智能变电站自动化系统.ppt

智能变电站自动化系统,2014.01,前言智能电网概述第一章智能变电站概述第二章XSJ-1500智能变电站系统第三章智能变电站关键技术第四章智能变电站工程实施,主要内容,前言建设坚强的智能电网,智能变电站是智能电网的重要组成部分,以物理电网为基础(中国的智能电网是以特高压电网为骨干网架、各电压等级电网协调发展的坚强电网为基础)，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。-中国电力科学研究院,智能电网带来价值-电力企业,国家智能电网战略规划,统一坚强智能电网战略框架,分三个阶段推进“坚强智能电网”的建设：2009-2010年为规划试点阶段，重点开展“坚强智能电网”发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，及各环节试点工作；2011-2015年为全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用；2016-2020年为引领提升阶段，全面建成统一的“坚强智能电网”，技术和装备全面达到国际先进水平。,智能变电站smartsubstation就是采用先进、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，实现与相邻变电站、电网调度等互动的变电站。,1.智能变电站,信息共享,第一章智能变电站概述,过程层：又称为设备层，主要指变压器站内的变压器、断路器，隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。间隔层：包括测量、控制组件及继电保护组件。站控层：又称变电站层，大致包括站控系统、站监视系统、站工程师工作台及与电网调度中心的通信系统。智能终端：又称智能操作箱，就地实现高压开关设备的遥信、遥控、保护跳闸等功能，并通过基于IEC61850标准的通信接口实现与过程层的通信功能。GOOSE：面向通用对象的变电站事件（GeneralObjectOrientedSubstationEvent）。用于一次设备的操控及二次设备间的闭锁与联动,是一种通信服务机制。,2.有关术语,第一章智能变电站概述,电子式互感器：一种装置，由连接到传输系统和二次转换器的一个或,多个电流或电压传感器组成，用于传输正比于被测量的量，以供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。,MU合并单元（MergingUnit）：用以对来自二次转换器的电流和/或,电压数据进行时间相关组合的物理单元。合并单元可是互感器的一个组成件，也可是一个分立单元。,智能一次设备：指变电站高压电器设备（主要包括断路器、隔离开关,、变压器）具有自动测量、自动控制、自动调节、自身状态监测及预警、通信功能。,第一章智能变电站概述,3.演进历程,综合自动化,数字化变电站,新一代智能变电站,数字保护+集控台,综合自动化变电站,智能变电站,智能变电站性能升级,第一章智能变电站概述,综合自动化变电站,智能变电站,第一章智能变电站概述,4.智能变电站与综自站比较,第一章智能变电站概述,新增设备,替换设备,4.智能变电站与综自站比较,第一章智能变电站概述,通信平台网络化,设备互换性,智能变电站,第一章智能变电站概述,一次设备智能化,5.技术特征,信息模型标准化,设备互操作性,智能终端作为智能变电站过程层的典型设备，主要完成一个间隔内一次设备位置和状态告警信息的采集和监视，并通过GOOSE规约将数字信息上传到间隔层设备。智能终端同时接收间隔层设备的GOOSE命令完成对一次设备的智能控制，实现了常规开关接入智能变电站系统。智能终端+常规断路器是一种有效的过渡手段。未来的发展方向，是电力电子取代机械回路，大大简化二次接线、不需要智能终端的智能断路器。,智能终端,合并单元,加热器,户外智能端子箱,一次设备智能化,5.主要技术特征,第一章智能变电站概述,5.主要技术特征,通信平台网络化,第一章智能变电站概述,信息模型标准化,5.主要技术特征,第一章智能变电站概述,5.主要技术特征,设备互换性,替换,第一章智能变电站概述,设备互操作性,5.主要技术特征,站域备自投装置向各个智能终端发GOOSE命令完成全站备用电源自投功能。,差动保护装置向各侧智能终端发GOOSE跳闸命令完成故障变压器切除行为。