基于IEC61850标准的数字化变电站自动化系统介绍

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1、基于IEC61850标准的数字化变电站自动化系统介绍国电南瑞科技股份有限公司国电南瑞科技股份有限公司n nIEC61850IEC61850技术技术- -背景背景全称变电站通信网络和系统，规范了变电站内IED之间的通信行为。由IEC TC57制订（19952004）。中国等同引用为DL/T860系列。目标 “一个世界，一种技术，一个标准”。代表了SAS技术的最新趋势，是实现数字化变电站的关键技术。是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个普通通信协议。 数字化变电站是以变电站一、二次设备为数数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，将物理字化对象，以高速网络通信平台为

2、基础，将物理设备虚拟化，对数字化信息进行标准化，实现信设备虚拟化，对数字化信息进行标准化，实现信息共享和互操作，满足安全可靠、技术先进、经息共享和互操作，满足安全可靠、技术先进、经济运行要求的变电站。济运行要求的变电站。 数字化变电站特征数字化变电站特征数字化变电站两大支柱数字化变电站两大支柱n IEC61850n 电子式互感器电子式互感器1.变电站自动化系统现状2.电力自动化系统通讯体系的发展过程3.IEC61850主要特点4.IEC61850标准实施对电力自动化系统带来的益处5.IEC61850标准全数字化变电站6.IEC61850标准自动化系统进展情况IEC61850 IEC61850

3、介绍介绍IEC61850 IEC61850 介绍介绍n n全称全称全称全称变电站通信网络和系统变电站通信网络和系统变电站通信网络和系统变电站通信网络和系统，规范了变，规范了变，规范了变，规范了变电站内电站内电站内电站内IEDIED之间的通信行为。之间的通信行为。之间的通信行为。之间的通信行为。n n由由由由IEC TC57IEC TC57制订（制订（制订（制订（1995200419952004）。中国等同）。中国等同）。中国等同）。中国等同引用为引用为引用为引用为DL/T860DL/T860系列。系列。系列。系列。n n目标目标目标目标 “ “一个世界，一种技术，一个标准一个世界，一种技术，一

4、个标准一个世界，一种技术，一个标准一个世界，一种技术，一个标准” ”。n n代表了代表了代表了代表了SASSAS技术的最新趋势，是实现数字化技术的最新趋势，是实现数字化技术的最新趋势，是实现数字化技术的最新趋势，是实现数字化变电站的关键技术。变电站的关键技术。变电站的关键技术。变电站的关键技术。n n是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个普通通信协议。普通通信协议。普通通信协议。普通通信协议。变电站自动化系统现状变电站自动化系统现状n 采集资源重复、设计复杂 变电站内存在多套系统

5、数据采集要求不一致 大量设备都有数据采集单元变电站自动化系统现状变电站自动化系统现状n 系统、设备之间互操作性差 通信规约繁杂 缺乏一致性测试、权威认证 数据含义不明变电站自动化系统现状变电站自动化系统现状n 信息不标准不规范，难以充分应用 原理、算法、模型不一致导致信息输出不一致 装置信息输出不平衡 通讯规约的信息承载率低复杂一次、二次设备接口复杂一次、二次设备接口1 抗干扰能力差、运行维护工作量大、工程调试周期长。2 电磁型电流互感器出现二次线圈开路，二次侧产生高电压；电磁型电压互感 器出现短路或二次反送一次设备时，均危及设备和人身的安全。3 防误闭锁实现复杂。4 投资大。二次设备互联的问

6、题二次设备互联的问题220kV 及以上变电站保护与监控系统网络通信与对时IEDIEDGPS脉冲扩展箱通信规约转换器对时报文脉冲校时103规约通信规约转换器故障录波装置保护装置保护装置保护信息采集子站变电站监控系统各厂家网络各厂家网络103103规约的差异规约的差异 国电南自网络103南瑞科技网络103南瑞继保网络103北京四方网络103许继电气网络103深圳南瑞网络1031.变电站自动化系统现状2.电力自动化系统通讯体系的发展过程3.IEC61850主要特点4.IEC61850标准实施对电力自动化系统带来的益处5.IEC61850标准全数字化变电站6.IEC61850标准自动化系统进展情况IE

7、C61850 IEC61850 介绍介绍20002000199019901980198019701970点对点硬接线、声光私有和工业Modbus,CDT,U4f,8890私有的规约公开规约DNP developed by westronicsUCA developed by EPRIHigh speed media ethernetIEC 60870 - x标准规约IEC 61850国际标准变电站规约的历史变电站规约的历史PhysicalLLC-like layerMAC-like layerFunc-tion 2.application servicesFunc-tion 1Func-tio

