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1、智能变电站基础知识智能变电站基础知识1变压器保护变压器保护智能变电站概述 智能电网的特征智能电网的特征2经济经济高效高效坚强坚强可靠可靠清洁清洁环保环保友好友好互动互动透明透明开放开放1 1、坚强可靠是指具有坚强的网架结构、强、坚强可靠是指具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应；大的电力输送能力和安全可靠的电力供应；2 2、经济高效是指提高电网运行、经济高效是指提高电网运行和输送效率，降低运营成本，和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高促进能源资源和电力资产的高效利用；效利用；3 3、清洁环保是指促进可再、清洁环保是指促进可再生能源发展与利用，降低生能源发展与
2、利用，降低能源消耗和污染物排放，能源消耗和污染物排放，提高清洁电能在终端能源提高清洁电能在终端能源消费中的比重；消费中的比重；4 4、透明开放是指、透明开放是指电网、电源和用电网、电源和用户的信息透明共户的信息透明共享，电网无歧视享，电网无歧视开放；开放；5 5、友好互动是指灵活调整电网、友好互动是指灵活调整电网运行方式，友好兼容各类电源运行方式，友好兼容各类电源和用户接入与退出，激励电源和用户接入与退出，激励电源和用户主动参与电网调节。和用户主动参与电网调节。智能电网智能电网智能电网智能电网智能电网的内涵智能电网的内涵智能变电站概述3智能变电站概述通信规约统一通信规约统一高级高级应用应用智能
3、一次设智能一次设备备数字化和网络化数字化和网络化智能电网智能电网智能变电站的演变和组成智能变电站的演变和组成4 采采用用先先进进、可可靠靠、集集成成、低低碳碳、环环保保的的智智能能设设备备，以以全全站站信信息息数数字字化化、通通信信平平台台网网络络化化、信信息息共共享享标标准准化化为为基基本本要要求求，自自动动完完成成信信息息采采集集、测测量量、控控制制、保保 护护 、 计计 量量 和和 监监 测测 等等 基基 本本 功功 能能 ， 并并 可可 根根 据据 需需 要要 支支持持电电网网实实时时自自动动控控制制、智智能能调调节节、在在线线分分析析决决策策、协协同同互互动动等等高高级级功功能能的的
4、变变电电站。站。 电子式互感器应用电子式互感器应用 IEC61850IEC61850标准的颁布和实施标准的颁布和实施 高速工业通信网络技术发展高速工业通信网络技术发展 断路器智能接口技术应用断路器智能接口技术应用 一次设备智能化及高级应用要求一次设备智能化及高级应用要求 智能智能变电站变电站数字化数字化网络化网络化标准化标准化智能变电站的定义智能变电站的定义智能变电站概述智能变电站概述高级高级应用应用一次设备一次设备智能化智能化智能变电站概述智能变电站概述6传统变电站设备功能分布传统变电站设备功能分布传统微机保护测控l二次设备和一次设备功能重新定位。7智能变电站设备功能分布智能变电站设备功能分
5、布智能终端智能终端传统微机保护二次设备和一次设备功能重新定位：ECT一次设备智能化IED数字化保护SMV光纤光纤GOOSE8服务器服务器1 1RCS - 9785系列GPS 对时装置RCS-9698H各级调度、集控中心以太网以太网服务器服务器2 2 操作员站五防工作站继电保护工程师站GOOSE网光纤以太网PCS-221 MUPCS-222智能终端220kV保护室打印服务器PCS-931PCS-915PCS-221 ECVTPCS-9705光纤GOOSE网PCS-221 MUPCS-222智能终端110kV保护室PCS-943PCS-915PCS-221 ECVT一体化平台一体化平台智能变电站智
