数字化变电站相关技术介绍幻灯片.ppt

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1、数字化变电站相关技术介绍第1页，共76页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容背景介绍背景介绍1电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能单元智能单元3IEC 61850标准标准4工业以太网工业以太网5数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望6第2页，共76页，编辑于2022年，星期六1 1 背景介绍背景介绍数字化变电站是智能电网的重要内容数字化变电站是智能电网的重要内容智能智能(数字化数字化)变电站变电站是智能电网的重要基础是智能电网的重要基础和节点支撑和节点支撑智能智能电网电网输电输电发电发电变电变电配电配电调度调度用电用电变电领域发展重点是变电领域发展重点是智能智能(数字化

2、数字化)变电站变电站第3页，共76页，编辑于2022年，星期六1 1 背景介绍背景介绍工业自动化系统的发展历程和趋势工业自动化系统的发展历程和趋势监控管理层监控管理层现场控制层现场控制层过程接口层过程接口层监控管理层监控管理层现场控制层现场控制层过程接口层过程接口层模拟设备模拟设备/电缆连接电缆连接监控层网络化监控层网络化过程层网络化过程层网络化电缆电缆网络网络监控管理层监控管理层现场控制层现场控制层过程接口层过程接口层数字设备来取代模拟设备，通信网络取代电缆数字设备来取代模拟设备，通信网络取代电缆网络网络电缆电缆第4页，共76页，编辑于2022年，星期六1 1 背景介绍背景介绍变电站自动化系

3、统的发展历程和趋势变电站自动化系统的发展历程和趋势变电站层变电站层间隔层间隔层过程层过程层模拟屏模拟屏/各种仪表各种仪表模拟式保护模拟式保护电磁式互感器电磁式互感器计算机计算机监控系统监控系统微机保护微机保护/微机测控微机测控电磁式互感器电磁式互感器微机保护微机保护/微机测控微机测控计算机计算机监控系统监控系统新型电子式互感器新型电子式互感器变电站综合自动化变电站综合自动化数字化变电站数字化变电站一次设备的数字化接口一次设备的数字化接口第5页，共76页，编辑于2022年，星期六1 1 背景介绍背景介绍数字化变电站的本质特征数字化变电站的本质特征现场设备的数字化现场设备的数字化信息传输的数字化信

4、息传输的数字化电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元智能单元智能单元IEC 61850标准标准工业以太网工业以太网问题：哪些信息需要传输，如何传输问题：新型数字化设备或接口设备第6页，共76页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容背景介绍背景介绍1电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能单元智能单元3IEC 61850标准标准4工业以太网工业以太网5数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望6第7页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元绝缘问题绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高（：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高（500kV

5、/单相单相/电流：电流：30万）万）测量准确问题测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题，不能反：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题，不能反映系统故障时非周期性分量；频带响应特性较差，频带窄映系统故障时非周期性分量；频带响应特性较差，频带窄信号输出问题信号输出问题：模拟电信号（：模拟电信号（1A/5A，100V/57.7V）运行安全问题运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开路，电压互：电压互感器不能短路，电流互感器不能开路，电压互感器存在铁磁谐振问题感器存在铁磁谐振问题传统电磁式互感器的缺点传统电磁式互感器的缺点第8页，共76页，编辑于2022年，星期六2.1 电子式电

6、流互感器电子式电流互感器铁心线圈低功率电流互感器（有源）铁心线圈低功率电流互感器（有源）罗可夫斯基空心线圈电流互感器（有源）罗可夫斯基空心线圈电流互感器（有源）光学电流互感器（无源）光学电流互感器（无源）名称铁心线圈低功率电流互感器罗可夫斯基空心线圈电流互感器光学电流互感器传感原理电磁感应原理（互感）电磁感应原理（自感）磁旋光效应原理传感材料与传感结构铁磁材料的线圈结构非铁磁材料的空心线圈结构玻璃材料的块状结构光纤材料的线圈结构2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元第9页，共76页，编辑于2022年，星期六B铁芯线圈电流I IRRb电流-电压转换器高阻VS铁心线圈低功率电流互感器铁心线