8、n TelecontrolUser processesIEC 870-5-1IEC 870-5-2IEC 870-5-5IEC 870-5-4IEC 870-5-3IEC 870-5-101IEC 870-5-102IEC 870-5-103IEC 870-5-1043层结构，应用层得到加强优点：既简单，有效，又 功能强,有许多定义 好的功能缺点：信息点表需要进行 配置101/103/104规约变电站通信网络和系统变电站通信网络和系统IEC 61850IEC 61850EPRI-方案方案 UCA 2.0 IEC 60870-5 & -6的经验的经验 简化和使变电站设计、建设、调试、运行及维护标

9、准化的需要。 多个国际机构的驱动 通过UCA & IEC标准委员会的世界各国电力公司的需要。 国际化的目标国际化的目标 IEC61850IEC61850是什么是什么? ?n它不仅是一个通信规约它是一个全球的变电站自动化的标准。使用面向对象建模技术使用分布、分层体系使用抽象通信服务接口（ACSI）、特殊通信服务映射SCSM技术使用MMS技术具有互操作性具有面向未来的、开放的体系结构。 一个用于无缝一个用于无缝通信的全球标通信的全球标准准IEC61850 IEC61850 的内容的内容系统概貌系统概貌1 介绍和概述介绍和概述2 术语术语3 总体要求总体要求4 系统和项目管理系统和项目管理5 功能的

10、通信要求和设备模型功能的通信要求和设备模型数据模型数据模型7-4 兼容逻辑节点类和数据类兼容逻辑节点类和数据类7-3 公用数据类公用数据类抽象通信服务抽象通信服务7-2 抽象通信服务接口抽象通信服务接口(ACSI)7-1 原理和模型原理和模型配置配置6 变电站自动化系统配置描述变电站自动化系统配置描述 语言语言映射到实际通信网络映射到实际通信网络8-1 映射到映射到MMS和和ISO/IEC8802-39-1 通过单向多路点对点串行通信链路采样值通过单向多路点对点串行通信链路采样值 9-2 ISO8802-3之上的采样值之上的采样值测试测试10 一致性测试一致性测试IEC61850共由10个部分

11、，14个标准组成1.变电站自动化系统现状2.电力自动化系统通讯体系的发展过程3.IEC61850主要特点4.IEC61850标准实施对电力自动化系统带来的益处5.IEC61850标准全数字化变电站6.IEC61850标准自动化系统进展情况IEC61850IEC61850介绍介绍n开放性：全部通信协议集将基于已有的IEC/IEEE/ISO/ OSI可用 的通信标准的基础上;不考虑具体实现n先进性：采用ACSI、SCSM、OO的技术采用抽象的MMS作为应用层协议自我描述,在线读取/修改参数和配置采用XML语言来描述变电站的配置 n完整性：适用对象几乎包容了变电站内所有IED，例如：常规的测控装置、

12、保护装置、RTU、站级计算机、可选的同期、VQC装置未来可能广泛使用的数字式一次设备如PT、CT、开关 IEC61850IEC61850标准的主要特点标准的主要特点 IEC61850IEC61850IEC61850IEC61850数字化变电站自动化系统功能层和逻辑接口数字化变电站自动化系统功能层和逻辑接口数字化变电站自动化系统功能层和逻辑接口数字化变电站自动化系统功能层和逻辑接口IF1：间隔层和变电站层间保护数据交换IF2：间隔层与远方保护间保护数据交换IF3：间隔层内数据交换；IF4：过程层和间隔层间PT和CT瞬时数据 交换（尤其是采样）IF5：过程层和间隔层间控制数据交换IF6：间隔和变电

13、站层间控制数据交换IF7：变电站层与远方工程师间数据交换IF8：间隔之间直接数据交换IF9：变电站层内数据交换IF10：变电站（装置）和远方控制中心间 控制数据交换 功能、逻辑节点、装置关系功能、逻辑节点、装置关系1) 变电站计算机2) 同期装置3) 距离保护+过流保护4) 开关单元控制器5) 电流互感器6) 电压互感器7) 母线电压互感器面向变电站对象的统一建模面向变电站对象的统一建模配置文件逻辑装置虚拟化任意变电站的真实设备虚拟世界基本信息概念模型基本信息概念模型nSERVER(服务器)所有其他ACSI模型是服务器的一部分。 注:服务器有两种角色:和客户通信 (DLIT860中的 大多数服

14、务模型可以和客户设备通信)，向对等 设备发送信息 (例如采样值)。 nLOGICAL-DEVICE (LD逻辑设备) 包含由一组域特定应用 功能产生和使用的信息;功能定义为 LOGICAL-NODE. n LOGICAL-NODE (LN ) 包含由域特定应用功能例如过电 压保护或断路器等产生和使用的信息。 n DATA 提供各种手段去规定包含在 LOGICAL-NODE内的类 型信息，例如带品质信息和时标的开关位置。服务器设备模型我是我有这些模型 客客 户户自我描述我知道了!逻辑设备（LOGICAL DEVICE）逻辑节点1（XCBR）逻辑节点2（MMXU）数据属性（Dattr）数 据（DA

