深圳市国电南思系统控制有限公司 张结

1. 深圳市国电南思系统控制有限公司张结 关于数字化变电站的研究

2. 报告内容 • 数字化变电站的特征 • 一次设备的智能化 • 二次设备的网络化 • 变电站的信息化 • 数字化变电站的实质 • 数字化变电站的价值 • 数字化变电站的技术路线 • 设计、运行、维护管理的变革 • 需要的准备工作 • 数字化变电站所涉及的技术 • 过程数据的获取和过程通信 • 变电站信息建模和信息交换 • 运行、维护中的通信监视

3. 变电站的发展 • 进一步发挥变电站效益的有效途径 • “变电站自动化各专业技术的界线越来越模糊，对变电站自动化采集的信息进行进一步处理，加以充分利用，是进一步提高变电站自动化效益的主要途径”。 • “信息技术和自动化技术相结合是降低成本，提高供电可靠性，提高供电部门竞争能力的重要因素。” • 技术进步提供的条件和带来的挑战 • 通信技术和网络技术的发展 • 基于全面的信息共享和信息交换的变电站自动化系统 • 目前的状况 • 适合于数字化变电站的自动化装置 • 数字化变电站的通信网络 • 变电站自动化系统的形态（进步缓慢）

4. 数字化变电站特征

5. 数字化变电站特征 • 与传统的变电站相比，数字化变电站具有的特点 • 采用新型互感器，通过过程总线实现测量信息的全面共享 • 间隔层，甚至站控层自动化功能突破智能装置的“边界”，实现自由分布和应用集成 • 取消传统的“硬接线”，自动化功能之间的逻辑配合关系建立在信息交换的基础上 • 变电站作为电力自动化系统的信息源和控制终端，通过信息传输为控制中心系统提供更加完整和丰富的信息，例如一次设备监测信息、二次设备监测信息、电网运行状态信息、电网故障信息、计量信息等 • 变电站自动化系统成为整体电力自动化系统的有机组成部分，通过变电站信息传输可以实现如区域无功优化策略、区域防误策略、区域备自投策略、电网故障分析系统等控制中心功能。

6. 数字化变电站特征 • 一次设备的智能化 • 数字接口的电子式互感器 • 智能终端

7. 数字化变电站特征 • 一次设备的智能化 • 数字接口的电子式互感器 • 智能终端

8. 二次设备的网络化 • 信息流取代硬接线 • 自动化功能的分布和集成 Generic Automatic Process Control means a generic node for all not pre-defined functions Generic Input and Output means a generic node for all not pre-defined process devices 数字化变电站特征 LN for station level functions IHMI CALH IHMI CILO Human Machine Interface Alarm Handler Interlocking (on station level) LN for bay level functions GAPC CSWI CILO ATCC Circuit Breaker Controller Interlocking (on bay level) Automatic Tap Changer Controller LN for process images (process equipment) GGIO XCBR XSWI YLTC Circuit Breaker Isolator Tap Changer

9. 数字化变电站特征 • 二次设备的网络化 • 基于通信的信号流

10. 控制中心 HMI 工程维护 路由器 以太交换机 间隔控制 保护 A 保护 B 间隔控制 保护 A 保护 B 常规开关 常规开关 常规CT / VT 常规CT / VT 数字化变电站特征 • 二次设备的网络化 • 星型结构

11. 控制中心 HMI 工程维护 路由器 以太交换环网 间隔控制 保护 A 保护 B 间隔控制 保护 A 保护 B 常规开关 常规开关 常规CT / VT 常规CT / VT 数字化变电站特征 • 二次设备的网络化 • 环型结构

12. 控制中心 HMI 工程维护 路由器 以太交换环网 间隔控制 保护 A 保护 B 间隔控制 保护 A 保护 B 新型开关 新型开关 新型CT / VT 新型CT / VT 数字化变电站特征 • 二次设备的网络化 • 环行+过程共享结构

13. 数字化变电站特征 • 自动化系统的信息化 调度自动化系统 远方保护维护 故障信息处理 电能量计量计费 数据网络（WAN） 厂站LAN 厂站LAN 故障录波 故障录波 安自装置 安自装置 专用通道 继电保护 继电保护 远动、计量 远动、计量 一次系统或设备

