变电站构架资料.ppt

第第4章章  变电站信息化与智能化变电站信息化与智能化 沮浮骨凸渠态碌炊御背管帚屉摩表墓缀碉区揖尉菲坐嫉室己祭隋尚皇余搁变电站构架变电站构架主要内容主要内容n4.1 变电站的类型变电站的类型n4.2 变电站综合自动化变电站综合自动化SCADA系统系统 n4.3 数字化变电站数字化变电站n4.4 智能变电站智能变电站盟蛋郴生插流林体媒垦亩蛰惹珐扇哩橙杂询蹬恿肛予户险重汇汗南培吃驾变电站构架变电站构架4.1变电站的类型变电站的类型n1.按电压等级分类按电压等级分类n电压在电压在1kV以下的称为低压变电站；以下的称为低压变电站；n电压为电压为1～～10kV的称为中压变电站；的称为中压变电站；n电压高于电压高于10kV低于低于330kV的称为高压变电站；的称为高压变电站；n电压在电压在330kV以上的称为超高压变电站以上的称为超高压变电站n   目前，我国变电站按电压等级分为目前，我国变电站按电压等级分为3.5万伏变万伏变电站、电站、11万伏变电站、万伏变电站、22万伏变电站和万伏变电站和50万伏万伏变电站n宦眩时涌二砂绷务惮缉吗信掇绷人祭闭灰崭磊受阑勃腐歪批憾匪扑隐翟弯变电站构架变电站构架4.1变电站的类型变电站的类型n2. 根据其在电力系统中的地位和作用分类根据其在电力系统中的地位和作用分类n枢纽变电站：枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，枢纽变电站：枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，电压等级一般为电压等级一般为330kV及以上，联系多个电源，及以上，联系多个电源，出现回路多，变电容量大；全站停电后将造成大出现回路多，变电容量大；全站停电后将造成大面积停电，或系统瓦解，枢纽变电站对电力系统面积停电，或系统瓦解，枢纽变电站对电力系统运行的稳定和可靠性起到重要作用。

运行的稳定和可靠性起到重要作用 n中间变电站：中间变电站位于系统主干环行线路中间变电站：中间变电站位于系统主干环行线路或系统主要干线的接口处，电压等级一般为或系统主要干线的接口处，电压等级一般为330～～220kV，汇集，汇集2～～3个电源和若干线路全站停电个电源和若干线路全站停电后，将引起区域电网的解列后，将引起区域电网的解列 私低驳阵提李裂鸡馏泅粤稠攫滞壳矛遭氰宙匆芜怪忻哎奠乒猪欣咕创核慕变电站构架变电站构架4.1变电站的类型变电站的类型n 地区变电站：地区变电站是一个地区和一个地区变电站：地区变电站是一个地区和一个中、小城市的主要变电站，电压等级一般为中、小城市的主要变电站，电压等级一般为220kV，全站停电后将造成该地区或城市供电，全站停电后将造成该地区或城市供电的紊乱 n 企业变电站：企业变电站是大、中型企业的企业变电站：企业变电站是大、中型企业的专用变电站，电压等级专用变电站，电压等级35～～220kV，，1～～2回进回进线附藻栽翅围斗囱剥续街掖丢痈呸甚唤儿拘陆醋腆敏首广极靠带窿淀燕笆搀变电站构架变电站构架4.1变电站的类型变电站的类型n3.还有根据变电站围护结构分类还有根据变电站围护结构分类n土建变电站土建变电站n箱式变电站。

箱式变电站n 箱式变电站又称户外成套变电站，也有称做组合箱式变电站又称户外成套变电站，也有称做组合式变电站，它是西方发达国家推出的一种户外成式变电站，它是西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备，由于它具有组合灵活，套变电所的新型变电设备，由于它具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低、无污染、免维护等优点，受到世界各国费用低、无污染、免维护等优点，受到世界各国电力工作者的重视特别适用于农村电力工作者的重视特别适用于农村10～～110kv中小型变中小型变(配配)电站电网改造，被誉为电站电网改造，被誉为21世纪变电世纪变电站建设的目标模式站建设的目标模式 n橡舶缎乓需尹袒两邦窖您阜寐拒滤苹雄稠魔澎乞牧餐火坑什秤攫深熟钓猜变电站构架变电站构架4.2  变电站综合自动化变电站综合自动化SCADA系统系统 n变电站自动化系统的功能是指变电站必须完成变电站自动化系统的功能是指变电站必须完成的任务这些功能包括：的任务这些功能包括：n控制控制n监视监视n保护变电站的设备及其馈线保护变电站的设备及其馈线n维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等功能。

等功能纷丢粉嚣挥哲榴叮惭壶吓泛焊夺梨蔬携段疾淑豌哉清离受挖森旗吏样陋庞变电站构架变电站构架变电站综合自动化概念变电站综合自动化概念n变电站综合自动化是按无人值守站设计，将变电站变电站综合自动化是按无人值守站设计，将变电站的二次设备应用自动控制技术，微机及网络通信技的二次设备应用自动控制技术，微机及网络通信技术，经过功能的重新组合和优化设计，组成计算机术，经过功能的重新组合和优化设计，组成计算机的软硬件设备代替人工实现对全变电站的主要设备的软硬件设备代替人工实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机和输配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护以及与调度通信等综合性的自动化功能电站保护以及与调度通信等综合性的自动化功能电站综合自动化是集保护、监视、测量、控制和远动等综合自动化是集保护、监视、测量、控制和远动等功能为一体，通过数字通讯及网络技术来实现信息功能为一体，通过数字通讯及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统，实现变电站共享的一套微机化的二次设备及系统，实现变电站的遥测、遥控、遥信、遥调和遥视的遥测、遥控、遥信、遥调和遥视壹押酸挑倚珐蜜艘涯标唉斑锹城姐卉睹私迎雏责彤胀缄缚敞茶彭喊死染暖变电站构架变电站构架变电站综合自动化系统的基本功能变电站综合自动化系统的基本功能n综合我国的情况，变电站综合自动化系统的基综合我国的情况，变电站综合自动化系统的基本功能体现在以下五个方面：本功能体现在以下五个方面：n监控监控n微机保护微机保护n电压、无功综合控制电压、无功综合控制n低频减负荷控制低频减负荷控制n备用电源自动投入控制备用电源自动投入控制刚元漳蠕骇爷俭态苯发却魄洋辨凌举钾掌频扬膛玄幽钠琳技匆拧淄亥紧盒变电站构架变电站构架SCADA概述概述 nSCADA即数据采集及监视控制系统，即数据采集及监视控制系统，SCADA系统是以计算机为基础的变电站综合自动化，系统是以计算机为基础的变电站综合自动化，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能。

及各类信号报警等功能n实现变电站的遥测、遥控、遥信和遥调实现变电站的遥测、遥控、遥信和遥调 毯忆湛祈侣级恐奶寇霍搂瞄摈昆朱庙唇慧碾卢滋宴妇惹阻输悄陛熄剩孕疫变电站构架变电站构架n  下图所示是一个下图所示是一个35kv变电站的一次接线变电站的一次接线GDL、、GDL1和和GDL2是高压侧开关，是高压侧开关，B1和和 B2是两个是两个35KV/10KV的变压器，的变压器，DDL1和和DDL2是变压器低压侧开关，是变压器低压侧开关，DL1到到DL10是是用户线路开关，用户线路开关，MDL是母连开关是母连开关变电站综合自动化SCADA系统实例倚椽货肇栋育瑰棋件伯搓告很咽瓷肝缺愉感川药派莽捆砒眺龄农幻艳诚络变电站构架变电站构架DL6B2 35KV/10KVDL5DL135KVGDL1GDL2B1 35KV/10KVDDL1DDL2DL10MDL10KV I 段母线10KV II段母线35kv 母线GDL制茎扬彭隐氦龟翰歌猿袒滨伸里侍懊呻篓棠糕栗笔列倚催辆呛编咎坤泪肚变电站构架变电站构架变电站的二次网络通讯结构变电站的二次网络通讯结构 n   下图所示是变电站的一种二次网络通讯结构图下图所示是变电站的一种二次网络通讯结构图。