15、TA）逻辑节LN（1到n）逻辑设LD（1到n）服务器服务器（SERVER）100/1000Mbps100/1000Mbps以太网以太网面向对象模型面向对象模型点通讯点通讯 对象描述的变革对象描述的变革常规保护 IEC 60870-103规约IEC 61850通信逻辑设备举例逻辑设备举例IED包含四个逻辑节点PTOC：过流保护PDIS：距离保护PTRC：保护跳闸监视XCBR：断路器IEC61850IEC61850逻辑设备的概念逻辑设备的概念 逻辑设备主要由逻辑节点和附加服务组成，例如GOOSE、采样值交换、定值组。IEC61850IEC61850模型实例模型实例名称描述AxxxAxxx自动控制（

16、4）CxxxCxxx监视控制（5）GxxxGxxx通用功能（3）IxxxIxxx接口/归档（4）LxxxLxxx系统逻辑节点（2）MxxxMxxx计量/测量（8）PxxxPxxx保护（28）RxxxRxxx保护相关（10）SxxxSxxx传感器、监视（4）TxxxTxxx互感器（2）XxxxXxxx开关设备（2）YxxxYxxx电力变压器（4）ZxxxZxxx其他设备（15）XCBRXCBR逻辑节点逻辑节点采用采用XMLXML语言描述变电站的配置语言描述变电站的配置 扩展超文本标志语言extended markup language SSDSSD系统图组态工具装置模板组态工具ICDICD系统组

17、态工具SCDSCD装置实例组态工具IEC61850装置CIDCID全站系统配置文件一次系统配置文件装置模板配置文件装置配置IED描述文件SCLSCL变电站配置描述语言变电站配置描述语言数据自描述数据自描述 n与IEC608705面向点的描述方法不同，IEC61850对于信息均采用面向对象自我描述的方法，虽然传输时开销增加，由于网络技术的发展，传输速率提高，使得面向对象自我描述方式成为实现。n目前所使用的传输协议传输信息的方法是变电站的远动设备的某个信息，要和调度控制中心的数据库预先约定，一一对应，才能正确反映现场设备的状态，在现场验收前，必须将每一个信息动作一次，以验证其正确性，这种技术是面向

18、点的。n由于新的技术的不断发展，变电站内的新应用功能不断出现，需要传输新的信息，已经定义好的协议可能无法传输这些新的信息，使得新的功能的应用受到限制，采用面向对象自我描述方法就可以适应这种形势发展的要求，不受预先约定的限制，什么样的信息都可以传输。采用面向对象自我描述的方法，传输到调度控制中心的数据都带说明，马上建立数据库，使得现场验收的验证工作简化，数据库的维护工作量大大减少。 IEC61850IEC61850与传统规约比较与传统规约比较n传统的数据对象映射IEC61850IEC61850中的数据对象映射中的数据对象映射抽象服务接口（抽象服务接口（ACSIACSI） Abstract Com

19、munication Service Interface n 通信和应用独立， ACSI规定了抽象服务和对象集，使得应用 和特定协议无关。n ACSI独立于通信协议,独立于具体实现, 通过特定通讯服务映射(SCSM)映射到不同的协议。n 在给 定 的 SCSM 内，规定ACSI到具体的应用协议/通信协议服务集的映射。ACSI(ACSI(抽象通信服务接口抽象通信服务接口) )通信方式通信方式抽象通信服务接口（抽象通信服务接口（ACSIACSI） 协协议议栈栈接接口口 Client /Server 通讯模拟量采样值 （SAV）模型（对象、服务）抽象通讯服务接口 实实实实时时时时性性性性要要要要求求

20、求求 带优先级的以太链路层 以太物理层 IP TCP MMS 特定通讯服务映射（SCSM） 通用变电站对象事件（GOOSE） MMS MMS 制造报文规范制造报文规范 MMS是一个与设备、与功能、与应用均无关的极为抽象的通用标准，IEC61850中涉及到的 MMS映射对象包括： 虚拟制造设备（VMD） 命名变量（Named Variable） 命名变量集（Named Variable List） 日志（Journal） 域（Domain） 文件（File） 在在SCSMSCSM中使用的中使用的MMSMMS对象及服务对象及服务在在SCSMSCSM中使用的中使用的MMSMMS对象及服务对象及服务A

