智能变电站相关技术介绍.ppt

智能变电站相关技术介绍,2010年5月 武汉,主要内容,电子式互感器/合并单元,2,智能终端,3,智能变电站的优势,1,IEC 61850标准,4,时钟同步,5,1 智能变电站的优势,智能变电站是智能电网的重要内容,智能变电站对智能电网的建设将起到先驱作用,变电领域的发展重点是智能变电站,1 智能变电站的优势,变电站综合自动化,智能变电站,光纤代替电缆，设计安装调试都变得简单 模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被通信网络所取代，二次设备硬件系统大为简化 统一的信息模型，避免了规约转换，信息可以充分共享 可观测性和可控性增强，产生新型应用：如状态监测、站域保护控制,1 智能变电站的优势,1 智能变电站的优势,交流输入模件,变换,微计算机,开入开出模件,人机对话模件,端子箱,继电保护,电缆,电缆,1 智能变电站的优势,交流输入模件,变换,微计算机,智能终端,人机对话模件,合并单元,高速以太网通信,一次设备的数字化改变了继电保护设备的结构,继电保护,1 智能变电站的优势,3）新体系结构,合并 单元,智能 终端,SV,GOOSE,1）新装置、新设备,电子式互感器、合并单元 智能终端、交换机等,2）新标准,继电保护系统、通信网络结构,IEC 61850标准、IEEE 1588,监控主机,MMS,4）新功能与新应用,智能变电站的本质特征,过程设备的数字化,信息传输的网络化,电子式互感器/合并单元,智能终端,IEC 61850标准,网络通信技术,1 智能变电站的优势,主要内容,电子式互感器/合并单元,2,智能终端,3,智能变电站的优势,1,IEC 61850标准,4,时钟同步,5,2.1 电子式互感器/合并单元,绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高 测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题，不能反映系统故障时非周期性分量；频带响应特性较差，频带窄 信号输出问题：模拟电信号（1A/5A，100V/57.7V） 运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开路，电压互感器存在铁磁谐振问题,传统电磁式互感器的缺点,电子式电流互感器（各种名称） 铁心线圈低功率电流互感器（有源） 罗可夫斯基空心线圈电流互感器（有源） 光学电流互感器（无源）,2 电子式互感器/合并单元,铁心线圈低功率电流互感器,VS 与被测电流 I 成正比,2 电子式互感器/合并单元,2 电子式互感器/合并单元,传统电磁式电流互感器,I/I变换,具备低功率输入接口的设备,铁心线圈低功率电流互感器,I/V变换,对电磁式电流互感器的改进,罗可夫斯基空心线圈电流互感器,2 电子式互感器/合并单元,空心线圈的感应电压与被测电流的导数成正比（ Rogowski，1912年）,被测电流,线圈感应电压,普通光,起偏器,偏振光,磁光材料,磁场 B,检偏器,Faraday旋光角,2 电子式互感器/合并单元,光学电流互感器,法拉第磁旋光效应（1846年）,入射光,出射光,电流,旋转角与电流I成正比关系,I,I,磁光玻璃,光纤,高压侧,光纤,高压侧,空心线圈 （或铁心线圈）,低压侧,低压侧,低电压信号需要就地数字化,有源型电流互感器,无源型电流互感器,A/D、积分器等需要供电！,2 电子式互感器/合并单元,2 电子式互感器/合并单元,有源电子式互感器的供电方式,2 电子式互感器/合并单元,光学电流互感器存在的问题,该比例系数（维尔德常数）是温度和光源工作波长的函数,温度对精度的影响 LED发光二极管老化,信号处理技术（自适应补偿） 保证驱动电流恒定,对策：,光源工作波长是温度和驱动电流的函数,2 电子式互感器/合并单元,分压型电压互感器（有源）,电子式电压互感器,阻容分压,电容分压,电阻分压,与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过5V,光学电压互感器（无源）,线偏振光通过有电场作用的Pockels晶体时，折射成两束线偏振光，两者相位差正比与被测电压,2 电子式互感器/合并单元,Pockels效应（1893年）,合并单元,2 电子式互感器/合并单元,合并单元 MU,ECT,EVT,其他MU,Ia，Ib，Ic（保护）,Ia，Ib，Ic（测量）,3Io,Ua，Ub，Uc，3Uo,母线电压,多路电流电压信号的采集与处理,主要功能：,电流电压信号同步,报文处理和发送,IEC 