7、圈低功率电流互感器VS 与被测电流与被测电流 I 成正比成正比2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元第10页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元传统电磁式电流互感器传统电磁式电流互感器I/I变换变换具备低功率输入具备低功率输入接口的设备接口的设备铁心线圈低功率电流互感器铁心线圈低功率电流互感器I/V变换变换对电磁式电流互感器的改进对电磁式电流互感器的改进第11页，共76页，编辑于2022年，星期六罗可夫斯基空心线圈电流互感器罗可夫斯基空心线圈电流互感器2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元空心线圈的空心线圈的感应电压与被测电流的导数

8、感应电压与被测电流的导数成正比成正比（Rogowski，1912年）年）被测电流被测电流线圈感应电压线圈感应电压B空心线圈电流 I第12页，共76页，编辑于2022年，星期六普通光起偏器偏振光磁光材料磁场 B检偏器Faraday旋光角2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元光学电流互感器光学电流互感器法拉第磁旋光效应法拉第磁旋光效应（1846年）年）入射光出射光电流旋转角旋转角 与电流与电流I成正比关系成正比关系第13页，共76页，编辑于2022年，星期六I II I磁光玻璃磁光玻璃光纤光纤高压侧高压侧光纤光纤高压侧高压侧空心线圈空心线圈（或铁心线圈）（或铁心线圈）低压侧低压侧低压侧低压

9、侧低电压信号需要低电压信号需要就地数字化就地数字化有源型电流互感器有源型电流互感器无源型电流互感器无源型电流互感器A/D、积分器等、积分器等需要供电！需要供电！2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元第14页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元有源电子式互感器的供电方式有源电子式互感器的供电方式功电方式供电原理主要缺点CT供电利用特殊CT从母线上感应电压，经整流、滤波、稳压后供电散热（大电流）死区（小电流）电容分压供电利用电容分压，经整流、滤波、稳压后供电电气隔离激光供电低压侧通过光纤传输光能，由光电池将光能专为电能（最大功率1W）能量有限/

10、成本/寿命组合供电CT供能（或电容分压供电）+激光供电供能系统复杂切换问题第15页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元光学电流互感器存在的问题光学电流互感器存在的问题该比例系数（维尔德常数）是该比例系数（维尔德常数）是温度温度和和光源工作波长光源工作波长的函数的函数温度温度对精度的影响对精度的影响LED发光二极管老化发光二极管老化信号处理技术（自适应补偿）信号处理技术（自适应补偿）保证驱动电流恒定保证驱动电流恒定对策：对策：光源工作波长是光源工作波长是温度温度和和驱动电流驱动电流的函数的函数第16页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感

11、器电子式互感器/合并单元合并单元主要类别铁心线圈低功率电流互感器罗可夫斯基线圈电流互感器光学电流互感器波长影响无无较大温度干扰无无较大测量频带存在测量频带问题没有磁路饱和铁心线圈导致磁路饱和没有没有是否有源是是否电子式电流互感器的比较电子式电流互感器的比较第17页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元分压型电压互感器（有源）分压型电压互感器（有源）2.2 电子式电压互感器电子式电压互感器阻容分压阻容分压电容分压电容分压电阻分压电阻分压R1R2Usr与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过5V第18页

12、，共76页，编辑于2022年，星期六光学电压互感器（无源）光学电压互感器（无源）线偏振光通过有电场作用的线偏振光通过有电场作用的Pockels晶体时，折射成两束线偏振光，晶体时，折射成两束线偏振光，两者的光强度之比与被测电压两者的光强度之比与被测电压有关有关2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元Pockels效应（效应（1893年）年）第19页，共76页，编辑于2022年，星期六2.3 合并单元合并单元2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元合并单元合并单元MUECTEVT其他其他MUIa，Ib，Ic（保护）（保护）Ia，Ib，Ic（测量）（测量）IoUa，Ub，Uc，Uo母线电