21、CSIACSI服务概述（部分）服务概述（部分）报文类型和性能类映射报文类型和性能类映射 -类型1（快速报文） -类型1A（跳闸报文） -类型2（中速报文） -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）互操作性互操作性 n在IEC61850中互操作性被表述为：“来自同一制造厂或不同制造厂的IED之间交换信息，和正确使用信息协同操作的能力”。 1.变电站自动化系统现状2.电力自动化系统通讯体系的发展过程3.IEC61850主要特点4.IEC61850标准实施对电力自动化系统带来的益处5.IEC61850标准全数字化变电站6.IEC61850标准

22、自动化系统进展情况IEC61850IEC61850介绍介绍IEC61850IEC61850标准实施对电力自动化系统带来的益处标准实施对电力自动化系统带来的益处实现IEC61850对电力用户的益处 1、开放式的系统联接 2、选择设备或系统时不依赖于生产厂家 3、以经济最优化选择可靠的设备 4、工程管理和运行管理成本最小化 5、有大容量和大范围的数据库使用IEC61850对设备提供商的益处 1、市场范围更大 2、低开发、调试和维护成本 3、更有效的工程实现 4、产品的类型可以减少 5、建立了大容量和全面的运行设备数据库是未来电力系是未来电力系统信息化系统统信息化系统的最佳平台的最佳平台IEC618

23、50 IEC61850 有理由成为全球使用标准有理由成为全球使用标准 通过通过SNTP时间同步时间同步系统构建系统构建IEC 61850间隔与间隔间隔与间隔之间的通信之间的通信采用采用Comtrade格式的故障录波格式的故障录波使用使用TCP-IP的标准通信的标准通信基于以太基于以太网的标准网的标准变电站变电站组态语言组态语言定义保护定义保护和控制功能和控制功能IEC61850 IEC61850 一个世界一个世界 一种技术一种技术 一个标准一个标准各厂家生产的自动化设备在各厂家生产的自动化设备在IEC61850IEC61850标准体系下实现无缝联接标准体系下实现无缝联接IEC61850IEC6

24、1850建立的目标建立的目标实现设备的互操作性实现设备的互操作性 IEC61850标准允许不同厂商生产的智能 电子设备IED之间进行信息的交换并且 利用信息实现设备本身的特定功能建立系统的自由配置建立系统的自由配置 IEC61850标准允许变电站自动化系统的功 能在不同的设备之间自由分配保持系统的长期稳定保持系统的长期稳定 IEC61850标准具有面向未来的特性，能够 满足不断发展的通信技术与变电站自动化 系统的需求1.变电站自动化系统现状2.电力自动化系统通讯体系的发展过程3.IEC61850主要特点4.IEC61850标准实施对电力自动化系统带来的益处5.IEC61850标准全数字化变电站

25、6.IEC61850标准自动化系统进展情况IEC61850IEC61850介绍介绍数字化变电站主要特点与应用数字化变电站主要特点与应用 n智能化的一次设备的应用n智能设备的互操作性 n实现变电站信息共享 数字化变电站系统结构物理结构数字化变电站系统结构物理结构 n从物理上看：仍然是一次设备和二次设备(包括保护、测控、监控和通信设备)两个层面。由于一次设备的智能化，数字化变电站一次设备和二次设备之间的结合比现在更加紧密。数字化变电站系统结构逻辑结构数字化变电站系统结构逻辑结构 n从逻辑上看：可以分为三层，即过程层、间隔层和站级层。 过程层主要是指智能化电气设备的智能化部分，其功能有三类：电气量参

26、数检测、设备健康状态检测和操作控制执行与驱动。 间隔层主要表现为对象的统一建模、通信信息的分层、通信接口的抽象化和自描述规范等技术的应用。 站控层除实现变电站与控制系统的无缝通信外，基于信息共享的站级运行支持功能可以与变电站运行功能协调工作。 数字化变电站系统结构数字化变电站系统结构保护装置保护装置数字化断路器控制数字化断路器控制合并单元合并单元开关控制模块开关控制模块间隔控制单元间隔控制单元刀闸刀闸断路器断路器电子互感器电子互感器实现数字化变电站需要具备条件实现数字化变电站需要具备条件 n智能一次设备已被逐步采用n光纤通信及以太网技术已被普遍采用n电力行业面向对象的统一建模技术逐步被采用nI

27、EC为数字化变电站制定的无缝通信体系基本完成电子式互感器与常规互感器比较电子式互感器与常规互感器比较n常规互感器常规互感器绝缘复杂体积大、重量重CT动态范围小，有磁饱和电磁式PT易产生铁磁谐振CT二次输出不能开路n电子式互感器电子式互感器绝缘简单体积小、重量轻CT动态范围宽，无磁饱和PT无谐振现象CT二次输出可以开路 电压等级越高，电子式互感器优势越明显 中低电压等级使用电子式互感器意义不大传统保护控制装置 早期的EVT/ECT接口 ： 低能量小信号 模数转换 数模转换 高能量信号 DAC EVT/ECT 合并单元合并单元-电子式互感器与二次的接口电子式互感器与二次的接口1、 交流模拟量小信号

