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1、许继电气许继电气许继电气许继电气新型数字化保护新型数字化保护网络保护网络保护新技术及工程应用的探讨新技术及工程应用的探讨廖泽友1、新型数字化保护的背景、新型数字化保护的背景数字化变电站数字化变电站的特征：的特征：的特征：的特征：数字化变电站包含遵循IEC61850协议的变电站自动化设备、采用电子式互感器、智能开关等智能化的一次设备、网络化的保护测控装置等二次设备。数字化变电站技术特征技术特征目前有： 通信建模标准化 数据采集数字化 信息交互网络化 设备操作智能化 设备检修状态化 系统结构紧凑化1、新型数字化保护的背景、新型数字化保护的背景数字化变电站在物理上可分为两类：智能化的一次设备网络化的
2、二次设备根据IEC61850通信协议定义，数字化变电站在逻辑结构上可分为三个层次：过程层间隔层站控层1、新型数字化保护的背景、新型数字化保护的背景IEC61850标准中定义的数字化变电站的三层结构：1、新型数字化保护的背景、新型数字化保护的背景数字化变电站的三层结构：1、新型数字化保护的背景、新型数字化保护的背景数字化变电站的三层结构：Merging unitsi1i2开关侧保护i1i2-至变电站 XSCADA, HMI故障记录仪变电站 Y52过程级总线 1000FX变电站级总线 1000LX1、新型数字化保护的背景、新型数字化保护的背景数字化变电站的三层结构：1、新型数字化保护的背景、新型数
3、字化保护的背景数字化变电站的三层结构：2、新型数字化保护的新特点新技术、新型数字化保护的新特点新技术2.1 新型数字化保护的新特点网络化 保护所有的开关量、模拟量输入/输出逐步实现通过网络的数字化传输。总体建立在 IEC61850 通信技术规范基础上，通过采用符合标准的数据建模和通信服务实现IED间的信息共享和互操作性。保护与站控层设备采用IEC61850-8-1通信协议。保护与过程层合并器设备采用IEC61850-9-1/2等 通信协议。保护与智能接口单元采用GOOSE协议。2、新型数字化保护的新特点新技术、新型数字化保护的新特点新技术2.2 新型数字化保护的新特点分布化 保护功能可由分布在
4、网络上的多个装置单元，通过网络信息交换，共同完成保护功能。充分共享信息和装置实现平台，达到降低费用、减少维护和安装灵活等目的。2、新型数字化保护的新特点新技术、新型数字化保护的新特点新技术2.3 新型数字化保护的新特点一体化 对于中低压保护，随着一次设备的智能化、体积的紧凑化，而分布配套在一次设备之中，实现与一次设备的一体化。2、新型数字化保护的新特点新技术、新型数字化保护的新特点新技术2.3 新型数字化保护目前研究的新技术IEC61850的数据建模、SCL配置和互操作性。信号、报告等输出的IEC61850-8-1 通信协议。采样值数字化的IEC61850-9-1/2等通信协议及组 网。控制输
5、入/出网络化的GOOSE协议及组网。分布式保护方案、一体化方案等。网络组网与交换通信技术、通信可靠、实时与安 全等。3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（1）FT3规约 IEC60044-8定义的ECT的数字输出接口的规约。物理层：光接口:曼码，2.5Mbps；电接口:RS485。链路层：IEC60870-5-1定义的定长FT3格式。发送/ 不回答方式。短数据单元CRC校验。应用层：兼容IEC61850-9-1的模拟数据格式定义。特 点：单方向广播通信，通信延时恒定。3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（2） IE
6、C61850-9-1规约 合并器MU向二次设备输出过程层数据的规约。接口原理：与IEC 60044-8相一致的单向多路点对点3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（2） IEC61850-9-1规约（续） 映射到以太网。物理层：以太网IEEE802.3。通常为光接口， 也可以为电接口。链路层：以太网ISO/IEC 8802-3(CSMA/CD) 和 VLAN。应用层：IEC61850-9-1的定义的12路模拟量和状 态量格式。特 点：点对点逻辑通信链路，单方向广播/组播 通信，模拟量固定，可传送状态量。3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样
7、值数字化传输的通信规约（2） IEC61850-9-1规约（续） 支持的服务：ACSI服务以太网服务SendMSVMessage支持GetMSVCValue不支持SetMSVCValue不支持3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（2） IEC61850-9-1规约（续） 报文帧格式：以太网报文帧格式：APDU的格式 ：模拟量数据集ASDU：状态量数据集ASDU：3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术 IEC61850-9-1规约采样值格式：7-3 公共数据类公共数据类 MV9-1 采用采用备备 注注属性名称属性名称属性类型属性类型instMagAna
