电力系统自动化-第18讲-智能电网与智能变电站课件2.ppt

1、University of South China第十八讲 智能电网与智能变电站（2）主讲人：盛义发主讲人：盛义发南华大学南华大学电气工程学院电气工程学院University of South Chinapage22023-5-14智能变电站 智能电网是自动化技术的发智能电网是自动化技术的发展方向展方向,确保电力系统生产的确保电力系统生产的安全性、可靠性和经济性安全性、可靠性和经济性University of South Chinapage32023-5-14一、IEC61850标准v电力用户及系统集成厂商一直希望系电力用户及系统集成厂商一直希望系统是开放的，设备之间具备互操作性统是开放的，设

2、备之间具备互操作性互操作性是指来自同一制造商或不同互操作性是指来自同一制造商或不同制造商的两个以上智能电子设备之间具制造商的两个以上智能电子设备之间具备交换信息，并使用这些信息实现规定备交换信息，并使用这些信息实现规定功能的协同操作能力功能的协同操作能力v变电站自动化系统一直没有形成统变电站自动化系统一直没有形成统一的通信协议标准一的通信协议标准v采用不同厂家的产品，必须要增加采用不同厂家的产品，必须要增加规约转换设备，才能接入到站内规约转换设备，才能接入到站内LANLAN上上实现信息的交互实现信息的交互University of South Chinapage42023-5-14IEC618

3、50标准vIEC 61850IEC 61850标准经过多年的酝酿和讨论于标准经过多年的酝酿和讨论于20032003年内正式发布部年内正式发布部分内容分内容全世界全世界唯一唯一的变电站网络通信标准，成为的变电站网络通信标准，成为电力系统电力系统中从调度中从调度中心到变电站中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝自动化标准，变电站内、配电自动化无缝自动化标准，有望有望成为通用网络通信平台的工业控制通信标准成为通用网络通信平台的工业控制通信标准University of South Chinapage52023-5-14IEC61850标准特点1 1、采用分层的智能电子装置和变电站自动化系统、采用分层

4、的智能电子装置和变电站自动化系统2 2、制定了满足电力系统实时信息传输要求的服务模型、制定了满足电力系统实时信息传输要求的服务模型3 3、采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射，网络的应用层、采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射，网络的应用层协议和网络传输层协议独立协议和网络传输层协议独立University of South Chinapage62023-5-14IEC61850标准特点4 4、采用面向对象建模技术，面向设备、面向对象建模和面向应、采用面向对象建模技术，面向设备、面向对象建模和面向应用开放的完善的自我描述用开放的完善的自我描述5 5、采用配置语言，配备配置工具，在信息源定义

5、数据和数据属性、采用配置语言，配备配置工具，在信息源定义数据和数据属性University of South Chinapage72023-5-14IEC61850标准特点vIEC61850IEC61850标准建立了三类信息服务模型：标准建立了三类信息服务模型：MMS（制造报文规（制造报文规范）、范）、GOOSE（通用面向变电站事件对象）、（通用面向变电站事件对象）、SV（采样值）（采样值）MMSMMS通信机制规范了间隔层通信机制规范了间隔层IEDIED与站控层监控主机之间进与站控层监控主机之间进行运行、维护报文的传输行运行、维护报文的传输GOOSEGOOSE通信机制规范了间隔层通信机制规范了

6、间隔层IEDIED之间以及间隔层之间以及间隔层IEDIED与与过程层智能终端之间的开关量报文的快速传输过程层智能终端之间的开关量报文的快速传输SVSV通信机制规范了间隔层通信机制规范了间隔层IEDIED与合并单元之间采样值报与合并单元之间采样值报文的传输文的传输University of South Chinapage82023-5-14IEC61850标准特点vIEC61850IEC61850提供了四类配置描述文件：提供了四类配置描述文件：SSD（系统规范（系统规范描述）文件、描述）文件、SCD（系统配置描述）文件、（系统配置描述）文件、ICD（IED能力描述）文件、能力描述）文件、CID（