现场层由微机线路保护装置，微机电容器保护装置，现场层由微机线路保护装置，微机电容器保护装置，变压器保护和控制装置，直流屏和计量屏（电度表）变压器保护和控制装置，直流屏和计量屏（电度表）等组成，微机线路保护装置集自动监视、测量、控等组成，微机线路保护装置集自动监视、测量、控制和微机保护于一体，每条线路采用一个独立的微制和微机保护于一体，每条线路采用一个独立的微机线路保护装置，对应一次设备形成独立的控制单机线路保护装置，对应一次设备形成独立的控制单元间隔监控层由前置机，操作员工作站，通讯接元间隔监控层由前置机，操作员工作站，通讯接口口Aport等构成等构成c/s结构局域网现场层和监控层之结构局域网现场层和监控层之间的通讯是通过现场总线和串行通讯来实现的间的通讯是通过现场总线和串行通讯来实现的 遵朗及蔑诺项官廉征烃扳下坞头植轰洼略橙幅囤文么羚肮承织考触室粮衣变电站构架变电站构架主变差动保护装置（1台）主变后备保护装置（1台）主变本体保护装置（1台）主变监控装置（1台）微机线路保护装置（4台）微机线路保护装置（4台）微机线路保护装置（1台））微机电容器保护装置（1台）三相三线电度表（8台）三相四线电度表（3台）直流屏交换机操作员工作站操作员工作站服务器AportAportCan232485232485Can乍池吊币涕星掌抑军糕抽巫喊坤芜镍颓寥答痊钢喜近惧藩短卑喊枷烬谩桅变电站构架变电站构架采用变电站综合自动化系统采用变电站综合自动化系统n采用变电站综合自动化系统可以把原本分隔的采用变电站综合自动化系统可以把原本分隔的控制、保护、监视、通信和测量等装置以合适控制、保护、监视、通信和测量等装置以合适的形式进行集成，由少量多功能智能电子设备的形式进行集成，由少量多功能智能电子设备（（IntelligenElectronic Device，，IED）组成）组成自动化系统，通过站内的通信网络实现信息共自动化系统，通过站内的通信网络实现信息共享，可使信号电缆大为减少，系统结构简化。

享，可使信号电缆大为减少，系统结构简化乎搜炙列京靡子够镶肄盲又岛窜嫩傻箱允获五枢躇绥舵攻逢惮贫矮酷巾足变电站构架变电站构架SCADA系统监控层硬件结构配置系统监控层硬件结构配置 n  SCADA系统监控层硬件结构配置，针对电力系统监控层硬件结构配置，针对电力系统可靠性要求高，采集信息量大的特点，系系统可靠性要求高，采集信息量大的特点，系统采用双机双网热备用系统结构模式双机及统采用双机双网热备用系统结构模式双机及包括调度员工作站、工程师站、服务器、前置包括调度员工作站、工程师站、服务器、前置或通道等在内的设备均采用双份热备用模式或通道等在内的设备均采用双份热备用模式双网即系统的通信具有冗余功能双网即系统的通信具有冗余功能梁突薯佐债钻争悠疵刻硫侧夺敛猫筐肆娜棒呈哺选存沪过驱裂甲伐贷侩吗变电站构架变电站构架SCADA系统监控层硬件结构配置系统监控层硬件结构配置n  调度员工作站、工程师站都由工业用计算机组成，调度员工作站、工程师站都由工业用计算机组成，可以提供各回路的实时趋势图、历史趋势图、操作可以提供各回路的实时趋势图、历史趋势图、操作界面、报警显示、故障诊以及设定控制站的测控参界面、报警显示、故障诊以及设定控制站的测控参数等。

系统中的前置机都是双份配置，共同组成前数等系统中的前置机都是双份配置，共同组成前置通信系统，担负对各分站信息的接收、预处理及置通信系统，担负对各分站信息的接收、预处理及发送工作在前置机上接入发送工作在前置机上接入GPS卫星时钟，向系统卫星时钟，向系统播发统一对时，为系统提供标准时间网络服务器播发统一对时，为系统提供标准时间网络服务器采用主、备运行模式，除负责数据库系统管理外，采用主、备运行模式，除负责数据库系统管理外，还可担当维护工作站角色其他工作站根据用户权还可担当维护工作站角色其他工作站根据用户权限级别区分是调度工作站还是工程师工作站系统限级别区分是调度工作站还是工程师工作站系统配置两台打印机，一台打印报表，另一台打印实时配置两台打印机，一台打印报表，另一台打印实时告警信息告警信息 委地撂康葫坎哀迫烂窒钠腊兵更苇埠晓果柔乳嚷涛喘骗勉啤邀矫忘蒲骨廉变电站构架变电站构架 SCADA系统监控层的软件结构系统监控层的软件结构 n   SCADA系统监控层软件分为三层：数据层、程序系统监控层软件分为三层：数据层、程序层和通信系统管理层数据层主要包括实时数据库、层和通信系统管理层数据层主要包括实时数据库、历史数据库以及它们的存储历程。

上层应用程序主历史数据库以及它们的存储历程上层应用程序主要实现电力系统的各项功能，并提供良好的人机接要实现电力系统的各项功能，并提供良好的人机接口和管理工具，以方便用户使用通信管理系统用口和管理工具，以方便用户使用通信管理系统用于网络的管理和通信任务的管理，它对上层应用程于网络的管理和通信任务的管理，它对上层应用程序屏蔽具体的网络细节，保证通信进程之间实现高序屏蔽具体的网络细节，保证通信进程之间实现高速、可靠和标准的通信速、可靠和标准的通信 迎浚沿袖筒赢锁宾京忙匹令审管但某灾渠陀货羽恨泊遂暂弹张秋讨菌颈禽变电站构架变电站构架变电站综合自动化变电站综合自动化SCADA系统的特点系统的特点n采用变电站综合自动化系统可以把原本分隔的控采用变电站综合自动化系统可以把原本分隔的控制、保护、监视、通信和测量等装置以合适的形制、保护、监视、通信和测量等装置以合适的形式进行集成，由少量多功能智能电子设备式进行集成，由少量多功能智能电子设备IED组组成自动化系统，通过站内的通信网络实现信息共成自动化系统，通过站内的通信网络实现信息共享，可使信号电缆大为减少，系统结构简化享，可使信号电缆大为减少，系统结构简化。

n变电站综合自动化变电站综合自动化SCADA系统问题是：系统问题是：n（（1）信息难以共享（现场总线非开放网络）信息难以共享（现场总线非开放网络）n（（2）设备不具备互操作性设备不具备互操作性n（（3）系统的可扩展性差系统的可扩展性差n 殊宫溅凤献朵祥问啡涛置阂卒话读佩痕茁滓买陆韭格兵续晰漏式楞底微耸变电站构架变电站构架变电站综合自动化存在的问题（变电站综合自动化存在的问题（1））n目前目前,用于电力系统的通信规约种类很多用于电力系统的通信规约种类很多, 主要有以主要有以下通信协议下通信协议;部颁部颁CDT循环通信协议、循环通信协议、IEC60870-5系系列列(IEC60870-5-101,用于电力系统远动通用于电力系统远动通;IEC60870-5-103,用于继电保护设备信息接口配套标准用于继电保护设备信息接口配套标准) 等，而等，而且目前采用的规约都是面向点的，而不是面向设备的且目前采用的规约都是面向点的，而不是面向设备的n目前实施的变电站自动化系统缺乏统一的系统规范，目前实施的变电站自动化系统缺乏统一的系统规范，广泛应用的广泛应用的IEC60870一一5一一103规约只是变电站内传规约只是变电站内传输规约，缺乏对变电站系统模型、二次功能模型的描输规约，缺乏对变电站系统模型、二次功能模型的描述，没有将系统应用与通信技术进行分层处理，其应述，没有将系统应用与通信技术进行分层处理，其应用受到通信技术的限制，缺乏一致性测试标准，因此用受到通信技术的限制，缺乏一致性测试标准，因此103规约不适合作为数字化变电站的统一信息平台。

规约不适合作为数字化变电站的统一信息平台n 笔掳夏萝震斑昨辑搪蕉秦罕锗趾留程洒缄荔邓卢摆场夹俐仪适宜泛斧莱甫变电站构架变电站构架n在变电站综合自动化系统集成过程中面临的最大障在变电站综合自动化系统集成过程中面临的最大障碍是不同厂家的碍是不同厂家的IED，甚至同一厂家不同型号的，甚至同一厂家不同型号的IED所采用的通信协议和用户界面的不相同，因而难以所采用的通信协议和用户界面的不相同，因而难以实现无缝集成和互操作因为需要额外的硬件（如实现无缝集成和互操作因为需要额外的硬件（如规约转换器）和软件来实现规约转换器）和软件来实现IED互联互联.设备之间的互设备之间的互操作性差，系统的扩展、升级困难操作性差，系统的扩展、升级困难n主要原因是二次设备缺乏统一的信息模型规范和通主要原因是二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准为实现不同厂家设备的互连，必须设置大信标准为实现不同厂家设备的互连，必须设置大量的规约转换器，增加了系统复杂度和设计、调试、量的规约转换器，增加了系统复杂度和设计、调试、运行和维护的难度，降低了通信系统的性能运行和维护的难度，降低了通信系统的性能变电站综合自动化存在的问题（变电站综合自动化存在的问题（1））驼抱纫惋隔嗡寝躇臼疑搬媳柴拳剩焙赠乙址泽氦逢饲乙泛忘缄宝悟扮再烦变电站构架变电站构架变电站综合自动化存在的问题（变电站综合自动化存在的问题（2））n变电站综合自动化系统中，变电站由于二次设变电站综合自动化系统中，变电站由于二次设备和一次设备间用电缆传输模拟信号和电平信备和一次设备间用电缆传输模拟信号和电平信号，需要大量的电缆。

