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1、汇报人：魏欣汇报人：魏欣所属部门：所属部门： 厂站自动化事业部厂站自动化事业部2022-4-20变电站自动化技术的发展变电站自动化技术的发展变电站作为电力系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能量转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。变电站自动化技术是实现变电站运行管理的重要条件，变电站自动化技术的发展大致经历了以下几个阶段。 1、常规变电站2、综合自动化变电站3、数字化变电站4、智能变电站变电站自动化技术的发展变电站自动化技术的发展常规变电站常规变电站变电站远动技术就是早期的自动化技术，80年代中期出现的RTU， RTU是Remote Terminal Uni
2、t（远方终端）的缩写，是SCADA系统的基本组成单元。伴随SCADA系统的应用和发展而发展起来的，与调度中心相连，利用微处理技术和通信技术实现实现遥测、遥信、遥控和遥调功能三遥的功能。RTU采集数据方法：通过变送器采集模拟量、继电保护辅助节点、开关（刀闸）辅助节点采集状态量。RTU根据采集需要向外部敷设线缆，属于集中式结构。常规变电站存在问题常规变电站存在问题RTU主要设备-前置管理机任务重、引线多，造成信息瓶颈，当前置机故障时，将失去当地及远方的所有信息和功能。常规变电站的一、二次设备自动化水平低，占地面积大，设备可靠性差，维护工作量大。变电站自动化技术的发展变电站自动化技术的发展综合自动化
3、变电站综合自动化变电站随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，90年代中后期变电站综合自动化技术得到了快速发展，综自变电站一次设备同传统变电站没有很大差别，主要是将二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过优化组合，利用新技术实现对全变电站主要设备和输、配电线路的自动化监视、测量、控制和微机保护等。系统主要采用分层分布式结构布置 ，功能分配上采用功能下发原则，凡可以在本间隔就地完成的功能不依赖通信网和主站。变电站自动化技术的发展变电站自动化技术的发展综合自动化变电站特点综合自动化变电站特点可靠性高，任一部分设备故障只影响局部，风险分散；间隔层任一智能单元损坏不会
4、导致全站通信中断；可扩展性和开放性提高；站内二次设备所需电缆大大减少，节约投资。尽管综合自动化变电站缩小了占地面积，有效的提高了供电质量和电压合格率，对于电网运行技术的提高起到了积极作用，但数据交换方面由于受规约的限制，不同厂家的设备很难相互通信、共享资源，装置的冗余配置并不能实现信息的冗余应用，系统联调时间长，且变电站仍然存在着大量二次电缆，电磁干扰问题时有发生。 2022-4-20电子式互感器应用 IEC61850标准的颁布和实施 高速工业通信网络技术发展 数字化变电站智能断路器技术发展和应用 变电站自动化技术的发展变电站自动化技术的发展变电站业务需求的变化和技术的进步，驱动了变电站一二次
5、设备技术的融合，以及变电站运行方式的变革，由此产生了数字化变电站数字化变电站数字化变电站智能变电站智能变电站 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、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。能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变
6、电站。变电站自动化技术的发展变电站自动化技术的发展概述概述智能变电站智能变电站智能传感技术智能传感技术采用智能传感器实现采用智能传感器实现一次设备的灵活监控一次设备的灵活监控网络传输技术网络传输技术构成网络化二次回路实现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采样值及监控信息的网络化传输数字采样技术数字采样技术采用电子式互感器实现采用电子式互感器实现电压电流信号的数字化采集电压电流信号的数字化采集信息共享技术信息共享技术采用基于采用基于IEC61850(DL860)IEC61850(DL860)标标准的信息交互模型实现二次设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备间的信
7、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同步技术采用采用 B B码、秒脉冲或码、秒脉冲或IEEEl588IEEEl588网络对时网络对时方式实现全站信息同步方式实现全站信息同步Electric Power Research Institute of China. All rights reserved.2010智能变电站二次系统结构智能变电站二次系统结构智能变电站二次系统结构智能变电站二次系统结
8、构间隔层以上实现IEC61850标准（即过程层没做变化，仅间隔层与站控层通信采用了IEC61850标准）。智能变电站二次系统结构智能变电站二次系统结构过程层以上实现IEC61850标准（即过程层与间隔层通信及间隔层与站控层通信采用了IEC61850标准)。IEC618502022-4-20-9-1组网方式-9-2组网方式9-2体现了数字化变电站的信息共享的思想，代表未来的发展方向。智能变电站二次系统结构智能变电站二次系统结构2022-4-20常见问题分析：常见问题分析：1.9-21.9-2具有信息共享的优势，但具有信息共享的优势，但IEDIED需要接入交换机，因此大大增加了需要接入交换机，因此