6、能变电站_ _方案方案9什么是GOOSE? 面向通用对象的变电站事件( GOOSE-Generic Object Oriented Substation Event) 是IEC 61850标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的一种机制GOOSE可以传输什么？可以传输开入（智能终端的常规开入等），开出（跳闸，遥控，启动失灵，联锁，自检信息等），实时性要求不高的模拟量（环境温湿度，直流量）GOOSE传输的数据类型？ 常见传输布尔量，整型，浮点型，位串GOOSEGOOSE介绍介绍10GOOSEGOOSE发送机制发送机制GOOSEGOOSE采用多播方式传送数据采用多播方式传送数据以太网传输方式有
7、：点对点、广播、多播以太网传输方式有：点对点、广播、多播GOOSEGOOSE采用连续多次传送的方式实现可靠传输：采用连续多次传送的方式实现可靠传输：T1=2ms T2=4ms T3=8ms T1=2ms T2=4ms T3=8ms T0=5s (T0=5s (默认值，由默认值，由SCDSCD确定确定) )11感性认识感性认识GOOSEGOOSE（线路跳闸）（线路跳闸）测试仪输入测试仪输入线路保护线路保护A线路保护线路保护B智能终端智能终端A智能终端智能终端BSV输入输入1 仿真故障仿真故障2 跳闸跳闸3 新位置新位置4 重合重合5 新位置新位置电缆电缆开关开关GOOSE电缆电缆12感性认识感性
8、认识GOOSEGOOSE（母差跳闸）（母差跳闸）测试仪输入测试仪输入线路保护线路保护A线路保护线路保护B智能终端智能终端A智能终端智能终端BSV输入输入1 仿真故障仿真故障2 跳闸跳闸3 新位置新位置电缆电缆开关开关电缆电缆母差保护母差保护AGOOSE闭锁重合闭锁重合闭锁重合闭锁重合电缆电缆13GOOSEGOOSE报文报文14stNum:stNum: 范围（1-4294967295）状态序号，状态改变一次+1，溢出后从1开始；sqNum:sqNum: 范围（0-4294967295）顺序序号，初始值为1，状态不变化时，每发送一次+1，溢出后从1开始; 0专为stNum变化时首帧传输保留。装置重
9、启：stNum,sqNum都从1开始。注释注释1 1：stNum,sqNumstNum,sqNum15T0T0（心跳时间（心跳时间,Maxtime,Maxtime） GOOSE报文在稳定事件时的重传时间，61850标准未说明具体时间，应根据当地实际来设定，建议为TAL的一半，国内工程一般5s.T1T1（MintimeMintime） GOOSE报文有时间发生时的最短传输时间，61850标准未说明具体时间，应根据当地实际来设定，国内工程一般2ms.生存时间（生存时间（TALTAL（timeAllowedtoLivetimeAllowedtoLive） GOOSE报文的允许生存时间，即有效时间，用
10、于通知接收方等待下一次重传的最长时间。如果在该时间间隔内部没有收到新报文，接收方将认为关联丢失.61850标准建议为T0的2倍。 UTC UTC时间（时间（(Universal Time Coordinated(Universal Time Coordinated）整个地球分为二十四时区，每个时区都有自己的本地时间。在国际无线电通信场合，为了统一起见，使用一个统一的时间，称为通用协调时(UTC, Universal Time Coordinated)。UTC与格林尼治平均时(GMT, Greenwich Mean Time)一样，都与英国伦敦的本地时相同。北京时间比UTC时间早8小时，以199
11、9年1月1日0000UTC为例，UTC时间是零点，北京时间为1999年1月1日早上8点整。几个时间概念几个时间概念16什么是SMV? Sampled Measured Value Sampled Measured Value采样测量值，也称为采样测量值，也称为SV (Sampled Value),SV (Sampled Value),一一种用于实时传输数字采样信息的通信服务种用于实时传输数字采样信息的通信服务 从发展历史来说，从发展历史来说，SMVSMV的发展先后经历：的发展先后经历： IEC60044-8，IEC61850-9-1，IEC61850-9-2 目前主要采用IEC61850-9-