28、输出方式 EVT/ECT 新型保护控制装置 现研制的EVT/ECT接口 ： MU IEC618509 IEC60044-7/-8A相B相C相网络口模拟信号输入合并单元合并单元-电子式互感器与二次的接口电子式互感器与二次的接口2、 数字信号输出方式 新型保护控制装置EVT/ECT MU 同步信号网络口101101010001101101010001 IEC618509 IEC60044-7/-8电子PT/CT标准合并单元合并单元-电子式互感器与二次的接口电子式互感器与二次的接口3、 混合过渡接口方式（仪用变换单元ITU & 合并单元MU）新型保护控制装置网络口10111011ITU(MU):IE

29、C618509同步信号同步信号小模拟信号大模拟信号合并单元合并单元-电子式互感器与二次的接口电子式互感器与二次的接口应用图示合并单元合并单元-电子式互感器与二次的接口电子式互感器与二次的接口EVT/ECT MU 同步信号网络口IEC618509数字接口网络口数字式保护测控装置 101101010001101101010001光纤 光纤 101101010001101101010001电子互感器及合并单元接口示意图 合并单元(MU)仪用变换单元（ITU） 合并单元合并单元-电子式互感器与二次的接口电子式互感器与二次的接口IEC61850IEC61850应用中的难点和局限性应用中的难点和局限性 n

30、软件复杂性 n硬件升级代价 nGOOSE应用凸显网络重要性 n与国内需求的切合度 nIEC61850自身不够成熟的地方n适应数字化变电站的运行、维护和管理方法 软件复杂性软件复杂性nIEC61850系列标准充分吸收了计算机信息处理中的面向对象模型技术，并通过抽象通信接口等方法进行层次型设计，希望能够及时容纳不断发展中的通信新技术。这种设计固然保证了标准在较长时间内具有良好的通用性，然而也不可避免地给标准的实现带来相当的复杂性。 硬件升级代价硬件升级代价n由于软件的复杂性大大增加，导致对CPU速度以及内存的需求和103等传统规约相比有了数量级的飞跃。为了实现MMS通信，100M的CPU速度和8M

31、动态内存应该是基本配置，这导致各设备制造商必须升级已有硬件方能实现IEC61850功能，一定程度上也会导致用户初期采购成本的增加。GOOSEGOOSE应用凸显网络重要性应用凸显网络重要性n传统保护跳闸等应用通过控制电缆来实现，各种保护是自足并且可能在站内实现某种程度的备用（比如主变保护作为出线的后备，等等），一旦所有跳闸以及联络都通过通信来实现，那么通信设备的可靠性将可能成为全站安全的瓶颈。如果大量通过点对点直接电缆连接的方式来实现GOOSE通信，似乎又有违IEC61850初衷，达不到减少控制电缆降低系统复杂性之目的。与国内需求的切合度与国内需求的切合度nIEC61850模型更多地考虑了欧洲和

32、北美的需求，并某种程度上按照西门子、ABB等厂家的习惯设计，当在国内装置上实现时，感觉和我们传统装置的实现差别较大。尤其关于保护逻辑节点以及定值等方面，必需按照标准作较大的扩充和变化方能实现。另外IEC61850关于工程管理、变电站配置语言等方面，也必须和国内的习惯进行磨合后方能探索出切实可行的一条路。IEC61850IEC61850自身不够成熟的地方自身不够成熟的地方n首先是关于保护信息处理方面（定值、带参数信息的保护动作事件、录波），目前版本的IEC61850规定得不够具体甚至相互矛盾（欧洲产品基本上这块都在产品调试软件中实现，回避了该问题）；n其次在SCL变电站描述语言这一部分已被发现若

33、干错误；另外关于采样值通信这部分有些超前当前网络以及CPU硬件水平。nIEC目前正在编写、酝酿IEC61850的第二版。 适应数字化变电站的运行、维护和管理方法适应数字化变电站的运行、维护和管理方法 n数字化变电站由于广泛地采用智能设备，对现有地运行、维护和管理方法提出了挑战。例如许多设备的输入输出接口都由传统的模拟接口和硬接线变为数字通信接口，必须有新的调试和检验设备以及相应规程。还有许多原来由不同部门管理的功能由同一设备实现也造成一些问题。所以规划数字式变电站时应充分考虑运行、维护和管理的因素，同时也应根据数字化变电站的特点适当调整运行、维护和管理的规程。 前景与挑战前景与挑战 基于IEC