,第一章智能变电站概述,1)实现一次设备智能化和二次设备网络化，使变电站的整体设计、建设、运行成本降低。2)一次设备智能化主要体现在智能电子设备（智能终端）集成在GIS组合电器中，有效地减少变电站占地面积。3)采用合并单元，解决不同设备需要重复采集同一信号带来的设备重复投资问题，采用电子式互感器，提高了信号精度及量程范围，消除电磁式CT饱和等问题。4)利用网络替代二次电缆，有效解决二次电缆交直流串扰带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题。5)基于实时以太网的网络通讯系统，利用少量的光纤取代复杂的控制电缆；保证信号传输的可靠性及设备抗电磁干扰能力.,第一章智能变电站概述,6.智能变电站主要优点,6)在全站同一时钟同步基础上，实现全景数据（稳态、暂态、动态）的采集，保证参数和信息的实时性、精确性和全面性；7)在一次设备智能化和二次设备网络化基础上面向对象信息建模，实现信息共享，消除信息孤岛，避免重复信息采集和减少控制接线，解决设备间的互操作问题。8)完善的智能设备、智能组件，协同完成站域控制，变电站的各种功能可共享统一的信息平台，避免设备重复，也便于变电站新增功能和扩展规模；便于实现在线式五防技术、广域式保护和联锁、广域式电压无功调节、故障隔离和定位；9)实现一次设备在线监测、状态检修，进一步提高自动化设计和管理水平，以及运行和维护效益,第一章智能变电站概述,7.110kV智能变电站典型实现形式,第一章智能变电站概述,交换芯片内置双环网（研发阶段）,主要组网模式：点对点直采直跳（逐渐淘汰）SVGOOSE单独组网网采网跳（常用）SVGOOSE两网合一网采网跳（中低压）四网合一,以太网冗余方式：单星型（110kV站）双星型（220kV站）单环网（220kV站）双环网（500kV站）,设备配置方式采集器合并单元分离（户外常规断路器、常规互感器）采集器合并单元综合（户外GIS组合电器）采集器、合并单元、智能断路器终端综合（户内GIS组合电器）采集器、合并单元、智能断路器终端、保护测控设备综合综合（110kV以下户内外常规互感器及断路器）,智能变电站实现形式概览,7.110kV智能变电站几种典型形式,第一章智能变电站概述,7.智能变电站实现的几种形式,第一章智能变电站概述,7.智能变电站实现的几种形式,第一章智能变电站概述,7.智能变电站实现的几种形式,第一章智能变电站概述,7.智能变电站实现的几种形式,第一章智能变电站概述,交换芯片内置,二次设备功能集成化,1.系统结构,第二章XSJ-1500智能变电站系统,智能变电站系统结构分为三层两网。,三层：站控层、间隔层、过程层,两网：过程层网络负责过程层设备与间隔层设备数据交换；间隔层网络负责站控层设备与间隔层设备数据交换。,站控层：监控计算机及综合服务器、时钟服务器,过程层：本间隔的信号采集、保护控制功能终端，集采集器、合并单元、本地保护、测量控制,间隔层：涉及多间隔信息的保护测控设备，如差动保护、备自投、电压无功控制,2.技术特点,1)兼容性好：保护测控设备兼容电磁式及电子式互感器两种接入模式。2)高集成度：根据国网公司优化智能电子设备IED最新需求动态，110kV及以下保护测控装置采用信号采集、信号合并、本地保护、智能操作回路为一体的智能终端，将间隔层与过程层设备充分整合，减少交换机使用，提高系统性价比及可靠性。3)层次化保护：信号采集及开关量传送通过网络通信方式实现主变保护、站域五防、站域保护和联锁、备用电源自投、站域电压无功控制等跨间隔保护测控功能，较少二次接线。4)一体化监控平台：通过系统集成优化，实现全站信息的统一接入、统一存储和统一展示，实现运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理和辅助应用等功能。,第二章XSJ-1500智能变电站系统,5）统一硬件及软件平台设计，提高重用性及可靠性，降低运行维护的难度，减少了备品备件种类。6）采用可视化可编程面向对象技术开发的系统配置工具，遵循IEC61850及IEC61131-3标准将逻辑节点LN与功能模块FDB结合一体化图形化建模，实现“虚端子”的图形化灵活配置，自动生成装置配置ICD文件，降低了现场工程实例化配置的难度。7）实现了配置文件在配置工具软件与装置硬件间图形化编辑、修改、上传、下载、导入、导出、校核等多项功能，方便用户对装置配置文件的工程维护。