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智能變電站簡要介紹

主要內容

一體化電源的典型配置2 IEC61850標準3

智能變電站的概念1

時鐘同步41智能變電站的概念智能變電站是智能電網的重要內容智能變電站對智能電網的建設將起到先驅作用智能電網輸電發電變電配電調度用電變電領域的發展重點是智能變電站1智能變電站的概念變電站綜合自動化智能變電站變電站層間隔層過程層微機保護/一體化電源計算機監控系統新型電子式互感器數字化一次設備網絡IEC61850-8網絡IEC61850-9一次設備計算機監控系統微機保護/直流電源電磁式互感器網絡103規約電纜2一體化電源的典型配置2.1一體化電源的特點各種操作電源高度整合，集中監控；統一用DL/T860標準接入自動化系統；全部饋出開關均采用模塊化設計；遠程可操作系統中任一個可操控部件；12343IEC61850標準IEC61850標準的內容框架建模方法7-4邏輯節點物理設備邏輯設備數據對象數據屬性7-15信息模型信息服務模型公共數據類7-3模板7-2面向變電站層的通信面向過程層的通信8-19-1/9-2設備與系統的描述6MMS報文SV報文GOOSE報文8-14IEC61850標準IEC61850模型與103模型103模型：點表形式，按照索引號進行訪問IEC61850模型：面向對象的分層模型，按照分層對象名稱進行訪問列表表示圓上每一個點的坐標給出圓心坐標和半徑，方程表示O(x1,y1)R4IEC61850標準功能類型信息序號信息元素集信息體時標信息體標識符公共地址傳送原因可變結構限定詞類型標識數據單元類型<29>:傳送帶標志的狀態變位<1>:自發（突發）<178>:線路保護<78>:距離保護I段出口256個語義<79>:距離保護II段出口<80>:距離保護III段出口103模型：線性模型數據屬性邏輯節點數據對象邏輯設備物理設備4IEC61850標準PHDLDLNDODA實際的保護裝置公用/保護/測量/控制/錄波StrOp保護動作保護啟動generalphsAphsBphsC是否動作（總）A相是否動作B相是否動作C相是否動作接地距離I段：PDIS1接地距離II段：PDIS2接地距離III段：PDIS31100分層模型4IEC61850標準IEC61850的模型框架邏輯節點類LN物理設備PHD邏輯設備LD數據對象類DO數據屬性DA公共數據類CDC模板29個500多個92個公共LD：裝置告警/裝置自檢信息保護LD：保護啟動/保護動作/定值/壓板信息測量LD：交流量/直流量控制及開入LD：斷路器/刀閘/變壓器分接頭錄波LD：錄波信息邏輯節點組組代號系統邏輯節點（SystemLogicalNode）L繼電保護功能（ProtectionFunction）P繼電保護相關功能（ProtectionRelatedFunction）R監視控制（SupervisoryControl）C通用引用（GenericReference）G接口和存檔（InterfacingandArchiving）I自動控制（AutomaticControl）A計量和測量（MeteringandMeasurement）M開關（Switchgear）X儀用變壓器（InstrumentTransformer）T電力變壓器（PowerTransformer）Y未來電力系統設備（FuturePowerSystemEquipment）Z4IEC61850標準4IEC61850標準距離保護邏輯節點模板：PDIS（1/2）數據對象名CDC類型說明StrPctRchOfs啟動范圍百分比偏移ACDASGASGPoRch歐姆圓直徑ASGPhStr相啟動值ASGGndStr對地啟動值ASGDirMod方向模式INGAngLod負荷區域角度ASGOp動作ACTpctOfsRisLod偏移百分比負荷區域電阻范圍ASGASGM/OMOOOOOOOMOOACD：方向保護激活ACT：保護激活ASG：模擬定值ING：整數狀態定值4IEC61850標準距離保護邏輯節點模板：PDIS（2/2）數據對象名CDC類型說明動作時間延遲線路阻抗角OpDlTmmsLinAngINGASG相間故障動作時間延時PhDlTmmsING單相故障動作時間延時模式GndDlModSPG單相故障動作時間延時GndDlTmmsING線路正序阻抗X1ASG零序補償系數角K0FactAngASG相間故障動作延時模式PhDlModSPG零序補償系數K0K0FactASGTmDlMod動作時間延遲模式SPG復歸延時RsDlTmmsINGM/OOOOOOOOOOOOASG：模擬定值ING：整數狀態定值SPG：單點狀態定值4IEC61850標準IEC61850模型擴展原則邏輯節點類LN物理設備PHD邏輯設備LD數據對象類DO數據屬性DA公共數據類CDC模板LN、DO和CDC都可以擴展IEC61850模型體系結構擴展應遵循國網公司標準《IEC61850國際標準工程化實施技術規范》《IEC61850工程應用模型》4IEC61850標準數據對象名OpLinAngPoRchOfsGndDlTmmsX1K0FactAngGndStrK0FactStrGndDlModPDIS邏輯節點模板……M/OMOOOOOOOOMOO實際工程中的PDIS邏輯節點數據對象名OpStr強制性數據對象必須包含PoRchOfsGndStrK0FactAngK0Fact選擇需要利用的可選性數據對象TrdBlkRecSedBlkRec距離Ⅱ段永跳投入