34、61850自动化变电站的基本概念为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。数字化变电站建设的关键是实现能满足上述特征的通信网络和系统。 IEC61850标准包括变电站通信网络和系统的总体要求、功能建模、数据建模、通信协议、项目管理和一致性检测等一系列标准。按照IEC61850标准建设通信网络和系统的变电站，可以将不同厂商的设备协调运作，节约运行及维护成本，使系统简化、降低复杂程度。 数字化变电站应用对传统一、二次设备、以及二次专业中保护、自动化、仪表专业界限划分将重新组合，对人员的技术要求进一步提高，数字化变电

35、站应用对各专业的划分和管理将产生深刻的变革，为高效率的变电站管理开辟了全新的空间。 1.变电站自动化系统现状2.电力自动化系统通讯体系的发展过程3.IEC61850主要特点4.IEC61850标准实施对电力自动化系统带来的益处5.IEC61850标准全数字化变电站6.IEC61850标准自动化系统进展情况IEC61850IEC61850介绍介绍基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型配置自动化系统典型配置 n过程层配置模式电缆（PTCTSW）电缆（PTCTSW）电缆（EPTECTSW）模式1光缆（OCTOCTSW）智能化电器模式2模式3模式4模式5光缆电缆光缆电缆光缆电缆

36、光缆光缆IEDIEDIEDIEDIEDMU-A/IOP-AMU-A/IOP-AMU-D/IOP-D基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型配置自动化系统典型配置 n间隔层配置模式一PTPTCTCTMUMUIOBIOBSWSWIEDIED现场设备现场设备PTPTCTCT：互感器：互感器MUMU：合并单元：合并单元SWSW：开关：开关IOBIOB：智能操作箱：智能操作箱IEDIED：测控保护装置：测控保护装置配置模式配置模式1：点对点：点对点基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型配置自动化系统典型配置 n间隔层配置模式二IEDIEDPTPTCTCTMU

37、MUIOBIOBSWSWPTPTCTCTMUMUIOBIOBSWSW现场设备现场设备1N110KV10KV每段线路每段线路主变三侧保护一体化主变三侧保护一体化全站故障录波器全站故障录波器全站备自投全站备自投配置模式配置模式2：1:N现场设备现场设备2现场设备现场设备NPTPTCTCTMUMUIOBIOBSWSW基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型配置自动化系统典型配置 n间隔层配置模式三同同1:N1:N主机冗余配置主机冗余配置通信冗余配置通信冗余配置IEDIEDPTPTCTCTMUMUIOBIOBSWSWPTPTCTCTMUMUIOBIOBSWSW现场设备现场设备1N

38、2配置模式配置模式3：2:N现场设备现场设备2现场设备现场设备NIEDIEDPTPTCTCTMUMUIOBIOBSWSW基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型配置自动化系统典型配置 n信息共享和功能分配模式测控元件M(1)应用功能A(1)Obj(1)测控元件M(2)应用功能A(2)Obj(2)测控元件M(i)应用功能A(i)Obj(i)SCADA测控元件M(1)Obj(1)测控元件M(2)Obj(2)测控元件M(i)Obj(i)SCADA应用功能A(1)应用功能A(2)应用功能A(i)网络共享站控层信息秒级一般网络共享过程层数据网络0.110毫秒级高速以太网传统变电站系

39、统传统变电站系统新一代数字化变电站新一代数字化变电站基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型方案自动化系统典型方案 n典型方案一： ECT/OCT配置OCTOCTEVTEVTIEDIED01VOCTOCTEVTEVTIEDIED01VOCTOCTEVTEVTIEDIED01VSCADASCADAIEC61850间隔层有变化过程层变化较大适用于各电压等级的变电站特点：基本不改变原有的系统结构优点：ECT优点基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型方案自动化系统典型方案 n典型方案二：10kV不变，其他就地数字化OCTOCTEVTEVTMUMUIOPIO

40、PH HMUMUIOPIOPM MMUMUIOPIOPL L主变保护主变保护线路保护线路保护10KV10KV保护保护SCADASCADAMUMUOCTOCTEVTEVTMUMUIOPIOPGOOSEGOOSE站控层变化不大间隔层有变化过程层变化较大110KV及以下变电站特点：10KV部分不变，主变110KV线路过程层信息共享优点： ECT优点全站光纤化基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型方案自动化系统典型方案 n典型方案三：所有设备就地数字化OCTOCTEVTEVTMUMUIOPIOPH HMUMUIOPIOPM MMUMUIOPIOPL L主变保护主变保护线路保护线

41、路保护10KV10KV保护保护SCADASCADAMUMUOCTOCTEVTEVTMUMUIOPIOPGOOSEGOOSE站控层变化不大间隔层有变化过程层变化较大OCTOCTEVTEVTMUMUIOPIOP110KV及以下变电站特点：过程层信息共享优点： ECT优点全站光纤化全部MU过程层数据共享基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统典型方案自动化系统典型方案 n典型方案四：智能化电器智能化智能化电器电器1 1SCADASCADAIEC61850智能化智能化电器电器2 2智能化智能化电器电器3 3站控层变化不大过程层间隔层合并处理，变化较大超高压变电站特点：基本不改变原有的