7、IED配置后的描述）文件配置后的描述）文件ICD文件：文件：描述一个描述一个IED的模型的模型SSD文件：描述变电站的一次设备的模型文件：描述变电站的一次设备的模型SCD文件：描述整个变电站的模型文件：描述整个变电站的模型vIEC 61850模型包括三个类型的模型模型包括三个类型的模型University of South Chinapage92023-5-14IEDIED模型采用模型采用面向对象面向对象和和层次化描述层次化描述的方法，按照的方法，按照IEC 61850IEC 61850的的语法和定义语法和定义，对智能电子设备的，对智能电子设备的功能逻辑功能逻辑、输入接口输入接口、输出输出接口

8、接口、通信服务接口通信服务接口等信息进行等信息进行抽象、分类、组织抽象、分类、组织，从而，从而形成形成了了完整的模型完整的模型二、面向对象建模技术v 创建创建IEC 61850IEC 61850模型模型的目的是的目的是描述主体描述主体（如智能电子设备（如智能电子设备IEDIED设备），帮助客体（如监控后台）准确设备），帮助客体（如监控后台）准确理解主体理解主体，并能自动化，并能自动化地实现客体与主体之间的地实现客体与主体之间的通信服务通信服务或客体的高级应用功能或客体的高级应用功能University of South Chinapage102023-5-14二、面向对象建模技术服务器（服务器

9、（Server）逻辑设备（逻辑设备（LD）逻辑节点逻辑节点(LN)数据对象数据对象(Data)University of South Chinapage112023-5-14二、面向对象建模技术1 1、由系统配置工具导入各种、由系统配置工具导入各种IEDIED的模型（的模型（ICDICD文件）文件）2 2、根据变电站、根据变电站IEDIED配置情况将其实例化配置情况将其实例化3 3、导入变电站一次设备模型（、导入变电站一次设备模型（SSDSSD文件）文件）4 4、配置整个变电站的通信组网结构、配置整个变电站的通信组网结构、IEDIED的通信参数、的通信参数、IEDIED间的间的信号连接（信号连

10、接（GOOSEGOOSE、SVSV信号）以及一次设备与信号）以及一次设备与IEDIED之间的关联关系之间的关联关系v整个变电站的模型建立过程整个变电站的模型建立过程University of South Chinapage122023-5-14 三、抽象通信服务映射vClient/SClient/Se erverver r(客户客户/服务器）模型：提供控制、报告、取数服务器）模型：提供控制、报告、取数据值等服务据值等服务vPeer-to-PeerPeer-to-Peer(对等网络）模型：提供对等网络）模型：提供GOOSE/GSSEGOOSE/GSSE服务，主要服务，主要用在时间关键的应用中，如

11、继电保护设备间快速、可靠的数据传用在时间关键的应用中，如继电保护设备间快速、可靠的数据传输）、周期的采样值的传输服务输）、周期的采样值的传输服务University of South Chinapage132023-5-14三、抽象通信服务映射v用用抽象建模方法抽象建模方法设计出抽象通信服务接口设计出抽象通信服务接口 ACSI，定义了变电站，定义了变电站设备设备的的公共公共的实用服务的实用服务（1 1）ACSIACSI仅对通信网络可见且可访问的实际设备（例仅对通信网络可见且可访问的实际设备（例如断路器）或功能建模如断路器）或功能建模（2 2）ACSIACSI从设备信息交换角度进行抽象，并只定义

12、了从设备信息交换角度进行抽象，并只定义了概念上的互操作。标准关心的是描述通信服务的具体原概念上的互操作。标准关心的是描述通信服务的具体原理，而没有定义与有关设备间交换的具体报文及编码理，而没有定义与有关设备间交换的具体报文及编码vIEC IEC 61850-661850-6定义了一种基于定义了一种基于XMLXML技术的技术的变电站配置语言（变电站配置语言（SCL)SCL)，用于描述变电站自动化系统和一次开关之间的关系以及智能电子用于描述变电站自动化系统和一次开关之间的关系以及智能电子设备（设备（IED)IED)的配置情况的配置情况University of South Chinapage142

13、023-5-14四、GOOSE 服务v GOOSEGOOSE服务支持由数据集组成的公共数据的交换服务支持由数据集组成的公共数据的交换，主要用于，主要用于保护跳闸保护跳闸，断路器位置，联锁信息等实时性要求高的数据传，断路器位置，联锁信息等实时性要求高的数据传输输,v 为了保证为了保证GOOSEGOOSE服务的服务的实时性实时性和可靠性，不经过和可靠性，不经过TCP/IPTCP/IP协议，协议，直接直接在以太网链路层上在以太网链路层上传输传输University of South Chinapage152023-5-14五、SV服务v SV服务对数据的服务对数据的采集、传输采集、传输有着很强的时间

