智能变电站与IEC61850

智能变电站与IEC61850主要内容•什么是IEC61850•智能变电站的定义与网络结构•智能变电站的技术演进•智能设备功能及特点•SCL文件的基本结构•SCL文件与IED设备通信的关系•现场常用的工具及软件什么是IEC61850•IEC61850是国际电工委员会（IEC）颁布的新一代的变电站自动化系统标准。颁布时间为2003年，国内颁布的等同的标准为DL/T860.xx-2006。•它不是一个单纯的通信协议，它定义了一套实现智能化变电站的标准体系。•阐述了智能化变电站的总体要求•阐述变电站系统的建模方法•制定了满足实时信息和其它信息传输要求的服务模型•规定了协议栈，阐述了应用到协议映射方法及相关协议何为IEC61850•互操作性--不同厂家的IED之间交互数据--使用这些数据实现自己的功能•自由组态--自由分配智能设备的功能--支持客户的任意设计理念—集中式或分布式系统•长期稳定性--面向未来--符合通信系统主流的发展方向--符合系统发展的要求IEC61850目标IEC61850标准•第6部分---变电站配置描述语言（SCL）•第7-1部分---原理和模型•第7-2部分---抽象通信服务接口（ACSI）•第7-3部分---公用数据类•第7-4部分---兼容的逻辑节点类和数据类•第8-1部分---特定通信服务（SCSM）映射到MMS和ISO/IEC8802-3•第9-1部分---特定通信服务（SCSM）通过串行单方向多点共线点对点链路传输采样测量值•第9-2部分---特定通信服务（SCSM）通过ISO/IEC8802-3传输采样测量值IEC61850主要部分基本术语•智能电子装置intelligentelectronicdevice（IED）•一种带有处理器、具有以下全部或部分功能的装置：（1）采集或处理数据；（2）接收或发送数据；（3）接收或发送控制指令；（4）执行控制指令。如具有智能特征的变压器有载分接开关的控制器、具有自诊断功能的现场局部放电监测仪等。•合并单元mergingunit(MU)•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。合并单元可以是互感器的一个组成件，也可以是一个分立单元。•制造报文规范manufacturingmessagespecification(MMS)•ISO/IEC9506标准所定义的一套用于工业控制系统的通信协议。MMS规范了工业领域具有通信能力的智能传感器、智能电子设备（IED）、智能控制设备的通信行为，使出自不同制造商的设备之间具有互操作性（Interoperation）。基本术语•面向变电站事件通用对象服务genericobjectorientedsubstationevent(GOOSE)•它支持由数据集组织的公共数据的交换。主要用于实现在多个IED之间实现信息传递，包括传输保护功能的闭锁和跳闸，具有高的传输成功概率。•采样值SampledValue(SV)•站控层stationlevel•间隔层baylevel•过程层processlevel基本术语•IED能力描述文件IEDCapabilityDescription（ICD文件）•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。•系统规格文件SystemSpecificationDescription（SSD文件）•全站唯一，该文件描述变电站一次系统结构以及相关联的逻辑节点，最终包含在SCD文件中。•全站系统配置文件SubstationConfigurationDescription（SCD文件）•全站唯一，该文件描述所有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，由系统集成厂商完成。SCD文件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。•IED实例配置文件ConfiguredIEDDescription（CID文件）•每个装置唯一，由装置厂商根据SCD文件中本IED相关配置生成。智能变电站的定义与网络结构何为智能变电站•智能变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在DL/T860(IEC61850)标准和通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。•电子式互感器合并单元、智能终端•IEC61850通信标准高级应用智能变电站的网络结构……智能变电站的网络结构•站控层位于变电站的顶层，包括主机与操作员站、远动通信系统、对时系统等，其主要功能是汇总实时数据，实现全站设备的监视、告警、控制等交互功能，同时执行调度下达的操作命令。智能变电站的网络结构•间隔层位于站控层与过程层的中间，包括保护、测量、控制和录波等二次装置，其主要任务是对一次设备进行保护和控制，实现本间隔内的操作闭锁，并进行一次电气量的运算和计量。•过程层位于智能变电站的最底层，典型设备包括：常规/电子式互感器、智能终端（执行单元）、合并单元等，其主要功能是进行一次电气量采集、执行操控命令和检测设备状态。智能变电站的体系架构智能变电站的体系架构智能变电站的体系架构智能变电站技术的演进智能变电站的技术演变•常规综合自动化变电站将计算机技术和网络通信技术应用于变电站，取代强电一对一控制方式，实现站内监控和远方调控的有效整合。•数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在DL/T860(IEC61850)通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。智能变电站的技术演变•智能变电站是采用先进、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的变电站。•新一代智能变电站的技术特征仍在不断探索之中，但总体而言有系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体等方面。