13、压母线电压多路电流电压信号的采集与处理多路电流电压信号的采集与处理主要功能：主要功能：信号同步信号同步报文处理和发送报文处理和发送IEC 60044-8IEC 61850-9-2保护保护测控测控计量计量录波录波第20页，共76页，编辑于2022年，星期六合并单元与二次设备的接口规范合并单元与二次设备的接口规范2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元60044-861850-9-2采用采用FT3格式点对点传输，速率有限（格式点对点传输，速率有限（2.5Mbps），），采样率最高只能达到采样率最高只能达到5k，不能满足计量、谐波检测和行波测距的要求，不能满足计量、谐波检测和行波测距的要求传输

14、延时固定，可用传输延时固定，可用插值再采样插值再采样实现同步，不依赖外部时钟实现同步，不依赖外部时钟无标准支持无标准支持采用以太网传输（点对点或网络），通信速率高（采用以太网传输（点对点或网络），通信速率高（100M/1000Mbps）传输延迟不固定，依赖外部时钟传输延迟不固定，依赖外部时钟标准长期支持标准长期支持第21页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元传统电流互感器二次线圈传统电流互感器二次线圈母线保护母线保护1母线保护母线保护2线路保护线路保护1计量计量录波录波合并单元与二次设备的接口合并单元与二次设备的接口（点对点模式）（点对点模式）线路

15、保护线路保护2断路器保护断路器保护测量测量PMUMU1母线母线1线路线路1断路器断路器1录波录波1备用备用备用备用PMU测量测量MU2母线母线2线路线路2断路器断路器2录波录波2备用备用备用备用计量计量备用备用第22页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元线圈、线圈、A/D和采集模块的双重化配置和采集模块的双重化配置保护线圈保护线圈1，2计量线圈计量线圈光纤至光纤至合并单元合并单元1光纤至光纤至合并单元合并单元2双重化双重化双双A/D系统系统第23页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元电子式电流互感器结构

16、电子式电流互感器结构 1第24页，共76页，编辑于2022年，星期六2 电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元电子式电流互感器结构电子式电流互感器结构 2第25页，共76页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容背景介绍背景介绍1电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能单元智能单元3IEC 61850标准标准4工业以太网工业以太网5数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望6第26页，共76页，编辑于2022年，星期六3 3 智能单元智能单元智能单元的主要功能智能单元的主要功能智能单元智能单元GOOSE A网网GOOSE B网网GOOSE点对点点对点硬接点硬接点2）上传开关刀闸

17、位置信号）上传开关刀闸位置信号一次设备的数字接口：一次设备的数字接口：1）接收保护动作信息）接收保护动作信息/分合闸信号分合闸信号/控制信号控制信号合并各种对一次设备合并各种对一次设备的操作命令的操作命令第27页，共76页，编辑于2022年，星期六3 3 智能单元智能单元智能控制功能智能控制功能系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命选选相相分分闸闸：各各相相在在各各自自的的电电流流过过零零点点依依次次分分闸闸，提提高高开开断断能能力力集成检同期和自动重合闸功能（试探集成检同期和自动重合闸功能（试探自适应自适应）智能单元应具备的附加功能智能单

18、元应具备的附加功能状态监视与状态检修状态监视与状态检修跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等状态评估状态评估/故障预报故障预报/检修计划检修计划第28页，共76页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容背景介绍背景介绍1电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能单元智能单元3IEC 61850标准标准4工业以太网工业以太网5数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望6第29页，共76页，编辑于2022年，星期六IEC（国际电工委员会）第（国际电工委员会）第57技术委员会制定的世界上第一技术委员会制定的世界上第一个基于通用网络平

19、台的变电站自动化系统通信标准个基于通用网络平台的变电站自动化系统通信标准目的：目的：互操作性互操作性主要内容主要内容信息模型信息模型：哪些信息需要传输：哪些信息需要传输信息服务模型信息服务模型：信息如何传输：信息如何传输2004年正式出版（第二版，年正式出版（第二版，2010年），国内等同引用为国家标准年），国内等同引用为国家标准4 IEC 61850标准标准第30页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准IEC 61850标准的内容框架标准的内容框架 建模方法建模方法7-4逻辑节点逻辑节点物理设备物理设备逻辑设备逻辑设备数据对象数据对象数据属性数据属性7-15信息模