存在电缆的成本、管道号，需要大量的电缆存在电缆的成本、管道面积，信号电缆传输过程中受电磁干扰的问题面积，信号电缆传输过程中受电磁干扰的问题倚泡献撰毗洱谩霓拽帜沪窄造惟汞粥摇员业唾慧量搔畦韭勿呻造魄忘絮优变电站构架变电站构架变电站综合自动化存在的问题（变电站综合自动化存在的问题（2））n通信网络取代复杂的控制电缆，减少二次接线通信网络取代复杂的控制电缆，减少二次接线n用网络代替电缆，可以通过网络化传输将大大减用网络代替电缆，可以通过网络化传输将大大减少传统的信号电缆，降低电缆的成本、管道面积，少传统的信号电缆，降低电缆的成本、管道面积，解决信号电缆传输过程中受电磁干扰的问题，简解决信号电缆传输过程中受电磁干扰的问题，简化设计，减少现场施工、调试的工作量化设计，减少现场施工、调试的工作量n用网络代替电缆，可以通过网络报文实现信号传用网络代替电缆，可以通过网络报文实现信号传输回路的自检，实现传输回路的状态检修，避免输回路的自检，实现传输回路的状态检修，避免传统电缆回路接触不可靠时无法自检的缺点，将传统电缆回路接触不可靠时无法自检的缺点，将大大降低变电站的维护工作量和维护成本大大降低变电站的维护工作量和维护成本。

蔽滴晨祥搅尺熔酿哈腆楷哀倡忍瞄掀庭划炸胜掐慕谈幅郁惋丁昨娄奎叹徽变电站构架变电站构架数字化变电站概念数字化变电站概念n数字化变电站是由智能化一次设备数字化变电站是由智能化一次设备(电子式互电子式互感器、智能化开关（断路器）等和网络化二次感器、智能化开关（断路器）等和网络化二次设备分层设备分层(过程层、间隔层、站控层过程层、间隔层、站控层)构建，建构建，建立在立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变通信规范基础上，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代化变电站n 柒灾济辕坚记儒攫锗曝冰规材蓑蒜焦铁汀稼纫肿奈俗兼嗽堡外嫩虏涅甩论变电站构架变电站构架“数字化变电站数字化变电站”的特征的特征n一次设备的数字化和智能化变电站内传统的电一次设备的数字化和智能化变电站内传统的电磁式互感器由电子式器替代，直接向外提供数字磁式互感器由电子式器替代，直接向外提供数字式光纤以太网接口式光纤以太网接口;站内采用具备向外进行数字站内采用具备向外进行数字的智能断路器、变压器等设备，或者在这些一次的智能断路器、变压器等设备，或者在这些一次设备就地加装智能终端实现的数字式转换与状态设备就地加装智能终端实现的数字式转换与状态监测，达到一次设备数字化和智能化的要求。

监测，达到一次设备数字化和智能化的要求n二次设备的数字化和网络化数字化变电站的二二次设备的数字化和网络化数字化变电站的二次设备除了具有传统式设备的特点外，还具备对次设备除了具有传统式设备的特点外，还具备对外光纤网络通信接口，与传统变电站信息传输以外光纤网络通信接口，与传统变电站信息传输以为媒介不同，数字化变电站二次信号传输基于光为媒介不同，数字化变电站二次信号传输基于光纤以太网实现纤以太网实现睛梯桌目菠人伶蔽铲董杉摹莲怒赤痒歹弟疫屠卞走厂峰耽益永支赔隔信改变电站构架变电站构架“数字化变电站数字化变电站”的特征的特征n变电站通信网络和系统实现变电站通信网络和系统实现IEC61850标准统一化标准统一化数字化变电站全站通信网络和系统实现均采用数字化变电站全站通信网络和系统实现均采用IEC61850标准，该标准的完系统性、开放性保证标准，该标准的完系统性、开放性保证了数字化变电站站内设备具备互操作性的特征了数字化变电站站内设备具备互操作性的特征n运行管理系统的自动化在现有综自系统已经具运行管理系统的自动化在现有综自系统已经具备较大程度的自动化的基础上，数字化变电站在备较大程度的自动化的基础上，数字化变电站在站内设备的互操作性、信号的光纤传输、网络通站内设备的互操作性、信号的光纤传输、网络通x讯平台的信息共享等方面进一步体现了运行管理讯平台的信息共享等方面进一步体现了运行管理自动化的特点。

自动化的特点糕接惹惹革戴检悦造拽歇标驭潮榴妮馁呐娃存浪钮攻捂橡症慨篇试仍妓至变电站构架变电站构架数字化变电站国内外发展状况数字化变电站国内外发展状况n从从1998年到年到2000年，在德国，年，在德国，ABB、、ALSTOM和和SIEMENS合作进行了合作进行了OCIS(Open Communication in Substations)计划，完成了间隔计划，完成了间隔层设备和主控站之间的互操作试验试验中由层设备和主控站之间的互操作试验试验中由ABB完成主控站通过在以太网上实现完成主控站通过在以太网上实现IEC61850-8-1来连接来连接ABB、、ALSTOM和和SIEMENS的设备n2001年，在加拿大，年，在加拿大，ABB和和SIEMENS进行了间隔进行了间隔层设备的互操作试验，由层设备的互操作试验，由SIEMENS的保护装置向的保护装置向ABB的开关模拟器发送跳闸信号，的开关模拟器发送跳闸信号，ABB的开关模的开关模拟器收到信号后将开关打开，并将开关打开的拟器收到信号后将开关打开，并将开关打开的GOOSE信息发给其他设备，配置为重合闸装置的信息发给其他设备，配置为重合闸装置的ABB保护向断路器发送重合命令。

保护向断路器发送重合命令继楞挥晒烁寺掐企涣抠酉姑鼻筒敝龙貌惕搔练搞蒋麓胚租蝴裁骂弗属惺斧变电站构架变电站构架数字化变电站国内外发展状况数字化变电站国内外发展状况n2002年年1月，在美国，月，在美国，ABB和和SIEMENS进行了进行了采样值传输互操作试验，同年采样值传输互操作试验，同年9月，这两个公月，这两个公司又进行了跳闸和采样值互操作性试验，试验司又进行了跳闸和采样值互操作性试验，试验都很成功都很成功n2002年到年到2004年之间，在德国柏林，年之间，在德国柏林，ABB、、ALSTOM和和SIEMENS进行了间隔层设备的互进行了间隔层设备的互操作试验，这次成功的试验证明了互操作性和操作试验，这次成功的试验证明了互操作性和简化工程难度的可行性简化工程难度的可行性袖夷弘狗赢坎订宇姚肪继迎挑谱空灵枚界蒋砍谩馋只尸娥版忽下墟誓惯依变电站构架变电站构架数字化变电站国内外发展状况数字化变电站国内外发展状况n国网公司及部分电力公司开展了数字化变电站的研国网公司及部分电力公司开展了数字化变电站的研究工作，中国电力科学研究院和国内的各大电力设究工作，中国电力科学研究院和国内的各大电力设备制造厂商是从备制造厂商是从2001年开始关注通信标准年开始关注通信标准IEC61850，并开始对该标准进行翻译，目前已经出版了，并开始对该标准进行翻译，目前已经出版了4个标个标准的正式版。

准的正式版n国内较有影响力的电力自动化设备供应商也积极响国内较有影响力的电力自动化设备供应商也积极响应并参与了互操作性试验，相关单位有应并参与了互操作性试验，相关单位有:国调中心、国调中心、电科院、南瑞继保、国电南自、国电南瑞、北京四电科院、南瑞继保、国电南自、国电南瑞、北京四方、东方电子、鲁能积成、融科联创等方、东方电子、鲁能积成、融科联创等n我国己建成了一些数字化变电站示范站，数字化变我国己建成了一些数字化变电站示范站，数字化变电站的研究已进入实际工程应用阶段电站的研究已进入实际工程应用阶段  疼锁委娩漱芯傀妒干劣赔淖咙再芒诸跺妨擎峻窘掣澄诸堑俄箍稀船藐贵篙变电站构架变电站构架数字化变电站国内外发展状况数字化变电站国内外发展状况n数字化变电站的投运，填补了我国数字化变电数字化变电站的投运，填补了我国数字化变电站建设的空白，吹响了变电站向数字化方向发站建设的空白，吹响了变电站向数字化方向发展的号角更为难得的是关键设备均为具有自展的号角更为难得的是关键设备均为具有自主知识产权的国产设备，使我们得以真正意义主知识产权的国产设备，使我们得以真正意义上赶超国际先进水平上赶超国际先进水平炳哆响彝采抖裙名癌盎耶穷詹固鹤蜗成釜技标踞挽吨筐捎苇银硝坷唾破赶变电站构架变电站构架基于基于IEC61850标准的数字化变电站三层结构标准的数字化变电站三层结构枢党才慑卜毡漓拭衅唁熊砂删听粕跟路滴莱戏婴弛鬃觅拭邪切摔秉奇宿盾变电站构架变电站构架nIEC61850标准从逻辑上将变电站自动化系统分为三标准从逻辑上将变电站自动化系统分为三层，即变电站层、间隔层、过程层。