9、大大增加了交换机成本交换机成本 解析：这种观点是错误。保护装置采用GOOSE方式跳闸等，本来就需要接入交换机，目前9-1、9-2交换机多采用按间隔配置原则，采用9-2时，与GOOSE共同组网，相对9-1，交换机数量不变。反倒是采用9-1方式时，保护装置需要2个网口，增加了保护IED的成本，大大复杂了网络。2.9-22.9-2网络流量巨大，网络实时性无法保证，系统安全隐患大网络流量巨大，网络实时性无法保证，系统安全隐患大 解析：这种担心过于谨慎。由于采样值有采样序号，即使延时（例如延时200微秒）到达，也不会影响保护/测控的动作精度；VLAN技术、优先级设定，以及采样值的高度有规律、全双工以太网
10、技术，可以保证网络通信的实时性。目前组网方式也决定了，间隔交换机数据量并不大。网络负载并不高。完全可以满足要求。智能变电站二次系统结构智能变电站二次系统结构2022-4-201.基于61850-9-1规约的合并器的流量分析按照每帧12个模拟量通道计算，一个合并器每秒种的数据流量：S = 984bit/帧 50周波/s 80帧/周波 = 3.936Mbit/s；2.基于61850-9-2LE规约的合并器的流量分析按照每帧1点(12个模拟量通道)计算，一个合并器每秒种的数据流量：S = 159字节8bit/字节 50周波/s 80帧/周波 = 5.088Mbit/s；3.基于61850-GOOSE
11、规约的智能设备的流量分析按照 T0=10秒 计算，一个智能设备每秒种的数据流量S = 6016字节8bit/字节 ( 1秒/10)帧 = 0.048Mbit/s；通常情况下，GOOSE流量和采样值流量比较，对网络带宽的影响基本可以忽略。IEC61850-9-1 / 2 /GOOSE报文流量报文流量2022-4-209-2单独组网通信延时单独组网通信延时 在一个单独100Mbps端口汇聚9-2帧通信，选择配置使这个到接收者的100Mbps链路接近饱和: 每周期采样率为80个点并且12个合并器, 每一个都在发送采样值。 每一个9-2帧都是1272位长度 假设在所有12个合并器中采样都是同步进行的
12、12个帧将会以每1/(5080) 250s的间隔速度到达交换机 12个帧同时到达 实际情况是，目前网络交换机都按间隔划分，除母差保护外，每个间隔交换机只有一个合并器的流量。一个9-2采样值帧的最好和最坏情况下延时、抖动分别是 : L (best) = (1272 bits / 100M) + 7s（光交换机固定延时） 20sL (worst) = (1272bits 12 / 100M) + 7s 160sL = L (worst) - L (best) 160s - 20s 140s2022-4-20简单网络情况下简单网络情况下GOOSE单独组网通信延时单独组网通信延时在一个单独100M端口
13、汇聚GOOSE帧通信，选择配置使这个到接收者的100M链路接近饱和: 发送速率5ms、10ms、20ms、10s 每一个智能设备都在发送GOOSE帧。 每一个GOOSE帧都是6016 位 假设在所有12个智能设备发送都是同步进行的一个GOOSE帧的最好和最坏情况下延时、抖动分别是 : L (best) = (6016 bits / 100M) + 7s 67sL (worst) = (6016bits 12 / 100M) + 7s 728sL = L (worst) - L (best) 728s - 67s 661s2022-4-20全站VLAN划分示意图交换机VLAN划分示意图VLAN划
14、分技术划分技术2022-4-20VLAN划分技术划分技术IEC 61850标准体系标准体系IEC 61850IEC 61850系列标准系列标准IEC 61850的全名是Communication Networks and Systems in Substations，即变电站内通信网络和系统。IEC61850是新一代的变电站自动化系统的国际标准，是国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的变电站通信网络和系统系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。IEC61850标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之
15、间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接。大大提高变电站自动化技术水平、提高变电站自动化安全稳定运行水平，节约开发、验收、维护的人力物力。IEC61850标准是至今为止最为完善的变电站自动化标准，规范了二次智能装置的通信模型、通信接口，而且还定义了非常规互感器、智能式开关等一次设备的通信模型、通信接口。IEC 61850标准体系标准体系2022-4-20实现设备的互操作性实现设备的互操作性 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。 注：实时性和可靠性要求十分严格。建立系统的功能自由分布建立系统的功能自由分布 IEC61850标准允许变电站自动化系统的功能在