8、logueValue- -未映射magAnalogueValueifINT32FLOATING POINT32UI16- -rangeENUMERATED- -可选，未映射qQuality validity detail-qual source test operatorBlockedCODED ENUMPACKED LISTCODED ENUMBOOLEANBOOLEANBOOLEAN =valid =questionable,invalid- - - - -未映射未映射未映射未映射tTimeStamp- -未映射3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术 IEC61850-9-1规约的采样
9、值控制块实例的预定义：MSVCB 属性属性值值MsvCBName隐含的MsvCBRef不可见SvEna在启动阶段使能MsvIDMAC广播地址(如果可配置，则可选为多播地址)DatSet = UI16 = 或者可配置. = . = .； .ConRev预先配置SmpRate预先配置OptFldsrefresh-time=FALSEsample-synchronised=TRUE；FALSEsample-rate=TRUE3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术 IEC61850-9-1规约的模型实例的预定义：LDNamexxxxLNName02；LPHD；LLN0phsaTCTR； phsbT
10、CTR； phscTCTR； neutTCTR；phsaTCTR1； phsbTCTR1； phscTCTR1；（测量）phsaTVTR； phsbTVTR； phscTVTR； neutTVTR；bbTVTRGGIODataSetName01；02 IEC61850-9-1规约的模型实例的预定义中与DataSetName=01相关部分内容与IEC60044-8一致。3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（3） IEC61850-9-2规约接口原理：依照标准的第7-2部分中的抽象规范而定义的传输 采样值的特定通信服务映射，支持相应全部服务；映射到以太网；混
11、合映射：采样值传送映射到ISO8802-3，其他服 务映射到MMS；特 点：采样值为VLAN模式的多播通信，其他属 性数据为C/S双向通信；模拟量配置，不 送状态量。3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（3） IEC61850-9-2规约（续） 7-2 的采样值模型：发布/用户机制：MSVCB控制块 ：USVCB控制块 ：C/S MMS协议：支持的服务：3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（3） IEC61850-9-2规约（续） 采样值报文帧格式：以太网报文帧格式：APDU的格式 ：ASDU的格式 ：ASN.1编
12、码：VLANVLAN什么是什么是VLANVLAN？Virtual LAN: 一个独立的以太网，它与其它网络共用相同的硬件，允许不同位置的多个设备同时工作，就象在不同的局域网上一样，每个VLAN作为一个独立的广播域。IEEE 802.1Q 标准定义了 tagged 帧格式，允许多个VLAN在一个主干上传输，VLAN之间的数据通信需要采用路由器。为什么需要为什么需要VLANVLAN？概括：通信信息区域隔离，降低网络冲撞阻塞，提高可靠性和效率。隔离产生大量数据输出的设备：61850-9-2过程总线可能产生大量的数据流，通过VLAN能较好地控制广播数据流量。隔离带有关键实时数据的IEDs，这些设备不需
13、要处理无关的数据包，VLAN将他们隔离。安全：VLANs将数据流限制在需要它的工作站上不能被监听，一般来讲，每个VLAN有自己的IP子网。VLAN的应用的应用主干网交换机支持带Tag的以太网帧，即能够正确接收、转发或阻断传输带Tag的以太网数据帧。比如，对于母线电压合并器产生的虚拟网ID为2的以太网帧，主干网交换机可将其发送至所有被定义为可接收VLAN 2帧的端口，同时，由于端口c的设置方案，所以交换机将阻断非VLAN 2及101的帧向178线路间隔交换机的转发。主干网交换机同时支持带Tag和Untag的以太网帧，在组成虚拟网的同时不会阻断普通以太网帧的传输。主干网交换机的同一个端口可属于不同
14、的虚拟网，即可以同时处理带不同Tag的以太网帧，如上图中共享交换机端口c同时支持VLAN2和VLAN101。当一台交换机的端口无法满足数量要求时，可以进行交换机的级联；同时为组成全站网络，站内交换机在需要时都可进行级联。3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（3） IEC61850-9-2规约（续）VLANVID：VLAN的标识3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（3） IEC61850-9-2规约（续）ISO8802-3 MAC子层以太网类型 采样值直接映射到所保留的以太网
