企业培训_智能变电站新技术培训教材

智能变电站新技术NewTechnologyinIntelligentSubstation 技术培训 主要内容 智能变电站自动化系统体系结构 非常规互感器及合并单元技术 2 基于IEC61850的信息建模技术 4 智能变电站的网络通信技术 5 智能一次设备及状态检测技术 3 信息一体化平台与高级应用 6 1 智能变电站自动化系统的设计与调试 7 内容提要 智能变电站自动化系统体系结构 1 智能变电站定义智能变电站的技术特征智能变电站自动化系统的典型结构 智能变电站定义 智能变电站 采用先进 可靠 集成 低碳 环保的智能设备 以全站信息数字化 通信平台网络化 信息共享标准化为基本要求 自动完成信息采集 测量 控制 保护 计量和监测等基本功能 并可根据需要支持电网实时自动控制 智能调节 在线分析决策 协同互动等高级功能的变电站 对智能变电站概念的进一步理解 相邻变电站 智能变电站 用户 电源 互动 智能一次设备 互动 互动 下放 接纳 智能告警高级分析决策 调度中心 智能变电站的主要技术特征 系统建模标准化系统分层分布化系统结构紧凑化信息交互网络化信息应用集成化数据采集数字化设备操作智能化设备检修状态化高级应用智能化 IEC61850标准 系统架构 非常规互感器及合并单元 智能一次设备 信息一体化平台 智能变电站的关键技术 1 2 3 4 5 智能变电站 智能传感技术采用智能传感器实现一次设备的灵活监控 网络传输技术构成网络化二次回路实现采样值及监控信息的网络化传输 数字采样技术采用电子式互感器实现电压电流信号的数字化采集 信息共享技术采用基于IEC61850 DL860 标准的信息交互模型实现二次设备间的信息高度共享和互操作 智能变电站采用了多种新技术 其整个二次系统的整体架构 配置及与一次系统的连接方式与传统变电站相比均有较大变化 同步技术采用B码 秒脉冲或IEEEl588网络对时方式实现全站信息同步 智能变电站自动化系统的发展过程 第一阶段 站控层和间隔层采用IEC61850 MMS网络过程层仍采用常规互感器和常规一次设备 间隔层IED采用IEC61850标准进行信息建模 间隔层与站控层之间采用映射到MMS 制造报文规范 的方法进行信息交互 第二阶段 过程层采用非常规互感器和常规一次设备信息的数字化进程触及到了过程层 互感器采用数字输出的电子式互感器或纯光学互感器 数字量输出采用IEC60044 8或IEC61850 9 1帧格式 用电缆硬接线实现与常规一次设备的连接 第三阶段 过程层采用非常规互感器和智能一次设备智能变电站自动化系统的最终结构形式 由于完全智能化的一次设备研究相对滞后 采用 常规一次设备 智能终端 方案 采样值传输采用IEC61850 9 2标准 过程层全面网络化 智能变电站与传统变电站的区别 传统变电站智能变电站 智能变电站与传统变电站的区别 传统变电站二次系统结构 智能变电站与传统变电站的区别 智能变电站二次系统结构 智能变电站与传统变电站的区别 智能变电站屏柜 传统变电站屏柜 智能变电站与数字化变电站 数字化变电站 电子式互感器用于扩大数字化技术范围 统一简化采集源 IEC61850解决信息建模和互操作问题 智能变电站的重要特征体现 智能 设备智能化 高级智能应用 数字化变电站技术是智能变电站的一部分 智能变电站是变电站整体技术的跨越 数字化是基础 智能化是手段 可靠 高效是目的 智能变电站的技术优势 简化二次接线 少量光纤代替大量电缆 非常规互感器绝缘简单无饱和 铁磁谐振等问题 一次 二次设备之间无直接的电气联系 不存在传输过电压和两点接地等问题 信息高度共享 监控 远动 保护 VQC 小电流接地选线和五防等实现一体化 大大提高集成度和智能化水平 二次设备小型化 标准化 集成化并可灵活配置 减小了变电站集控室的面积 采用数字信号传输 提高了测量精度 增强了抗电磁干扰能力 智能变电站自动化系统的典型结构 内容提要 非常规互感器及合并单元技术 2 非常规互感器合并单元技术要求同步采样技术工程应用 非常规互感器的原理和分类 电子式互感器与常规互感器的比较 电子式互感器通常由传感模块和合并单元两部分构成 传感模块又称远端模块 安装在高压一次侧 负责采集 调理一次侧电压电流并转换成数字信号 合并单元安装在二次侧 负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理 电压等级越高电子式互感器优势越明显 非常规互感器存在的问题 1 远端传感模块的稳定性和可靠性 安置在室外时温度 电磁干扰等 2 绕制在陶瓷骨架上的空芯线圈结构的稳定性对测量精度的影响 