数字化变电站系统介绍
数字化变电站简介
数字化变电站简介所谓数字化变电站，就是指信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。
它是相对于传统变电站、综合自动化站而言的。
虽然微机保护和变电站自动化系统的成功运用极大地提高了变电站运行的可靠性，也显著减少了原本繁重的操作检修任务，但是随着我国经济的快速发展，这方面的问题仍然十分突出。
其中继电保护屏柜对外十分繁杂的二次电缆接线问题最为突出。
运用最新的网络通讯和信息建模技术，并将以太网通信引入过程层（互感器、断路器、变压器），数字化变电站基本取消了一二次设备间大量的连接电缆，保护和测控等间隔层（保护装置、测控装置、安全稳定装置、备自投等自动装置）设备依靠网络获取一次电流电压等实时数据，也依靠网络实现间隔间以及和变电站层的信息交换。
光缆取代了电缆，数字代替了模拟，大幅度简化了各种装置的结构和外部连接，同时解决了现今电缆连接无法自检的不可靠等问题。
数字化变电站采用数字输出的电子式互感器、智能开关等智能一次设备，与二次设备间用光纤传输信息，这样一二次设备间就没有了电的直接联系。
二次设备之间同样用光纤通信，取消了控制电缆。
所以，数字化变电站最大的优点就是一二次设备间电的联系被阻断了，它们之间只有光的联系。
比如采用数字化互感器后，就不存在TA断线导致的高压危险。
数字化变电站的核心技术其实就是数据通信技术，从设备上来看，其核心就是交换机和电子式互感器。
数据采集器设计安装在电子式互感器中，一次电压及电流模拟量由采集器就地转换成数字信号，再通过光纤传输与其它设备进线通信。
这一点是同传统变电站的本质区别。
国电南自设计的PS 6000+数字化变电站自动化系统中使用的电子式互感器有三个系列，分别是数字式光电混合互感器PSET 6000CV 系列、数字式光电电流互感器PSET 6000CT系列及数字式光电电压互感器PSET 6000V系列，交换机为工业以太网交换机PSW 618系列。
而南京南瑞RCS-9700数字化变电站自动化系统中使用的是PCS-9250系列电子式互感器，它又分GIS用，独立型，直流，中低压电子式互感器三个系列。
数字化变电站介绍
3、面向变电站事件的通用对象（GOOSE) generic object oriented substation event
当发生任何变化时，智能电子设备将借助变化报告，多播一 个高速二进制对象——通用面向对象的变电站事件报告。
4、电子式互感器 electronic instrument transformer
3、过程层
设备： 电子式互感器、合并单元、智能终端等 功能： 完成实时运行电气量的采集， 设备运行状态的监控， 控制命令的执行，
4、结构图
DIKO 6000数字化变电站系统
简介
1、系统概述
DIKO6000数字化变电站系统是采用分层采集、集中控制的架构体 系，将模拟量、开关量的信息采集和信息的计算、逻辑判断分层实 现的数字化变电站系统。各智能电气设备的模拟量、开关量信息就 地采集，数字化处理后通过网络和保护装置联系；保护装置安装于 主控室，综合全站信息实现保护、测控、计量功能，各功能相对独 立、分时运行，即保证了保护功能的选择性、快速性、安全性、可 靠性，又保证了测量、计量功能的高精度要求。 数字化变电站内涵主要体现为以下几个方面： ① 反映电网运行情况的电气量信息实现数字化输出； ② 智能电子装置IED对于电力系统的信息实现统一建模；
10、实时性 保护装置采用抢先式硬实时多任务操作系统，对高优先级突发任务 具有微秒级响应时间；应用软件具有完善的异步事件触发响应机制， 保证上行运行信息在2个采样间隔内完成，下行控制命令同样也在2 采样间隔内完成，因此，一次就地装置和保护装置之间的数据交换 在320μS之内实现。 通信服务器采用独创的点到多点分配的DMA技术和网络传输硬件加 速机制保证实时数据和控制命令实时转发。 智能测控终端采用硬件控制的光通道编码/解码及同步检出和仲裁 技术，实时采样数据由硬件直接读取并同步转发到光网络，传输性 能稳定，不受软件协议栈影响。 11、兼容性 既可实现传统式电压、电流互感器的模拟量接入，又可实现电子式 电压、电流互感器的数字量接入，如未来客户需扩充增值的高级应 用功能无需额外施工，仅需更换软件即可。
数字化变电站介绍
1.2.6变电站的各种功能可ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ享统一的
