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1、Page 2许继电气技术中心数字化变电站系统的技术特征n系统建模标准化n系统分层分布化n系统结构紧凑化n信息交互网络化n信息应用集成化n数据采集数字化n设备操作智能化n设备检修状态化2 2 系统结构系统结构1 IEC618501 IEC61850标准标准3 3 非常规互感器非常规互感器4 4 开关智能化开关智能化5 5 设备状态检修设备状态检修Page 3许继电气技术中心一、系统结构一、系统结构1.1 1.1 系统结构系统结构 1.1.1 1.1.1 构架与组网方案构架与组网方案 1.1.2 1.1.2 网络要求网络要求 1.1.3 1.1.3 网络带宽分析网络带宽分析 1.1.4 1.1.4
2、 网络实时性分析网络实时性分析1.2 1.2 时钟同步方案时钟同步方案 1.2.1 1.2.1 同步原理与要求同步原理与要求 1.2.2 1.2.2 同步实现解决方案同步实现解决方案Page 4许继电气技术中心0) IEC61850-9-1 / 9-2 / FT3IEC61850-9-1IEC61850-9-2FT3传输方向传输方向单向单向双向双向单向单向数据格式数据格式固定固定灵活配置灵活配置固定固定内容内容采样值（位置）采样值（位置）采样值采样值采样值采样值网络网络以太网以太网以太网以太网2.5Mbps2.5Mbps延时延时点对点时固定点对点时固定经过交换机不固定经过交换机不固定固定固定P
3、age 5许继电气技术中心1) 站控层总线+电子互感器(9-1)Page 6许继电气技术中心2) 站控层总线+电子互感器(9-1)+智能单元(GOOSE)Page 7许继电气技术中心3) 站控层总线+电子互感器(9-1) +智能单元Page 8许继电气技术中心4) 站控层总线+过程层总线(9-2)Page 9许继电气技术中心5) 站控层总线与过程层总线合并Page 10许继电气技术中心面向位置原则面向位置原则单一总线原则单一总线原则面向功能原则面向功能原则面向间隔原则面向间隔原则6) IEC61850标准中四种组网原则Page 11许继电气技术中心过程层组网示意图(简单型)Page 12许继电
4、气技术中心过程层组网示意图(冗余型)Page 13许继电气技术中心110kV站过程层实际工程组网示意图-（单线图）Page 14许继电气技术中心110kV站 过程层组网示意图(单网)Page 15许继电气技术中心220kV站 过程层组网示意图(双网)Page 16许继电气技术中心双重化保护示意图Page 17许继电气技术中心双重化测控示意图Page 18许继电气技术中心双重化总体示意图Page 19许继电气技术中心一、系统结构一、系统结构1.1 1.1 系统结构系统结构 1.1.1 1.1.1 构架与组网方案构架与组网方案 1.1.2 1.1.2 网络要求网络要求 1.1.3 1.1.3 网络
5、带宽分析网络带宽分析 1.1.4 1.1.4 网络实时性分析网络实时性分析Page 20许继电气技术中心1)通信网络的两种技术要求IEEE802.1q VLAN(虚拟局域网虚拟局域网)把同一物理网段内的不同装置逻辑地划分成不同的广播域把同一物理网段内的不同装置逻辑地划分成不同的广播域 减少网络流量减少网络流量降低网络负载降低网络负载实现信息的安全隔离实现信息的安全隔离保证了信息的实时性和安全性保证了信息的实时性和安全性Page 21许继电气技术中心2) 通信网络的介质要求Page 22许继电气技术中心3) 通信网络的实时性n在IEC61850中，对变电站自动化系统报文性能作了严格详细的规定，依
6、据对时间的要求将报文划分为1(快速报文)、2(中速报文)、3(低速报文)、4（生数据报文）、5（文件传输报文）、6（时间同步报文）、7（具有访问控制的命令报文）等七大类。其中，“快速跳闸报文”以及对保护和控制的“生数据报文”的时间要求达3ms。n传统以太网采用随机的网络仲裁机制（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection），其传输不确定性是以太网进入实时控制领域的主要障碍。Page 23许继电气技术中心一、系统结构一、系统结构1.1 1.1 系统结构系统结构 1.1.1 1.1.1 构架与组网方案构架与组网方案 1.1
7、.2 1.1.2 网络要求网络要求 1.1.3 1.1.3 网络带宽分析网络带宽分析 1.1.4 1.1.4 网络实时性分析网络实时性分析1.2 1.2 时钟同步方案时钟同步方案 1.2.1 1.2.1 同步原理与要求同步原理与要求 1.2.2 1.2.2 同步实现解决方案同步实现解决方案Page 24许继电气技术中心nIEC61850-9-1最大报文长度：26 字节报头 + 4 字节优先权标记 + 8 字节以太网型 PDU + 2字节ASN.1 标记/长度 + 2 字节块的数目 + 46 字节通用数据集 + 23 字节状态量 = 111 字节x 8 位 = 888 位 + 96 位帧间隔=