3 对独立结构的有源式电子互感器的远端模块取电技术 4 光学互感器的传感材料 传感头组装技术 温度和振动都对测量精度有一定影响 而且长期运行稳定性有待提高 因此 考虑到技术经济性和运行可靠性 现阶段采用了 常规模拟量采集 的合并单元来实现数据采集的数字化 传感器及合并单元的双重化 原则 传感器件双重化A D采样双重化合并单元双重化 互感器及合并单元的技术要求 1 应支持可配置的采样频率 分别满足保护 测控 录波 计量及故障测距等的要求 例如采样速率40点 80点 256点 2 采样值发送间隔离散值应小于10 s 3 工作环境温度 40 70 4 接收GPS同步对时信号的同步误差应不大于 1 s 在外部同步信号消失后 在10分钟内能满足4 s的同步精度要求 5 在异常网络流量工况下的运行稳定性 6 温度变化 湿热等环境下 稳态 暂态性能 比差 角差均应满足GB T20840 8的规定 合并单元的抗干扰性能试验和要求 7 双A D回来的采集结果独立且幅值相差不大于2 5 8 抗电磁干扰能力要求 Q GDW426 2010 合并单元的同步采样技术 智能变电站数据采集的同步要求 1 三相电流 电压需要同步 三相平衡 2 间隔内电流电压之间需要同步 功率 阻抗 3 不同间隔的电流之间需要同步 差动 变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同步问题 母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步问题 4 变电站之间的采样值需要同步 线路差动保护 从相邻变电站获取电流采样值需要同步 合并单元的同步采样技术 3种同步采样技术方案 1 基于GPS秒脉冲同步的同步采样IEC61850 9 1 2 基于以太网的采样值传输延时无法确定 只能采用同步时钟法 同步方法简单 对交换机要求高 秒脉冲丢失时存在危险 同步时钟不等于对时时钟 可以不依赖于GPS 合并单元的同步采样技术 2 基于数据插值的同步采样基于采样值传输延时是确定的 可以采用插值同步法 合并单元和保护测控装置都可采用该方法 插值算法是通过采样点的t 时间 x 瞬时值 以及插值目标的t 来计算插值目标的x 采样率要求高 硬件软件要求高 实现难度较大 不依赖于GPS和秒脉冲传输系统 合并单元的同步采样技术 合并单元的插值测控保护装置的插值 合并单元的同步采样技术 插值算法最重要的内容就是需要把所有被用于同步的数据的x必须在统一的时间体系内 例如以采样点的采集时间为准 要获得准确的采样点的采集时刻 必须采取以下两种方式之一 1 接收方自己给数据贴上接收的时标 然后减去数据的发送延时 就可以得到数据的采集时刻 这种情况下要求数据发送延时是固定值 2 发送方将数据采样的时刻填写在数据帧内 接收方以发送方写入的发送时间为准进行数据处理 这种情况适用于发送延时不固定的情况 合并单元的同步采样技术 3 基于IEEE1588协议的时钟同步 网络测量和控制系统的精密时钟同步协议 以太网传输 需硬件支持 与采样值传输共用链路 可靠性高 需交换机支持 合并单元的同步采样技术 主从时钟间的偏移量TOffset以及传输延迟TDelay IEEE1588时钟同步过程 合并单元采样数据品质因数的处理 保护装置应处理MU上送的数据品质位 无效 同步 检修等 及时准确提供告警信息 在异常状态下 利用MU的信息合理地进行保护功能的退出和保留 瞬时闭锁可能误动的保护 延时告警 并在数据恢复正常之后尽快恢复被闭锁的保护功能 不闭锁与该异常采样数据无关的保护功能 1 检修态2 数据有效 无效3 数据同步标志 测控使用GPS对时使用 合并单元采样数据品质因数的处理 1 检修态处理 工程配置方案 主变压器 主变MU及智能终端配置方案 工程配置方案 单母分段接线型式 单母分段接线线路保护配置方案 内容提要 智能一次设备及状态检测技术 3 智能设备的技术特征智能组件与智能终端在线状态检测 智能设备的概念 智能设备 不但具有传输和分配电能的主设备本体 还具有测量 控制 保护 计量等功能 其回归电力系统设备的本意 不再强调一 二次设备的划分 各功能的物理形态以智能组件方式体现 组件又是一个灵活的概念 可以由一个完成所有功能 也可以分散独立完成 可以外置于主设备本体之外 也可以内嵌于主设备本体之内 上述概念即考虑了传统一 二次设备的现状 也考虑了未来的发展趋势 可适用于今后智能变电站的发展 智能设备 一次设备 智能组件的有机结合 智能终端 定义一种智能组件 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 