20、型信息模型信息服务模型信息服务模型公共数据类公共数据类7-3模板模板7-2面向变电站层的通信面向变电站层的通信面向过程层的通信面向过程层的通信89-1/9-2设备与系统的描述设备与系统的描述模型与服务的测试模型与服务的测试610MMS报文报文SV报文报文GOOSE报文报文8第31页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准IEC 61850模型与模型与103模型模型103模型：模型：点表形式点表形式，按照索引号进行，按照索引号进行访问访问IEC 61850模型：模型：面向对象的分层模型面向对象的分层模型，按照，按照分层对象名称进行访问分层对象名称进行访问模型模型是对现实

21、事物一种抽象表达，体现共性，屏蔽个性是对现实事物一种抽象表达，体现共性，屏蔽个性建立统一模型的意义：对事物进行统一表达，便于交流建立统一模型的意义：对事物进行统一表达，便于交流列表表示圆上每列表表示圆上每一个点的坐标一个点的坐标给出圆心坐标和给出圆心坐标和半径，方程表示半径，方程表示O(x1,y1)R第32页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准103模型表达线路保护装置的距离保护模型表达线路保护装置的距离保护I段动作段动作功能类型功能类型信息序号信息序号信息元素集信息元素集信息体时标信息体时标信息体信息体标识符标识符公共地址公共地址传送原因传送原因可变结构限定词可

22、变结构限定词类型标识类型标识数据单元数据单元类型类型:传送带标志的状态变位传送带标志的状态变位:自发（突发）自发（突发）:线路保护线路保护:距离保护距离保护I段出口段出口256个语义个语义:距离保护距离保护II段出口段出口:距离保护距离保护III段出口段出口线性模型线性模型第33页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准物理设备PHD逻辑设备LDPDIS1Op“PHD/LD/PDIS1$Op$general”=1数据属性数据属性 DAgeneral逻辑节点逻辑节点LN数据对象数据对象 DOIEC 61850模型表达线路保护装置的距离保护模型表达线路保护装置的距离保护I

23、段动作段动作物理设备名逻辑设备名逻辑节点名数据属性名数据对象名第34页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准举例说明举例说明含含三段式距离保护三段式距离保护和和两段零序过流保护两段零序过流保护的继电保护装置的继电保护装置物理设备物理设备1#LinePro逻辑设备逻辑设备1逻辑设备逻辑设备2PDIS1PDIS2PDIS3PTOC1PTOC2LinAng状态信息状态信息StrOp定值信息定值信息线路阻抗角线路阻抗角K0FactK0FactAng零序补偿系数零序补偿系数零序补偿系数角度零序补偿系数角度PoRch欧姆图直径欧姆图直径generalphsAphsBphsC是否

24、动作（总）是否动作（总）A相是否动作相是否动作B相是否动作相是否动作C相是否动作相是否动作动作动作特性特性PctOfs偏移百分比偏移百分比第35页，共76页，编辑于2022年，星期六模型仓库模型仓库逻辑节点逻辑节点数据对象数据对象数据属性数据属性模板模板“拷贝拷贝”实例实例设备 1设备n搭建装置的信息模型4 IEC 61850标准标准第36页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准IEC 61850标准的内容框架标准的内容框架 建模方法建模方法7-4逻辑节点逻辑节点物理设备物理设备逻辑设备逻辑设备数据对象数据对象数据属性数据属性7-15信息模型信息模型信息服务模型信息

25、服务模型公共数据类公共数据类7-3模板模板7-2面向变电站层的通信面向变电站层的通信面向过程层的通信面向过程层的通信89-1/9-2设备与系统的描述设备与系统的描述模型与服务的测试模型与服务的测试610MMS报文报文SV报文报文GOOSE报文报文8第37页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准IEC 61850信息服务模型信息服务模型定值组控制块模型定值组控制块模型报告控制块报告控制块日志控制块模型日志控制块模型控制模型控制模型文件传输模型文件传输模型1）保护设备与监控主机的通信（）保护设备与监控主机的通信（MMS报文）报文）录波数据文件的传输录波数据文件的传输分合