16、不同的设备之间自由分配。 注：它的实现基础是互操作性；它面向系统功能，对物理上的实现方式提供了极大的灵活性，为提高系统集成度、简化产品配置、节省占地提供了理论依据。保持系统的长期稳定保持系统的长期稳定 IEC61850标准具有面向未来的特性，能够满足不断发展的通信技术与变电站自动化系统的需求（8-1，9-2等SCSM技术，均可随着通信技术的发展而发展）。IEC 61850标准体系标准体系2022-4-20IEC 61850标准体系标准体系系统方面Part 1: 介绍和概述Part 2: 术语Part 3: 总体要求Part 4: 系统和项目管理Part 5: 功能通信要求和设备模型测试Part
17、 10:一致性测试数据模型变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构Part 7-4: 兼容逻辑节点和数据类Part 7-3: 公共数据类抽象通信服务变电站和线路（馈线）设备的基本通信结构Part 7-2: 抽象通信服务接口(ACSI)Part 7-1: 原理和模型特殊通信服务映射 (SCSM)Part 8-1: 映射到制造商报文 MMSPart 9-1: 通过单向多路点对点串行通信连接模拟采样值Part 9-2: IEEE 802.3 之上的模拟采样值配置Part 6:变电站中智能电子设备通信配置描述语言 IEC 61850标准体系标准体系IEC61850标准建立了完整的分层数据对象模型，每个物
18、理装置由服务器和应用组成，将服务器分为逻辑设备-逻辑节点-数据对象-数据属性。IEC 61850标准体系标准体系变电站自动化系统执行的任务。如：距离保护，重合闸，报警管理等。逻辑设备（LD）：一种虚拟设备，聚合逻辑节点和数据。物理设备可以包含一个或多个LD。逻辑节点（LN）：用来描述系统功能的基本单位，是数据对象的容器，可以任意分配到IED，每个逻辑节点和内部的数据都有具体的语义，并通过他们的服务与外部进行交互。LN是功能的外在特性的描述和定义。逻辑节点都是四个字母；“逻辑”的含义对应于“物理”，是超越物理设备束缚的一种虚拟的东西IEC 61850标准体系标准体系前缀逻辑节点组包含的逻辑节点数
19、L系统逻辑节点(System logical nodes)3P保护功能逻辑节点(Protection functions)28R保护相关功能逻辑节点(Protection related functions)10C监控(Supervisory control)5G通用功能引用(Generic function references)3I接口与存档(Interfacing and archiving)4A自动控制(Automatic control)4M计量和测量(Metering and measurement)8S传感器和监视(Sensors and monitoring)4X开关(Swit
20、chgear)2T仪用变压器(Instrument transformer)2Y电力变压器(Power transformer)4Z其它电力系统设备(Further power system equipment)15合计逻辑节点数(Total number of logical nodes)92IEC 61850标准体系标准体系属性名解释LNName表示当前装置中过流逻辑节点的名字状态信息Str启动 ACDOp动作 ACT设定值TmACrv动作曲线类型StrVal启动值OpDlTmms操作延迟时间服务GetDataValues（属性）；SetDataValues（属性）；IEC 61850标准
21、体系标准体系现代通信技术主要有3种通信中间件结构：点对点、客户/服务器和发布者/订阅者。发布者/订阅者通信结构是分布式系统应用的首要方法，它支持多个节点之间的直接而快速的数据传输，并在各通信节点间形成点对点直接通信。由于此技术特点，对于传输流量大且实时性要求高的采样值传输通信而言，采用发布者/订阅者结构是最佳选择。IEC 61850标准体系标准体系2022-4-20 协议栈接口 Client /Server 通讯 模拟量采样值 SMV模型（对象、服务）抽象通讯服务接口 实实时时性性要要求求 带优先级的以太链路层 物理层 IP TCP MMS 特定通讯服务映射（SCSM） 通用变电站对象事件GO
22、OSE 通信技术 IEC 61850标准体系标准体系 SMV/GOOSE传输抽象模型 IEC 61850标准标准-GOOSEIEC 61850标准标准-GOOSEGOOSE概念： 面向对象的通用变电站事件（Generic object oriented substation event ）是IEC61850定义用于快速和可靠传送变电站自动化系统中实时性要求高的信息事件的通信模型。采用GOOSE的原因： 在运行中，由于系统发生故障保护会产生：“启动”、“跳闸”、“重合”等动作；运行状态发生变化时出现电网结构、一次设备被控制切换会产生：“启动”、“停止”、“闭锁”、“解锁”、“触 发”、 “解除”
