北京四方继保自动化股份有限公司数字化变电站.ppt

数字化变电站技术,任雁铭 2008.08,内容提要,什么是数字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程实践,什么是数字化变电站？,“一次设备智能化，二次设备网络化” 多种技术的综合应用。 1）IEC61850的应用； 2）电子式互感器及智能高压电器； 3）网络化继电保护与测控装置； 4）网络化电能计量技术； 5）数字化变电站安全可靠性； 6）数字化变电站相关的设计、试验、验收、运行、 维护技术标准与规范研究。,变电站自动化系统模式演化,通信是关键，IEC61850提供了完整解决方案。,什么是数字化变电站？,什么是数字化变电站？,推荐方案：采用三层结构，星形以太网传输数据，全面支持IEC61850，主要使用MMS、GOOSE、SV。,什么是数字化变电站？,什么是数字化变电站？,内容提要,什么是数字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程实践,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,二次设备和一次设备功能重新定位。,如何实现数字化变电站？,交流输入模件,变换,微计算机,开入开出模件,人机对话模件,MU,一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构： 1、A/D变换没有了，代之以高速数据接口。 2、开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置发布命令，由一次设备的执行器来执行操作。,高速以太网通信,ECT,IED,执行器,如何实现数字化变电站？,如何实现数字化变电站？,间隔层设备具备独立的GOOSE网口和SV网口： 3个站控层以太网2个GOOSE以太网保护SV以太网 录波SV以太网,如何实现数字化变电站？,智能操作箱按就地安装的环境条件设计，具备两个独立的GOOSE以太网接口：,如何实现数字化变电站？,合并单元按就地安装的环境条件设计，具备两个独立的SV以太网接口：,站控层网络拓扑结构基本不变，采用IEC61850通信，不作详细介绍：,如何实现数字化变电站？,如何实现数字化变电站？,站控层设备采样SNTP对时，间隔层设备和智能操作箱采用IRIG-B码对时，合并单元采用PPS秒脉冲对时，支持双星模式。,如何实现数字化变电站？,对于不支持IEC61850的设备采用信息管理机间接接入,如何实现数字化变电站？,间隔互锁通过站控层网络的GOOSE实现：,如何实现数字化变电站？,保护装置双重化，GOOSE网络双重化，双网跳闸报文“或”逻辑出口，本套保护仅与本套操作箱配合：,如何实现数字化变电站？,保护装置单重化，GOOSE网络单重化：,如何实现数字化变电站？,特殊情况：母联（分段）间隔。,如何实现数字化变电站？,采样值（SV）单重化组网，测控接入第一套网络：,如何实现数字化变电站？,典型间隔示例：双重化配置线路间隔。,如何实现数字化变电站？,智能操作箱双重化配置时只有一个合圈：,如何实现数字化变电站？,智能操作箱双重化配置时有两个合圈：,如何实现数字化变电站？,电流互感器有罗式线圈和低功率线圈两种，其中罗式线圈对一次电流进行了微分，低功率线圈原理与传统线圈相同。,如何实现数字化变电站？,合并单元和互感器为一个厂家生产：将同步信号和激光电源共用光纤，互感器有激光输入和数据输出两个光纤串口。,如何实现数字化变电站？,合并单元和互感器为不同厂家生产：具备独立激光电源装置，互感器多一个同步信号接口。,如何实现数字化变电站？,低电位采集的互感器使用直流供电：,如何实现数字化变电站？,过程层交换机和站控层交换机独立设置； 过程层采用100M多模光纤以太网，SC接口；,如何实现数字化变电站？,分层分布，按间隔配置交换机：造价高，风险分散。,如何实现数字化变电站？,不区分功能集中设置交换机：经济性好，风险集中。,如何实现数字化变电站？,VLAN的细化用于隔离数据，提高系统可靠性：,如何实现数字化变电站？,使用非组合式互 感器时PT切换方 式：由合并单元 完成,如何实现数字化变电站？,使用非组合式互 感器时PT并列方 式：由合并单元 完成,如何实现数字化变电站？,10kV使用SV方案：,如何实现数字化变电站？,10kV使用组合式小信号互感器方式：,内容提要,什么是数字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程实践,IEC61850与数字化变电站（1）,IEC61850为数字化变电站提供了全面的网络通信解决方案,制定IEC61850的目标: 互操作（1）,互操作定义： 不同厂家的IED之间能够交换信息并能够利用交换的信息完成各自的功能。 实现一个世界、一种技术、一个标准的理想。,制定IEC61850的目标: 互操作（2）,IEC61850获得互操作的途径： 1）统一数据模型 2）统一服务模型 3）统一通信协议 4）统一物理网络 5）统一工程数据交换格式 6）统一一致性测试标准,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（1）,数据组织-建模型以及描述 数据访问-通信服务,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（2）,数据组织： 传统技术使用的都是静态方法，试图通过定义一个完备的数据定义表来统一不同厂家的信息表达。 