智能化变电站自动化系统解决方案.ppt

智能变电站自动化系统解决方案,深圳南瑞科技有限公司,黎强,智能变电站,1,内容提要,智能化变电站综述PRS7000系列保护装置智能化保护解决方案,智能变电站,2,相关定义,数字化变电站一次智能化电气设备二次智能化电子设备（IED）通过计算机网络实现数字化通信全站具有统一的数据建模和实时数据平台实现智能设备间的互操作性和互换性智能化变电站(技术导则)由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成以高速网络通信平台为信息传输基础自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能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、协同互动等高级应用功能相互关系数字化是基础智能化是手段可靠、高效是目的,智能变电站,3,智能化变电站建设宗旨,充分体现数字化设计理念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。一次设备智能化主要体现在光电互感器和智能断路器的应用有效地减少变电站占地面积和电磁式CT饱和问题。应用合并器解决数据采集设备重复投资问题。利用网络替代二次电缆，有效解决二次电缆交直流串扰问题，并简化了施工。系统结构分三层：变电站层、间隔层和过程层（系统层、设备层）变电站层和间隔层以基于IEC61850标准的互联互操作为重心，实现数据共享。过程层以可靠性和稳定性为首要设计原则。高级应用：集约化、网络化、智能化的自动化功能保护/测控集成优化顺序控制状态监测及检修事故异常专家分析系统智能检测及控制(物联网)无人巡视支撑平台,智能变电站,4,与传统站比较,IEC61850不仅仅是规约，而是面向变电站建设的体系文件。只是对变电站的建设和综合自动化系统结构制定规范，不影响现有综自技术规范的继续执行。要求变电站综合自动化系统的智能设备，须进行互操作测试。对间隔层装置的数据处理能力提出了更高的要求。与传统站相比较，差异主要体现在过程层的实现。与普通数字化站比较，差异主要体现在功能的集约化、网络化和智能化,智能变电站,5,与传统站比较,IEC60870-5-103,智能变电站,6,内容提要,智能化变电站综述PRS7000系列保护装置智能化保护解决方案,智能变电站,7,系统技术先进性,面向智能电网、立足数字化电网、兼容传统电网首家提出并实现“虚端子”技术虚端子定义方法二次设计的变化工程实施的变化国内首家实现基于IEEE1588的采样同步机制面向所有厂家的灵活的、开放的过程层接入方案集约化、网络化、智能化的自动化系统,智能变电站,8,系统技术特色,多种采样同步方式采样点插值同步全站秒脉冲同步，同步精度为1us全站IEEE1588网络同步，同步精度为1us全面灵活开放的过程层采样接口IEC61850-9-1IEC61850-9-2其它：IEC60044-8/FT3,智能变电站,9,系统技术特色,全面开放的支持各种互感器传统互感器Areva/NxtPhase珠海成瑞南京新宁西安华伟广州伟钰开放的支持互操作的过程层控制接口AIS/GIS平开/西开/常开/国电博纳AREVA/ABB/SIEMENS,智能变电站,10,智能化变电站结构示意图,智能变电站,11,组网原则,本间隔保护测控以及快速保护点对点方式直接采样、GOOSE点对点方式直接跳闸；同时通过GOOSE网交互失灵及闭锁等信息过程层SV网络、过程层GOOSE网络、站控层网络应完全独立配置。过程层SV网络、过程层GOOSE网络按电压等级分别组网。变压器保护采用相互独立的网口接入不同电压等级的过程层GOOSE网。继电保护装置采用双重化配置时，对应的过程层网络亦应双重化配置；第一套保护接入A网，第二套保护接入B网；110kV过程层网络宜按双网配置。,智能变电站,12,保护双配置GOOSE组网示意图,智能变电站,13,保护装置的过程层接口示意图,智能变电站,14,南网SMV点对点、GOOSE组网方案,智能变电站,15,南网SMV及GOOSE组网方案,智能变电站,16,数字化变电站、智能化变电站专用平台总线式架构，底板带板件编号，即插即用，最大可扩展16个板件。内部千兆数据总线，采用点对点/组播方式进行数据交互，数据传输容量大，扩展性强。