15、类型码和以太网类PDU3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（3） IEC61850-9-2规约（续）ISO8802-3 MAC子层以太网类型 采样值直接映射到所保留的以太网类型码和以太网类PDU以太网类型码取值3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（3） IEC61850-9-2规约（续） IEC61850-9-2规约的模型、采样值控制块和采样值格式，全部可以依照7-2、7-3和7-4有关规定灵活设置，对应的模型数据访问映射到MMS。 配置文件要记录采样值传送相关的模型、参数。过程总线的组网方式：过程总线的组网方式与
16、特点：面向间隔面向间隔单一总线单一总线面向功能面向功能多间隔多间隔3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（4） IEC61850-9-2/LE版规约IEC61850-9-2规约主要的工程不便：配置复杂工作量大，维护调式时间长；各厂家的数据模型可能会不一致；采样率规格太多，不便于互联。3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（4） IEC61850-9-2/LE版规约 IEC61850-9-2/LE版规约是UCA推出，由ABB、SIMENS、AREVA、OMICRON、美国GE、日本TMT&D、东芝（欧洲）、加拿大等公司和
17、实验室的国际知名专家联合起草的，IEC61850-9-2的工程实现指南，事实上是IEC61850-9-2的更为明确定义的配套规范/标准。 许继保护自动化产品已经成功实现此规约规范。3、采样值数字化新技术、采样值数字化新技术3.1 采样值数字化传输的通信规约（4） IEC61850-9-2/LE版规约IEC61850-9-2/LE版规约主要的内容：只支持采样值发送，去掉9-2有关的其它通信服务；定义了MU的标准模型；采样率统一为支持80点和256点2种；统一定义了SAV的格式；约定了Mod支持的属性及含义对应的MU的行为；对时间同步作了补充规范；因此，细化明确了报文格式和SCL配置格式。4、GO
18、OSE新技术新技术4.1 什么是什么是GOOSE及特点及特点？GOOSE：通用面向对象的变电站事件（Generic object oriented substation event ）是IEC61850定义用于快速快速和可靠可靠传送变电站自动化系统中实 时性要求高的信息事件的通信模型。4.2 为什么需要为什么需要GOOSE？在运行中，由于系统发生故障保护会产生：“启动”、“跳闸”、 “重合”等动作；运行状态发生变化时出现电网结构、一次设 备被控制切换会产生：“启动”、“停止”、“闭锁”、“解锁”、“触 发”、 “解除”、“状态变化”等动作及信号。以前这些快速动作命令信号基本上由继电器完成，随着
19、信息 化、数字化的技术进步发展，改由通信技术完成。4、GOOSE新技术新技术 GOOSE消息过程顺序图例子 GOOSE实际应用领域例子：4、GOOSE新技术新技术4.3 GOOSE的原理GOOSE的机制：发布/订户方式。GOOSE的模型：4、GOOSE新技术新技术4.3 GOOSE的原理GOOSE的控制块:GoCB属性名属性类型FCTrgOp值/值域/解释GoCBNameObjectNameGO-GoCB实例名，位于LLN0作用域内GoCBRefObjectReferenceGO-GoCB实例的路径名LD/LLN0.GoCB名GoEnaBOOLEANGOdchgGOOSE报文发送使能AppID
20、VISIBLE STRING65GO应用名称标识（代表本GoCB所属LD）缺省为GoCBRef。DatSetObjectReferenceGOdchgGOOSE报文发送的数据集引用。ConfRevINT32UGOdchg（DatSet）配置版本号NdsComBOOLEANGOdchg表示“需要重新/进一步配置”DatSet服务：SendGOOSEMessage； GetGoReference；GetGOOSEElementNumber；GetGoCBValues4、GOOSE新技术新技术4.4 GOOSE的通信报文与重传机制GOOSE的报文帧结构/VLAN应用报文ASDU格式重传机制-保证可靠
21、4、GOOSE新技术新技术4.4 GOOSE的通信报文与重传机制重传机制-保证可靠传送时刻T0T0T1 T1 T2T3T0事件发生T0：正常重传时间间隔T1，T2，T3：信息突变后的短、中、长重传时间间隔4、GOOSE新技术新技术4.5 GOOSE的组网方式思考和特点分析GOOSE的数据信息的分布情况复合组网：视情况融入站级网络或过程层网络单独组网：信息量大；网络形式根据实际借鉴采用 61850标准推荐的过程层网络的4种方式许继产品采用许继产品采用GOOSE例子例子开关及刀闸操作按间隔装设智能接口装置，全站五防通过网络横向通信（采用GOOSE机制）实现互锁以及电气连锁，可独立于站控层设备运行。