60044-8,IEC 61850-9-2,保护,测控,计量,录波,SV报文,点对点或 交换式以太网,2 电子式互感器/合并单元,有源电子式电流互感器,2 电子式互感器/合并单元,无源电子式电流互感器,2 电子式互感器/合并单元,线圈、A/D、采集模块和合并单元的双重化配置,保护线圈1，2,计量线圈,光纤至 合并单元1,光纤至 合并单元2,电源,电源,2 电子式互感器/合并单元,传感原理的变化：变压器原理 VS 光学原理等 有源：强电/弱电变换，高压侧需要电源 无源：电/光变换，高压侧无需电源 电子式互感器的配置：线路EVT可按三相配置 合并单元的作用：采集、同步、共享 合并单元的配置：基本按照互感器组配置，例外,小结,2 电子式互感器/合并单元,电子式互感器与传统电磁式互感器的比较,主要内容,电子式互感器/合并单元,2,智能终端,3,智能变电站的优势,1,IEC 61850标准,4,时钟同步,5,3 智能终端,智能终端的主要功能,智能终端,GOOSE 网,GOOSE 点对点,硬接点,2）上传开关刀闸位置信号,一次设备的数字接口：,1）接收保护动作信息/ 分合闸信号/控制信号,接收各种对一次设备 的操作命令,3 智能终端,智能控制功能 系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命 选相分闸：各相在各自的电流过零点依次分闸，提高开断能力 集成检同期和自动重合闸功能（试探自适应）,智能终端应具备的附加功能,状态监视与状态检修 跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等 状态评估/故障预报/检修计划,主要内容,电子式互感器/合并单元,2,智能终端,3,智能变电站的优势,1,IEC 61850标准,4,时钟同步,5,4 IEC 61850标准,IEC 61850标准的内容框架,建模方法,7-4,逻辑节点,物理设备,逻辑设备,数据对象,数据属性,7-1,5,信息模型,信息服务模型,公共数据类,7-3,模板,7-2,面向变电站层的通信,面向过程层的通信,8-1,9-1/9-2,设备与系统的描述,6,MMS报文,SV报文,GOOSE报文,8-1,4 IEC 61850标准,IEC 61850模型与103模型,103模型： 点表形式，按照索引号进行访问,IEC 61850模型： 面向对象的分层模型，按照分层对象名称进行访问,4 IEC 61850标准,功能类型,信息序号,信息元素集,信息体时标,信息体 标识符,公共地址,传送原因,可变结构限定词,类型标识,数据单元 类型,: 传送带标志的状态变位,: 自发（突发）,: 线路保护,: 距离保护I段出口,256个语义,: 距离保护II段出口,: 距离保护III段出口,103模型：线性模型,数据属性,逻辑节点,数据对象,逻辑设备,物理设备,4 IEC 61850标准,PHD,LD,LN,DO,DA,实际的保护装置,公用/保护/测量/控制/录波,Str,Op,保护动作,保护启动,general,phsA,phsB,phsC,是否动作（总）,A相是否动作,B相是否动作,C相是否动作,接地距离I段：PDIS1 接地距离II段：PDIS2 接地距离III段：PDIS3,1,1,0,0,分层模型,4 IEC 61850标准,IEC 61850的模型框架,逻辑节点类 LN,物理设备 PHD,逻辑设备 LD,数据对象类 DO,数据属性 DA,公共数据类 CDC,模板,29个,500多个,92个,公共LD：装置告警/装置自检信息 保护LD：保护启动/保护动作/定值/压板信息 测量LD：交流量/直流量 控制及开入LD：断路器/刀闸/变压器分接头 录波LD：录波信息,4 IEC 61850标准,4 IEC 61850标准,距离保护逻辑节点模板：PDIS（1/2）,ACD：方向保护激活,ACT：保护激活,ASG：模拟定值,ING：整数状态定值,4 IEC 61850标准,距离保护逻辑节点模板：PDIS（2/2）,ASG：模拟定值,ING：整数状态定值,SPG：单点状态定值,4 IEC 61850标准,IEC 61850模型扩展原则,逻辑节点类 LN,物理设备 PHD,逻辑设备 LD,数据对象类 DO,数据属性 DA,公共数据类 CDC,模板,LN、DO和CDC都可以扩展,IEC 61850模型体系结构,扩展应遵循国网公司标准 IEC61850国际标准工程化实施技术规范 IEC61850工程应用模型,4 IEC 