12、2，IEC60044-8 SMVSMV介绍介绍17IEC60044-7:InstrumenttransformersElectronicvoltagetransformersIEC60044-8:InstrumenttransformersElectroniccurrenttransformersIEC61850-9-1IEC61850-9-2:CommunicationnetworksandsystemsinsubstationsPart9-2:SpecificCommunicationServiceMappingUCA9-2LE:Implementationguidefordigitali
13、nterfacetoinstrumenttransformersusingIEC61850-9-2相关标准发展相关标准发展18IEC60044-8IEC60044-8是国际电工委员会为电子式互感器专门制定的一个标准是国际电工委员会为电子式互感器专门制定的一个标准，点对点光，点对点光纤串行数据接口纤串行数据接口采用采用IEC69870-5-1IEC69870-5-1的的FT3FT3格式格式，故常称之为，故常称之为FT3FT3格式格式传输延时确定传输延时确定可以采用再采样技术实现同步采样可以采用再采样技术实现同步采样硬件和软件实现简单硬件和软件实现简单通道传送瞬时标幺值通道传送瞬时标幺值固定固定1
14、212通道通道IEC60044-8IEC60044-819为了满足变电站更加灵活的需求，国网公司在为了满足变电站更加灵活的需求，国网公司在Q/GDW441-2010Q/GDW441-2010智能变电站继电智能变电站继电保护技术规范对保护技术规范对60044-860044-8所定义的通用帧格式从所定义的通用帧格式从1212通道扩展到通道扩展到2222通道，一般称通道，一般称之为扩展之为扩展FT3FT3格式格式扩展扩展FT3FT320IEC61850-9-2IEC61850-9-2：是国际电工委员会标准是国际电工委员会标准IEC 61850-9-2IEC 61850-9-2：特定通信服务映射：特定
15、通信服务映射(SCSM) (SCSM) 中所定义的一种采样值传输方式中所定义的一种采样值传输方式，网络数据接口，网络数据接口传输延时不确定传输延时不确定无法准确采用再采样技术无法准确采用再采样技术硬件软件比较通用，但对交换机要求极高硬件软件比较通用，但对交换机要求极高硬件和软件实现都将困难硬件和软件实现都将困难不同间隔间数据到达时间不确定，不利于母差、变压器等保护的数据处理不同间隔间数据到达时间不确定，不利于母差、变压器等保护的数据处理通道传送一次瞬时值通道传送一次瞬时值IEC61850-9-2IEC61850-9-221 为了满足变电站更加可靠的需求，合并单元不再依赖时钟源进行同步，国网公司
16、在Q/GDW441-2010智能变电站继电保护技术规范定义了点对点9-2的方式，具体技术要求如下：合并单元应输出电子式互感器整体的采样响应延时，额定延时时间不大于2ms。采样值发送间隔离散值应小于10S.通道延时需要在采样数据集中作为一路通道发送。IEC61850-9-2IEC61850-9-2（点对点）（点对点）22采样方式的优缺点IEC 60044-8：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
17、二次设备 功能。（组网） 数据点对点传输，接线较复杂（点对点） 2344-844-8报文（借助仪器）报文（借助仪器）249-29-2报文标注报文标注25智能变电站过程层网络相当于常规变电站的二次电缆，各IED之间的信息通过报文交换，信息回路主要包括SV采样、GO开入和开出。 从结构上讲，智能变电站可分为站控层设备、间隔层设备、过程层设备、站控层网络和过程层网络，即“三层两网”。间隔层设备跨两个网络 。从功能实现上讲，智能变电站可分为过程层（含设备和网络）和站控层。过程层面向一次设备，站控层面向运行和继保人员。 智能变电站过程层特点智能变电站过程层特点过程层技术过程层技术 智能变电站过程层特点智