23、、“状态变化”等动作及信号。以前这些快速动作命令信号基本上由继电器完成，随着信息化、数字化的技术进步发展，改由通信技术完成。IEC 61850标准标准-GOOSEGOOSE是一种传输机制简单原理：1 、通过物理层，链路层，不经驱动层，通常说的TCP/IP层，包括会话层等。2 、由于只经过物理层，链路层（MAC简述为什么快速)。GOOSE机制具有快速的特点。3 、其没有经过驱动层，因此，信息不交互，也就是，信息发出后，对方有没有接收到，发送端并不知道，可靠性不高。4 、变电站网络相对简单，网络多采用星型，因此传送路径固定。采用重发机制保证数据可靠性。IEC 61850标准标准-GOOSEGOOS
24、E应用 断路器失灵启动传输跳闸命令联锁命令高速母联自投切换定值组甩负荷母线保护重合闸起动低周减载远方起/停GOOSE采用多播方式传送数据GOOSE采用连续多次传送的方式实现可靠传输：T1=2ms T2=4ms T3=8ms T0=5sIEC 61850标准标准-GOOSE标准解读IEC 61850标准标准-SMVIEC 61850标准标准-SMVCPUAD1AD2AD3采样保持信号CT1CT2PT1LP1LP2LP3采样数据常规微机式保护同步是CPU系统通过定时中断发出采样保持信号，锁存所有需要采集的模拟量数据，然后顺序读取所得采样数据，从而保证同一装置中的采样数据是同一时刻的值。 传统微机式
25、保护采样方式IEC 61850标准标准-互感器与合并单元数据同步方法互感器与合并单元数据同步方法同步脉冲采样远方模块远方模块远方模块MU采样同步命令采样数据 合并单元发送统一的采样触发脉冲，不同的互感器接收到采样触发脉冲后在同一时刻采集采样数据，并通过光纤将采样数据发送到合并单元 。 双向的数据传输，MU之间的数据同步必须依赖统一的外部时钟 。IEC 61850标准标准-互感器与合并单元数据同步方法互感器与合并单元数据同步方法样本计数同步样本计数同步 全站的合并单元接入统一同步时钟，样本计数器sampcnt相同的采样数据的采样时刻就应该是相同的，通过样本计数器实现同步。 适用于9-2组网方式，
26、依赖于外部对时时钟。IEC 61850标准标准-互感器与合并单元数据同步方法互感器与合并单元数据同步方法 互感器各自独立采样，数据单向传输。 互感器和MU之间采用光纤点对点连接，传输延时固定，可以通过合并单元的插值方案实现同步。 不依赖于外部对时时钟同步。各自独立采样远方模块远方模块远方模块MU采样数据IEC 61850标准标准-互感器与合并单元数据同步方法互感器与合并单元数据同步方法插值同步 IED和合并单元之间的数据传输时间固定，接收方准确的将数据到达时刻记录下来，通过该到达时刻以及互感器的额定传输延时将数据的采集时刻准确计算出来，将所有的采样数据用统一的时间坐标系在IED中展示出来。再通
27、过插值算法得到各通道在同一时刻的虚拟采样值，从而实现采样数据的同步。 适用于点对点直采，不依赖于外部对时时钟 IEC 61850标准标准-互感器与合并单元数据同步方法互感器与合并单元数据同步方法SensorTransmitterMerge UnitTransmitterReceivertbData ProcessingtdtctaLPF, A/D processing线圈传变角差低通、数据处理、发送延时传输延时合并单元数据接收、处理、发送延时IEDte采样值传输延时互感器数据额定时延同步时钟采样数据在整个传输过程中的时延 IEC 61850标准标准-SMVIEC 61850标准标准-SMVIE
28、C 61850标准体系标准体系标准解读品质位介绍6.1IEC 61850标准标准-配置文件配置文件IEC 61850标准体系标准体系配置类配置类 IEC61850-6 变电站IED的配置语言 为了保证产品之间的互操作，61850把上面工程实现过程中与配置有关的数据定义成了一种标准的SCL语言（Substation Configuration description Language 配置描述语言），以方便不同厂家产品之间的集成。不同厂家基于相同的SCL规范设计自己的配置工具，根据产品类别的不同，61850配置工具也相应地分为了系统规范工具、系统配置器和IED配置器等。为了实现工程设计，要求配置
29、信息可以在这几类工具之间交互。SCL基于Extensible Markup Language（XML）语言。IEC 61850标准体系标准体系 SSD：变电站一次设备配置文件 SCD：变电站配置文件 ICD：IED能力描述文件 CID：配置IED描述文件IEC 61850标准体系标准体系IEC 61850标准体系标准体系SCL句法元素由五部分构成1、信息头（版本和修改提示信息）2、变电站描述（电压等级、间隔层、电力设备、结点等）3、通信系统（MMS、GOOSE和SV的通信参数）4、智能电子设备描述（访问点、服务器、逻辑设备、逻辑结点、实例化数据DOI等）5、数据类型模板虚端子虚端子虚端子虚端子
30、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，将这些信号的逻辑连接点成为虚端子。SV、GOOSE数据传输=过程层传输。相关资料相关资料虚端子虚端子相关国网标准介绍相关国网标准介绍装置整体架构介绍装置整体架构介绍网址：电话：0Email:地址：中国济南花园路东首段88号与电力自动化一路同行与电力自动化一路同行p 经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量p Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over. I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日