智能变电站的技术演变技术分类常规变电站数字变电站系统架构分层分布、开放式的计算机监控系统设备分层“站控”、“间隔”两层结构“站控”、“间隔”、“过程”三层结构间隔层设备保护、测控等装置测控、保护、故障录波等过程层设备无“互感器+合并单元”、“电力功能原件+智能组件”通信规约103规约为，主结合各厂商私有协议IEC61850通信介质Worldfip、CAN总线、以太网双绞线等以太网双绞线、光纤数据模型因各厂商而异IEC61850标准数据模型遥测量传输方式电气模拟量数字量测量系统精度取决于测量系统各环节传感器精度较常规变电站更高遥测量采样同步保护、测控装置内完成合并单元负责完成遥信、遥控、遥调量传输方式电缆硬接线网络软报文遥信、遥控、遥调量传输延时无≤4ms设备互操作仅限于站控层与间隔层的测控装置间全站非跨层级的所有智能二次设备设备间连线复杂简单控制电缆量较大较小交换机数量较少较多调试设备试验电源、传统校验设备数字化测试、校验仪等智能变电站的技术演变特点1：全站信息数字化特点2：通信平台网络化特点3：信息共享标准化特点4：高级应用互动化智能变电站的技术演变技术分类数字变电站智能变电站设备状态监视无配置设备状态监测系统，对关键设备进行实时在线监测，个别监测量采用离线监测手段实现。为计划检修提供数据基础支撑。监控系统功能测量、控制等常规功能测量、控制、防误操作、保护管理等功能一体化管理设备功能各专业功能由独立装置各自实现设备功能高度集成。辅助控制系统系统分散，功能独立实现，无相互协同建立了服务于运行管理的全面的辅助控制系统，各子功能模块根据需要相互协同，实现智能化管理。数据管理根据专业划分，自动化、保护等数据分别独立管理实现站内Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区全业务数据的统一管理，包括SCADA、保护、录波、计量、状态监测、辅助控制等应用扩展无基于对站内全景数据的深度挖掘，实现智能告警与故障综合分析、事故信息综合分析决策等站内高级应用功能。智能调度支持无实现了顺序控制、支撑经济运行与优化控制、源端维护等协同互动功能建设方式厂家分散供货，现场安装调试。一体化设计、工厂化加工调试、集成供货、模块化安装、装配式建设。如预制舱式二次组合设备、装配式建构筑物等。数据管理根据专业划分，自动化、保护等数据分别独立管理实现站内Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区全业务数据的统一管理，包括SCADA、保护、录波、计量、状态监测、辅助控制等智能变电站的技术演变•随着智能变电站技术的不断发展，国内和国际上又提出了集成式隔离断路器、智能变压器、气体绝缘开关柜以及层次化保护控制系统等诸多新技术、新概念，并逐渐开展了新一代智能变电站的设计、调试与建设。智能变电站的技术演变技术分类智能变电站新一代智能变电站间隔内一次设备断路器、隔离开关、互感器等独立配置、独立安装。集成式隔离断路器将常规断路器、隔离开关、接地开关、互感器等设备功能集于一身，且集成状态监测功能，大大提高了设备及功能的集成度。满足相关内\外部条件时取消母线\出线侧隔离开关。间隔内电气接线同常规站改变了接线型式，简化了间隔内电气接线。间隔内配电装置形式同常规站集成式隔离断路器、气体绝缘母线(GIB)等设备组合使得配电装置尺寸较常规AIS方案大大缩减，有效减少配电装置占地及站内道路用地，配电装置布置型式大大简化。间隔内一次设备断路器、隔离开关、互感器等独立配置、独立安装。集成式隔离断路器将常规断路器、隔离开关、接地开关、互感器等设备功能集于一身，且集成状态监测功能，大大提高了设备及功能的集成度。满足相关内\外部条件时取消母线\出线侧隔离开关。智能电力变压器变压器+智能组件变压器+智能组件，对于110kV变压器智能组件与变压器本体集成。开关柜常规开关柜可配置气体绝缘开关柜，二次设备与开关柜一体化集成设计。二次系统一体化监控系统层次化保护控制系统。在一体化监控系统的基础上，设置了站域保护控制系统和就地级保护两级保护。构建了一体化业务平台，站内不划分安全Ⅰ、Ⅱ区。测控装置220kV测控独立配置测量、控制、计量、PMU功能集成，装置功能集成度进一步提升。•信息传输方面–保护功能相关信息传输：光纤替代电缆–自动化信息传输：网络替代电缆—信息共享–通信标准：IEC61850替代103•IEC61850通信协议和信息模型，高度互操作性，支持高级应用•支持采样值传输和实时开关量传输–端子连接：虚端子代替物理端子、逻辑连接替代物理连接智能变电站的主要优点：变电站传输和处理的信息全数字化；统一的信息模型：数据模型、功能模型；统一的通信协议，各种功能共用统一的信息平台；电子式互感器测量精度高、无饱和、无CT二次开路；二次接线简单，光纤取代电缆，电磁兼容性能优越；信息传输通道都可自检，可靠性高；智能设备功能及特点合并单元合并单元基本概念•合并单元（MergingUnit，MU），由IEC标准定义，是过程层的关键设备，是对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层设备使用的装置。•合并单元可以是互感器的一个组成件，也可以是一个分立单元。它在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，它作为遵循IEC61850标准的数字化变电站间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。合并单元基本概念•把采集器（或互感器采集单元）输出的数字量进行同步合并处理，并按IEC61850-9-1/2标准转换成以太网数据输出到过程层网络或IED。测量用电流传感器保护用电流传感器一次电流采集器电压传感器合并单元…激光电源同步信号采样数据…时钟输入电源传感头其他传感头（数字/模拟；光/电）数字量输出（光/电）规约转换合并同步合并单元分类•合并单元按照功能一般分为间隔合并单元和母线合并单元–间隔合并单元用于线路、变压器和电容器等间隔电气量采集，发送一个间隔的电气量数据。电气量数据典型值为三相电压、三相保护用电流、三相测量用电流、同期电压、零序电压、零序电