IEC61850与数字化变电站.ppt

IEC61850与数字化变电站内容提要n IEC61850介绍nIEC61850国内外应用现状n数字化变电站关键技术分析n四方公司的工程实践IEC61850技术技术-背景背景n全称《变电站通信网络和系统》，规范了变电站内IED之间的通信行为n由IEC TC57制订（1995~2004）中国等同引用为DL/T860系列n目标 “一个世界，一种技术，一个标准”n代表了SAS技术的最新趋势，是实现数字化变电站的关键技术n是一个十分庞大的标准体系，不仅仅是一个普通通信协议IEC61850与数字化变电站的关系与数字化变电站的关系n“一次设备智能化，二次设备网络化”n通信是数字化变电站的关键nIEC61850为数字化变电站提供了全面的网络通信解决方案IEC61850技术技术-信息模型信息模型n模型- 通信传输的内容n原则： IEC61850使用动态方法采用面向对象建模方法，提供了基本素材，使用者可灵活采用建立自己的模型，也允许扩展n优点： 1）能够满足各种IED的个性化需求； 2）能够互操作； 缺点： 实现复杂，对硬件要求高。

IEC61850技术技术-信息模型信息模型nIEC61850数据组织示例：Physical Device(network address)Logical Device(e.g. Relay1)MMXU1MMXU2MXMXAVLogical NodesFunctional Constraint“MMXU2$MX$A” =Feeder #2 Current MeasurementsIEC61850技术技术-通信服务通信服务n通信服务-数据访问的方法n IEC61850定义了60多种服务，可满足数字化变电站通信需求n特点： 1）支持获取数据模型； 2）支持保护设备之间横向通信（GOOSE报文） IEC61850技术技术-通信服务通信服务n传统IED之间沟通方式：n IEC61850技术技术-通信服务通信服务nIED之间逻辑互锁：n 61850 GOOSEIEC61850技术技术-通信网络通信网络nIEC61850使用以太网技术n总线型和环网以及双网或单网等多种形式n以太网交换机必须支持优先级设置（IEEE802.1Q）和虚拟局域网（VLAN，IEEE802.1P）。

IEC61850技术技术-工程配置语言工程配置语言SCLn基于XML技术，IEC61850定义了一种变电站配置语言（SCL），描述变电站自动化系统与一次开关场之间的关系及IED配置情况nSCL提供了统一工程数据格式nSCL-实现了不同厂家工程工具的互操作，简化了工程实施过程IEC61850技术技术-一致性测试一致性测试IEC61850技术技术-一致性测试一致性测试IEC61850技术技术-发展发展IEC61850技术技术-获得互操作性的途径获得互操作性的途径n 统一数据模型n 统一服务模型n 统一通信协议n 统一物理网络n 统一工程数据交换格式n 统一一致性测试标准IEC61850技术技术-与现有技术比较与现有技术比较n互操作性互操作性 n数据模型数据模型n通信协议通信协议 n工程配置过程工程配置过程n影响范围影响范围 IEC61850应用现状应用现状-国外国外nIEC于2004年正式发布IEC61850n目前国际主要厂商产品都支持IEC61850n变电站层、间隔层应用比较多，过程层比较少n市场对IEC61850技术反应积极IEC61850应用现状应用现状-国外国外n2006年8月巴黎CIGRE会议，UCAING组织了13个厂商通过IEC61850进行产品的互联展示IEC61850应用现状应用现状-国外国外nABB在CIGRE的展台：IEC61850应用现状应用现状-国外国外nABB 三层结构：调度中心调度中心 (NCC)间隔层间隔层过程总线层过程总线层变电站层变电站层变电站总线变电站总线 (LAN)过程总线过程总线 (LAN)变电站主机变电站主机StationgatewayProtection过程总线接口过程总线接口Process InterfaceControl保护保护控制控制Control &ProtectionEngineeringstationIEC61850应用现状应用现状-国外国外nABB 三层结构：IEC61850应用现状应用现状-国外国外nSIEMENS在CIGRE的展台：IEC61850应用现状应用现状-国外国外nAREVA在CIGRE的展台：IEC61850应用现状应用现状-国外国外nAREVA在CIGRE的展台：IEC61850应用现状应用现状-国外国外nAREVA在CIGRE的展台：IEC61850应用现状应用现状-国内国内nDL/T860出版。