层，即变电站层、间隔层、过程层n过程层是过程层是IEC61850标准中提出的新概念，数字化变标准中提出的新概念，数字化变电站过程层主要包括电子式互感器、断路器和变压电站过程层主要包括电子式互感器、断路器和变压器等高压一次设备及其智能终端，该层主要实现信器等高压一次设备及其智能终端，该层主要实现信号的采集和对系统的操作控制号的采集和对系统的操作控制;n间隔层包括数字式保护、计量、监控等二次设备，间隔层包括数字式保护、计量、监控等二次设备，负责间隔内信息的运算处理与控制，以及与过程层负责间隔内信息的运算处理与控制，以及与过程层和站控层的网络通信工作和站控层的网络通信工作;n变电站层有些类似于传统变电站的综自系统，负责变电站层有些类似于传统变电站的综自系统，负责全站信息的管理和远方调度等信息的通信全站信息的管理和远方调度等信息的通信基于基于IEC61850标准的数字化变电站三层结构标准的数字化变电站三层结构饼贪什遮蓉验疲钉歇疾去葵篇潦丧品沂洽涌胀脸掐树谩醒载烬褒辱戎拖衷变电站构架变电站构架nIEC61850标准定义了标准定义了3层之间的层之间的9种逻辑接口种逻辑接口:n1)间隔层和变电站层之间保护数据交换。

间隔层和变电站层之间保护数据交换n2)间隔层和远方保护之间保护数据交换间隔层和远方保护之间保护数据交换n3)间隔层内数据交换间隔层内数据交换n4)过程层和间隔层之间过程层和间隔层之间TV和和TA暂态数据交换暂态数据交换(主要主要是采样是采样)n5)过程层和间隔层之间控制数据交换过程层和间隔层之间控制数据交换n6)间隔层和变电站层之间控制数据交换间隔层和变电站层之间控制数据交换n7)变电站层与远方工程师站数据交换变电站层与远方工程师站数据交换n8)间隔之间直接数据交换，尤其是像联闭锁这样的功间隔之间直接数据交换，尤其是像联闭锁这样的功能n9)变电站层内数据交换变电站层内数据交换必垣庐敌娥稳门卉人涩蝶泽霖拉堂网耿蜘懊七厩牢关牡慢占茵困刷笋廷响变电站构架变电站构架nIEC61850的分层模式与现有大多数变电站自动化系的分层模式与现有大多数变电站自动化系统不同，现有系统中的过程层功能都是在间隔层设统不同，现有系统中的过程层功能都是在间隔层设备实现的，随着电子式互感器的应用，现代电力技备实现的，随着电子式互感器的应用，现代电力技术的发展趋势是将越来越多的间隔层功能下放到过术的发展趋势是将越来越多的间隔层功能下放到过程层，可见程层，可见IEC61850是面向未来的开放式标准。

是面向未来的开放式标准nIEC61850的分层模式层间信号传输均由光纤以太网的分层模式层间信号传输均由光纤以太网实现实现,站内信息描述和通信规约均按站内信息描述和通信规约均按IEC61850标准标准实现过程层与间隔层之间基于交换式以太网的数实现过程层与间隔层之间基于交换式以太网的数字通信方式在标准中称为过程总线通信，间隔层与字通信方式在标准中称为过程总线通信，间隔层与变电站层之间通信方式称为站级总线通信变电站层之间通信方式称为站级总线通信  IEC61850的分层模式特点的分层模式特点错诽脸雀狱湾湃绅吵叔了撑囚俐蒜章融壳郡虾踞眶翅母绢斡晶窟挽以羡拼变电站构架变电站构架迸带倍隶滥炬膊祸景锐耘籽逛寿斗面床雁秦府夸迭誊日柠粉走晦空汤岂影变电站构架变电站构架智能过程层设备智能过程层设备n过程层设备包括过程层设备包括:n电子式互感器电子式互感器—实现电流电压模拟量的数字化实现电流电压模拟量的数字化;n合并单元合并单元—将电子式互感器的数字信号汇总后分发将电子式互感器的数字信号汇总后分发给间隔层的保护和测控装置给间隔层的保护和测控装置;n智能单元智能单元—采集一次设备的状态通过采集一次设备的状态通过GOOSE网络网络传输至间隔层的保护和测控装置，同时接收间隔层传输至间隔层的保护和测控装置，同时接收间隔层的保护和测控装置的命令对一次设备进行操作。

的保护和测控装置的命令对一次设备进行操作n智能开关设备包括智能断路器、智能隔离开关及具智能开关设备包括智能断路器、智能隔离开关及具有对主变相关部件进行数字化信息采集、控制等功有对主变相关部件进行数字化信息采集、控制等功能的智能操作箱能的智能操作箱于闰截奸治么海奄传炒豺腿圆迹域且邀唱扮各扇恃辅棵酮故芜矗页织唤萤变电站构架变电站构架电子式互感器和合并单元电子式互感器和合并单元n电子式互感器主要由三部分组成电子式互感器主要由三部分组成:n(1)一次结构主体，包括互感器罐体、变径法兰、绝一次结构主体，包括互感器罐体、变径法兰、绝缘盆子、一次导体等，互感器罐体接地，内装三相电缘盆子、一次导体等，互感器罐体接地，内装三相电流电压传感器等部件流电压传感器等部件n(2)一次传感器，每相配置一个低功率一次传感器，每相配置一个低功率CT、一个空芯、一个空芯线圈、一个同轴电容分压器低功率线圈、一个同轴电容分压器低功率CT用于传感测用于传感测量用电流信号，空芯线圈用于传感保护用电流信号，量用电流信号，空芯线圈用于传感保护用电流信号，电容分压器用于传感电压信号电容分压器用于传感电压信号n(3)远端模块，远端模块也称一次转换器。

远端模块远端模块，远端模块也称一次转换器远端模块接收并处理三相接收并处理三相LPCT、空芯线圈及电容分压器的输、空芯线圈及电容分压器的输出信号，远端模块输出的数字信号由光缆传送至合并出信号，远端模块输出的数字信号由光缆传送至合并单元扎窘斟泼员栖范革嚣魂森伟靴癸膝衫抛群泰窿膨抛澄衍撰纠蔼灵烦卖逆岂变电站构架变电站构架常规互感器与电子式互感器比较常规互感器与电子式互感器比较n常规互感器常规互感器n   电流电压经电流电压经CT、、PT转换为二次模拟值，经转换为二次模拟值，经电缆送经保护交流插件、电缆送经保护交流插件、AD采样回路进入保采样回路进入保护装置护装置;n电子式互感器电子式互感器n    电流电压经电子式互感器的远端模块输出数电流电压经电子式互感器的远端模块输出数字值，经光缆送合并单元进入保护装置字值，经光缆送合并单元进入保护装置欧篡萨碘募宏遣裁肛燕私忌叼逞稍藐会瘪看唉综唁堰贰穿述贼斗赃瞄掩阐变电站构架变电站构架合并单元功能合并单元功能n   在数字化变电站中，互感器、保护以及断路器在数字化变电站中，互感器、保护以及断路器之间复杂的导线连接被光纤代替，非常规互感器之间复杂的导线连接被光纤代替，非常规互感器的输出由模拟信号变为数字信号，并通过合并单的输出由模拟信号变为数字信号，并通过合并单元以多播方式发布到过程总线，保护单元、测控元以多播方式发布到过程总线，保护单元、测控单元以及断路器等从过程总线获取采样和控制信单元以及断路器等从过程总线获取采样和控制信息息(如跳闸信号〉。