42、系统结构优点：ECT优点全站光纤化全部MU过程层数据共享基于基于IEC61850IEC61850标准标准自动化系统产品介绍自动化系统产品介绍 n南瑞科技的此类变电站自动化产品包括：l站控层站控层l后台监控系统（NS3000）l通信控制器（NS3301等）l保护信息子站（PSF3000）l间隔层间隔层lNS3600保护测控装置（NS3611、NS3615 ）l公用测控装置（NS3520等）l过程层过程层l智能操作箱（NS3658、NS3520AG ）l合并单元（NS3261AD、NS3621DD）l电子式互感器（NAEG）l故障录波（故障录波（DPRDPR2 2）、同步装置）、同步装置郑州郑州1

43、10kV110kV碧沙变数字化改造工程介绍碧沙变数字化改造工程介绍 n主接线图：郑州郑州110kV110kV碧沙变数字化改造工程介绍碧沙变数字化改造工程介绍 n系统配置：郑州郑州110kV110kV碧沙变数字化改造工程介绍碧沙变数字化改造工程介绍l通用组态工具：对装置和系统均可组态lSCL配置文件：ICD、CID、SSD和SCD文件l工程组态过程：使用通用组态工具生成上述配置文件的过程l远传功能实现：通过解析SCL配置文件并将其中数据模型映射成调度规约中使用的信息量来实现n 工程实施概述郑州郑州110kV110kV碧沙变数字化改造工程介绍碧沙变数字化改造工程介绍n工程实施和维护中难点l同步采样

44、信号l调试方法与常规站有所不同l网络状况对系统性能的影响很大l面向对象的数据模型和以往“四遥”概念的差异对待对待IEC61850的态度的态度n n充分利用其优点，弥补缺陷充分利用其优点，弥补缺陷充分利用其优点，弥补缺陷充分利用其优点，弥补缺陷n nIEC IEC 继续修订继续修订继续修订继续修订 ED2 2009ED2 2009年推出年推出年推出年推出 ED3 ED3 择机推出择机推出择机推出择机推出 注重标准本身。注重标准本身。注重标准本身。注重标准本身。 n nCIGRECIGRE 就就就就IEC61850IEC61850变电站设计、应用、维护问题进行变电站设计、应用、维护问题进行变电站设

45、计、应用、维护问题进行变电站设计、应用、维护问题进行研究研究研究研究IEC61850已解决的问题n n提出了提出了提出了提出了3 3层通信体系层通信体系层通信体系层通信体系n n解决了互操作问题。解决了互操作问题。解决了互操作问题。解决了互操作问题。IEC61850未解决的问题n n行业用户对下一代行业用户对下一代行业用户对下一代行业用户对下一代SASSAS的期待的期待的期待的期待 降低费用、减少现场劳动量、缩短调试时间降低费用、减少现场劳动量、缩短调试时间降低费用、减少现场劳动量、缩短调试时间降低费用、减少现场劳动量、缩短调试时间 n n架构架构架构架构 成本和简化是推动架构进步的力量，成本

46、和简化是推动架构进步的力量，成本和简化是推动架构进步的力量，成本和简化是推动架构进步的力量，IEC61850IEC61850对架构目前没有给出详细的规范。对架构目前没有给出详细的规范。对架构目前没有给出详细的规范。对架构目前没有给出详细的规范。n n冗余原则冗余原则冗余原则冗余原则 IEC61850IEC61850建议采用冗余原则配置保护，但建议采用冗余原则配置保护，但建议采用冗余原则配置保护，但建议采用冗余原则配置保护，但是没有给出具体做法。是没有给出具体做法。是没有给出具体做法。是没有给出具体做法。IEC61850未解决的问题（续）n nAC AC 信号信号信号信号 1 1） NCITNC

47、IT尽管有尽管有尽管有尽管有1616年历史，但还没有广泛使用。年历史，但还没有广泛使用。年历史，但还没有广泛使用。年历史，但还没有广泛使用。 2 2）目前还没有形成）目前还没有形成）目前还没有形成）目前还没有形成SVSV的新的设计方法，还都是的新的设计方法，还都是的新的设计方法，还都是的新的设计方法，还都是根据传统方式进行设计。根据传统方式进行设计。根据传统方式进行设计。根据传统方式进行设计。 3 3）传统信号容易实现共享，数字信号相反。）传统信号容易实现共享，数字信号相反。）传统信号容易实现共享，数字信号相反。）传统信号容易实现共享，数字信号相反。 4 4）通信引入了信号延时。）通信引入了信