特点 1 能够在不改变开关现有条件下实现一次设备和间隔层二次设备的数据通信 2 智能开关等智能一次设备的过渡产品 3 包含断路器操作回路 完成断路器 隔离刀闸等位置信息的采集及分合控制 4 采集主变档位 温度等信息 智能终端 针对户外安装的需求 智能操作箱需要进行专门设计 1 全部采用 40 85 范围的器件 选用耐高温长寿命电容器 2 从装置配置中去除了液晶 3 去除了MMS通信插件 降低机箱内部功耗 提高环境温度的耐受能力 4 装置已进行了 20 60 范围的温度试验 进行了6 24小时交变湿热试验 内容提要 基于IEC61850的信息建模技术 4 电力系统通信技术回顾IEC61850标准简介基于IEC61850标准的信息建模 电力系统通信技术回顾 电力系统通信技术历经了几次大的发展变化 1 面向协议 数据如何传输 2 面向对象 数据传输的内容 3 面向统一的对象模型 电力系统统一的对象模型和建模技术 4 电力企业统一信息架构 一个世界 一种标准 一种技术 IEC61850标准的体系结构 需求 Part 3 总体要求Part 5 功能和设备模型的通信要求设计 Part 7 建模及抽象通信服务接口 ACSI 实现 Part 8 9 特定通信服务映射 SCSM Part 6 系统描述语言 SCL 测试 Part 10 一致性测试其他 Part 1 概述Part 2 术语Part 4 系统和项目管理 IEC61850信息建模的对象层次 IEC61850信息建模的对象层次 PhysicalDevice networkaddress DA LogicalNodes DA DA DA DA DA 内容提要 智能变电站的网络通信技术 5 智能变电站通信概述过程层网络通信技术GOOSE技术及应用 智能变电站内部信息交互接口 智能变电站内网络通信特点 通信网络要求 可行性 可靠性 实时性等站控层网络功能和综自站相同多套用成熟方案 国外单环网 国内单 双星 过程层网络采样值 点对点 组网 点对点 组网 未来 GOOSE 组网 点对点 组网 未来 交换机VLAN 工程化应用IGMPSnooping GMRP 1588 有待实践验证 星型网络 国内应用较多简单 经济 可靠 无冗余链路不会造成广播风暴和变电站的主接线及数据流天然一致冗余需采用双套网络设备 且需设备支持 环形网络 国外应用较多具有一定的冗余特性 对随机性的数据流效果较好 有因为交换机软件bug导致网络风暴的风险 组播与VLAN 过程层通信 GOOSE和采样值 均依赖组播 装置组播过滤方案普通交换机把组播向所有端口转发 当广播处理 以太网卡硬件依靠Hash算法进行过滤很可能误收 8 1附录B 9 2附录C 用VLAN来划分组播手工划分广播域 繁琐且不便管理 自动组播管理协议IGMP只适用于IP组播 对GOOSE SMV不适用GMRP二层组播管理协议 唯一可用 组播与VLAN VLAN VirtualLocalAreaNetwork 即 虚拟局域网 VLAN是一种将局域网 LAN 设备从逻辑上划分 注意 不是从物理上划分 成一个个网段 或者说是更小的局域网LAN 从而实现虚拟工作组 单元 的数据交换技术 VLAN主要有3个优势 1 端口的分隔 即便在同一个交换机上 处于不同LAN的端口也是不能通信的 这样一个物理的交换机可以当作多个逻辑的交换机使用 2 网络的安全 不同VLAN不能直接通信 杜绝了广播信息的不安全性 3 灵活的管理 更改用户所属的网络不必换端口和连线 只更改软件配置就可以了 GOOSE信息的概念 GenericObjectOrientedSubstationEventGOOSE 面向通用对象的变电站事件 是IEC61850定义的一种通信机制 用于实现IED之间的快速信息传递 诸如命令 告警 指示等信息 特点 1 实现了装置间快速信息通信 适于传输跳合闸信号 完成传统保护的开入开出回路功能 2 不仅可以传送开关量 还可传递变化不快的模拟量 3 代替了点对点的硬电缆 降低造价 缩短工期 更改接线不需要配线 只需更改配置文件 GOOSE信息的传输机制 在稳态情况下 稳定的以T0时间间隔循环发送GOOSE报文 当产生事件变化时 变位 跳闸 立即发送事件变化报文 快速重传两次变化 T1间隔 然后分别间隔T2 T3再重复发送两边报文 之后按照T0间隔发送心跳报文 典型的 T0 5000ms T1 2ms T2 4ms T3 8ms GOOSE信息的传输机制 GOOSE的传输机制的特点 1 定期发送GOOSE报文 并且通过重发相同数据来获得更多的可靠性 并且逐渐增加SqNum和传输时间来实现有效的传输 