14、限制；对采样有着很强的时间限制；对采样值传输的数据组织需要有明确的理解值传输的数据组织需要有明确的理解（1 1）采样报文的组织方式采样报文的组织方式v对采样的共有对采样的共有信信息进行了规范，使用了数据集的方式对息进行了规范，使用了数据集的方式对各个采样通道进行了组织各个采样通道进行了组织（2 2）采样传输模型采样传输模型vIEC 61850-9-2IEC 61850-9-2的采样值信息是基于多播传输的发布的采样值信息是基于多播传输的发布/订订阅传输机制阅传输机制（3 3）多播传输机制多播传输机制vIEC 61850-9-2IEC 61850-9-2以组播的方式在局域网的数据链路层以组播的方式

15、在局域网的数据链路层上传输采样值上传输采样值University of South Chinapage162023-5-14五、SV服务（4 4）采样同步）采样同步v订阅者接收到采样数据后，对采样数据进行本地处理，然后提订阅者接收到采样数据后，对采样数据进行本地处理，然后提供给本装置使用该采样值，完成相应的保护及其他运算逻辑供给本装置使用该采样值，完成相应的保护及其他运算逻辑实现数宇化采样同步：实现数宇化采样同步：插值法；插值法；时间同步法时间同步法University of South Chinapage172023-5-14六、电子式电流互感器共同趋势：光纤化（降低制造成本）共同趋势：光纤

16、化（降低制造成本）共同趋势：电子化（数字化要求）共同趋势：电子化（数字化要求）不同原理：准确化（稳态和动态测量品质）不同原理：准确化（稳态和动态测量品质）测量处理测量处理电流传感电流传感测量传输测量传输University of South Chinapage182023-5-141、电磁式电流互感器测量品质测量品质l稳态（工频）测量精度满足稳态（工频）测量精度满足 0.2 级电能计量要求级电能计量要求l动态测量精度低，不能很好满足控制保护的需要动态测量精度低，不能很好满足控制保护的需要短路故障情况下短路故障情况下测量精度低测量精度低不能测量稳恒直流电流不能测量稳恒直流电流低频率电流测量精度低

17、低频率电流测量精度低非周期分量和大电流非周期分量和大电流时出现磁路饱和现象时出现磁路饱和现象原理应用条件原理应用条件电流存在，并且变化电流存在，并且变化传感结构传感结构铁心线圈铁心线圈基本原理基本原理Faraday电磁感应原理电磁感应原理University of South Chinapage192023-5-14电磁感应电压取样电流还原2、Rogowski线圈的电子式电流互感器 tMit tituM必须精准。必须精准。要求：要求：l骨架上线圈缠绕均匀骨架上线圈缠绕均匀l骨架截面的面积均匀骨架截面的面积均匀l骨架壁厚度可以忽略骨架壁厚度可以忽略电感系数骨架骨架 dttdiMdttdtu ti

18、tu0SlNM University of South Chinapage202023-5-143、光学电流互感器Faraday旋光效应原理旋光效应原理通过Faraday旋光材料的线性偏振光，振动面的旋转角F与Faraday材料长度L和外加磁场磁感应强度B成正比，就是 F=VLB其中V是费尔德常数。Faraday旋光角与磁感应强度，或者说与产生磁感应强度的电流，具有良好的线性关系；并且与电流变化与否无关。动态测量能力天然良好。线性偏振光线性偏振光Faraday旋光材料（玻旋光材料（玻璃、光纤）璃、光纤）磁场磁场Faraday旋光角旋光角University of South Chinapage

19、212023-5-14一个物理定律马吕斯马吕斯（1775-1812）2P在光路中放入偏振片 ，作为检偏器，其透振方向 与 的夹角为 ，透过的光振幅 ，光强 ，这就是马吕斯定律。2P1Pcos0AA 20cosII University of South Chinapage222023-5-14偏振光偏振光（polarized light）振幅保持不变，而方向周期变化，电场矢量绕传播方向螺旋前进振幅保持不变，而方向周期变化，电场矢量绕传播方向螺旋前进圆偏振光（圆偏振光（Circular polarized light）PolarizerE vectorsEM线偏振光线偏振光（Plane pola