48、号延时。）通信引入了信号延时。）通信引入了信号延时。 5 5）同步和数据丢失都是问题。）同步和数据丢失都是问题。）同步和数据丢失都是问题。）同步和数据丢失都是问题。n n IEC61850IEC61850只提供了只提供了只提供了只提供了SVSV通信协议，没有给出满足通信协议，没有给出满足通信协议，没有给出满足通信协议，没有给出满足技术、运行、维护各方面要求的可用架构。技术、运行、维护各方面要求的可用架构。技术、运行、维护各方面要求的可用架构。技术、运行、维护各方面要求的可用架构。IEC61850未解决的问题（续）n nDC DC 信号信号信号信号 2 2类：类：类：类：1 1）状态；）状态；）

49、状态；）状态；2 2）跳闸、互锁等信息。要求小）跳闸、互锁等信息。要求小）跳闸、互锁等信息。要求小）跳闸、互锁等信息。要求小于于于于4ms4ms。n n IEC61850IEC61850只定义了只定义了只定义了只定义了GOOSEGOOSE格式格式格式格式 网络拓扑没有给出。网络拓扑没有给出。网络拓扑没有给出。网络拓扑没有给出。 IEC61850未解决的问题（续）n nLANLAN架构架构架构架构 网络冗余如何实现？网络冗余如何实现？网络冗余如何实现？网络冗余如何实现？n n 带网关功能交换机的使用，要求使用者深入理解带网关功能交换机的使用，要求使用者深入理解带网关功能交换机的使用，要求使用者深

50、入理解带网关功能交换机的使用，要求使用者深入理解物理拓扑和控制机制。物理拓扑和控制机制。物理拓扑和控制机制。物理拓扑和控制机制。IEC61850未解决的问题（续）n n时间同步时间同步时间同步时间同步n nIEC61850IEC61850定义几种不同的时间准确度。定义几种不同的时间准确度。定义几种不同的时间准确度。定义几种不同的时间准确度。n n所建议的所建议的所建议的所建议的SNTPSNTP不能满足要求。不能满足要求。不能满足要求。不能满足要求。n n可选方式：可选方式：可选方式：可选方式： 1 1） IRIG-BIRIG-B； 2 2） IEEE1588. IEEE1588. 3 3） 私

51、有。私有。私有。私有。IEC61850未解决的问题（续）n n可靠性可靠性可靠性可靠性 IEC61850IEC61850只解决了过程层的通信协议的互只解决了过程层的通信协议的互只解决了过程层的通信协议的互只解决了过程层的通信协议的互操作问题。操作问题。操作问题。操作问题。 基于过程层如何设计系统解决方案，基于过程层如何设计系统解决方案，基于过程层如何设计系统解决方案，基于过程层如何设计系统解决方案，IEC61850IEC61850没有给出答案，需要使用者考虑。没有给出答案，需要使用者考虑。没有给出答案，需要使用者考虑。没有给出答案，需要使用者考虑。IEC61850未解决的问题（续）n n系统整

52、体性能系统整体性能系统整体性能系统整体性能 过程总线的使用使整体性能的保证变得更加困难。过程总线的使用使整体性能的保证变得更加困难。过程总线的使用使整体性能的保证变得更加困难。过程总线的使用使整体性能的保证变得更加困难。 n nIEC61850IEC61850并没给出达到良好整体系统性能的具并没给出达到良好整体系统性能的具并没给出达到良好整体系统性能的具并没给出达到良好整体系统性能的具体途径。体途径。体途径。体途径。IEC61850未解决的问题（续）n nGOOSEGOOSE 定义了定义了定义了定义了GOOSEGOOSE详细的帧格式和信息组织原则。详细的帧格式和信息组织原则。详细的帧格式和信息

53、组织原则。详细的帧格式和信息组织原则。n nIEC61850IEC61850没有给出详细的基于没有给出详细的基于没有给出详细的基于没有给出详细的基于GOOSEGOOSE的应用模的应用模的应用模的应用模板。板。板。板。 例如：各种例如：各种例如：各种例如：各种IEDIED配合细则。配合细则。配合细则。配合细则。 现在使用者都是利用现在使用者都是利用现在使用者都是利用现在使用者都是利用GOOSEGOOSE作为一个手段，将作为一个手段，将作为一个手段，将作为一个手段，将现有做法网络化。现有做法网络化。现有做法网络化。现有做法网络化。IEC61850未解决的问题（续）n n测试测试测试测试 IEC61850-10IEC61850-10给出了服务器端一直性测试规范。给出了服务器端一直性测试规范。给出了服务器端一直性测试规范。给出了服务器端一直性测试规范。n n全数字化变电站如何投运、维护全数字化变电站如何投运、维护全数字化变电站如何投运、维护全数字化变电站如何投运、维护IEC61850IEC61850并没并没并没并没有给出答案有给出答案有给出答案有给出答案