距離Ⅲ段永跳投入

PDIS模板中未提供的數據對象按規則擴展CDC類型SPGSPG模型倉庫邏輯節點數據對象數據屬性模板“拷貝”實例設備1設備n搭建裝置的信息模型4IEC61850標準4IEC61850標準IEC61850標準的內容框架建模方法7-4邏輯節點物理設備邏輯設備數據對象數據屬性7-15信息模型信息服務模型公共數據類7-3模板7-2面向變電站層的通信面向過程層的通信89-1/9-2設備與系統的描述6MMS報文SV報文GOOSE報文84IEC61850標準3）保護與合并單元模擬量合并單元智能終端SVGOOSE1）保護與監控主機保護動作信息/異常告警信息定值信息/錄波信息等2）保護與智能終端采樣值信息（SV）狀態信息（GOOSE）開關量監控主機MMSMMS三類服務模型：MMS、GOOSE和SV4IEC61850標準MMS服務模型定值組控制塊模型報告控制塊日志控制塊模型控制模型文件傳輸模型……錄波數據文件的傳輸分合閘控制，變壓器抽頭控制事件順序記錄的檢索保護動作信號上傳當地監控定值的讀/寫/切換4IEC61850標準GOOSE報文的格式參數名參數類型值/值域/解釋應用標識配置版本號AppIDConfRevVISIBLESTRING65INT32U時標TEntryTime狀態號（事件計數器）StNumINT32U序列號（報文計數器）SqNumINT32U測試標識位TestBOOLEAN數據集成員1~nGOOSEData[1～n]GOOSE控制塊路徑GoCBRefObjectReference需要重新配置NdsComBOOLEANDatSet數據集的路徑ObjectReference4IEC61850標準數據集的概念GndPDIS1GndPDIS2GndPDIS3generalOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCGndPDIS1.Op.generalGndPDIS2.Op.generalGndPDIS3.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsCGndPDIS2.Op.PhsAGndPDIS2.Op.PhsBGndPDIS2.Op.PhsCGndPDIS3.Op.PhsAGndPDIS3.Op.PhsBGndPDIS3.Op.PhsC數據對象100100000000接地距離保護I段動作跳A相數據屬性的集合邏輯節點數據屬性4IEC61850標準數據集GndPDIS1.Op.general……GndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC保護程序通信程序負責刷新數據集中數據的值置1：表示動作置0：表示返回監視數據集中數據值的變化一旦發生變化就認為產生一個事件以特殊的重傳機制發送GOOSE報文4IEC61850標準GOOSE傳輸機制：變時間間隔重復傳輸事件結束后以較長的間隔連續傳輸（1s），以保持通信線路的暢通事件發生時以較短的間隔連續傳輸（1ms，2ms，4ms），避免數據報文的丟失事件計數器C1報文計數器C2C1=8C2=10C1=9C2=0C1=9C2=5保護動作4IEC61850標準保護程序判斷結果距離I段動作，跳A相St5Sq8St6Sq0St6Sq1St6Sq2St6Sq3St7Sq0St加1，Sq清零事件發生時刻St7Sq3St5Sq71024ms1ms1ms2ms1024msSt：事件計數器Sq：報文計數器GndPDIS1.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC0000110011001100110000000000保護程序：刷新數據0000通信程序：監測數據變化/傳輸GOOSE報文000000000000St7Sq1返回時間到St7Sq2St7Sq4事件發生時刻St加1，Sq清零1ms1ms2ms4IEC61850標準IEC61850標準的內容框架建模方法7-4邏輯節點物理設備邏輯設備數據對象數據屬性7-15信息模型信息服務模型公共數據類7-3模板7-2面向變電站層的通信面向過程層的通信89-1/9-2設備與系統的描述6MMS報文SV報文GOOSE報文8變電站系統與設備的描述4IEC61850標準SSD：系統規格文件（一次系統接線圖和相關邏輯節點）SCD：全站系統配置文件（一次系統、二次設備及其 與一次設備的關聯、通信系統）是最完整的描述ICD：IED設備能力描述（功能，信息模型和服務模型）CID：IED實例配置文件（二次設備模型、與一次系 統的關聯、通信參數）