信息平台，避免设备重复
数字化变电站的所有信息采用统一的信息模型，按 统一的通信标准接入变电站通信网络。变电站的保 护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统均用同 一个通信网络接收电流、电压和状态等信息以及发 出控制命令，不需为不同功能建设各自的信息采集、 传输和执行系统。
1.2.5解决设备间的互操作问题
数字化变电站的所有智能设备均按统一的标准建立 信息模型和通信接口，设备间可实现无缝连接。
传统变电站的不同生产厂家二次设备之间的互操作 性问题至今仍然没有得到很好地解决，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，必须设置大量的规约转 换器，增加了系统复杂度和设计、调试和维护的难 度，降低了通信系统的性能。
国外厂商已经开发出符合IEC61850要求的智能 电子设备，不但有保护装置，还有符合该标准 的过程层设备，如智能断路器，带数字接口的 光CT、PT等。ABB公司开发的PASS系统将智 能化的开关设备和互感器集成在一起，并将融 和了部分保护功能和测控功能。该系统在国外 已有一定范围的应用。
从1998年到2000年，ABB，ALSTOM和 SIEMENS合作在德国进行了OCIS（Open Communication in Substations）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ABB完成主控站通过在以太网上实现 IEC61850-8-1来连接ABB、ALSTOM和 SIEMENS的设备。
数字化变电站介绍
主要技术 特征
信息交互网络化 信息应用集成化 设备检修状态化
设备操作智能化
程序化控制
23
3
数字化变电站主要技术特征
1、简化二次接线
–少量光纤代替大量电缆 少量光纤代替大量电缆
2、提高信息传输的可靠性（过程层设备） 提高信息传输的可靠性（过程层设备） 3、采用电子式互感器
–无CT饱和、CT开路、铁磁谐振等问题 无CT饱和、CT开路、 饱和 开路 –绝缘结构简单、干式绝缘、免维护 绝缘结构简单、 绝缘结构简单 干式绝缘、
4、提升测量精度
–数字信号传输和处理无附加误差 数字信号传输和处理无附加误差
24
3
数字化变电站主要技术特征
CT 0.2级 线缆误差 0.1 VT 0.2级 A/D转换
传统电能表 0.2级
测量系统误差 0.7
• 整体误差取决于互感器准确度、传输附加 整体误差取决于互感器准确度、 误差、 误差、电表精度
8
数字化变电站与传统变电站区别
• 智能终端（intelligent terminal） 智能终端（ terminal） 指与传统一次设备就近安装，实现信息采集、传 输、处理、控制的智能化电子装置。 • GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event） 当发生任何状态变化时，智能电子设备将借助变 化报告，多播一个高速二进制对象——通用面向 对象的变电站事件（GOOSE）报告。
4
变电站自动化系统的演变
数字化过程是一个逐步深入的过程 传统变电站－综合自动化站－ 传统变电站－综合自动化站－数字化变电站 当前的数字化变电站是与传统综自站相比较而言的
5
综合自动化变电站的应用系统
数字化变电站系统介绍
数字化变电站的提出和定义 通过网络结构来了解数字化变电站 数字化变电站与常规站、61850变电站的对比 四方公司重点工程简介 智能变电站高级应用方案
数字化变电站的提出和定义
谁提出要建数字化变电站呢？ 好像挺难的…
咱们只需要关心数字 化的好处就行了
常数规字站化的的问好题处：： ➢➢采节集省资二源次重电复缆 ➢➢多信套息系共统享共存 ➢➢设设计备调互试操复作杂 ➢➢互易操于作扩性展差 ➢➢可维扩护展更性加差方便 ➢➢大调量试二更次加电方缆便 ➢发展的方向 ➢……
对时方式
间隔层设备 装置实景
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
远动装置
站控层交换机 站控层设备
网络结构
非常规互感器
断路器
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
网络结构
一次设备 61850
对时方式 站控层交换机