8、984 位nIEC61850-9-2工程中实际最大报文长度（SVLD为变长量）：80点采样率 + 1点一帧 = 159字节 x 8 = 1272位256点采样率+ 8点一帧 = 1037字节 x 8 = 8296位nGOOSE工程中实际最大报文长度：752字节 x 8 = 6016 位IEC61850-9-1 / 2 /GOOSE报文长度网络流量计算Page 25许继电气技术中心基于61850-9-1规约的合并器的流量分析按照每帧12个模拟量通道计算，一个合并器每秒种的数据流量：S = 984bit/帧 50周波/s 80帧/周波 = 3.936Mbit/s；基于61850-9-2LE规约的合
9、并器的流量分析按照每帧1点(12个模拟量通道)计算，一个合并器每秒种的数据流量：S = 159字节8bit/字节 50周波/s 80帧/周波 = 5.088Mbit/s；基于61850-GOOSE规约的智能设备的流量分析按照 T0=10秒 计算，一个智能设备每秒种的数据流量S = 6016字节8bit/字节 ( 1秒/10)帧 = 0.048Mbit/s；通常情况下，GOOSE流量和采样值流量比较，对网络带宽的影响基本可以忽略。1）IEC61850-9-1 / 2 /GOOSE报文流量Page 26许继电气技术中心2）110kV数字化变电站工程组网流量仿真计算Page 27许继电气技术中心电压
10、等级：110kV主变：X台XXMVA主接线：110kV内桥， 10kV单母X分段110kV线路：X回10kV线路： XX回、 10kV电容器：X回、10kV消弧线圈：X回、 10kV母分：X回110kV线路保护使用一个合并器的数据：进线的电压、电流；110kV桥分段使用一个合并器的数据：桥电流；变压器保护使用5个合并器数据：高压进线电流、桥电流、低压分支1的电流、低压分支2的电流、桥电流；母线保护使用5个合并器的数据：高压进线1电流、高压进线2电流、变压器1高压侧套管电流、变压器2高压侧套管电流、桥电流；10kV采用一体化开关设计，电子互感器直接提供信号给保护测控装置、电表。3）110kV数字
11、化变电站工程组网流量仿真计算工程概况：各个间隔网络流量分析：Page 28许继电气技术中心4）间隔数据流量统计表序号序号节点名称节点名称61850-9-261850-9-2流量流量Mbit/sMbit/s61850-9-161850-9-1流量流量MbitsMbits1110kV进线1间隔交换机15.088=5.0913.93=3.93 Mbit/s2110kV进线2间隔交换机15.088=5.0913.93=3.93 Mbit/s3变压器1间隔交换机55.088=25.4453.93=19.65 Mbit/s4变压器2间隔交换机55.088=25.4453.93=19.65 Mbit/s5桥
12、分段交换机15.088=5.0913.93=3.93 Mbit/s6主干交换机35.088=15.2633.93=11.79 Mbit/s7110kV线路保护15.088=5.0913.93=3.93 Mbit/s8变压器保护55.088=25.4453.93=19.65 Mbit/s9分段保护15.088=5.0913.93=3.93 Mbit/s10母线处理间隔55.088=25.4453.93=19.65 Mbit/sPage 29许继电气技术中心5）利用VLAN限制间隔网络流量SMV采样帧/GOOSE数据帧ARP请求：构建IP地址和MAC地址之间映射。RIP：一种路由协议。DHCP：自
13、动获取设定IP地址的协议。NetBEUI：Windows下使用的网络协议。IPX：Novell Netware使用的网络协议。Apple Talk：苹果公司的计算机使用的网络协议。组网时可能的各种广播/多播源：IEC61850建议的分组广播地址例子Page 30许继电气技术中心简单网络情况下9-2单独组网通信延时每周期采样率为80个点并且12个合并器,每一个都在发送采样值。每一个9-2帧都是1272位长度假设在所有12个合并器中采样都是同步进行的12个帧将会以每1/(5080) 250s的间隔速度到达交换机 12个帧同时到达c)在一个单独100Mbps端口汇聚9-2帧通信，选择配置使这个到接收者的100Mbps链路接近饱和:L (best) = (1272 bits / 100M) + 7s 20sL (worst) = (1272bits 12 / 100M) + 7s 160sL = L (worst) - L (best) 160s - 20s 140sn一个9-2采样值帧的最好和最坏情况下延时、抖动分别是 : * 注意：随后采样值的计算均采用这里的配置条件