内部百兆管理总线，用于总线上各板件记录、配置和录波。LVDSIO总线，可接入WB800系列IO板件，即插即用。LVDS校时总线，通过校时主板的校时，整机各CPU板同步精度大于0.1us。全面支持IEEE1588同步、校时,开放式的WB800系列硬件平台,智能变电站,17,开放式的WB800系列硬件平台总线结构,智能变电站,18,开放式的WB800系列硬件平台-板件,智能变电站,19,PRS-7000系列保护测控装置(220kV及以上),智能变电站,20,PRS-7000系列保护测控装置（110kV及以下）,智能变电站,21,PRS-7000系列过程层装置,智能变电站,22,电子式互感器,智能变电站,23,BP-2C-D母线保护装置-特点,支持全数字化方案。支持GOOSE传输开关量。支持DL/860.91/2、GB20840传输模拟量。支持基于以太网的IEEE1588同步、校时方式。支持DAU方案，最大支持10台子机，每台子机36个模拟量。,智能变电站,24,BP-2C-D母线保护装置-系统示意,智能变电站,25,BP-2C-D母线保护装置-通讯口接线示意,智能变电站,26,PRS-7778变压器保护-系统示意,智能变电站,27,PRS-7778变压器保护装置-通讯口接线示意,智能变电站,28,单间隔保护测控装置-系统示意,PRS-7753光纤分相纵差保护,智能变电站,29,单间隔保护测控装置-通讯口接线示意,智能变电站,30,纯光电子式电流互感器产品示意图,控制机房,光处理+数字接口,传统接口,智能变电站,31,深圳南瑞,31,6analogoutputs-either1Aor5A(meteringonly)or200mV,纯光电子式电流互感器产品示意图,智能变电站,32,纯光电子式电流互感器接口示意图,NXCT,HV高压线或母线,电压放大器(类型可选),NXT光处理+数字接口,NXVT,计量电流放大器(类型可选),保护或计量设备IEC61850数字信号接口,Fibers光纤,Fibers光纤,IEC61850,保护电流放大器(类型可选),传统保护或计量设备模拟信号接口,二次电压/电流,智能变电站,33,电学电子式组合式互感器产品示意图,间隔合并器,智能变电站,34,电学电子式电流互感器传感头主要结构图,一次测量线圈和保护线圈组件,轴(导电杆),金具,取能线圈,采集器,电源,采集器,电源,智能变电站,35,内容提要,智能化变电站综述PRS7000系列保护装置智能化保护解决方案,智能变电站,36,智能变电站技术要点,过程层采样值传输过程层采样同步（站内、站间）电压并列及切换保护算法、逻辑和冗错网络传输延时电子互感器及合并单元测试技术智能终端测试技术,智能变电站,37,智能变电站应用方案要点,保护/测控集成优化顺序控制信息链路状态监测及定位变压器状态监测及检修事故异常专家分析系统智能检测及控制(物联网)无人巡视支撑平台下一代保护系统保护网络化保护区域智能保护其它,智能变电站,38,过程层采样值传输协议选择,IEC61850-9-2IEC61850-9-1其它：IEC60044-8,智能变电站,39,过程层采样值接入协议比较,智能变电站,40,IEC61850-9-2APDU格式,智能变电站,41,IEC61850-9-2报文示例,智能变电站,42,IEC61850-9-2应用考虑,网络带宽考虑组播适当划分VLAN选择合适的采样点数按主变保护、母差保护组网（功能模块单元）网络延时考虑高优先级减低网络负载率（35）高性能的工业级交换机（极短延时）,智能变电站,43,采样同步,IEEE1588全站同步全站时钟源同步全站使用同一个采样同步数据源采用B码/秒脉冲，精度大于2us全站时钟源采用双机模式，确保可靠性采样点插值同步区域主机同步与外部时钟无关，可靠性高互操作性、一致性需协调（通讯物理层、同步方式、报文格式）,智能变电站,44,IEEE1588在智能化变电站的应用,代号：IEEE1588等同于IEC61588全称：Precisionclocksynchronizationprotocolfornetworkedmeasurementandcontrolsystems精确网络对时协议简称：PTP（PreciseTimeProtocol）版本：2002、2008对时精度：1us,智能变电站,45,IEEE1588与几种常见对时方式比较,智能变电站,46,IEEE1588与NTP同步方式比较,NTP同步方式(ms级精度),智能变电站,47,IEEE1588的实现,同步机制,智能变电站,48,IEEE1588的实现,报文时标,智能变电站,49,IEEE1588的实现,硬件实现,智能变电站,50,IEEE1588的实现,级联,智能变电站,51,IEEE1588报文,同步报文：用于对时同步AnnounceSync/Follow_UpDelay_ReqDelay_RespPDelay_ReqPDelay_Resp/PDelay_Follow_Up管理报文：用于对时系统管理与协调,智能变电站,52,IEEE1588协议状态机,智能变电站,53,IEEE1588在PRS7000平台的应用,主要同步方式；以太网口硬件兼容于IEEE1588；可以采用全站同步方式；可以采用子机采样点插值同步方式；同步精度为1us经RuggedCOM、Moxa交换机点对点连接时精度更优,智能变电站,54,站间采样值同步,涉及设备：线路差动组合情况：两侧都是传统互感器一侧传统互感器、一侧电子式互感器两侧都是电子式互感器,智能变电站,55,站间采样值同步,智能变电站,56,站间采样值同步,synM-M站的同步时钟信号，间隔1s；synN-N站的同步时钟信号，间隔1s；T-M站与N站同步时钟信号时间差TMA、TNA-本站差动保护装置收到对侧差动保护装置“同步信号帧”的时刻相对于上一次同步时钟的时间；TMB、TNB-本站差动保护装置收到对侧差动保护装置“同步确认帧”的时刻相对于上一次同步时钟的时间,智能变电站,57,站间采样值同步,M侧：N侧：对点的间隔：理论上最大相位差：,智能变电站,58,电压并列及切换,电压合并单元同时实现电压并列电压合并单元采集所属母线段EVT的数据通过GOOSE网获取分段开关位置，通过本机采集板获取把手位置两段母线的电压合并单元相互通信，并列时正确设置两路EVT的数据双母线时，线路配置组合式电流电压互感器,智能变电站,59,保护算法、逻辑和冗错,严格采样帧号检测机制间隔DAU或间隔MU采样同步后，通过同步帧号发送报文。保护装置严格依靠帧号来判别模拟量的采样时刻采样点容错机制单点缺失：插值两点以上缺失：告警通道无效容错：(分类)瞬时闭锁，延时开放网络中断：(分类)瞬时闭锁，延时开放,智能变电站,60,保护算法、逻辑和冗错,采用自适应调整主机中断频率的技术根据收到MU连续报文的时序关系（全站秒脉冲校时方式），实现主机的保护逻辑中断间接全站同步。各个通道可以单独调幅、调相。适应变压器各侧电子式互感器的采集差异对线路差动保护，一侧为传统站，一侧为智能化站时，传统站CT饱和的问题需要特殊考虑。当两侧均为智能化站时，两侧电子式互感器特性不一致的问题，线路差动依赖制动系数保证选择性,智能变电站,61,网络交换机延时,根据交换式工业以太网技术的特点，对实时数据启用IEEE802.1Q，实时数据经过N台工业以太网组成的网络后，所产生的总延迟时间（T）的计算方法如下：T=（TS&FN）+（TdN）+Tt（N-1）TS&F为单台工业交换机存储转发的时间，TS&F5s；Td为等待在队列中背景流量传输时间；Tt.实时数据报文端到端的传输时间；T=(Lb+)8bit/100000000bps,智能变电站,62,网络交换机延时,无其他数据包时，实时数据产生的理论传输延迟,智能变电站,63,网络交换机延时,非实时数据50%，实时数据50%产生的传输延迟,智能变电站,64,电子互感器及合并单元测试技术,采样精度测试（比差、角差）同步精度测试采样率测试(接收/发送)通道合并功能测试MU输出接口测试信号告警测试,智能变电站,65,智能终端测试技术,开入测试开出测试GOOSE延时测试SOE精度测试出口时延测试对网络广播支持能力测试状态发送机制验证以及时延测试宽温工作测试信号告警测试,智能变电站,66,信息链路的状态监视和故障定位,站控层过程层GOOSE设备组成:保护测控设备、智能操作箱和智能一次设备过程层采样值,智能变电站,67,信息链路的故障分类,严重程度不可恢复性可恢复性故障环节硬件故障软件故障,智能变电站,68,信息链路的故障分类,不可恢复性硬件故障、软件故障交换机电源故障装置电源故障网络接口器件损坏网络接口器件特性衰变通信介质损坏网络接口松动网络风暴等