14. 数字化变电站的实质 • 数字化变电站的价值 • 简化二次回路设计,使变电站自动化系统的可靠性得到了进一步提高 • 减少自动化设备数量，节省建设投资，提高变电站自动化的整体可靠性 • 利用新型互感技术，提高保护正确动作率 • 减少信号电缆，节省建设投资 • 方便设备的维护检修，减少二次设备的退出次数和退出时间，提高设备的使用效率，降低运行维护成本 • 采用统一建模技术和通信接口，系统不再依赖于设备制造商，方便了设备的升级维护，方便变电站的扩建及自动化系统的扩充 • 变电站信息得到统一规划、充分共享，发挥信息技术的优势、提高电力系统运行和管理效率

15. 数字化变电站的实质 • 技术路线 • 将通信与功能配合进行分离 • 功能配合——逻辑的信号交换——不依赖于物理的接线 （代价——不可见了） • 自由分布和优化组合——依赖于过程数据共享 （代价—— 时效的保证方法） • IEC61850 • 作为协议——优势为自身服务——作用并没有跨越103 • 作为信息交换模型——可设计、支持功能配合的修改——代替了对端子的定义，及二次回路设计。 • 过程数据的数字化——必须的技术条件

16. （1） 一致的约定 面向对象封装（2） 服务约定 通讯服务 通讯协议 互操作性 数据 信息 语义约定 面向对象建模（3） 最小信息语义 功能自由分布 功能分解（4） 可共享的过程 信息 过程数据 模型结构 数字化 信息化 自动化功能的彻底分布和集成应用 数字化变电站的实质

17. 数字化变电站的实质 • 设计、运行、维护管理的变革 • 使信息交换过程可见——设计、运行、事后 • 使自动化功能的完备性可见——通信原因 • 对信息交换设计过程的支持和可控 • 对功能配合——互操作性的支持和可控——技术、管理

18. 数字化变电站的实质 • 自动化产品——活的 • 功能范围确定——但可选择（设计阶段、运行阶段） • 物理通信方法唯一——没有端子 • 逻辑通信（信息交换方法）——依赖设计可自动调整 • 功能及可交换信息、所获取信息——必须公布——ICD模型文件 • 根据设计结果——SCD、CID文件——决定运行状态 • 设计——决定作用 • 以自动化整体性能的最优为目标——决定着自动化产品的实际运行能力 • 以自动化产品提供的ICD模型文件为输入 • 以变电站模型SCD文件为输出 • 过程数据的共享范围——物理的、逻辑的 • 通信产品的选择——时效保证、可监视、可控制 • 运行 • 变电站运行 • 变电站整体、自动化装置局部——功能的完备性——是否出现降级 • 通信、信息交换的可靠性——监视 • 管理 • 调试、投运 • 自动化系统故障分析——通信、信息交换、功能配合 • 互操作性——信息模型、信息语义

19. IED能力描述 (LN, DO, 等) 系统配置 IED 工程制作环境 数据库 单线图，预制报表等的关联 工程工作站 IED配置 远程文件传输 当地文件传输 采用IEC61850服务进行文件传输和参数初始化 变电站网关 变电站自动化系统 IED IED IED IED 数字化变电站的实质

20. 数字化变电站的实质 • 需要的准备工作 • 数字化变电站功能规范和相关设备技术条件 • 对数字接口的电子式互感器、继电保护装置、测控装置和计量仪表的调试和校验规程 • 数字化变电站的设计、施工、验收、管理规程或指导书 • 数字化变电站安全性、可靠性评价规程 • 数字化变电站信息模型及信息语义一致性评价规程

21. 数字化变电站所涉及的技术 • 过程数据的获取 • 新型 non-conventional instrument transformer (NCIT)互感器 • 合并单元Merging Unit(MU)，它可以提供所有相，或整条线路的采样数据。 • 辅助执行机构也可被智能化为Breaker IED. • 组网方式（IEC61850-9-1、 IEC61850-9-2） • 同步技术 • 时效保证