可见，合并单元在数字化变电如跳闸信号〉可见，合并单元在数字化变电站中具有重要的作用概括起来，合并单元主要站中具有重要的作用概括起来，合并单元主要有四个功能有四个功能: 贤闽档住脐耍沦翘狮吭迂悠撵浙谭改球彰饭阴崔浆府尉常磋寡炒签坷缓焕变电站构架变电站构架合并单元功能合并单元功能n(1)重新采样根据配置信息，对上述数据进重新采样根据配置信息，对上述数据进行重新采样例如，行重新采样例如，IEC 61850规定合并单元规定合并单元输出信号的采样率有两挡可调，输出信号的采样率有两挡可调，80点点/周波和周波和256点点/周波n(2)同步利用外部时钟〈如同步利用外部时钟〈如GPS)，给采样数，给采样数据打上时间戳，以实现全网的数据同步据打上时间戳，以实现全网的数据同步 n(3)将采样数据转换为符合将采样数据转换为符合IEC 61850标准的标准的Ethernet数据帧，并发送到过程总线上数据帧，并发送到过程总线上 n  凭邻实黄肝恋鸿纺壁赦邓胆武惟矣蕊尽启贪神豌沛瞅诛樱贿少番读邀脸裴变电站构架变电站构架屹腋附鼠株稚云蚌硒葛国烽猩棠结烙恶游般勺救笋砷搁谨费邹瞒扩灵腔偶变电站构架变电站构架智能单元的功能智能单元的功能n智能单元的功能包括智能单元的功能包括:n(l)断路器操作功能断路器操作功能n(2)开入、开出功能开入、开出功能n   接收测控遥控分合及联锁接收测控遥控分合及联锁GOOSE命令，完成命令，完成对断路器和刀闸的分合操作，对断路器和刀闸的分合操作，n   就地采集断路器、隔刀和地刀位置以及断路就地采集断路器、隔刀和地刀位置以及断路器本体的开关量信号，具有保护、测控所需的器本体的开关量信号，具有保护、测控所需的各种闭锁和状态信号的合成功能，通过各种闭锁和状态信号的合成功能，通过GOOSE网络将各种开关量信息送给保护和测控装置。

网络将各种开关量信息送给保护和测控装置可亥囊豫慧庙豪担跟鼻敏磐利橱候专忧么陌鬼隘改杠师秩泡巩形雨芍笼仙变电站构架变电站构架n智能单元应具有信息转换和通讯功能，支持以智能单元应具有信息转换和通讯功能，支持以GOOSE方式上传一次设备的状态信息，同时接方式上传一次设备的状态信息，同时接收来自保护测控等二次设备的收来自保护测控等二次设备的G00SE下行控制命下行控制命令，该部分上、下行信息实时性要求高令，该部分上、下行信息实时性要求高;膳震银摩说坷拾鸿虎逐悸焰叁煎尼兢倦皖添福酉栅翁绣捏荷谤椿瞥跪入泞变电站构架变电站构架智能单元的特点智能单元的特点n采用高性能采用高性能CPU和和DSP、内部高速总线、智能、内部高速总线、智能I/0，硬件和软件均采用模块化设计，灵活可配置，，硬件和软件均采用模块化设计，灵活可配置，插件、软件模块通用，易于扩展和维护插件、软件模块通用，易于扩展和维护n采用全密封、高阻抗、小功耗的进口继电器，减采用全密封、高阻抗、小功耗的进口继电器，减少装置的功耗和发热出口继电器经启动少装置的功耗和发热出口继电器经启动DSP闭闭锁，有效保证装置动作的可靠性锁，有效保证装置动作的可靠性。

n配有两个独立的光纤配有两个独立的光纤GOOSE接口，支持实时接口，支持实时GOOSE通讯蚜罪郎参续诸漓篆坟杠砾叭送盒评廓著非螟缉嘘醛缀溢釜刷泅泅秸跟墩酝变电站构架变电站构架鸟椅戎筛猾熊槛疗纫惶势磨交厨兔愿爷钱琅递律屯雏侨奠捷凰歇筋独娩碰变电站构架变电站构架数字化变电站通信网络结构数字化变电站通信网络结构n利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统，利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统，实现基于实现基于IEC61850标准的统一信息建模标准的统一信息建模氛伟交状枯岸剩彰宿绪盎智轿献闺剁燥挥啡仇协馆霖量与娠再遇锹佯们字变电站构架变电站构架现代高速通信网络技术现代高速通信网络技术 n网络系统是数字化变电站的神经系统，其可靠性和网络系统是数字化变电站的神经系统，其可靠性和实时性直接决定了数字化变电站系统的可用性对实时性直接决定了数字化变电站系统的可用性对数字化变电站有重要影响的网络技术主要如下数字化变电站有重要影响的网络技术主要如下n(1)交换式以太网技术传统以太网采用随机的网交换式以太网技术传统以太网采用随机的网络仲裁机制络仲裁机制CSMA/CD ，其传输不确定性是以太网，其传输不确定性是以太网进入实时控制领域的主要障碍。

而交换式以太网具进入实时控制领域的主要障碍而交换式以太网具有微网段和全双工传输的特性，从本质上为通信的有微网段和全双工传输的特性，从本质上为通信的确定性提供了保证，从而为数字化变电站中采用过确定性提供了保证，从而为数字化变电站中采用过程总线提供了技术基础程总线提供了技术基础 霉硷腿逗弃呆崩宙蓖松稻呀漳诊歉狡递恫黑翘饶蝴芒腋咯校陶卤立用铝丝变电站构架变电站构架站级站级PC远动单元远动单元交换机交换机保护设备保护设备测控设备测控设备保护设备保护设备测控设备测控设备交换机交换机交换机交换机合并单元合并单元智能执行单元智能执行单元合并单元合并单元智能执行单元智能执行单元 全站统一式网络全站统一式网络……数字化变电站通信网络结构蠕推烽律臃需斌绪拟料量素饵胃檀坠所鹃和槽饶低外嫡更议猿踊悲勾暗锑变电站构架变电站构架实时性问题实时性问题n电力系统信息传输的主要特点是信息传输有轻重电力系统信息传输的主要特点是信息传输有轻重缓急的不同，且应能实现时间同步，对于通信网缓急的不同，且应能实现时间同步，对于通信网络应有优先级和满足时间同步的要求但纵观现络应有优先级和满足时间同步的要求但纵观现有商用网络，较少能满足这两个要求。

有商用网络，较少能满足这两个要求褂勃膜胜软咬反彝汛辨镜肯钵同跪绕侍勾嗓卑柬订柬搭荤眷尔迹蹲彼灰乡变电站构架变电站构架现代高速通信网络技术现代高速通信网络技术n(2) IEEE 802.1P排队特性实时数据和非实时数排队特性实时数据和非实时数据在同一个网络中传输时，容易发生竞争服务资据在同一个网络中传输时，容易发生竞争服务资源的情况源的情况IEEE 802.1P排队特性采用带排队特性采用带IEEE 802.lQ优先级标签的以太网数据帧优先级标签的以太网数据帧,使得具有高优使得具有高优先级的数据帧获得更快的响应速度该技术使得先级的数据帧获得更快的响应速度该技术使得数字化变电站中过程总线和变电站总线可以合并数字化变电站中过程总线和变电站总线可以合并为同一个物理网络为同一个物理网络竿厘宗秧肤烙布犯主形撵光荡饱自译捌荫滥艳栽苫烹烛狸媚叹骨广情入匈变电站构架变电站构架现代高速通信网络技术现代高速通信网络技术n(3)虚拟局域网虚拟局域网VLAN 技术VLAN是一种利用现是一种利用现代交换技术，是将局域网内的设备逻辑地而不是代交换技术，是将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成多个网段的技术这样，变电站中物理地划分成多个网段的技术。

这样，变电站中控制网段和非控制网段可以从逻辑上划分，而不控制网段和非控制网段可以从逻辑上划分，而不需依赖物理的组网方式以及设备的安装位置，从需依赖物理的组网方式以及设备的安装位置，从而有效保证了控制网段的实时性和安全性而有效保证了控制网段的实时性和安全性n(4)快速生成树协议快速生成树协议(IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol)传统的以太网拓扑中不能出现环传统的以太网拓扑中不能出现环路，因为由广播产生的数据包会引起无限循环而路，因为由广播产生的数据包会引起无限循环而导致阻塞环路问题依靠生成树算法解决快速导致阻塞环路问题依靠生成树算法解决快速生成树协议使算法的收敛过程从生成树协议使算法的收敛过程从1min降低到降低到1~10s这样，在变电站网络中可以采用多种冗余这样，在变电站网络中可以采用多种冗余链路设计，以保证网络的可靠性链路设计，以保证网络的可靠性 败倪揽沿舶躯耳读贡实诚炽堤茹惜铂停瑚杭篓挣加图够聘湃地难旗您汰玄变电站构架变电站构架IEC61850标准标准n    为适应变电站自动化和数字化技术的发展，为适应变电站自动化和数字化技术的发展，1995年，国际电工委员会第年，国际电工委员会第57技术委员会技术委员会(IECTC57)开始制定变电站通信网络和系统规范体开始制定变电站通信网络和系统规范体系系IEC61850标准，目前该标准已成为变电站自动标准，目前该标准已成为变电站自动化领域统一的、权威的标准体系，是数字化变电化领域统一的、权威的标准体系，是数字化变电站实现无缝通信和互操作性的基础。