26、闸控制，变压器抽头控制分合闸控制，变压器抽头控制事件顺序记录的检索事件顺序记录的检索保护动作信号上传当地监控保护动作信号上传当地监控定值的读定值的读/写写/切换切换第38页，共76页，编辑于2022年，星期六通用变电站事件模型通用变电站事件模型（GOOSE）采样值传输模型采样值传输模型（SV）4 IEC 61850标准标准IEC 61850信息服务模型信息服务模型2）保护控制设备与合并单元、智能单元的通信）保护控制设备与合并单元、智能单元的通信开关量开关量模拟量模拟量合并单元合并单元智能单元智能单元SVGOOSE第39页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准GOOS

27、E传输机制传输机制：变时间间隔重复传输变时间间隔重复传输事件结束后以较长的间隔连续传输（事件结束后以较长的间隔连续传输（1s），以），以保持通信线路的保持通信线路的畅通畅通事件发生时以较短的间隔连续传输（事件发生时以较短的间隔连续传输（1ms，2ms，4ms），），避免数据避免数据报文的丢失报文的丢失事件计数器事件计数器C1报文计数器报文计数器C2C1=10C2=10C1=11C2=11C1=11C2=15保护动作保护动作第40页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准GOOSE传输机制传输机制特点：特点：1）事件产生是快速重复传输）事件产生是快速重复传输2）无应答）

28、无应答跳闸1对策：对策：1）连续接到两个跳闸）连续接到两个跳闸GOOSE再动作再动作2）接受到跳闸信号后，发报文确认）接受到跳闸信号后，发报文确认跳闸2确认第41页，共76页，编辑于2022年，星期六数字化变电站系统与设备的描述数字化变电站系统与设备的描述 4 IEC 61850标准标准 SSD：系统定义文件系统定义文件（描述一次系统接线图）（描述一次系统接线图）SCD：变电站配置描述文件变电站配置描述文件（一次系统、二次设备及其（一次系统、二次设备及其 与一次设备的关联、通信系统）是最完整的描述与一次设备的关联、通信系统）是最完整的描述 ICD：IED设备能力描述设备能力描述（功能，信息模型

29、和服务模型）（功能，信息模型和服务模型）CID：已配置的已配置的IED描述文件描述文件（二次设备模型、与一次系（二次设备模型、与一次系统统的关联、通信参数）的关联、通信参数）四个重要的描述文件四个重要的描述文件第42页，共76页，编辑于2022年，星期六各种描述文件的作用和流转过程各种描述文件的作用和流转过程4 IEC 61850标准标准.ssd文件文件(1个，设计院提供个，设计院提供).icd文件文件(多个，由制造商提供多个，由制造商提供)描述一次接线图描述二次设备的信息和服务模型通信系统设计.scd文件文件描述一次接线、二次设备和通信系统（最完整）实例化，确定二次设备与一次系统的对应关系.

30、cid文件文件.cid文件文件描述二次设备模型、通信参数及与一次系统的对应关系第43页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准PhtoPh_PDIS_1PhtoPh_PDIS_2PhtoPh_PDIS_3ECT1QF1QF2ECT2.ssd文件文件LD_1LinePro_1PhtoPh_PDIS_1PhtoPh_PDIS_2PhtoPh_PDIS_3LD_1LinePro_2PDIS_1PDIS_2PDIS_3LD_1DisRelay.icd文件文件.cid文件文件.cid文件文件.scd文件文件通信系统通信系统SAGOOSE第44页，共76页，编辑于2022年，星期

31、六实际工程中配置文件的流转实际工程中配置文件的流转4 IEC 61850标准标准设计院不提供任何描述文件各种文件由系统总承包商提供.icd文件文件(多个，由制造商提供多个，由制造商提供)设计院提供设计院提供的设计图纸的设计图纸通信系统设计.scd文件文件实例化，确定二次设备与一次系统的对应关系.cid文件文件.cid文件文件第45页，共76页，编辑于2022年，星期六4 IEC 61850标准标准延续以往的端子排设计与校核延续以往的端子排设计与校核清晰明确的清晰明确的电缆电缆连接变成看连接变成看不见摸不着的不见摸不着的通信网络通信网络引入引入“虚端子虚端子”概念概念设计院方面制造商方面交换描述