站控层设备
装置实景
➢Manufacturing Message Specification，制造报文规范，61850在站控 层等同引用的一种工业控制标准； ➢通讯基于模型；
对时
非常规互感器
断路器
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
一次设备
户外柜 合并单元
PPS IRIG-B
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
数字化变电站过程层系统介绍
Flat communication architecture
Performance classes – binary data, RMS values
Performance classes – raw analog data
系统方案的主要技术问题——系统可用性 和可靠性
可用性（Availability） 冗余 MTTF MTTF by repair
数字化变电站中保护控制设备
高速以太网通信
微 计 算 机 交 流 输 入 模 件 Ａ ／ Ｄ 变 换
人机对话模件 MU
1、A/D变换没有了，代之以高速通信。
开 入 开 出 模 件
一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构：
2、开关量输出DO、输入DI移入智能化开关，保护装置发布命令，由一次设 备的执行器来执行操作。
第三类保护也应在失去同步后延迟若干时间后 被闭锁。此后，只有检测到同步信号恢复，保 护才能投入运行。因此对于第三类保护必须冗 余配置
传统的变电站一次设备和保护的连接
交 流 输 入 模 件 Ａ ／ Ｄ 变 换 开 入 开 出 模 件
微 计 算 机
人机对话模件 端子箱
从CT、PT引出的电缆，根据需要，在端子箱内重新组成对应各保护、 测量等回路，二次设备引入测量量，进行A/D变换后，送入CPU处理判断 CPU处理的结果，或合闸、跳闸、闭锁（不允许其他的跳合闸起作用） 通过开入开出板连接到开关端子箱。 在过程总线中，保护装置的功能被组合到一次设备到一次设备，形成 新的接线模式。
第二类保护的正确动作同时需要信号的相位和幅值，但 所需信号来自于同一变电站，所以只要保证站内同步即 可实现保护的正确动作，比较典型的是距离保护和变压 器差动保护。 第三类保护的正确动作也同时需要信号的采样值，但是 所需信号只有在全站同步的情况下才能保证保护的正确 动作。这类保护典型的是母线电流差动保护。
数字化变电站自动化系统
浅谈数字化变电站自动化系统摘要：随着电网的不断发展和电力市场改革的深入，人们对电网安全经济运行和供电质量的要求越来越高。
变电站作为输配电系统的信息源和执行终端，要求提供的信息量和实现的集成控制越来越多，数字化、信息化以及信息模型化的要求越来越迫切。
因此，数字化变电站将成为变电站自动化的发展方向。
本文就数字化变电站自动化系统相关问题进行了探讨。
关键词：数字化变电站系统一、变电站自动化系统概述变电站作为电网中的关键节点，担负着电能输配电的控制、管理的任务，其运行的安全可靠性对保证整个电力系统的稳定运行及可靠供电具有重要的作用。
具备继电保护、监控和远动等功能的变电站自动化系统(substation automation system，sas)是保证上述任务完成的基础。
而传统的sas并不能很好地满足这些要求，它存在如下不足：首先，信息建模缺乏统一的规范，ied之间相对独立，来自不同信息采集单元的设备信息无法实现共享，形成了各种“信息孤岛”现象；其次，缺乏统一的功能和接口规范，不同厂家的ied缺乏互操作性，进一步导致系统的可扩展性差；最后，系统可靠性受二次电缆影响，实际运行中因二次电缆引起的保护不正确动作率较高。
因此，基于这些技术的数字化变电站系统(digital substation automation system，dsas)成为变电站自动化的发展方向已成为共识。
二、数字化变电站自动化系统的特征数字化变电站的概念是随着数字式过程层设备的诞生而出现的。
在实现过程层数字化、信息共享化的基础上，数字化变电站强调sas整体的信息化、统一模型化和站内eid之间、变电站与控制中心之间协同操作、集成应用的能力。
未来的sas将以输配电系统的统一信息源和执行终端、自动化功能的协调和集成为目标，从数字化的趋势出发进行建设。