n成功进行了6次互操作实验n检测机构同步成长n2层结构已经有一些工程实例n3层结构在积极探索IEC61850应用现状应用现状-国内国内n2层结构层结构 1） 目前国内主要厂家能够提供二层结构的IEC61850变电站的技术方案 2）方案主要包含变电站层的监控系统、远动系统，间隔层的各种保护装置、测控装置等，用于工程实施的系统配置工具 3）主要采用双总线以太网架构为了满足GOOSE的需求，使用支持IEEE802.3P/Q标准的以太网交换机 4）国内主要厂家的通信服务基本没有问题在对IED建模方面，大家还存在一些差异IEC61850应用现状应用现状-国内国内n2层结构发展趋势层结构发展趋势 很快会在国内普及IEC61850应用现状应用现状-国内国内n3层结构层结构 1）非传统互感器（ECT/EPT，或OCT/OPT）取代电磁型互感器 传统断路器+智能终端 2）网络化保护/测控装置 IEC61850应用现状应用现状-国内国内n3层结构层结构 控制中心控制中心 监控主机监控主机远动主站远动主站交换机交换机路路由由器器r站控总线站控总线保护A测控单元r光电互感器保护B保护A测控单元传统一次设备保护BIEC61850-9-1IEC61850-8智能终端智能终端传统一次设备间隔层间隔层 过过程程层层r站站控控层层r光电互感器IEC61850应用现状应用现状-国内国内n3层结构层结构 智能终端基本功能： 1）通过过程总线接口给间隔层设备提供电气信息，接受间隔层设备的跳合闸等控制命令； 2）各断路器的智能终端输入开关位置、低气压、刀闸位置等状态量，输出跳合闸命令，含操作回路； 3）本体智能终端输入非电量、中性点刀闸位置、档位等信号，输出档位控制、中性点刀闸控制和风扇控制等接点。

IEC61850应用现状应用现状-国内国内n3层结构层结构n存在问题： 1）传统断路器+智能终端方式在技术上比较受限制，智能开关技术发展不快 2）国内非传统互感器运行时间短，经验少，其可靠性需要进一步考察； 3）与过程层配套的网络化间隔层IED运行时间短，经验少，还需要进一步观察 4）间隔层的组网方式还不成熟，有用IEC61850-9-1点对点方式的，也有用IEC61850-9-2方式的 IEC61850应用现状应用现状-国内国内n3层结构层结构 三层结构是技术发展的趋势目前还存在不少技术问题需要解决 IEC61850应用现状应用现状-国内国内n中国中国IEC61850互操作实验成果互操作实验成果n国内主要厂商IEC61850标准的研发和开发已经取得重大进展国内参加试验的大多数厂家的研究水平已基本与国外厂家处于同一水平n电科院检测中心作为IEC61850检测单位积累了的IEC61850检测经验，掌握了IEC61850的检测技术，为IEC61850在中国的推广做好了准备 IEC61850应用现状应用现状-国内国内nIEC61850工程实施规范工程实施规范 由国调中心牵头组织有关单位正在编写《IEC61850工程应用规范》。

关键问题分析关键问题分析-一次设备可靠性和使用寿命一次设备可靠性和使用寿命 n新型一次设备使用了电子电路，使一次设备的可靠性、稳定性以及使用寿命都成为人们关注的焦点与传统设备相比，新设备工程运行时间不长，还需要继续观察 关键问题分析关键问题分析-设计规程设计规程n现有变电站设计规程对于CT二次线圈的配置是有要求的，对于保护的配置也有一定的原则在数字化条件下，需要做部分调整 关键问题分析关键问题分析-设计规程设计规程n数字化变电站二次设计输出端子接线图形式将发生变化可使用虚端子法 关键问题分析关键问题分析-检测方法和运行规程检测方法和运行规程n新型一次设备对外实现了数字化接口，组合电器又将隔离开关和接地刀闸、EVCT集成到GIS罐体中，使得现有检测方法和运行规程不适应，需要做调整n保护、测控装置之间通过GOOSE进行逻辑配合，已经没有硬连线 关键问题分析关键问题分析-间隔层设备网络化间隔层设备网络化nIED硬件和软件需要改造，以适应与一次设备的接口 关键问题分析关键问题分析-过程层以太网交换机过程层以太网交换机nEMC要求非常高。