32、文件交换描述文件.scd和和.cid配置输入输出并校核配置输入输出并校核用户方面缺乏有效的运行管理工具缺乏有效的运行管理工具网络记录仪仅网络记录仪仅用于事故后分析用于事故后分析如何保证连接？如何保证连接？第46页，共76页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容背景介绍背景介绍1电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能单元智能单元3IEC 61850标准标准4工业以太网工业以太网5数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望6第47页，共76页，编辑于2022年，星期六在发送端和接收端简在发送端和接收端简化对通信报文的处理化对通信报文的处理5.1 SV和和GOOSE报文的实时传输报文

33、的实时传输5 工业以太网技术工业以太网技术SV和和GOOSE报文报文发送发送MMS报文报文接收接收应用层表示层数据链路层会话层传输层网络层物理层应用层表示层数据链路层会话层传输层网络层物理层发送发送应用层数据链路层物理层应用层数据链路层物理层接收接收第48页，共76页，编辑于2022年，星期六5.1 SV和和GOOSE报文的实时传输报文的实时传输5 工业以太网技术工业以太网技术提供优先级服务提供优先级服务正常报文正常报文正常报文正常报文GOOSE正常报文缓存区正常报文缓存区IEC GOOSE快速通道快速通道以太网交换机以太网交换机SV和和GOOSE报文的传输时间：报文的传输时间：4ms第49页

34、，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术5.2 网络的可靠性（冗余）网络的可靠性（冗余）单环网单环网双环网双环网双星型网双星型网第50页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术环网环网/双环网的运行机制双环网的运行机制（1）正常时，停用一个链路，开正常时，停用一个链路，开环运行环运行（2）故障发生时，启用备用链路，故障发生时，启用备用链路，保证相互的连通保证相互的连通停用停用启用启用冷备用，故障恢复需要一定时间冷备用，故障恢复需要一定时间故障故障第51页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术双星型网的运行机制

35、双星型网的运行机制正常时从双网上获取数据，正常时从双网上获取数据，一主一备（热备用）一主一备（热备用）故障时，快速切换到备用网故障时，快速切换到备用网络上，继续工作络上，继续工作热备用，故障恢复时间可以为零热备用，故障恢复时间可以为零数字化变电站中推荐采用数字化变电站中推荐采用该网络冗余方法该网络冗余方法第52页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术守时：守时：独立的时钟保持时间精确的能力独立的时钟保持时间精确的能力时钟同步：时钟同步：多个时钟之间保持一致的能力多个时钟之间保持一致的能力数据同步：数据同步：采样数据是在同一个时间点上采得的采样数据是在同一个时间点上

36、采得的电力系统的绝大多数参数都是时间的函数电力系统的绝大多数参数都是时间的函数5.3 时钟同步时钟同步同步等级精度目的T11ms事件时标T20.1ms分布同期和数据时标T325us-T44us-T51us线路行波测距、同步相量第53页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术需要时钟同步的设备需要时钟同步的设备对策：对策：a）保护装置插值同步（各间隔合并单元可以不同步）保护装置插值同步（各间隔合并单元可以不同步）b）保证各间隔合并单元严格同步）保证各间隔合并单元严格同步1）各相电流、电压的同步）各相电流、电压的同步2）各间隔电流）各间隔电流/电压的同步电压的同步 跨间

37、隔保护（母线差动和变压器差动）跨间隔保护（母线差动和变压器差动）对策：对策：合并单元内同步合并单元内同步IRIG-BIEEE 1588第54页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术插值同步方法插值同步方法X1X2计算公式计算公式第55页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术插值同步法的缺点插值同步法的缺点要求采样值要求采样值等间隔传输等间隔传输，否则插值算法会导致信号畸变，否则插值算法会导致信号畸变IEC 60044-8（抖动值（抖动值10us）IEC 61850-9-2（抖动值（抖动值50us）为保证采样值等间隔传输，目前只能采用为

38、保证采样值等间隔传输，目前只能采用点对点传输点对点传输（网络会（网络会产生不确定延迟）产生不确定延迟）保护核心算法所依据的不是原始数据，给整个继电保护算法增加保护核心算法所依据的不是原始数据，给整个继电保护算法增加了新的环节了新的环节仅仅满足了保护所需的数据同步要求，对时问题没有解决仅仅满足了保护所需的数据同步要求，对时问题没有解决第56页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术SNTP/NTP时钟同步原理时钟同步原理t：时钟偏差：时钟偏差d1，d2：传输时间：传输时间(T2t)T1=d1T4(T3t)=d2其中其中最关键的假设：最关键的假设：往返的传输时间相等往返