目前，数字化变电站尚未有严格定义，但普遍认为它大致应具备以下几项形态特征：1. 变电站层次化根据不同功能，变电站在逻辑结构上划分为变电站层、间隔层和过程层。
分析数字化变电站系统结构
分析数字化变电站系统结构【摘要】数字变电站，就是将目前变电站管理所需要的所有功能进行调整，并且集中到一起，在日常运行中，它能根据系统的运行的状况，自动的进行管理。
简单的说，就是将变电站网络化，使人们在计算机上全面、直观的浏览每一个数字变电站的信息。
如今，数字变电站中已经引入了许多的网络设备，技术水平也在不断的更新和提高，在未来，数字变电站将会朝着高集成化、标准化方向发展。
【关键词】数字变电站；运行；网络；技术；信息引言数字变电站系统中引入了网络设备和新型电子设备，大大提高了其自身的可靠性和先进性。
本文主要分析了数字变电站的系统及结构，并对数字变电站应用中所存在的问题进行了讨论和阐述，希望对广大的电力工作者有所帮助。
1数字化变电站的技术所存在的问题1.1 电子式互感器存在一定的问题在数字化过程层的应用中，电子式互感器与合并器的应用产生了一些冲突。
比如，低电压等级采用合并器会导致成本增加，一般情况下，一个保护需要配一个合并器，这样的话综合系统的成本将会增加很多。
而合并器之间的数据交换网络比较复杂，操作起来也比较的困难，整个系统数据传输的可靠性还需要进一步提高。
1.2 IEC61850中存在的问题目前，中国的IEC61850技术和欧美一些国家的技术还不能相比较。
虽然我国的制造厂商也在不断的更新技术，但是水平仍然参差不齐，甚至达不到国际标准。
中国目前国内高压保护都是全重化配置，当双套保护同时运行的时候，两者会一起发生紧急报告，导致冲突和故障的产生。
2 数字化变电站的系统结构数字化变电站按照逻辑结构可以分为三个层次，这三个层次又分为过程层、间隔层、站控层，各个层次的内部以及层次间都采用高速网络来进行通信。
2.1 过程层它是一次设备和二次设备的结合，也是电力设备的智能部分。
它能够对电力系统进行电气量的检查，在设备运行的时候，它会对设备的状态自动的检测并且统计，甚至还能对操作控制进行执行与驱动。
同时，它又指一次设备和智能组件所构成的智能设备、终端，它会对变电站进行电能的分配、转换、测量、监控、保护、维修等。
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重点工程--西安330kV聂刘变电站
GOOSE
非常规互感器
断路器
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
对时方式
间隔层设备 装置实景
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
远动装置
站控层交换机 站控层设备
网络结构
非常规互感器
断路器
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
网络结构
一次设备 61850
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
保护柜
SV
电度 表
光纤以太网：GOOSE SV GOOSE
智能操作箱 过程层设备 过程层交换机 间隔层设备
天线
IRIG-B SNTP
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
站控层交换机 站控层设备
网络结构 61850 GOOSE SV报文 MMS报文 对时方式 装置实景
GOOSE
智能操作箱 过程层设备
SV报文
过程层交换机
间隔层设备 MMS报文
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
远动装置
对时方式 站控层交换机
站控层设备
装置实景
➢Sampled Value，数字采样，分9-1、9-2和9-2LE三种； ➢9-2LE为主流，数据格式固定，8路模拟量
MMS
非常规互感器
断路器
理解数字化网络结构，你已成为初级专家
网络结构
非常规互感器
断路器
端 子 箱
一次设备
61850 GOOSE
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
智能操作箱 过程层设备
SV报文 MMS报文
过程层交换机
➢61850是为了解决设备之间的互操作而提出来的变电站内部标准 ➢目标：一个世界，一种技术，一个标准 ➢给数字化变电站的建设提供了完整的解决方案