22、 高压断路器二次技术的发展趋势是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统，开发具有智能化操作功能的断路器。智能化断路器由电力电子技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器；可按电压波形控制跳、合闸角度，精确控制跳、合闸过程的时间，减少瞬时过电压幅值，提高断路器实际开断能力。保护与智能接口设备通信，数字化分布式备自投、负荷减载。分布式母差保护。6、保护数据、保护数据61850建模建模6.1 61850的数据模型6、保护数据、保护数据61850建模建模6.1 61850的数据模型SERVER类属性名 属性类型 解释ServiceAccessPoint1n
23、（由SCSM确定）标识服务器，属性类型由SCSM决定LogicalDevice1nLOGICAL-DEVICELD实例名，标识LDFiles0nFILEFILE实例名，标识FILE，可选TPAppAssociation0nASSOCIATION双端应用关联，标识客户MCAppAssociation0nASSOCIATION多路广播应用关联，标识订户服务：GetServerDirectory（读服务器目录），GetServerAttributes（读Server属性）6、保护数据、保护数据61850建模建模6.1 61850的数据模型LOGICAL-DECICE（LD）类属性名 属性类型 解释L
24、DNameObjectNameLD实例名（系统域内标识）LDRefObjectReferenceLD实例引用LogicalNodeZeroLOGICAL-NODE61850-7-4中定义LogicalNodePHDLOGICAL-NODE61850-7-4中定义LogicalNode3nLOGICAL-NODE61850-7-4中定义，至少1个LN服务：GetLogicalDeviceDirectory（读LD目录），GetLogicalDeviceAttributes（读LD属性）6.1 61850的数据模型LOGICAL-NODE （LD）类属性名 属性类型 解释LNName Object
25、NameLN 实例名（ LD 域内标识）LNRef ObjectReferenceLN 路径Data1.nDATADataSet0.nDATA-SETBufferedReportControlBlock0.nBRCBUnBufferedReportControlBlock0.nURCBLogControlBlock0.nLCB服务：GetLogicalNodeDirectory；GetAllDataValuesSettingGroupControlBlock0.1SGCBLog0.1LOGGOOSEControlBlock0.nGoCBGSSEControlBlock0.nGsCBMultic
26、astSampledValueControlBlock0.nMSVCBUnicastSampledValueControlBlock0.nUSVCB以下定义在以下定义在 LLN0中中6、保护数据、保护数据61850建模建模6.1 61860的数据模型DATA 类属性名 属性类型 解释DataName ObjectNameDATA的实例名DataRef ObjectReferenceDATA的路径PresenceBOOLEAN必需/可选 指示标志DataAttribute0.n DataAttributeType FunctionConstraint TrgOp0.nDATypeFCTrigge
27、rConditions例如： AnalogueValue例如： MX例如： dchg服务：GetDataValuesSetDataValuesGetDataDirectoryGetDataDefination6、保护数据、保护数据61850建模建模SimpleCDC 定义属性名 属性类型 值/值域解释CompositeCDC 定义属性名 属性类型 值/值域解释CompositeCDC-I0.nCompositeCDC例如：相量SimpleCDC-I0.nSimpleCDC例如：MV6.1 61860的数据模型6、保护数据、保护数据61850建模建模相量定义属性名 属性类型 值/值域解释magA
28、nalogueValue幅值angAnalogueValue相角6.1 61860的数据模型AnalogueValue定义属性名 属性类型 值/值域解释iINT32整数值ffloat32浮点值6、保护数据、保护数据61850建模建模6.1 61860的数据模型 总结：共分5层：Server,LD,LN,DATA,DATA属性可嵌套与实际功能配套：DATASET、控制块、文件等7-3：公共数据类，7-4：兼容节点类6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子IED 原型：WXH-801高压线路保护装置主要功能：高频保护：高频距离、高频零序、高频突变量距离保护：距离13段