优点： 简单。 缺点： 1）不能满足用户各种需求，往往需要扩充； 2）扩充后不能相互识别，无法互操作。,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（3）,传统技术数据组织示例：,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（4）,数据组织： IEC61850使用了动态方法。采用面向对象建模方法，提供了基本素材，使用者可以灵活采用建立自己的模型，也允许扩展。 优点： 1）能够满足各种IED的个性化需求； 2）能够互操作； 缺点： 实现复杂，对硬件要求高。,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（5）,IEC61850数据组织示例：,“MMXU2$MX$A” = Feeder #2 Current Measurements,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（6）,数据访问： IEC61850定义了60多种服务，可以满足变电站通信需求。 特点： 1）支持在线获取数据模型； 2）支持保护设备之间横向通信（GOOSE报文） 。,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（7）,传统保护装置之间沟通方式：,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（7）,IEC61850保护装置之间逻辑互锁：,IEC61850使保护装置容易实现信息共享（8）,保护装置之间通信的要求： 1）1台设备同时向多台设备发报文； 2）快速性（4ms）；,IEC61850规范了工程数据格式SCL,SCL-一种基于XML的变电站配置语言，实现了不同厂家工程工具的互操作，简化了工程实施过程。,IEC61850是面向未来（1）,上层定义与底层网络技术分开定义，可以随网络技术而发展,IEC61850是面向未来（2）,IEC61850是面向未来（3）,IEC61850不断发展,IEC61850将成为今后整个电力自动化技术的基础技术之一,内容提要,什么是数字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程实践,关键问题分析：一次设备可靠性和使用寿命,新型一次设备使用了电子电路，使一次设备的可靠性、稳定性以及使用寿命都成为人们关注的焦点。与传统设备相比，新设备工程运行时间不长，还需要继续观察。,关键问题分析：就地安装环境,采用进口机柜： 2000投运的辽宁丹东变66KV户外保护柜。,关键问题分析：设计规程,现有变电站设计规程对于CT二次线圈的配置是有要求的，对于保护的配置也有一定的原则。在数字化条件下，需要做部分调整。,关键问题分析：设计规程,数字化变电站二次设计输出端子接线图形式将发生变化。,关键问题分析：相关标准,主要的电力标准有IEC60044、IEC61850 。 主要通信标准有IEEE802.1Q、IEEE802.1p、IEEE 802.1w、IEEE1588。,关键问题分析：检测方法和运行规程,保护、测控装置之间通过GOOSE进行逻辑配合，已经没有硬连线。 工具,关键问题分析：保护算法需要调整,以太网传输采样数据需要新增采样同步方面逻辑。 新型互感器的差分特性和数字饱和特性需要使用新的判据，主要涉及差动算法和波形识别算法。 需要考虑互感器混用情况：光差保护两侧使用不同的互感器。,关键问题分析：测控装置,原有的硬件频率跟踪等算法不再适用，需要使用新的算法。此外，开入、开出不再自行采样，而是直接获得数字量结果。,关键问题分析：辅助装置,小电流接地选线 与传统接地选线方案类似，将3U0、3I0送至监控后台进行选线判断,关键问题分析：电度计量,需要使用支持数字接口的新型电度表。,关键问题分析：PMU,在使用PMU的数字化变电站中，时间同步源的技术指标和要求要按照PMU要求进行配置。,关键问题分析：录波器以及保护故障信息系统,采用分布式录波方案，每个装置内均设置独立的录波插件，具备独立的录波用SV接口，从交换机直接获得采样数据；与本装置相关的GOOSE数据从本装置的GOOSE插件获得 。 在数字化变电站条件下，对故障信息子站的影响主要体现在信息输入和组织方式的变化。要求故障信息子站能够以IEC61850方式接入并处理站内保护装置的信息。 随着IEC61850的应用，故障信息子站的保护信息接入越来越规范，将逐步结束现在各个协议并存的混乱局面，子站保护接入的工作将更容易开展。,关键问题分析：检测设备以及网络记录工具,从工程现场验收、检测，到厂家在开发过程中的自我验证，都需要相关的仪器设备支持。目前的主要手段是动模、继电保护测试仪和RTDS等。在数字化变电站条件下，这些仪器需要做一些调整，以适应新的需求。 需要通信记录和分析工具。,关键问题分析：视频监控,可以接入视频厂家的设备：,关键问题分析：造价问题,需要从全站的规模综合考虑一、二次造价； 占面积的节省； 在互感器方面，电压等级越高造价优势越明显； 考虑增加交换机、合并单元、智能操作箱的成本，电子设备整体造价增加；,内容提要,什么是数字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程实践,国内数字化变电站工程现状,在IEC61850的应用上二次厂家进展较快，一次厂家的技术水平落后于二次厂家，在断路器方面一般是通过二次厂家提供智能操作箱将一次厂家的设备接入过程层网络。 