四個重要的描述文件各種描述文件的作用和流轉過程4IEC61850標準.ssd文件(1個，系統集成商提供).icd文件(多個，由制造商提供)描述一次接線圖描述二次設備的基本數據模型與服務通信系統設計.scd文件描述一次接線、二次設備和通信系統（最完整）實例化，確定二次設備與一次系統的對應關系…….cid文件.cid文件描述二次設備模型、通信參數及與一次系統的對應關系4IEC61850標準PhtoPh_PDIS_1PhtoPh_PDIS_2PhtoPh_PDIS_3TCTR1XCBR1XCBR2TCTR2.ssd文件LD_1LinePro_1PhtoPh_PDIS_1PhtoPh_PDIS_2PhtoPh_PDIS_3LD_1LinePro_2PDIS_1PDIS_2PDIS_3LD_1DisRelay.icd文件.cid文件.cid文件.scd文件通信系統SVGOOSETVTR14IEC61850標準“端子”的概念對于二次回路的設計/施工/調試意義重大！裝置1UaUbUcIaIbIcTaTbTc壓板…裝置2TaTbTc壓板…電纜4IEC61850標準傳統二次回路設計與實施過程：

1）設備制造商提供端子排，視需要在重要端子排和裝置之間設置壓板

2）設計院設計各個屏柜的端子排之間的二次電纜連線

3）施工：根據設計院的設計圖紙進行屏柜間接線

4）調試：根據圖紙對相關接線進行測試和檢查4IEC61850標準清晰明確的電纜變成看不見摸不著的通信網絡裝置1裝置2GOOSEGOOSEGndPDIS1.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC數據集軟壓板軟壓板4IEC61850標準引入虛端子后二次回路設計和實施4IEC61850標準延續以往的端子排設計與校核清晰明確的電纜連接變成看不見摸不著的通信網絡引入“虛端子”概念設計院方面制造商方面交換描述文件.scd和.cid配置輸入輸出并校核用戶方面引入“虛端子”概念網絡報文分析裝置監視通信回路、記錄網絡報文4IEC61850標準IEC61850-90-1：變電站間的IEC61850規約（2010年） 閉鎖式的距離保護 線路差動保護 IEC61850應用范圍的擴大IEC61850-90-2：變電站與調度中心的IEC61850規約 包括遠動信息、故障信息、PMU信息等

需要解決IEC61850與IEC61970CIM之間的協調IEC61850-7-410：水電廠監控系統模型IEC61850-7-420：分布式能源監控系統模型IEC61850-90-3：電力設備狀態監測