18、能变电站过程层特点智能变电站分层智能变电站分层过程层技术过程层设备：过程层设备：电子式互感器：实现采样的数字化。合并单元：实现采样的共享化。智能终端：实现开关、刀闸开入开出命令和信号的数字化。智能变电站过程层特点智能变电站过程层特点过程层信息传输过程层信息传输过程层技术过程层设备可靠性要求：过程层设备可靠性要求：过程层信息的传输要求准确、可靠、快速。可分为两种：SV：周期性采样信号，要求保证传输的实时性和快速性。GO：事件驱动的开入开出信号。实时性和可靠性要求高。3.1 3.1 智能变电站过程层特点智能变电站过程层特点过程层信息传输过程层信息传输过程层技术智能变电站过程设备：智能变电站过程设备
19、：合并单元、智能终端和过程层交换机。 3.2 3.2 智能变电站过程层设备智能变电站过程层设备MUMU智能终端智能终端交换机交换机过程层技术合并单元定义（合并单元定义（MUMU：merging unitmerging unit）：）：用以对来自二次转换器的电流和/或电压数据进行时间相关组合的物理单元。合并单元可是互感器的一个组成件，也可是一个分立单元。 MUMU的必要性：的必要性：电子式互感器的远端模块输出没有统一规定，各厂家使用的原理、介质系数、二次输出光信号含义不相同。因此，电子式互感器输出的光信号需要同步、系数转化等处理后，以统一的数据格式供二次设备使用。否则，电子式互感器无法与二次设备
20、通信。合并单元是电子式互感器接口的重要组成部分。合并单元是电子式互感器接口的重要组成部分。合并单元是电子式互感器接口的重要组成部分。合并单元是电子式互感器接口的重要组成部分。智能变电站过程层设备智能变电站过程层设备过程层技术合并单元是实现合并单元是实现ECVT ECVT 与二次设备接口的关键装置与二次设备接口的关键装置 - 数据合并及发送数据合并及发送。合并单元同时接受并处理三相电流和三相电压信号，并按IEC60044-8 或IEC61850-9-2 格式输出送给二次设备使用； - 数据同步数据同步。合并单元实现独立采样的三相电流和三相电压信号的同步。 过程层技术33MUMU的采样同步：的采样
21、同步：MU利用同步时钟同步电子式互感器的采样，同步可采用同步法或插值法，采样的同步误差不大于1us。A、同步法： 由MU向电子互感器发送采样脉冲。B、插值法：电子互感器各自独立采样，并将采样的一次电流或电压数据以固定延时时间发送至MU，MU以同步时钟为基准插值。MUMU的采样频率：的采样频率：4000Hz（80点：保护、测量）或12800Hz（256点：电能质量）。 智能变电站过程层设备智能变电站过程层设备过程层技术智能断路器的实现方式：智能断路器的实现方式：智能断路器的实现方式有两种：一种是直接将智能控制模块内嵌在断路器中；另一种是将智能控制模块形成一个独立装置-智能终端，安装在传统断路器附
22、近。现阶段采用常规断路器+智能终端方案。智能终端的定义：智能终端的定义：smart terminalsmart terminal一种智能组件。与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（如：断路器、刀闸、主变压器等）的测量、控制等功能。智能变电站过程层设备智能变电站过程层设备过程层技术一种智能组建。与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连一种智能组建。与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备的测量、控制等功能。接，实现对一次设备的测量、控制等功能。过程层技术智能终端的作用：智能终端的作用：A、与一次设备的接口：采