目前工程上多采用智能操作箱就地安装方案，今后随着合作的进一步开展，智能操作箱会主要安装在断路器的汇控柜内。 互感器制造门槛降低，国内出现众多电子式互感器制造厂家。,国内数字化变电站工程现状,从点到面，逐步推进。 浙江220kV外陈变。 浙江500kV兰溪变 天津220kV陈浦变 唐山220kV郭家屯变,内容提要,什么是数字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程实践,智能电网,奥巴马政府将建设智能电网作为美国国家战略提出，作为恢复经济、摆脱金融危机的一个途径。 中国国家电网公司提出了建设坚强、统一的智能电网目标，并组建了智能电网工作部。,智能电网,智能电网概念首先由欧美提出。 欧洲为解决风能等可再生能源的接入问题。 美国为解决现有电网设备升级换代、绿色能源解决以及为经济复苏寻求支柱产业的问题。 美国的智能电网分为4个步骤建立： 1）建立高级计量架构（AMI）； 2）高级配电运行（ADO）； 3）高级输电运行（ATO）； 4）高级资产管理。 最终目标就是通过能源改造、转型，使得美国大幅减少中东、委内瑞拉等国的石油依赖，较少依赖化石能源，进而实现国际秩序的重建，促使全球经济转型。,智能电网,中国坚强智能电网发展的总体目标是：以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制等技术，构建以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。,智能电网,国网公司智能电网关键技术研究框架中对智能电网的研究内容做了规划。 1）源网协调技术； 2）智能输电技术； 3）智能调度技术； 4）智能变电技术； 5）智能配电技术； 6）智能用电技术； 7）信息支持技术； 8）通信支持技术； 9）宏观战略； 10）智能电网规划。,智能电网,国网公司对智能电网做了分阶段实施的规划。 第一阶段（200920012年）：研究试点； 第二阶段（20132015年）：全面建设； 第三阶段（20162020年）：完善提高。,内容提要,什么是数字化变电站 如何实现数字化变电站 IEC61850简介 关键问题分析 国内数字化变电站工程现状 智能电网 四方公司工程实践,四方公司的实践：前期预研,1999年开始IEC61850研究。 参与国内外IEC61850活动。 2004年3月四方公司完成了IEC61850 DEMO系统的研发工作。 2002年开始过程层研发。,四方公司的实践：研发与推广原则,整体规划 积极研究 分步推广,四方公司的实践：工程实用化,2005年11月完成CSC-2000（V2）工程实用化。 全面支持IEC61850标准。 2006年开始投入工程应用。,四方公司的实践：鉴定,2005年11月12日，CSC-2000（V2）变电站自动化系统通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定。 国内第一个通过鉴定的IEC61850的系统。,荷兰KEMA公司IEC61850权威测试,荷兰KEMA公司IEC61850权威测试,四方公司的实践：范围,变电站层 监控系统、远动系统、故障信息系统 间隔层 保护装置、测控装置 过程层 合并单元、智能单元 工程工具 系统配置器,四方公司的实践：监控系统,支持IEC61850客户端通信功能。 支持UNIX/Windows平台 。 四遥 智能报警 图库一体化 一体化五防,四方公司的实践：监控系统,四方公司的实践：站级通信装置,支持IEC61850客户端通信功能。 基于嵌入式硬件平台开发 采用领先的实时多任务操作系统 满足远动、故障信息系统子站要求。 多通道、多协议同时运行。,四方公司的实践：站级通信装置,四方公司的实践：系统配置工具,四方公司的实践：系统配置工具,按照IEC61850-6标准，设计系统配置器，该工具能够以设备能力描述文件（ICD）和系统描述文件（SSD）为输入，经过系统集成商的干预，输出供监控系统和远动使用的系统配置文件（SCD）和间隔层装置配置描述文件（CID）。 特点：使用方便，具有跨平台能力。,四方公司的实践：间隔层装置,CSI-200EA系列测控装置 CSC-100系列高压线路保护 CSC-160系列中压线路保护 CSC-326系列变压器保护 CSC-150系列母线保护 CSC-200系列低压保护,四方公司的实践：合并单元,优良EMC的特性，满足接地安装要求 适应环境温度范围宽 与国内外主要互感器接口,四方公司的实践：智能单元,JFZ-600按间隔配置 所在间隔的信息采集、控制。 断路器、隔刀、地刀。 变压器油温 部分保护功能。 变压器非电量保护 断路器非全相保护,四方公司的实践：智能单元,配置灵活 支持IEC61850通信 支持系统配置器工程配置,CSC2000(V2)的IEC61850互操作实验,参加了6次国内互操作实验。 2006年2月2728日在AREVA上海工厂与C264、P139两种装置进行了实验。 2006年7月1721日在ABB上海工程公司进行了与IED670和PCM600实验。 2006年12月与SIEMENS、SEL进行了实验。 2007年1月在北京与GE公司的保护进行了互操作实验,工程应用,作为系统集成商：（部分） 2006年6月 西安曹李村110kV变电站成功投运。 2007年6月 泾河330kV变电站投运。 2008年4月 220kV唐山曹妃甸变电站。 2008年5月 220kV湖北沙湖变电站 2008年7