29、零序保护：零序14段重合闸：6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（1）将一台WXH-801高压线路保护装置整体建成一个 Server。模型定位与功能分配：提供对外数据服务的容器/载体模型，通信实体设置对外提供服务访问点，提供通信通道建立通信关联6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（2）建Server下属的LD。按照通信管理的方便将装 置的全部功能（的通信数据）进行划分分配。 LD的个数完全可以根据需要确定。本例的LD设置和功能分配：LD1：高频保护LD2：距离保护LD3：零序保护LD4：重合闸（3）建Server下属的文件，根
30、据需要设置文件（目录）名。6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（4）建LD下属的LN。将装置的功能分解成最小功能 单元。 根据标准要求每个LD都需要设置LLN0和LPHD。本例列出高频保护LD1的LN设置和功能分配：LN名称名称LPHDLLN0AlmGGIORYBGGIOYYBGGIO功能功能物理设备物理设备信息信息LD公用信公用信息息告警信息告警信息保护软压保护软压板板保护硬压保护硬压板板LN名称名称PSCH1PSCH2PSCH3功能功能高频距离高频距离高频零序高频零序高频突变高频突变量量6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子
31、（5）建LN下属的DATA。根据7-3和7-4标准要求完成。本例列出高频保护LD1的LN的DATA设置。1）LLN0：名称名称类型类型 含义含义ModINC运行模式设置运行模式设置BehINSLD运行行为运行行为HealthINS健康状态健康状态NamPlt LPL名称铭牌名称铭牌6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（续）1）LLN0：名称名称类型类型 含义含义EnaCtl ING高频保护控制字高频保护控制字TVFact ASG TV变比系数变比系数TAFact ASG TA变比系数变比系数6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子
32、（续）2）LPHD1：名称名称类型类型 含义含义PhyNamDPL物理设备铭牌物理设备铭牌PhyHealth INS物理设备健康状况物理设备健康状况ProxySPS代理状态指示代理状态指示6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（续）3）PSCH1：高频距离名称名称类型类型 含义含义ModINC运行模式设置运行模式设置BehINSLD运行行为运行行为HealthINS健康状态健康状态NamPltLPL名称铭牌名称铭牌ProTxSPS高频发信（故障指示）高频发信（故障指示）ProTxSPS高频发信（故障指示）高频发信（故障指示）6、保护数据、保护数据61850建模建
33、模6.2 实际数据（建）模型例子（续）3）PSCH1：高频距离名称名称类型类型 含义含义StrACD保护启动保护启动OpACT保护动作保护动作XLASG线路全长电抗定值线路全长电抗定值RisPhRch ASG电阻定值电阻定值X1ASG电抗定值电抗定值6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（续）4）PSCH2：高频零序名称名称类型类型 含义含义ModINC运行模式设置运行模式设置BehINSLD运行行为运行行为HealthINS健康状态健康状态NamPltLPL名称铭牌名称铭牌ProTxSPS高频发信（故障指示）高频发信（故障指示）ProTxSPS高频发信（故障指
34、示）高频发信（故障指示）6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（续）4）PSCH2：高频零序名称名称类型类型 含义含义StrACD保护启动保护启动OpACT保护动作保护动作StrValASG零序定值零序定值6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（续）5）PSCH3：高频突变量名称名称类型类型 含义含义ModINC运行模式设置运行模式设置BehINSLD运行行为运行行为HealthINS健康状态健康状态NamPltLPL名称铭牌名称铭牌ProTxSPS高频发信（故障指示）高频发信（故障指示）ProTxSPS高频发信（故障指示）高频发信（故障指示）6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（续）5）PSCH3：高频突变量名称名称类型类型 含义含义StrACD保护启动保护启动OpACT保护动作保护动作StrValASG工频突变量定值工频突变量定值6、保护数据、保护数据61850建模建模6.2 实际数据（建）模型例子（6）总结： 许继产品的DATA建模全部采用标准的CDC，LN 的建模全部采用标准的兼容LN类，没有扩展。许继电气许继电气许继电气许继电气谢谢！谢谢！谢谢 谢谢 ！
