60044-7/8 VS 6185
8、0-9-1/2,IEC 60044-7/8： 优点：不依赖于外部同步时钟，谁用数据谁同步 处理，可靠性高。 缺点：物理接口专用接口； 数据点对点传输，接线较复杂。 IEC 61850-9-1/2： 优点：物理接口标准以太网接口； 可以组网传输，利于数据共享； 缺点：依赖外部时钟，时钟丢失时影响二次设备 功能。,IEEE 1588同步对时： “网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准” 以太网传输，需硬件支持； 与采样值传输共用链路，可靠性高； 需交换机支持；,220kV及以上： 罗氏线圈和低功率线圈均双重化 A/D采样双重化 合并单元双重化 采用组合式：三相电流、三相线路PT,电子式互感器-配
9、置,110kV： 不需双重化 220kV及以上主变的110kV侧需双重化 建议采用组合式：三相电流、三相线路PT,电子式互感器-配置,35kV及以下： 不采用电子式互感器，就地采样， 保护、测控、合并单元合一,电子式互感器-配置,概念： GOOSE （Generic Object Oriented Substation Event）通用面向对象变电站事件； GOOSE是IEC61850定义的一种通信机制，用于快速传输变电站事件，诸如命令、告警、指示、信息； 基于以太网通信，单个的 GOOSE 信息由 IED 发送，并能被若干个IED接收使用,GOOSE技术,GOOSE发送机制,定期发送GOOS
10、E报文,并且通过重发相同数据来获得更多的可靠性,并且逐渐增加SqNum 和传输时间来实现有效的传输； GOOSE报文中的SqNum 和 StNum 的初始值为1。当有事件发生时，StNum 加1、SqNum变为 0 ，之后SqNum 顺序加1。,GOOSE报文高优先级：,正常报文,GOOSE,正常报文缓存区,GOOSE快速通道,以太网交换机,GOOSE传送模拟量： GOOSE不仅可以传送开关量，还可用于传递模拟量，如温度、档位、甚至电流电压等。 GOOSE传输模拟量死区问题（灵敏度、网络负载） 目前不适用于传送相量的瞬时值（同步）,应用特点： IED间快速信息通信； 内在自检功能，在线监测；
11、不仅可以传送开关量，还可传递变化不快的模拟量； 代替了点对点的硬电缆 降低造价、工期 更改接线不需要配线，只需更改配置文件 问题 网络中信号传递延时的不确定性 网络及交换机的可靠性（链路、网络风暴） 配置的正确性（检测）,GOOSE配置： MinTime：GOOSE报文发送的最小间隔时间范围为1到5000ms； MaxTime：GOOSE报文发送的最大间隔时间, 可人工修改,范围为1000到30000ms；,MAC-Address：发送GOOSE报文的组播地址的最低的两个字节（共6字节，前四个字节固定为010ccd01）， 范围为0000至0 x01ff，建议一个装置发送使用一个组播地址 Ap
12、pId：发送GOOSE报文的AppId，可人工修改 VlanId：发送GOOSE报文的VlanId，范围0到0 xFFF Vlan-Priority：发送GOOSE报文的优先级，默认值为4，范围0到7,Dataset name：发送GOOSE数据集名称，字符串 GSEControl name：发送GOOSE控制块名称，字符串 ConvRef：发送GOOSE配置的版本号,一次设备接线,VLAN = 000,ExtGGIO1 Ind1.stVal Ind2.stVal ,GSE MEA1 VLAN-ID: 000 VLAN-PRIORITY: 4 MAC-Address: 01-0C-CD-01-
13、00-CF APPID: 0000,Inputs ExRef 1 iedName: MEA3 lnClass: ExGGIO1 doName: Ind1 ExRef 2 iedName: MEA3 lnClass: ExGGIO1 doName: Ind2,GSE MEA2 VLAN-ID: 000 VLAN-PRIORITY: 4 MAC-Address: 01-0C-CD-01-00-86 APPID: 0001,50517XSWI Pos.stVal,50527XSWI Pos.stVal,保护装置,测控装置,智能终端,GOOSE输入输出信号：虚端子,工程设计中实端子与虚端子的不同： 虚
14、端子能够一对多，不能够多对一：一个开出信号能够给多个IED设备使用，而开入信号却不能够并联，只能够一对一输入，实端子则刚好相反 无法设置可见断开点：与实端子串联的硬压板能够起到明显断开点的作用，但对虚端子无此意义，因此，虚端子优先采用软压板,网络拓扑（组网）： 以太网从其发明之日起就是一种总线网络，其逻辑拓扑结构，即从其功能上讲，是一条总线；但因其实际网络布线方式的不同，可以构成星形、总线形和环形等不同的物理拓扑结构。,GOOSE组网问题： 经济性（交换机数量、网络总体价格） 可靠性（网络风暴、网络冗余性、独立性） 安全性（网络延时对保护的影响） 复杂性 （网络配置、监视、维护) 扩展性（扩建
15、时的易扩展性、易配置性、网络性能不能下降） 定检、维护的局部性要求,GOOSE组网原则： 网络拓扑推荐共享星形双网、独立星形双网、独立星形单网 按电压等级独立组网 110kV及以上MMS和GOOSE独立组网 SMV和GOOSE共网,GOOSE状态确认机制： 单网单帧 双网单帧 双网双帧,功能： 智能开关等设备的过渡产品 GOOSE接口 完成断路器、隔离刀闸、地刀等位置信息的采集 完成断路器、隔离刀闸、地刀等的分合控制 采集主变档位、温度等信息 采集在线监测的信息 断路器操作回路 本体非电量,智能终端,目标： 互操作性 来自一个或多个厂家的IED之间具备 交换信息和正确使用信息完成各自功 能的能力 自由配置 标准需要支持各种策略以允许功能自 由分布，例如：集中式或分布式系统 长期稳定性 标准应向后兼容，以适应通讯技术和 系统要求的发展,IEC 61850,IEC61850的内容：,功能对象统一建模： IEC61850和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型和数据对象模型建立了变电站自动化系统中常用设备的统一数据模型，满足互操作性要求。,数据自描述： 和IEC608705-