23、用电缆硬接线采集与断路器、隔离开关、地刀相关的开入信号。控制断路器、隔离开关、地刀的操作。B、与间隔层设备的接口：光纤将一次设备的开入信息通过光纤上送给间隔层保护、控制装置。并接收间隔层设备的控制命名。智能变电站过程层设备智能变电站过程层设备过程层技术交换机的定义：交换机的定义：switchswitch一种有源的网络元件。交换机连接两个或多个子网，子网本身可由数个网段通过转发器连接而成。交换机为有源元件，降低了保护的可靠性。过程层交换机的管理过程层交换机的管理智能变电站过程层交换机要与继电保护同等对待。将交换机的VLAN及所属端口、多播地址端口列表、优先级描述等配置作为定值管理。 智能变电站过
24、程层网络智能变电站过程层网络过程层技术 智能变电站过程层网络智能变电站过程层网络过程层技术IEC61850IEC61850的服务和协议栈：的服务和协议栈： Client /Server 通讯 模拟量采样值 (SAV) 模型 对象 服务 实时性要求以太链路层带优先级的带优先级的以太物理层物理层IP TCP MMS特定通讯特定通讯服务映射映射SCSM)通用变电站对象事件GOOSE 过程层技术过程信息传输要求：过程信息传输要求：准确、快速、可靠。过程层报文传输：过程层报文传输：IEC61850规范了过程层SV和GO的通信协议栈。应用层数据直接映射到数据链路层的MAC子层，传递给物理层发送，会话层、传
25、输层和网络层为空。输出传输减少了协议栈的处理过程，增加强了数据的实时性。 智能变电站过程层网络智能变电站过程层网络过程层技术组播技术组播技术发布者/订阅者模型是利用以太网发布的一种模型，特别适用于多数据源向多接受者发送流量大、实时性要求高的数据。SV和GO发布者/订阅者模型，可采用两种实现方案：基于VLAN的多播模式和基于MAC多播地址过滤的多播模式。网络冗余网络冗余网络冗余包括链路冗余和设备冗余，链路冗余指交换机冗余，设备冗余主要指装置的网口冗余。智能变电站过程层网络智能变电站过程层网络过程层技术网络冗余网络冗余A、链路冗余。单环网、双环网和双星形等网络结构都具备链路冗余。环网在网络故障时，
26、网络重构时间较长。且不同厂家采用不同生成树协议，不便于组网，易产生网络风暴。星形结构，任意两点间通信最多经过三级交换机，延时短，没有网络重构问题。B、装置网口冗余。分主备方式和双网独立工作方式。C、同源双网和双源双网概念。智能变电站过程层网络智能变电站过程层网络过程层技术过程层实时性的要求：过程层实时性的要求：IEC61850规定过程层采样值和保护跳闸传输时间小于3ms，保护事件传输2ms10ms。网络的实时性与哪些因素有关：网络的实时性与哪些因素有关：通信网络的实时性是由网络带宽、访问仲裁/传输控制方法、组网方式等诸多因素共同决定的。过程层网络的实时性过程层网络的实时性过程层技术网络延时分析
27、：网络延时分析：网络传输延时由以下几部分构成： TALL=N(TSF+TSW+TQ)+TWLA TALL=N(TSF+TSW+TQ)+TWLA（N N为交换机级联台数）为交换机级联台数）A、交换机存储转发延时TSF。以太网帧最长为1522B，加上8B同步帧头。交换机TSF最长为120us左右。B、交换机延时TSW。不超过10us。C、光缆传输延时TWL。光缆光速约为2/3倍光速。D、交换机排队延时TQ。过程层网络的实时性过程层网络的实时性过程层技术GOGO报文传输的可靠性：报文传输的可靠性：为了降低报文处理延时，GOOSE网络协议对原有TCP/IP协议栈进行了裁剪，去掉了网络层、传输层和会话层
28、，使得链路层直接向上映射到表示层。由于GO传输缺少了传输层，必须在应用层采取措施保证其可靠性。A、重发机制。GO报文传输是触发机制，但出于可靠性考虑，即使外部状态不再变化，也应重发，只是重发间隔逐渐拉长。B、报文中应携带“报文存活时间TAL”和数据品质等参数。如果接受端在TAL时间内未收到任何报文，则接收端认为GO链路断链。 过程层网络的可靠性过程层网络的可靠性过程层技术 过程层网络的可靠性过程层网络的可靠性SVSV报文传输的流量：报文传输的流量： SVSV交换机主要考虑数据流量的控制，以我们的交换机主要考虑数据流量的控制，以我们的PCS222EAPCS222EA合并单元合并单元MUMU来计来