61850标准,数据对象名,Op,LinAng,PoRch,Ofs,GndDlTmms,X1,K0FactAng,GndStr,K0Fact,Str,GndDlMod,PDIS逻辑节点模板,M/O,M,O,O,O,O,O,O,O,O,M,O,O,实际工程中的PDIS逻辑节点,数据对象名,Op,Str,强制性数据对象 必须包含,PoRch,Ofs,GndStr,K0FactAng,K0Fact,选择需要利用的 可选性数据对象,TrdBlkRec,SedBlkRec,距离段永跳投入,距离段永跳投入,PDIS模板中未提供的 数据对象按规则扩展,CDC类型,SPG,SPG,模型仓库 逻辑节点 数据对象 数据属性,模板,“拷贝”,实例,设备 1,设备n,搭建装置的信息模型,4 IEC 61850标准,4 IEC 61850标准,IEC 61850标准的内容框架,建模方法,7-4,逻辑节点,物理设备,逻辑设备,数据对象,数据属性,7-1,5,信息模型,信息服务模型,公共数据类,7-3,模板,7-2,面向变电站层的通信,面向过程层的通信,8,9-1/9-2,设备与系统的描述,6,MMS报文,SV报文,GOOSE报文,8,4 IEC 61850标准,3）保护与合并单元,模拟量,合并 单元,智能 终端,SV,GOOSE,1）保护与监控主机,保护动作信息/异常告警信息 定值信息/录波信息等,2）保护与智能终端,采样值信息（SV）,状态信息（GOOSE）,开关量,监控主机,MMS,MMS,三类服务模型：MMS、GOOSE和SV,4 IEC 61850标准,MMS服务模型,定值组控制块模型 报告控制块 日志控制块模型 控制模型 文件传输模型 ,录波数据文件的传输,分合闸控制，变压器抽头控制,事件顺序记录的检索,保护动作信号上传当地监控,定值的读/写/切换,4 IEC 61850标准,GOOSE报文的格式,参数名,参数类型,值/值域/解释,应用标识,配置版本号,AppID,ConfRev,VISIBLE STRING 65,INT32U,时标,T,EntryTime,状态号（事件计数器）,StNum,INT32U,序列号（报文计数器）,SqNum,INT32U,测试标识位,Test,BOOLEAN,数据集成员1n,GOOSEData1n,GOOSE控制块路径,GoCBRef,ObjectReference,需要重新配置,NdsCom,BOOLEAN,DatSet,数据集的路径,ObjectReference,4 IEC 61850标准,数据集的概念,GndPDIS1,GndPDIS2,GndPDIS3,general,Op,PhsA,PhsB,PhsC,general,Op,PhsA,PhsB,PhsC,general,Op,PhsA,PhsB,PhsC,数据对象,接地距离保护 I段动作跳A相,数据属性的集合,逻辑 节点,数据属性,4 IEC 61850标准,数据集,保 护 程 序,通 信 程 序,负责刷新数据集中数据的值,置1：表示动作,置0：表示返回,监视数据集中数据值的变化,一旦发生变化就认为产生一个事件,以特殊的重传机制发送GOOSE报文,4 IEC 61850标准,GOOSE传输机制：变时间间隔重复传输,事件结束后以较长的间隔连续传输（1s），以保持通信线路的畅通,事件发生时以较短的间隔连续传输（1ms，2ms，4ms），避免数据报文的丢失,事件计数器C1,报文计数器C2,C1=8 C2=10,C1=9 C2=0,C1=9 C2=5,保护动作,4 IEC 61850标准,保护程序判断结果 距离I段动作，跳A相,1024ms,1ms,1ms,2ms,1024ms,St：事件计数器,Sq：报文计数器,保护程序：刷新数据,通信程序：监测数据变化/传输GOOSE报文,返回时间到,1ms,1ms,2ms,4 IEC 61850标准,IEC 61850标准的内容框架,建模方法,7-4,逻辑节点,物理设备,逻辑设备,数据对象,数据属性,7-1,5,信息模型,信息服务模型,公共数据类,7-3,模板,7-2,面向变电站层的通信,面向过程层的通信,8,9-1/9-2,设备与系统的描述,6,MMS报文,SV报文,GOOSE报文,8,变电站系统与设备的描述,4 IEC 61850标准,SSD：系统规格文件（一次系统接线图和相关逻辑节点）,SCD：全站系统配置文件（一次系统、二次设备及其 与一次设备的关联、通信系统）是最完整的描述,ICD：IED设备能力描述（功能，信息模型和服务模型）,CID：IED实例配置文件（二次设备模型、与一次系 统的关联、通信参数）,四个重要的描述文件,各种描述文件的作用和流转过程,4 IEC 61850标准,.ssd文件 (1个，系统集成商提供),.icd文件 (多个，由制造商提供),描述一次接线图,描述二次设备的基本数据模型与服务,通信系统设计,.scd文件,描述一次接线、二次设备和通信系统（最完整）,实例化，确定二次设备与一次系统的对应关系,. cid文件,. cid文件,描述二次设备模型、通信参数及与一次系统的对应关系,4 IEC 61850标准,TVTR1,4 IEC 61850标准,“端子”的概念对于二次回路的设计/施工/调试意义重大！