n IEEE802.1p和IEEE802.1q协议 关键问题分析关键问题分析-保护算法需要调整保护算法需要调整 n对于只使用单个间隔数据的保护，没有什么影响对于使用多个间隔甚至线路对侧数据的保护，例如：变压器保护、母线保护和光纤纵差，都涉及到同步以及算法调整的问题n对于差动保护，例如变压器保护，如果一侧为电子式CT，另一侧为传统电磁式CT由于2种互感器的特性不一样，情况会更加复杂 关键问题分析关键问题分析-测控装置测控装置 n原有的硬件频率跟踪等算法不再适用，需要使用新的算法此外，开入、开出不再自行采样，而是直接获得数字量结果，测控装置要做相关调整 关键问题分析关键问题分析-辅助装置辅助装置 n电压切换箱电压切换箱 n 备自投备自投关键问题分析关键问题分析-电度计量电度计量 n需要使用支持数字接口的新型电度表 关键问题分析关键问题分析-PMUn在使用PMU的数字化变电站中，时间同步源的技术指标和要求要按照PMU要求进行配置 关键问题分析关键问题分析-录波器以及保护故障信息系统录波器以及保护故障信息系统n在数字化变电站条件下，对故障信息子站的影响主要体现在信息输入和组织方式的变化。

要求故障信息子站能够以IEC61850方式接入并处理站内保护装置的信息n 随着IEC61850的应用，故障信息子站的保护信息接入越来越规范，将逐步结束现在各个协议并存的混乱局面，子站保护接入的工作将更容易开展关键问题分析关键问题分析-检测设备以及网络记录分析工具检测设备以及网络记录分析工具n从工程现场验收、检测，到厂家在开发过程中的自我验证，都需要相关的仪器设备支持目前的主要手段是动模、继电保护测试仪和RTDS等在数字化变电站条件下，这些仪器需要做一些调整，以适应新的需求n需要通信记录和分析工具四方公司的实践四方公司的实践-前期预研前期预研n2004年3月四方公司完成了IEC61850 DEMO系统的研发工作n2002年开始过程层研发 四方公司的实践四方公司的实践-工程实用化工程实用化n2005年11月完成工程实用化nCSC-2000（V2）变电站自动化系统n全面支持IEC61850标准 四方公司的实践四方公司的实践-检测检测n2005年11月CSC-2000（V2）变电站自动化系统在中国电力科院通RTU检测中心通过了检测n这是在检测中心通过检测的第一套支持IEC61850的系统。

n2007年1月6大类间隔层IED通过了检测四方公司的实践四方公司的实践-鉴定鉴定n2005年11月12日，CSC-2000（V2）变电站自动化系统通过了中国电机工程学会组织的技术鉴定n这是国内通过鉴定的第一套支持IEC61850的系统四方公司的实践四方公司的实践-V2系统涉及范围系统涉及范围n变电站层、间隔层众多设备n变电站层：当地监控、远动，及系统工具软件n间隔层：保护装置、测控装置，及工具软件四方公司的实践四方公司的实践-监控系统监控系统n在UNIX/Windows平台上开发，能够完成IEC61850客户端通信功能n 特点：接入IEC61850的同时能够兼容现有协议，能够较好满足IEC61850过渡期的需求四方公司的实践四方公司的实践-远动系统远动系统n在嵌入式远动主站上开发能够完成IEC61850客户端通信功能n特点：接入IEC61850的同时能够兼容现有协议，能够较好满足IEC61850过渡期的需求四方公司的实践四方公司的实践-系统配置工具系统配置工具 n按照IEC61850-6标准，设计系统配置器，该工具能够以设备能力描述文件（ICD）和系统描述文件（SSD）为输入，经过系统集成商的干预，输出供监控系统和远动使用的系统配置文件（SCD）和间隔层装置配置描述文件（CID）。

n 特点：使用方便，具有跨平台能力 四方公司的实践四方公司的实践- IED通信管理插件通信管理插件n为了满足在装置内运行IEC61850的需要，采用最新的嵌入式软硬件技术，设计了保护/测控通用的新型通信管理插件n 特点： 1）接口丰富，处理能力强； 2）操作系统先进，运行稳定 四方公司的实践四方公司的实践-IED 61850实现实现 n在新型通信管理插件上实现，装置内其他插件软件不改动，使装置具有良好的兼容和安全稳定性n特点：n 支持多种协议，适应性强，能够满足IEC61850过渡期的需求 CSC2000(V2)的的IEC61850互操作实验互操作实验 n参加了6次国内互操作实验n2006年2月27~28日在AREVA上海工厂与C264、P139两种装置进行了实验n2006年7月17~21日在ABB上海工程公司进行了与IED670和PCM600实验n2006年12月与SIEMENS、SEL进行了实验n2007年1月在北京与GE公司的保护进行了互操作实验过程层实现过程层实现-中低压变电站中低压变电站 n在中低压开关柜内，传感器与二次保护和测量设备距离较短，一般采用互感器模拟输出直接接保护装置，不经过AD转换和MU。