22. 数字化变电站所涉及的技术 • 组网方式 • 站控层网络 • 间隔网络 • 间隔间网络 • 过程网络

23. OSI模型的基本准则包括： 网络设备之间如何联系，使用不同协议的设备如何通信。 网络设备如何获知何时传输或不传输数据。 如何安排、连接物理网络设备。 确保网络传输被正确接收的方法。 网络设备如何维持数据流的恒定速率。 电子数据在网络介质上如何表示。 OSI模型的组成，如右图。 数字化变电站所涉及的技术

24. 数字化变电站所涉及的技术

25. 数字化变电站所涉及的技术

26. 数字化变电站所涉及的技术 • 基于IEEE802.3传统交换机的弊端 • 秒级线路故障恢复，可靠性低 • 逐级交换，报文传输时延长且不确定 • 没有对业务的通道隔离，服务质量差 • 无法有效承载包括RS232/485信号在内的多种业务 • 数字化变电站的要求 • 毫秒级环切换和线路故障恢复，可靠性高 • 快速转发，端到端时延、抖动高可控性 • 按业务类型分类并分道传输，服务质量高 • 可以同时有效承载多种业务，如E1、RS232/485等 • 双向传输，动态分配带宽，带宽利用率和传输效率高

27. 数字化变电站所涉及的技术 新的线路传输协议 线路故障恢复时间小于10毫秒 业务分道传输，传输通道可以物理隔离 结合波分复用技术，可实现纳秒级端到端传输时延 可提供从协议链路层到IP层的通讯记录，以及对设备自身性能的报告 可提供以太网、E1、RS232/485等多种业务接口 可对每个传输通道端到端的业务流量进行控制

28. 数字化变电站所涉及的技术 • 重点在于共享、可靠、同步 以太网、E1、RS232/485等业务接口 100M-2.5G线路带宽 光纤或双绞线

29. 数字化变电站所涉及的技术 • 自动化装置信息模型 • IEC61850信息模型 • 缺失的信息语义:选相功能PSEP、间隙接地保护PIEF、合闸于故障的保护PCOF、非全相保护PNCP、非全相运行中故障保护PONC、充电保护PCAG、死区保护PDEZ、匝间故障保护PCIR、失磁保护PLEX、无电压检测功能RTUV、收信跳闸功能PPOS、非电量保护PNED • 变电站互操作模型 • 二次信号流 • 对互操作语义的集中管理 一致性维护——语义字典、装置模型 • 装置模型的建立和集中管理 模型合法性、合理性分析——约束条件 • 变电站设计过程支持和模型生成 • 对一次系统和图形系统的兼容

30. 数字化变电站所涉及的技术 通信体系 信息交换模型 交换服务 交换形式一致性 协议栈 通信互操作性 信息模型 交换语义一致性 建模描述 数据服务接口 数据服务接口 数据访问形式 访问形式一致性 组件平台 数据访问互操作性 信息模型 访问语义一致性 建模描述

31. 信息模型研究

32. 数字化变电站所涉及的技术

33. 数字化变电站所涉及的技术

34. 数字化变电站所涉及的技术

35. 数字化变电站所涉及的技术

36. 数字化变电站所涉及的技术

37. 数字化变电站所涉及的技术

38. 数字化变电站所涉及的技术

39. 数字化变电站所涉及的技术 • 传统变电站的需要 • 数字化变电站的需要 • 对通信的集中监视——自动化功能的完备性评估 • 对IEC61850以太快速报文的截获和分析 • 记录过程中的智能判断 • 记录和监视过程的集中控制 • 通信测试 • 无源信号获取

40. 后台监控 RS232 远动通信机 LAN/Lonwork/CAN 规约转换装置 保护测控 保护测控 RS485 智能通信装置 RS232、485、CAN、Lonwork、LAN接口 通信监听记录仪 规约 分析仪 数字化变电站所涉及的技术

41. 数字化变电站所涉及的技术

42. 数字化变电站所涉及的技术

43. 数字化变电站所涉及的技术

44. 数字化变电站所涉及的技术

45. 技术观点 • 数字化变电站的目的和所追求的价值决定了对IEC61850应用的内涵 • 数字化变电站技术进步的同时所付出的代价——没有有效的得到全部的保障 • 设计、运行、管理部门的责任的增加 • 技术应用与管理方式的配合 • 自动化的原理、甚至保护原理是否会有所改变？