29、计算：算： MU MU每秒数据流量（按照每秒数据流量（按照IEC61850-9-2IEC61850-9-2协议、协议、SMVSMV数据集为数据集为2121个数据通道为个数据通道为参考）参考） S S（流量）（流量）=248=248ByteByte*8*8bitbit*4000*4000点点/S/S =7.568 M=7.568 Mb b/S/S过程层技术防止网卡溢出的措施：防止网卡溢出的措施：采取SV和GO报文过滤机制：B、交换机多播过滤。既能减少网络GO报文，又可解决装置CPU资源的不必要占用。（1）静态多播配置。通过配置交换机静态多播地址表实现多播报文过滤。其缺点是装置连接的交换机端口必须
30、固定，扩建或更换交换机时，必须修改或设置交换机多播配置。（2）动态多播配置。由交换机根据实际情况分配多播报文路径。动态多播管理协议还缺乏运行经验。 过程层网络的可靠性过程层网络的可靠性过程层技术交换机交换机VLANVLAN配置：配置：A、交换机VLAN配置的必要性：1）减轻交换机和装置的负载。SV网络实时性要求高、数据流量大、数据流向单一，采用VLAN技术，有效隔离网络流量，可减轻交换机和装置负担，提高网络可靠性、实时性。2）安全隔离。GO报文相对SV报文，其流量小、数据流向复杂、装置配置变动大（改扩建），GO采用VLAN进行划分，可有效限定GO传输范围，到每个端口只收所需报文，避免无关信号干
31、扰，提高GO网络的安全性和可靠性。过程层网络的可靠性过程层网络的可靠性过程层技术交换机交换机VLANVLAN配置：配置：A、VLAN的配置原则：1）采用装置VID（装置发送的报文中带802.1Q字段，交换机根据VLAN配置表中的规则，决定数据流向，可简化交换机的配置），采用交换机的端口PVID方式（装置发送的报文中无802.1Q字段，交换机收到报文后打上本端口的VLAN标号，再根据VLAN配置表中的规则，决定数据流向。2）GO网络宜按间隔配置VLAN。主要是考虑划清数据流向，保证间隔数据不混淆。3）SV网络按装置配置VLAN。MU的SV报文流量大，每台MU分配不同的VID。过程层网络的可靠性过
32、程层网络的可靠性过程层技术变电站对时：变电站对时：变电站对时是指站内保护、测控、监控等为了统一时间的需要，采用相应的对时方法，实现与标准时钟源时间保持同步的过程。常用对时方式：常用对时方式：A、脉冲对时：有秒脉冲（ PPS ）和分脉冲（ PPM ）两种。B、SNPT对时（简单网络时间协议）。C、IRIG-B码（DC）对时。智能变电站对时技术智能变电站对时技术过程层技术智能变电站对时技术智能变电站对时技术过程层技术52断路器/GIS示意图 智能一次设备概述智能一次设备概述智能组件及高级应用高压设备智能化技术导则 智能一次设备概述智能一次设备概述智能组件及高级应用 智能一次设备概述智能一次设备概述
33、智能组件及高级应用 智能组件的组成智能组件的组成智能组件及高级应用智能一体化平台包括传统意义的监控后台功能、远动功能和故障信息子站功能，还包括高级应用功能。智能一体化平台统一从IED获取信息，并存储在各个应用可共享刚问的数据库中，本地监控功能、远动功能、故障信息子站功能以及各高级应用统一从共享数据库获取信息。传统的监控、远动、故障信息子站对于IED来说是多个客户端，而在本方案中将只有一个统一的客户端通过IEC61850标准访问IED。高级应用总体方案高级应用总体方案智能组件及高级应用一体化五防和顺序控制站域控制全景信息平台及分布式建模一体化故障信息子站故障信息综合分析决策 智能报警 分布式状态估计辅助系统智能化 高级应用功能高级应用功能智能组件及高级应用谢谢 谢！谢！南瑞继保为您提供智能变电站成套解决方案结语