n特点：在中、低压变电站将保护、测控装置小型化、紧凑化，完整的安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计 四方公司的实践四方公司的实践-中低压变电站中低压变电站  n对高电压等级的情况一般采用数字输出，经过合并单元（MU）和交换机，二次装置通过网络实现资源共享保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元，如A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等将割离出来作为智能化一次设备的一部分，装置通过光纤以太网进行通信n特点：结构简洁，只要满足IEC61850-9协议就能接入，具有很好的兼容性四方公司的实践四方公司的实践-高压变电站高压变电站  过程层工程应用过程层工程应用 按间隔组织数据按间隔组织数据MU情况简介情况简介n符合IEC61850的要求n能工作在500KV变电站的开关场内，有优良的EMC能力n适应环境温度范围宽n当外界同步脉冲丢失时，利用内部的同步时钟仍可继续工作，但数据帧中有反应失步的信息n有鉴别同步脉冲是否有干扰的能力，也可用网络同步n可以按工程要求配置 可接过程层总线的保护可接过程层总线的保护n保护可接受符合IEC61850的采样值数据格式n采样速率可达4800点/S。

n采用双CPU与门判决方式，用双路数据源保证出口的可靠性n每个CPU板配有100M以太网，光纤输出和电气输出端口各一组n在有同步脉冲，和失去同步脉冲时，装置可根据情况执行不同的保护逻辑 工程应用工程应用 n2006年6月5日四方公司第一个IEC61850变电站-西安曹李村110kV变电站成功投运n2006年8月安定变投运n2006年12月广州花都变 n2007年6月泾河330kV IEC61850变电站投运n2007年国际市场 工程应用工程应用 –泾河北泾河北330kV工程工程n变电站层：监控系统，远动系统，系统配置器n间隔层：测控装置（四方）、高压线路保护（四方、南瑞）、中压线路保护（四方、南自）、变压器保护（四方、南瑞）、 母线保护（深圳南瑞、南瑞）、低压保护（四方） 共86台间隔层设备直接使用IEC61850与变电站层进行通信，完全取消了保护管理机等协议转化设备n是国内目前已经投运IEC61850变电站中，电压等级最高、接入厂家和设备数目最多， 集成度最高的变电站工程应用工程应用 –过程层过程层n天水平南变 变压器保护装置：CSC326FAn福建来舟变 线路保护装置：CSC161AZ, 测控装置： CSI200En咸阳桥底变 变压器保护装置：CSC326Fn西宁红湾变 线路保护装置：CSC161An通辽尼罗变 线路保护装置：CSC166An湖南大学线路保护测控装置：CSC211工程案例分析工程案例分析-聂刘聂刘330kV变电站变电站n第一个第一个IEC61850 330kV变电站。

变电站n北京四方作为系统集成商，提供监控和大部分保护北京四方作为系统集成商，提供监控和大部分保护n间隔层：间隔层：n北京四方：测控装置、高压线路保护、中压线路保北京四方：测控装置、高压线路保护、中压线路保护、变压器保护、低压馈线保护、低压系列测保一护、变压器保护、低压馈线保护、低压系列测保一体装置体装置n南瑞继保：高压线路保护、变压器保护、母线保护南瑞继保：高压线路保护、变压器保护、母线保护n国电南自装置：远跳装置、中压线路保护国电南自装置：远跳装置、中压线路保护n深圳南瑞装置：母线保护深圳南瑞装置：母线保护n投运时间：投运时间：2007年年6月月28日日 工程案例分析工程案例分析-聂刘聂刘330kV变电站变电站n出现的问题：出现的问题： 1）模型 不正确、内外不一致 2）服务 不规范n解决办法：解决办法： 1）预联调 2）要求修改工程案例分析工程案例分析-郭家屯郭家屯220数字化数字化 变电站变电站工程案例分析工程案例分析-郭家屯郭家屯220kV变电站变电站工程案例分析工程案例分析-郭家屯郭家屯220kV变电站变电站n唐山郭家屯变电站 1）完整3层结构 2）ECT/EPT,智能单元 3）保护GOOSE网络跳闸 4）全面取消二次电缆硬链接 5）220kV测保一体化 谢 谢。