39、的传输时间相等主时钟主时钟从时钟从时钟T1T1+td1d2T2T2-tT3T3-tT4得知得知T2，T3第57页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术SNTP/NTP时钟同步精度不高的原因（时钟同步精度不高的原因（1ms）网络网络路径时间路径时间应用层应用层表示层表示层数据链路层数据链路层会话层会话层传输层传输层网络层网络层物理层物理层应用层应用层表示层表示层数据链路层数据链路层会话层会话层传输层传输层网络层网络层物理层物理层主时钟主时钟从时钟从时钟写入写入/读取时读取时标标报文编报文编码码报文报文解码解码不确定不确定不确定不确定不确定不确定三个环节都具有不确定性

40、，三个环节都具有不确定性，d1与与d2的偏差较大的偏差较大在在高层（应用层）打时标高层（应用层）打时标，传输时间包含三个环节，传输时间包含三个环节第58页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术举例说明举例说明网络网络路径时间路径时间应用层应用层表示层表示层数据链路层数据链路层会话层会话层传输层传输层网络层网络层物理层物理层应用层应用层表示层表示层数据链路层数据链路层会话层会话层传输层传输层网络层网络层物理层物理层主时钟主时钟从时钟从时钟345214d1=8d2=11第59页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术IEEE 1588时钟同

41、步原理（时钟同步原理（1）在在底层（物理层）打时标底层（物理层）打时标，避免了报文处理时间的不确定性，避免了报文处理时间的不确定性主时钟主时钟从时钟从时钟T1d1T2得知得知T1T3跟随报文跟随报文含含T1时刻时刻得知得知T4d2T4物理层物理层物理层物理层T1T2T4T3时标获取的位置时标获取的位置答复报文答复报文含含T4时刻时刻T0主时钟主时钟从时钟从时钟第60页，共76页，编辑于2022年，星期六主时钟主时钟从时钟从时钟交换机交换机5 工业以太网技术工业以太网技术IEEE 1588时钟同步原理（时钟同步原理（2）交换机可记录交换机可记录“同步报文同步报文”在交换机内的在交换机内的驻留时间

42、（驻留时间（t3-t2）T2T1=d1+t直接测量直接测量d1第61页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术主时钟主时钟从时钟从时钟交换机交换机IEEE 1588时钟同步原理（时钟同步原理（3）交换机可以和主时钟发送报文计算交换机可以和主时钟发送报文计算主时钟到交换机的传输延迟主时钟到交换机的传输延迟以此类推，可以精确计算每一段传输路径的延时以此类推，可以精确计算每一段传输路径的延时第62页，共76页，编辑于2022年，星期六5 工业以太网技术工业以太网技术IEEE 1588时钟同步精度与可靠性时钟同步精度与可靠性典型同步精度：典型同步精度：100ns在物理层打时

43、标，需要专用的硬件，价格昂贵在物理层打时标，需要专用的硬件，价格昂贵最佳主时钟选择机制：最佳主时钟选择机制：自动选择第二主时钟（容错性强）自动选择第二主时钟（容错性强）评价评价时钟同步精度高，可利用已有的通信网络时钟同步精度高，可利用已有的通信网络具有高可靠性，减少对具有高可靠性，减少对GPS的依赖的依赖IEEE PSRC H7工作组，正制定工作组，正制定1588在电力系统中应用的标准在电力系统中应用的标准（2010年），是今后的发展趋势年），是今后的发展趋势第63页，共76页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容背景介绍背景介绍1电子式互感器电子式互感器/合并单元合并单元2智能单元智能单