2 GOOSE报文中的SqNum和StNum的初始值为1 当有事件发生时 StNum加1 SqNum变为0 之后SqNum顺序加1 GOOSE报文示例 内容提要 信息一体化平台与高级应用 6 智能变电站一体化监控系统智能变电站智能化辅助系统智能高级应用 一体化监控系统 一体化监控系统支持各种数据的接入 存储与快速高效的检索 主要采用统一建模的思想和方法 将在线监测 保护 测控 通信 计量 直流辅助系统 环境监测 视频 安防 环境参量等数据模型标准化 在保证基础数据的完整性及一致性基础上 建立统一的全景数据处理平台 为各种智能应用提供标准化规范化的信息访问接口 的信息访问接口 一体化监控系统 监控主机具有防误闭锁逻辑判断 顺序控制 智能告警及综合分析 智能操作票 视频联动等功能 在不具备与调度实现互动的变电站 系统还可以配置电压无功控制等高级应用功能 操作员工作站完成对变电站的实时监视和操作功能 它为操作员提供了所有功能的入口 显示各种画面 表格 告警信息和管理信息 提供遥控 遥调等操作 监护界面并进行人机交互 负责整个系统的协调和管理 保持工程数据库的最新最完整备份 组织各种历史数据并将其保存在历史数据库服务器 并实现各种高级应用功能 一体化监控系统 远动装置作为客户端采集全站信息并加以综合 处理的同时 可以作为透明代理服务器 将变电站内的各类装置甚至虚拟装置映射为远动通信装置上的IEC61850服务器 远动通信装置还可完成IEC61850与IEC61970模型的自动映射管理 以实现跨站或其他应用系统的互动 智能接口机通过串口或网络方式接入变电站内其它未采用标准建模和信息服务的自动它未采用标准建模和信息服务的自动化设备及辅助系统 通过统一建模和标准通信服务送入信息一体化平台中 信息一体化平台 信息一体化平台主要用于将智能变电站内的实时监控SCADA子系统 故障录波子系统 电能计量子系统 状态监测子系统 视频安防等辅助子系统的各种数据进行统一接入 统一存储 统据进行统一接入 统一存储 统一处理 建立统一的变电站全景数据处理平台 为各种智能应用提供标准化 规范化的信息访问接口 在信息一体化平台的基础上 对变电站全景数据进行综合分析应用 提高运行管理的自动化程度 减轻变电运行人员或调控运行人员的劳动强度 减少维护工作量 实现支持电网实时自动控制 智能调节 在线分析决策 协同互动等高级功能 基于信息一体化平台的辅助系统包括视频 安防 消防 环境监测 交直流一体化电源等 视频监控子系统主要用于全站的视频监控 系统具备视音频监控功能 通讯功能 智能分析功能和智能视频联动等功能 智能化辅助系统 智能高级应用 内容提要 智能变电站自动化系统的设计与调试 7 智能变电站自动化系统的设计智能变电站的调试与运维 SCL描述文件类型 ICD文件 IED能力描述文件IEDCapabilityDescription由装置厂商提供给系统集成厂商 该文件描述IED提供的基本数据模型及服务 但不包含IED实例名称和通信参数 SCD文件 全站系统配置文件SubstationConfigurationDescription应全站唯一 为全站统一数据源 描述了所有IED的实例配置和通信参数 IED之间的通信配置以及变电站一次系统结构 SCD文件由系统集成商 或设计院 提供 应包含版本修改信息 明确描述修改时间 修改版本号等内容 SCL描述文件类型 CID文件 IED实例配置文件ConfiguredIEDDescription每个装置有一个 由装置制造厂商使用配置工具根据SCD文件中本IED相关配置自动导出 并下载到IED中完成配置 包含建立虚回路 CID文件包含与ICD数据模板一致的信息 也包含SCD文件中针对该装置的配置信息 如 通信地址 IED名称等 SSD文件 系统规格文件SystemSpecificationDescription变电站一次系统的描述文件 应全站唯一 描述了变电站一次系统结构以及设备逻辑节点等 SSD文件由系统集成商 或设计院 提供 最终包含在SCD文件中 智能变电站的设计及配置过程 虚端子 虚连接的概念 问题 传统变电站的模拟量 开关量输入 跳合闸出口均一一对应于具体的端子 设计过程即为通过从端子到端子的电缆连接实现一二次设备之间的配合 实端子 但在智能变电站中各保护装置之间信息的交互是基于网络传输的数字信号 实端子 的概念消逝了 取而代之的原有点对点的电缆连接也被网络化的光缆连接所取代 解决方法 GOOSE SV输入输出信号为网络上传递的变量 与传统屏柜的端子存在着对应关系 为了便于形象的理解和应用GOOSE SV信号 将这些信号之间的逻辑连接称为 虚连接 逻辑连接点称为