从IEC61850开始，四方已经领先市场
任雁铭博士为标委会成员，参与61850标准的制定 2005年11月12日，CSC-2000（V2）变电站自动化系
电磁式互感器 传统开关
非常规互感器 智能组合电器
※二次设备：
传统保护测控设备 传统保护测控设备 网络化装置
电缆硬连接
※通信标准：
电缆硬连接
SV/GOOSE
私有协议如以太网103 IEC61850
IEC61850
※网络结构：
两层一网
两层一网
三层两网
重点工程--唐山220kV郭家屯变电站
唐山220kV郭家屯变电站
GPS\北斗
远动装置
保护柜-唐山郭家屯
网络结构 61850 GOOSE SV报文 MMS报文 对时方式 装置实景
户外柜-唐山郭家屯
网络结构 61850 GOOSE SV报文 MMS报文 对时方式 装置实景
数字化变电站与常规站、61850变电站的不同
常规变电站
※一次设备：
电磁式互感器 传统开关
61850变电站 数字化变电站
内容提要
数字化变电站的提出和定义 通过网络结构来了解数字化变电站 数字化变电站与常规站、61850变电站的对比 四方公司重点工程简介 智能变电站高级应用方案
数字化变电站的提出和定义
谁提出要建数字化变电站呢？ 好像挺难的…
咱们只需要关心数字 化的好处就行了
常数规字站化的的问好题处：： ➢➢采节集省资二源次重电复缆 ➢➢多信套息系共统享共存 ➢➢设设计备调互试操复作杂 ➢➢互易操于作扩性展差 ➢➢可维扩护展更性加差方便 ➢➢大调量试二更次加电方缆便 ➢发展的方向 ➢……
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
网络结构
一次设备 61850
GOOSE
智能操作箱 过程层设备
SV报文
过程层交换机
间隔层设备 MMS报文
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
远动装置
➢用在间隔层与过程层之间、不同间隔之间的报文传输
GOOSE通讯机制-可靠性
GOOSE通讯机制-快速性
SV
非常规互感器
断路器
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
网络结构
一次设备 61850
户外柜
合并单元
光纤以太网：SV IEC61850-9-1/2
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
网络结构
一次设备 61850
GOOSE
智能操作箱 过程层设备
SV报文
过程层交换机
间隔层设备 MMS报文
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
远动装置
对时方式 站控层交换机
站控层设备
装置实景
GOOSE
智能操作箱 过程层设备
SV报文
过程层交换机
间隔层设备 MMS报文
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
远动装置
对时方式 站控层交换机
站控层设备
装置实景
➢仍然采用分层分布式网络方式 ➢典型特征：一次设备智能化、二次设备网络化
61850
非常规互感器
断路器
端 子 箱
பைடு நூலகம்
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
※国内第一个完全意义上的数字化变电站 ※国内第一个在220kV实现测保一体化的变电站
光纤以太网：GOOSE
保护柜
SV
电度 表
SV GOOSE
网络结构
一次设备 61850
GOOSE
智能操作箱 过程层设备
SV报文
过程层交换机
间隔层设备 MMS报文
电以太网：MMS
GOOSE-间隔闭锁
远动装置
对时方式 站控层交换机
站控层设备
装置实景
➢ Generic Object Oriented Substation Events，通用面向对象变电站 事件 ，是为了解决网络报文的快速和可靠传输而提出来的
对时方式 站控层交换机
站控层设备
装置实景
➢Manufacturing Message Specification，制造报文规范，61850在站控 层等同引用的一种工业控制标准； ➢通讯基于模型；
对时
非常规互感器
断路器
端 子 箱
光纤串口：私有规约
电缆：传统接口
一次设备
户外柜 合并单元
PPS IRIG-B