44、元3IEC 61850标准标准4工业以太网工业以太网5数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望6第64页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望在系统设计方面：在系统设计方面：避免了复杂的端子接线图设计，通信网络设计成为设计的避免了复杂的端子接线图设计，通信网络设计成为设计的一部分内容一部分内容引入引入“虚端子虚端子”概念，延续现有的二次系统设计规范概念，延续现有的二次系统设计规范在二次设备制造方面：在二次设备制造方面：新增设备：电子式互感器、合并单元和智能单元新增设备：电子式互感器、合并单元和智能单元继电保护装置接口简化，提高可靠性，抗干扰性强

45、继电保护装置接口简化，提高可靠性，抗干扰性强利用利用IEC 61850模型进行通信，加强通信处理能力模型进行通信，加强通信处理能力提供设备的描述文件提供设备的描述文件第65页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望数字化变电站继电保护设备的主要接口数字化变电站继电保护设备的主要接口继电保护装置继电保护装置SV(点对点点对点)MMS A网（星型）网（星型）MMS B网（星型）网（星型）时钟同步，时钟同步，1微秒微秒（IRIG-B或或IEEE 1588）1mGOOSE(点对点点对点)GOOSE A网（星型）网（星型）GOOSE B网（星型）网（星型）1n

46、采样值采样值重要开关量重要开关量次重要开关量次重要开关量MMS 报文报文第66页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望应用新型电子式互感器应用新型电子式互感器/合并单元合并单元/智能单元，智能单元，节约电缆节约电缆采用统一信息模型通信，避免了劳民伤财的采用统一信息模型通信，避免了劳民伤财的规约转换规约转换（取消（取消了故障信息子站的设置）了故障信息子站的设置）网络不可靠，增设网络不可靠，增设网络记录仪网络记录仪装置装置在用户方面：在用户方面：第67页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望SA/GOOSE

47、/时钟同步三网合一时钟同步三网合一IEC 61850-90-4：以太网网络交换工程导则以太网网络交换工程导则将各种专用点对点网络合并将各种专用点对点网络合并进一步简化二次设备的接口，进一步实现信息共享进一步简化二次设备的接口，进一步实现信息共享SA：IEC 61850-9-2（统一采样率（统一采样率4k和和12.8k）时钟同步：时钟同步：IEEE 1588通信网络系统的重要性日益突出通信网络系统的重要性日益突出可借鉴工业自动化领域较为成熟的解决方案可借鉴工业自动化领域较为成熟的解决方案第68页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望数字化变电站交换机

48、通用技术条件数字化变电站交换机通用技术条件交换机是数字化变电站的关键设备交换机是数字化变电站的关键设备国内目前起草了一个电力专用工业以太网交换机技术规范国内目前起草了一个电力专用工业以太网交换机技术规范（2008年年3月，征求意见稿）月，征求意见稿）第69页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望数字化变电站二次系统的智能监视、告警和控制数字化变电站二次系统的智能监视、告警和控制运行人员缺乏有效的工具来运行人员缺乏有效的工具来知晓知晓二次系统状态二次系统状态（可视化：交换机（可视化：交换机/二次回路二次回路/网络流量网络流量/网络拓扑变更）网络拓扑变

49、更）信息系统异常时的信息系统异常时的告警告警与与处理处理装置投退操作与校核装置投退操作与校核二次回路检测二次回路检测软压板软压板第70页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望IEC 61850-90-1：变电站间变电站间的的IEC 61850规约规约（2010年）年）闭锁式的距离保护闭锁式的距离保护线路差动保护线路差动保护IEC 61850应用范围的扩大应用范围的扩大IEC 61850-90-2：变电站与调度中心变电站与调度中心的的IEC 61850规约规约包括包括远动信息、故障信息、远动信息、故障信息、PMU信息信息等等需要解决需要解决IEC 6

50、1850与与IEC 61970 CIM之间的协调之间的协调IEC 61850-7-410：水电厂水电厂监控系统模型监控系统模型 IEC 61850-7-420：风电场风电场监控系统模型监控系统模型 第71页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望按功能分多种协议：按功能分多种协议：101：传统的远动信息：传统的远动信息102：计量信息：计量信息103：保护信息：保护信息104：基于：基于TCP/IP的网络化的网络化101电力系统通信系统现状电力系统通信系统现状第72页，共76页，编辑于2022年，星期六6 数字化变电站的应用展望数字化变电站的应用展望