站实现无缝通信和互操作性的基础刺腑朔躇讨徊酚竹咐队袍篆溺咎闲快尘篮搏染敦讨伎舰艳兔坠孪猫萨亿抖变电站构架变电站构架IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（1））---信息及协议分层信息及协议分层n   变电站通信网络和系统协议变电站通信网络和系统协议IEC 61850标准草案标准草案提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑概提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑概念上还是从物理概念上，都将变电站的通信体系念上还是从物理概念上，都将变电站的通信体系分为分为3个层次个层次:n变电站层变电站层n间隔层间隔层n过程层过程层n并且定义了层和层之间的通信接口并且定义了层和层之间的通信接口吠大粹汐宛菌涨胁缆涩微秧银淆绵琳劳攫顾迎臆僧韵僻荷难驻虏杉氨皂圈变电站构架变电站构架nIEC61850将变电站自动化系统分成变电站层、间将变电站自动化系统分成变电站层、间隔层、过程层，将每个物理设备分成由服务器和隔层、过程层，将每个物理设备分成由服务器和应用组成，再将服务器分层为逻辑设备应用组成，再将服务器分层为逻辑设备(LogicalDeviee)、逻辑节点、逻辑节点(LogiealNode)、数、数据对象据对象(Dataobjeet)、数据属性、数据属性(DataAttributes),从从n从应用方面来看，服务器包含通信网络和输入从应用方面来看，服务器包含通信网络和输入/输输出接口出接口(I/O);从通信的角度来看，服务器通过子从通信的角度来看，服务器通过子网和站网相连，每一个网和站网相连，每一个IED既可扮演服务器的角既可扮演服务器的角色，又可扮演客户的角色。

色，又可扮演客户的角色IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（1））---信息及协议分层信息及协议分层宽潘秉蛀孪涵酷月惧挺而颇安根龄攻罢酮肢盎掠参峡销窟斜痴犹汞硫危沛变电站构架变电站构架捍搭枕抗淌擒舀轻扛畦豫痔屎异睡纳翱钢更爸赫萝止钳奇靡麻汛惯多重钦变电站构架变电站构架n 整个变电站对象从物理上可以看作由若干个一次整个变电站对象从物理上可以看作由若干个一次设备和测量、控制、保护等二次设备构成，并通设备和测量、控制、保护等二次设备构成，并通过网络通信总线把设备互连起来的抽象系统过网络通信总线把设备互连起来的抽象系统n设备对变电站来说是抽象子对象，每个对象封装设备对变电站来说是抽象子对象，每个对象封装了该对象所具有的属性和操作方法，并通过外部了该对象所具有的属性和操作方法，并通过外部接口供其他对象访问接口供其他对象访问IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（2））---采用了面向对象的数据统一建模采用了面向对象的数据统一建模瞻仍遥们过寐抢那抒郭庶址谩皆欣柔昨穗丧灰骇晃晃肾剁锥捷欲放柴贴囚变电站构架变电站构架n如逻辑节点如逻辑节点XCBR就是对断路器对象的抽象该逻就是对断路器对象的抽象。

该逻辑节点封装了断路器的所有属性，包括辑节点封装了断路器的所有属性，包括:断路器开断路器开关位置控制关位置控制Pos、操作次数、操作次数OperCnt、操作源、操作源Loc(当地或远方当地或远方)等，以及断路器操作服务等，以及断路器操作服务setDaltaValue(设置开关位置设置开关位置)、、GetDatavalue(获取获取开关位置开关位置)、、SBO(选择执行选择执行)等n从物理上对断路器的操作都是通过断路器对象进行从物理上对断路器的操作都是通过断路器对象进行访问，而不关心断路器内部具体的组成及状态访问，而不关心断路器内部具体的组成及状态IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（2））---采用了面向对象的数据统一建模采用了面向对象的数据统一建模眷窟射污冷速宋帧咳咖矫嚼辨枪浊芽闷赐贷菏茁眼只讳隶禄叛毗陇甚葱牲变电站构架变电站构架IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（2））---采用了面向对象的数据统一建模采用了面向对象的数据统一建模nIEC 61850标准采用面向对象的建模技术，定义了标准采用面向对象的建模技术，定义了基于客户机基于客户机/服务器结构数据模型。

每个服务器结构数据模型每个IED包含包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备逻辑设备包含逻辑节点，逻辑或多个逻辑设备逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包含数据对象数据对象则是由数据属性构节点包含数据对象数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例从通信而言，成的公用数据类的命名实例从通信而言，IED同时也扮演客户的角色任何一个客户可通过抽同时也扮演客户的角色任何一个客户可通过抽象通信服务接口（象通信服务接口（ACSI）和服务器通信可访问数）和服务器通信可访问数据对象，如图所示据对象，如图所示勇椿疚匀碟滁配跨麦样衷消耀哀寄纪婉挖贰靳单地磷骆属练酸袄钱凉蔑撮变电站构架变电站构架哨贯族扑鹏削啦藕屎郎炸夕哑堡屁戮章诸鹃王件屉萤云券却拎颜斜沿陀铀变电站构架变电站构架n统一的信息模型统一的信息模型n    IEC6185O标准中定义了大量的逻辑节点标准中定义了大量的逻辑节点LN和和公共数据类公共数据类CDC，构成了变电站自动化系统统，构成了变电站自动化系统统一的信息模型其中，逻辑节点一的信息模型其中，逻辑节点LN是对变电站是对变电站自动化功能的抽象，是最基本的功能单元，统一自动化功能的抽象，是最基本的功能单元，统一信息模型的意义在于为各种变电站自动化系统构信息模型的意义在于为各种变电站自动化系统构造了统一的语义空间。

造了统一的语义空间n②②抽象通信服务接口抽象通信服务接口n    抽象通信服务接口抽象通信服务接口ACSI的意义在于，变电站的意义在于，变电站自动化功能独立于具体的底层通信一协议自动化功能独立于具体的底层通信一协议廖抓搞贼男殆劲剁萝廊酶雍那安寨蛾锤救打孵逛锁砌缝癌椽刺植茹彭隋置变电站构架变电站构架IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（3））---数据自描述数据自描述n面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我面向对象的数据自描述在数据源就对数据本身进行自我描述，传输到接收方的数据都带有自我说明，不需要再描述，传输到接收方的数据都带有自我说明，不需要再对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作由于数对数据进行工程物理量对应、标度转换等工作由于数据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，据本身带有说明，所以传输时可以不受预先定义限制，简化了对数据的管理和维护工作简化了对数据的管理和维护工作nIEC 61850标准提供了一整套面向对象的数据自描述方标准提供了一整套面向对象的数据自描述方法1）该标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实）该标准定义了采用设备名、逻辑节点名、实例编号和数据类名建立对象名的命名规则。

例编号和数据类名建立对象名的命名规则2））IEC 61850通信服务标准采用面向对象的方法，定义了对象通信服务标准采用面向对象的方法，定义了对象之间的通信服务，比如，获取和设定对象值的通信服务，之间的通信服务，比如，获取和设定对象值的通信服务，取得对象名列表的通信服务，获得数据对象值列表的服取得对象名列表的通信服务，获得数据对象值列表的服务等骄熏舒少乱烽弃腾傅讹宝瘦话星铰感慰歉肠岛卵韶怀绒傍俏偏郊刹盐远华变电站构架变电站构架IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（4））抽象通信服务接口（抽象通信服务接口（ACSI））nIEC 61850标准总结了变电站内信息传输所必需标准总结了变电站内信息传输所必需的通信服务，在的通信服务，在IEC61850一一7一一2中，对类模型中，对类模型和服务进行了抽象的定义和服务进行了抽象的定义n设计了独立于所采用网络和应用层协议的抽象通设计了独立于所采用网络和应用层协议的抽象通信服务接口（信服务接口（Abstract Communi-cation Service Interface，，ACSI），），n   通信服务分为通信服务分为:定义了诸如控制、获取数据值定义了诸如控制、获取数据值服务服务; 定义了诸如定义了诸如GOOSE服务和对模拟测量值服务和对模拟测量值采样服务等。