,装置1,Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic,Ta,Tb,Tc,压板,装置2,Ta,Tb,Tc,压板,电缆,4 IEC 61850标准,传统二次回路设计与实施过程： 1）设备制造商提供端子排，视需要在重要端子排和装置之间设置压板 2）设计院设计各个屏柜的端子排之间的二次电缆连线 3）施工：根据设计院的设计图纸进行屏柜间接线 4）调试：根据图纸对相关接线进行测试和检查,4 IEC 61850标准,清晰明确的电缆变成看不见摸不着的通信网络,装置1,装置2,GOOSE,GOOSE,数据集,软压板,软压板,4 IEC 61850标准,引入虚端子后二次回路设计和实施,4 IEC 61850标准,延续以往的端子排设计与校核,清晰明确的电缆连接变成看不见摸不着的通信网络,引入“虚端子”概念,设计院方面,制造商方面,交换描述文件.scd和.cid,配置输入输出并校核,用户方面,引入“虚端子”概念,网络报文分析装置,监视通信回路、记录网络报文,4 IEC 61850标准,IEC 61850-90-1：变电站间的IEC 61850规约（2010年） 闭锁式的距离保护 线路差动保护,IEC 61850应用范围的扩大,IEC 61850-90-2：变电站与调度中心的IEC 61850规约 包括远动信息、故障信息、 PMU信息等 需要解决IEC 61850与IEC 61970 CIM之间的协调,IEC 61850-7-410：水电厂监控系统模型,IEC 61850-7-420：分布式能源监控系统模型,IEC 61850-90-3：电力设备状态监测,按功能分多种协议：,101：传统的远动信息,102：计量信息,103：保护信息,104：基于TCP/IP的网络化101,电力系统通信系统现状,基于IEC 61850的无缝通信体系结构,IEC 61850协议不仅统一站内的通信，还扩展到变电站与变电站之间，变电站与控制中心之间。,IEC 61850主要内容：信息模型 & 服务模型 统一的、面向对象的层次化信息模型 三类信息服务模型 MMS：运行维护报文 GOOSE：开关量报文 SV：采样值报文 配置描述文件的作用 IEC 61850标准应用范围的扩大,小结,主要内容,电子式互感器/合并单元,2,智能终端,3,智能变电站的优势,1,IEC 61850标准,4,时钟同步,5,5 时钟同步,三种采样值规范 IEC 60044-8 点对点 IEC 61850-9-1 点对点（已废除） IEC 61850-9-2 点对点或交换式以太网 三种时钟同步方式 IRIG-B NTP/SNTP （简单）网络时钟协议 IEEE 1588 精确时钟协议,采样值规范比较,5 时钟同步,5 时钟同步,守时：独立的时钟保持时间精确的能力（晶振） 时钟同步：从时钟与主时钟保持一致的能力 数据同步：差动保护所用的数据是同时刻采集的数据,电力系统的绝大多数参数都是时间的函数,5 时钟同步,需要时钟同步的设备,对策： a）保护装置插值同步（各间隔合并单元可以不同步） b）保证各间隔合并单元严格同步，同时刻采集数据,1）各相电流、电压的同步,2）各间隔电流、电压的同步 跨间隔保护需要同时刻采集的数据,对策：合并单元内实现同步,IRIG-B IEEE 1588,5 时钟同步,插值同步方法,X1,X2,由保护装置实现数据同步,保护装置自己产生一个新的采样序列,要求： 传输延迟固定,5 时钟同步,变压器保护,高压侧 合并单元,中压侧 合并单元,低压侧 合并单元,采样计数器,0,1,3999,各个合并单元保证同时刻采集数据,接收端根据采样计 数器对齐数据,时钟同步方式比较,5 时钟同步,5 时钟同步,NTP/SNTP时钟同步原理,t：时钟偏差,d1，d2：传输时间,T2( T1+t) = d1,T4(T3t) = d2,其中,如果往返的传输时间相等，根据四个时刻可以求得时钟偏差和传输时间,得知T2，T3,5 时钟同步,NTP/SNTP时钟同步精度不高的原因（1ms）,网络 路径时间,主时钟,从时钟,写入/读取时标,报文编码,报文解码,不确定,不确定,不确定,三个环节都具有不确定性，d1与d2不相等，偏差大,在高层（应用层）打时标，传输时间包含三个环节,5 时钟同