按功能分多種協議：101：傳統的遠動信息102：計量信息103：保護信息104：基于TCP/IP的網絡化101電力系統通信系統現狀基于IEC61850的無縫通信體系結構IEC61850協議不僅統一站內的通信，還擴展到變電站與變電站之間，變電站與控制中心之間。IEC61850主要內容：信息模型&服務模型統一的、面向對象的層次化信息模型三類信息服務模型MMS：運行維護報文GOOSE：開關量報文SV：采樣值報文配置描述文件的作用IEC61850標準應用范圍的擴大小結

主要內容

電子式互感器/合并單元2

智能終端3

智能變電站的優勢1 IEC61850標準4

時鐘同步55

時鐘同步三種采樣值規范IEC60044-8點對點IEC61850-9-1點對點（已廢除）IEC61850-9-2點對點或交換式以太網三種時鐘同步方式IRIG-BNTP/SNTP（簡單）網絡時鐘協議IEEE1588精確時鐘協議采樣值規范比較5時鐘同步IEC60044-8IEC61850-9-2幀格式IEC60870FT3以太網幀網絡結構點對點方式點對點方式/交換式以太網傳輸速率5Mbps采樣率<5k100Mbps/1000Mbps采樣率=4k，12.8k傳輸延遲固定點對點時固定交換式以太網時不固定數據同步不依賴外部時鐘采用交換式以太網時依賴外部時鐘標準維護已被取消標準長期支持5

時鐘同步守時：獨立的時鐘保持時間精確的能力（晶振）時鐘同步：從時鐘與主時鐘保持一致的能力數據同步：差動保護所用的數據是同時刻采集的數據電力系統的絕大多數參數都是時間的函數同步等級精度目的T1±1ms事件時標T2±0.1ms分布同期和數據時標T3±25us-T4±4us-T5±1us線路行波測距、同步相量5時鐘同步需要時鐘同步的設備對策：a）保護裝置插值同步（各間隔合并單元可以不同步）b）保證各間隔合并單元嚴格同步，同時刻采集數據1）各相電流、電壓的同步2）各間隔電流、電壓的同步

跨間隔保護需要同時刻采集的數據對策：合并單元內實現同步IRIG-BIEEE15885時鐘同步插值同步方法X1X2由保護裝置實現數據同步保護裝置自己產生一個新的采樣序列要求：傳輸延遲固定5時鐘同步變壓器保護高壓側合并單元中壓側合并單元低壓側合并單元………………采樣計數器013999各個合并單元保證同時刻采集數據接收端根據采樣計數器對齊數據時鐘同步方式比較5時鐘同步IRIG-BNTP/SNTPIEEE1588同步精度1us1ms1us同步方式點對點方式點對點方式/交換式以太網點對點方式/交換式以太網成本較低低很高應用已廣泛采用同步精度低，只能應用于變電站層同步精度高，可應用于過程層5時鐘同步NTP/SNTP時鐘同步原理t：時鐘偏差d1，d2：傳輸時間T2－(T1+t)=d1T4－(T3－t)=d2其中

如果往返的傳輸時間相等，根據四個時刻可以求得時鐘偏差和傳輸時間主時鐘從時鐘T1T1+td1d2T2T2-tT3T3-tT4得知T2，T35時鐘同步NTP/SNTP時鐘同步精度不高的原因（1ms）網絡路徑時間應用層表示層數據鏈路層會話層傳輸層網絡層物理層應用層表示層數據鏈路層會話層傳輸層網絡層物理層主時鐘從時鐘寫入/讀取時標報文編碼報文解碼不確定不確定不確定三個環節都具有不確定性，d1與d2不相等，偏差大在高層（應用層）打時標，傳輸時間包含三個環節5時鐘同步舉例說明網絡路徑時間應用層表示層數據鏈路層會話層傳輸層網絡層物理層應用層表示層數據鏈路層會話層傳輸層網絡層物理層主時鐘從時鐘345214d1=8d2=115時鐘同步IEEE1588時鐘同步原理（1）在底層（物理層）打時標，避免了報文處理時間的不確定性主時鐘從時鐘T1d1T2得知T1T3跟隨報文含T1時刻得知T4d2T4