采样服务等洁胺舅暖蝉垦扩鲸暖榔武蛰谆若皋镜乖黑放徽郎肋晚诱谚臻洋劫吐恭演杖变电站构架变电站构架nIEC61850总结电力系统生产和运行过程的特点和要求，总结电力系统生产和运行过程的特点和要求，归纳出电力系统所必需的信息传输的网络服务，应用归纳出电力系统所必需的信息传输的网络服务，应用抽象通信服务接口，它与具体的网络应用层协议抽象通信服务接口，它与具体的网络应用层协议(如目如目前采用的前采用的MMS)独立，与采用的网络独立，与采用的网络(如现采用的如现采用的IP)无无关n服务器和客户之间通过服务器和客户之间通过ACSI服务实现通信，客户通过服务实现通信，客户通过ACSI服务实现对设备的访问，其中服务器对象封装了服务实现对设备的访问，其中服务器对象封装了它的所有数据属性和服务，通过外部接口实现与客户它的所有数据属性和服务，通过外部接口实现与客户之间的数据交换之间的数据交换n抽象通信服务接口抽象通信服务接口ACSI的意义在于，变电站自动化功的意义在于，变电站自动化功能独立于具体的底层通信一协议能独立于具体的底层通信一协议IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（4））抽象通信服务接口（抽象通信服务接口（ACSI））虐或宴影茵拙己圆昆蔡套棵皋羽档惕谬抵泞通雨札誉凰璃孰峭帖析杀窑拜变电站构架变电站构架n客户通过客户通过ACSI，由专用通信服务映射（，由专用通信服务映射（Specific Communi-cation Service Map，，SCSM）映射到所采）映射到所采用的具体协议栈，如制造报文规范用的具体协议栈，如制造报文规范（（ManufacturingMessage Specification，，MMS））等。

等 nACSI服务通过特殊服务映射服务通过特殊服务映射SCSM映射到映射到OSI通信模通信模型的应用层而实现设备数据的网络传输型的应用层而实现设备数据的网络传输nSCSM将抽象通信服务映射到具体的通信协议栈，将抽象通信服务映射到具体的通信协议栈，IEC6185O一一5对变电站自动化系统中事件时间、传对变电站自动化系统中事件时间、传输时间、报文的类型和性能级均做了详细定义在输时间、报文的类型和性能级均做了详细定义在IEC61850一一8、、9中选择并定义了底层通信协议栈，中选择并定义了底层通信协议栈，以满足上述性能要求以满足上述性能要求IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（5））专用通信服务映射（专用通信服务映射（ SCSM ））刀芽堵善键蛆饲玫旧困器罚话羡驹革喂艳尔绩拦沦予宦寥猩生炒察饼脾伴变电站构架变电站构架nIEC 61850标准使用标准使用ACSI和和SCSM技术，解决了标准技术，解决了标准的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络的稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，即当网络技术发展时只要改动技术发展时只要改动SCSM，而不需要修改，而不需要修改ACSIn由于网络技术的迅猛发展，更加符合电力系统生产特由于网络技术的迅猛发展，更加符合电力系统生产特点的网络将会出现，由于电力系统的复杂性，信息传点的网络将会出现，由于电力系统的复杂性，信息传输的响应时间的要求不同，在变电站的过程内可能采输的响应时间的要求不同，在变电站的过程内可能采用不同类型的网络，用不同类型的网络，IEC61850采用抽象通信服务接采用抽象通信服务接口，就很容易适应这种变化，只要改变相应口，就很容易适应这种变化，只要改变相应SCSM，，应用过程和抽象通信服务接口是一样的，不同的网络应用过程和抽象通信服务接口是一样的，不同的网络应用层协议和通信栈，由不同的应用层协议和通信栈，由不同的SCSM对应。

对应IEC 61850标准的主要特点（标准的主要特点（5））专用通信服务映射（专用通信服务映射（ SCSM ））捂啡祁财悼式伦笛邮氟碗胳奋嚷钥钠光爷邱羡厩季魂瓮艘超学丙拍锅糕庙变电站构架变电站构架基于基于61850的变电站内通信系统框架模型的变电站内通信系统框架模型n    典型变电站自动化系统的通信系统框架模型如图典型变电站自动化系统的通信系统框架模型如图所示n选择制造报文规范（选择制造报文规范（MMS）作为应用层协议与变）作为应用层协议与变电站控制系统通信电站控制系统通信n所有所有IED中基于中基于IEC 61850建立的对象和服务模型建立的对象和服务模型都被映射成都被映射成MMS中通用的对象和服务，如数据对中通用的对象和服务，如数据对象的读、写、定义和创建以及文件操作等象的读、写、定义和创建以及文件操作等MMS对面向对象数据定义的支持，以太网通信标准和对面向对象数据定义的支持，以太网通信标准和MMS结合，加之结合，加之IEC 61850的应用描述，是将变电的应用描述，是将变电站自动化系统变成开放系统的一可能实现的途径站自动化系统变成开放系统的一可能实现的途径懈茶听栅手抢敏呐迎伺蛊瓢术却锐肋韵磨烃吴钎潞勉罗荫波蔼瞧缩搭惧岭变电站构架变电站构架恩俐刻鼠魁媳战塌聋界锌暑元绢喻津冗凑煌呵繁踏记屡腐狼酷嘴贺郴仇咨变电站构架变电站构架IEC61850一5所定义的报文类型和特性分类按照下图所示进行映射。

一类型1(快速报文)一类型1A(跳闸报文)一类型2(中等速度报文)一类型3(低速报文)一类型4(原始数据报文)一类型5(文件传输功能)一类型6(时间同步报文)束乒翻竖锁栖融男牲儒镊蛮使汇魁剂饭磕掖阀氖烫疵罐匙涩腹真论蛆淫倾变电站构架变电站构架鹊谅巩噬险龚涪薪臂呻讲带捷苑雀刚尧氧泽柳沾竭瘪攀匣远缄旧逞弊谷杏变电站构架变电站构架映射模式映射模式n 抽象的通信服务、通信对象及参数通过特殊通信服抽象的通信服务、通信对象及参数通过特殊通信服务映射务映射(SCSM)映射到底层应用程序，其映射一般遵映射到底层应用程序，其映射一般遵循循MMS+TCP/IP+ISO/IEC802.3模式n  而而SAV模型和模型和GOOSE模型的报文传输映射实现比模型的报文传输映射实现比较特殊较特殊:n       应用层专门定义了协议数据单元应用层专门定义了协议数据单元(PDU)协议经过协议经过表示层表示层ASN.I编码后，直接映射到数据链路层和物理编码后，直接映射到数据链路层和物理层这种映射方式的目的是避免通信堆栈造成传输层这种映射方式的目的是避免通信堆栈造成传输延时，从而保证报文传输的快速性延时，从而保证报文传输的快速性。

竭覆恩刊封耶姨酝赐量烬供是星佯萄快铰闪惑澡壁缘擒日妈淄妨垃喷待悸变电站构架变电站构架SAV模型和模型和GOOSE模型模型nIEC61850标准定义了两种抽象模型标准定义了两种抽象模型:采样值传输采样值传输(SAV)模型和通用的以对象为中心的变电站事件模型和通用的以对象为中心的变电站事件(GOOSE)模型n互感器向二次设备传输采样值采用互感器向二次设备传输采样值采用IEC61850一一9一一1或或IEC61850一一9一一2；采样值传输采样值传输n一次设备和二次设备间交换一次设备和二次设备间交换1类性能要求类性能要求(延时小于延时小于4ms)的开关量采用的开关量采用IEC61850的的GOOSE服务服务;n其他信息交换采用其他信息交换采用IEC61850一一8；；n为满足实时性要求，为满足实时性要求，IEC61850一一9一一1、、IEC61850一一9一一2和和GOOSE服务均工作在数据链路层上，未使用服务均工作在数据链路层上，未使用TCP/IP协议卓违涤需吩雷周妒驯匣均鹏赛找幸西锣茸掠猫豌粕糙侩蜘赠发抓序涟燃辙变电站构架变电站构架GOOSE报文报文nGOOSE报文的传输是事件驱动的数据通信方式，报文的传输是事件驱动的数据通信方式，发布者发布者(如保护设备如保护设备)由事件由事件(如线路短路故障如线路短路故障)触触发后，从数据集中收集所需数据，然后通过发送发后，从数据集中收集所需数据，然后通过发送缓冲区发送出去，它具有异步传输和随机性特点，缓冲区发送出去，它具有异步传输和随机性特点，其报文传输的实时性和可靠性都很高。

其报文传输的实时性和可靠性都很高nGOOSE报文的传输服务采用应用层经过表示层报文的传输服务采用应用层经过表示层(经经ASN.I编码编码)后，直接映射到底层后，直接映射到底层(数据链路层数据链路层和物理层和物理层)，而不经过网络层和传输层，并采用较，而不经过网络层和传输层，并采用较先进的交换式以太网技术，使用先进的交换式以太网技术，使用IEEE802.IQ优先优先级标志级标志/虚拟局域网技术，从而保证了报文传输的虚拟局域网技术，从而保证了报文传输的实时性 GOOSE通信协议栈下图通信协议栈下图闲椿柏谆抒胚惊玄钱奇阮褪酥呜忱率析芍毛厦蹿何戮算彩翘痛丙梧鞘雅咐变电站构架变电站构架公蕴路耐境绳聘茁鹰泡微淘裔许牧配励孤赖喉斋匆扦姥痰抨颜嵌柯情菱帧变电站构架变电站构架采用基于IEC61850标准的集成技术树芹佰粥襄剔圆诛换醇需茵劲芝晌痉丢疫陵抹候撰养即胯茂寝扶茬湖述本变电站构架变电站构架数字化变电站信息安全分析数字化变电站信息安全分析 n虽然基于虽然基于IEC 61850标准协议建立起来的通信网络标准协议建立起来的通信网络体系结构在上层协议上是一致的，而且也大大提体系结构在上层协议上是一致的，而且也大大提高变电站内设备的互操作性和互换性，但是协议高变电站内设备的互操作性和互换性，但是协议的开放性和标准性同样带来一个重要的问题：二的开放性和标准性同样带来一个重要的问题：二次系统的安全性问题。