8)根据时钟源配置确定对时方式，多种对时方式灵活选择，实现全站数据同步采集。9)高级应用断路器动作次数及冲击电流监视，变压器温度、瓦斯在线监测，实现在线监测、故障诊断、远程诊断维护、状态检修功能。,第二章XSJ-1500智能变电站系统,2.主要特点,第二章XSJ-1500智能变电站系统,3.站控系统-系统构成,4.站控系统-安全分区,第二章XSJ-1500智能变电站系统,MMS网：站控层与间隔层，采用单星形以太网结构(跨小室时使用光纤)；SV网：间隔层保护测控装置点对点方式直接采样，站域保护测控装置与间隔层保护测控装置的交流信号传输，按照IEC618509-2点对点或网络方式通信；GOOSE网：逻辑功能需要联、闭锁的其他装置采集的开关量信号、驱动断路器分合闸控制信号通过GOOSE组网通信方式，也可采用GOOSE的点对点协议直接驱动跳合闸。校时网：全站设置一套GPS卫星主时钟，各个电压等级设置时钟信号扩展板，时钟扩展板与主时钟间实现光纤传送IRIGB码信号，各个保护测控设备与时钟扩展板间双绞线RS-485接口连接，采用IRIGB码校时，主时钟与站控计算机组采用SNTP协议校时。,第二章XSJ-1500智能变电站系统,4.站控系统-组网说明,第二章XSJ-1500智能变电站系统,4.站控系统-功能体系,5.系统建模,变电站系统功能模型变电站设备连接属性模型智能电子设备IED能力描述模型智能电子设备IED逻辑节点内部逻辑模型,第二章XSJ-1500智能变电站系统,1).系统建模通过系统配置工具及IED配置工具实现，包含4个方面的建模内容,系统配置工具,IED配置工具,第二章XSJ-1500智能变电站系统,3)IED配置工具,PL1500智能变电站图形化系统配置工具采用组态技术进行保护控制设备功能重构与IEC61850逻辑节点信息模型统一建模的方案，对全站系统和各IED的配置信息进行管理和设置。,利用IEC61850标准模块化思想和面向对象相结合的思路，针对IED将IEC61131中PLC功能模块FDB看成是可执行多种任务的结构的控制器，通过功能模块FDB定义的配置、资源、功能块分别与IEC61850中定义的服务、LD,LN映射，将IED中各种逻辑节点映射为一个个的功能块FDB。,4)IED信息建模树形层次结构,第二章XSJ-1500智能变电站系统,智能终端节点树型结构,数据类型节点树结构,第二章XSJ-1500智能变电站系统,5)IED逻辑功能建模,工程实施时，IED功能配置中，一系列图形化的逻辑节点LN功能块与逻辑与非门配合，基于组态思想搭建起来，第一，构建出智能终端IED各逻辑节点LN内部的逻辑关系；第二，构建出不同IED分布式功能逻辑节点LN之间的逻辑连接关系，从而表达出IED设备间的关联、虚拟输入/输出关系。,描述功能块内部原理及逻辑关系,描述功能块输入信号定义,描述功能块输出信号定义及与IEC61850映射关系,6)XSJ-1500智能终端典型逻辑节点(LN),第二章XSJ-1500智能变电站系统,第二章XSJ-1500智能变电站系统,6).XSJ-1500智能终端典型逻辑节点(LN),第二章XSJ-1500智能变电站系统,6).XSJ-1500智能终端典型逻辑节点(LN),第二章XSJ-1500智能变电站系统,6).XSJ-1500智能终端典型逻辑节点(LN),第三章智能变电站关键技术,1.硬件平台,第三章智能变电站关键技术,2.软件平台-软件构架,3.通信服务,智能变电站智能间隔层IED智能终端对外提供以下三种通信服务，三种通信服务是实施智能变电站通信系统的重要内容：,MMS通信服务用于间隔层IED智能终端对站控系统的通信；GOOSE通信服务用于间隔层IED智能终端之间的状态变位及控制信息通信；SV通信服务用于间隔层IED智能终端与合并单元的通信之间模拟量采集的信息传输。,保护动作信息/异常告警信息定值信息/录波信息等,在数字通信系统中，广泛采用客户服务器模式，就每个信息传送而言，提供信息的一端叫服务端，接受信息的一端叫客户端，因此对于每个IED装置而言就是对外提供MMS，GOOSE，SV通信服务。,智能变电站的信息交互是以面向对象的信息模型为基础的，信息模型是以一系列树状结构的链表为表现形式，IEC61850标准按以下4个模型文件分别表征智能变电站的信息及配置的关联关系,SSD：系统规格文件一次系统接线图和相关逻辑节点,SCD：全