20、rized light）振动方向保持不变，振动方向保持不变，振幅发生周期性变化振幅发生周期性变化University of South Chinapage232023-5-14一个物理现象方解石晶体光强偏振器寻常光（o光）非寻常光（e光）从方解石中出射的两束光，从方解石中出射的两束光，o o光和光和e e光都是线偏振光，而且它光都是线偏振光，而且它们的振动矢量相互垂直，或者说，它们的偏振面相互垂直。们的振动矢量相互垂直，或者说，它们的偏振面相互垂直。一束光经过方解石晶体后，我们看到的不是一个光斑，而是一束光经过方解石晶体后，我们看到的不是一个光斑，而是两个光斑，这种双像现象，就是双折射现象。两

21、个光斑，这种双像现象，就是双折射现象。University of South Chinapage242023-5-14双折射 双折射反映了晶体对于沿不同方向偏振的光波具有不同的传双折射反映了晶体对于沿不同方向偏振的光波具有不同的传播速度。播速度。当光波进入晶体后，在光波当光波进入晶体后，在光波电磁场的作用下，晶体原子电磁场的作用下，晶体原子或分子将发生极化。若晶体或分子将发生极化。若晶体的结构具有各向同性，则极的结构具有各向同性，则极化具有各向同性，同样，具化具有各向同性，同样，具有各向异性的晶体的原子在有各向异性的晶体的原子在光波电磁场作用下的极化也光波电磁场作用下的极化也将各向异性。将各向

22、异性。许多非晶态物质的分子、原子也具有不对称的方向性，从整许多非晶态物质的分子、原子也具有不对称的方向性，从整体上呈现出宏观的各向同性。在一定的外界场（电磁的或机械体上呈现出宏观的各向同性。在一定的外界场（电磁的或机械的）作用下，分子或原子的取向出现一定的规则性，在宏观上的）作用下，分子或原子的取向出现一定的规则性，在宏观上由各向同性变成各向异性，这种被称为由各向同性变成各向异性，这种被称为“人工双折射人工双折射”现象。现象。University of South Chinapage252023-5-14OCT及双折射FBPA入射光入射光出射光出射光2101 JJ2102 JJsin21001

23、JJsin21002JJ温度 TFaraday 磁旋光效应磁旋光效应温度引起的双折射温度引起的双折射University of South Chinapage262023-5-14OCT的双折射问题光学传感头中的双折射包括：光学传感头中的双折射包括：残余双折射残余双折射 组装应力双折射组装应力双折射 环境变化引起的暂态双折射环境变化引起的暂态双折射sin21001JJsin21002JJ双折射总在变化？University of South Chinapage272023-5-14六、电子式电压互感器（1）Pockels电光效应电压互感器电光效应电压互感器 Pockels Pockels效应是

24、指某些透明的光学介质在外电场的作效应是指某些透明的光学介质在外电场的作用下，其折射率线性随外加电场而变用下，其折射率线性随外加电场而变（2 2）KerrKerr电光效应光学电压互感器电光效应光学电压互感器2nkE（3 3）逆压电效应光学电压互感器逆压电效应光学电压互感器 逆压逆压电效应是指当压晶体管受到外加电场作用时，晶体形电效应是指当压晶体管受到外加电场作用时，晶体形状产生微小变化，形变转化为光信号的调制并检测光信号。状产生微小变化，形变转化为光信号的调制并检测光信号。University of South Chinapage282023-5-14六、电子式电压互感器（1）电阻分压式）电阻分

25、压式v分压器与其周围地电位的物体间分压器与其周围地电位的物体间存在的固有电场所引起的杂散电容，存在的固有电场所引起的杂散电容，是造成测量误差的主要原因是造成测量误差的主要原因（3 3）电感分压式电感分压式（2）电容分压式电容分压式University of South Chinapage292023-5-14小结1 1、IEC61850IEC61850的概念的概念2 2、IEC61850IEC61850的特点的特点3 3、互操作性、互操作性4 4、IEC61850IEC61850的服务模型的服务模型5 5、IEC61850IEC61850的配置文件的配置文件6 6、面向对象建模技术、面向对象建模技术7 7、抽象通信服务映射、抽象通信服务映射8 8、GooseGoose服务服务9 9、SVSV服务服务1010、电子式电流互感器、电子式电流互感器1111、电子式电压互感器、电子式电压互感器