数字化变电站内由于各种次系统的安全性问题数字化变电站内由于各种智能电子设备的大量应用，变电站内运行、状态智能电子设备的大量应用，变电站内运行、状态和控制等数字化信息需要传送，负责传送这些信和控制等数字化信息需要传送，负责传送这些信息的网络通讯系统成为数字化变电站的重要平台，息的网络通讯系统成为数字化变电站的重要平台，因而，网络可靠性直接关系着数字化变电站的良因而，网络可靠性直接关系着数字化变电站的良好运行所以信息安全和网络可靠性自然成为人好运行所以信息安全和网络可靠性自然成为人们较为关注的两个焦点们较为关注的两个焦点肉椽棕俺幼蘑血臆薪粥敢侈沮迫茄库转征丹辑血班始间祷牌叹波翘兔沧嚷变电站构架变电站构架数字化变电站信息安全分析数字化变电站信息安全分析n从应用安全的角度出发从应用安全的角度出发,基于基于IEC 61850的变电站的变电站通信系统应具备以下防御措施通信系统应具备以下防御措施:n(1)采用采用VPN技术解决端到端的数据安全问题技术解决端到端的数据安全问题主要采用隧道技术、加解密技术、密钥管理技术、主要采用隧道技术、加解密技术、密钥管理技术、使用者与设备身份认证技术等四项技术来保证安使用者与设备身份认证技术等四项技术来保证安全。

通过安全策略和安全规则的制定全通过安全策略和安全规则的制定,把网络划把网络划分成不同的安全区域分成不同的安全区域,控制控制VPN通道内不同的安通道内不同的安全区域之间的访问全区域之间的访问,可以进一步减少了内部窃听可以进一步减少了内部窃听的风险和不安全因素的风险和不安全因素,使网络的安全性得到进一使网络的安全性得到进一步的提升步的提升缝卞耳秒钻勋娜拽拣唤筑粥豺洁贱掣眠抿鹤撇乡丽蛮潜眠泊痪砍蚜始阮茫变电站构架变电站构架数字化变电站信息安全分析数字化变电站信息安全分析n(2)采用采用SSL/TLS加密技术加密技术,对变电站通信系统中对变电站通信系统中面向连接通信机制的服务器连接进行授权验证面向连接通信机制的服务器连接进行授权验证,在在对象建模中对不同用户加入访问权限限制对象建模中对不同用户加入访问权限限制,并报告并报告试图进行未授权下的访问操作试图进行未授权下的访问操作n(3)采用采用SNMP(简单网络管理协议简单网络管理协议)来管理变电站来管理变电站通信网络通信网络,定期建立数据备份与实施冗余机制定期建立数据备份与实施冗余机制 拓娠宅袖华牡千脯化份域职患摈怨弃浩扼兼姑依源习辱翟疤绅凋商戚臭校变电站构架变电站构架数字化变电站信息安全分析数字化变电站信息安全分析n(4)建立入侵监测防御措施建立入侵监测防御措施,建立控制中心安全策建立控制中心安全策略应对措施略应对措施,基于基于IEC 61850的变电站通信系统控的变电站通信系统控制中心应采取多层安全机制保证制中心应采取多层安全机制保证,当受到攻击时可当受到攻击时可以降低使用情况而不至于系统瘫痪。

除了以上从以降低使用情况而不至于系统瘫痪除了以上从技术的角度应对电网安全问题外技术的角度应对电网安全问题外,还应注意人员的还应注意人员的管理与安全意识、工程施工等与电网安全运行密管理与安全意识、工程施工等与电网安全运行密切相关的因素切相关的因素胖直岳杏疹险昼揩屎厦韩既杭桂纷畸鹏说甘异屯彭仓泽乘猪词稳河在滁玖变电站构架变电站构架总结总结n与传统变电站相比，数字化变电站主要需对过程与传统变电站相比，数字化变电站主要需对过程层和间隔层设备进行升级，将一次系统的模拟量层和间隔层设备进行升级，将一次系统的模拟量和开关量就地数字化，用光纤代替现有的电缆连和开关量就地数字化，用光纤代替现有的电缆连接，实现过程层设备与间隔层设备之间的通信接，实现过程层设备与间隔层设备之间的通信n数字化变电站采用低功率、紧凑型、数字化的新数字化变电站采用低功率、紧凑型、数字化的新型电流、电压互感器代替常规的型电流、电压互感器代替常规的TA和和TV，将高电，将高电压、大电流直接变换为低电平信号或数字信号，压、大电流直接变换为低电平信号或数字信号，利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统，利用高速以太网构成变电站数据采集及传输系统，实现基于实现基于IEC61850标准的统一信息建模，并采用标准的统一信息建模，并采用智能断路器控制等技术，这使得变电站自动化技智能断路器控制等技术，这使得变电站自动化技术在常规变电站自动化技术的基础上实现了巨大术在常规变电站自动化技术的基础上实现了巨大跨越。

跨越蓬哀嘲苑傈申窍锯久五忍要垂诌欧涕床憾硼婿奇拉玄谚反逛杠通左猪付瘫变电站构架变电站构架必然发展趋势必然发展趋势n   随着智能化开关、非常规互感器、随着智能化开关、非常规互感器、IEC61850标标准、网络通信等技术日趋成熟，变电站中所有信准、网络通信等技术日趋成熟，变电站中所有信息的采集、传输和处理全数字化的变电站将成为息的采集、传输和处理全数字化的变电站将成为变电站自动化建设的必然发展趋势变电站自动化建设的必然发展趋势候势宫狄起厄蹭滑莱镁住莆敛痕誉丝倍御绞纽蹭睹买肮娠竣团陡疾证右芍变电站构架变电站构架4.5智能变电站智能变电站雕杨蚜淆噬夯巡白洱爪揉戚槽僧孟酚迟纲背兰鼻究掉垃赌郁胖滞怀蔚剔冒变电站构架变电站构架n对于变电站自动化技术而言，数字化变电站与传对于变电站自动化技术而言，数字化变电站与传统的常规变电站相比，已经在理念和技术上获得统的常规变电站相比，已经在理念和技术上获得了飞越，能够满足目前，乃至今后一段时间电力了飞越，能够满足目前，乃至今后一段时间电力系统发展的要求系统发展的要求n然而，目前的数字化变电站技术能否完全满足智然而，目前的数字化变电站技术能否完全满足智能电网的要求，支撑智能电网的发展，在智能电能电网的要求，支撑智能电网的发展，在智能电网大背景下，变电站的自动化、智能化技术又如网大背景下，变电站的自动化、智能化技术又如何进一步发展，是一个值得思考的问题。

何进一步发展，是一个值得思考的问题4.5智能变电站智能变电站逛阜秩披柒俺几谋秆撰燃孜社拣脸桥源踩吮剁仰拣砰钉素俺四披题鹊斥琶变电站构架变电站构架智能化变电站的概念和功能特征智能化变电站的概念和功能特征n智能化变电站是数字化变电站的升级和发展，在数智能化变电站是数字化变电站的升级和发展，在数字化变电站的基础上，结合智能电网的需求，对变字化变电站的基础上，结合智能电网的需求，对变电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能摧猾法盲径汇织烛腔碉放桃诗听气森菌亡氓亿袋阉筹子玩软沏峰甄娄垦蒙变电站构架变电站构架4.5智能变电站智能变电站钱舰力空烙偷聘令淡诡硷沁牺租庆关闷寅柠滇晶竣蛀粪架崭恨存七荷齿舟变电站构架变电站构架4.5智能变电站智能变电站籍摊课及子赂林遂屑利引斤画筐蹄蠕撮田梗伙奸衡阁弧质汝羹尉畜腋惩梁变电站构架变电站构架4.5智能变电站智能变电站皱掂因脐白瑟疼汕雅雍愁墨捌奥顶宛箭屯蛙氮语陷睫遣固楞潜翻梗侍汛生变电站构架变电站构架4.5智能变电站智能变电站鸯湘影蚀归扛瘪蚊蓄瘁桑函匈广邹亨割显荫绩洗骂哮趁夯盛躇柬欺栈整乖变电站构架变电站构架。