数字化变电站设计和调试

'数字化变电站设计和调试设计和调试深圳市国电南思系统控制有限公司 引言数字化变电站首先表现为技术形态的变化，技术形态的变化不仅使设备形态、系统形态发生改变，也使设计模式、调试模式、运行模式、维护模式发生改变。但是电网没有变，设计、调试、运行、维护的目的就没有变。探讨设计模式、调试模式、运行模式、维护模式等在新技术形态下的形式、内容、模式等是本研究的长期目的。使目前数字化变电站调试周期可控是本研究的现实目的。 目录目录(1)(1)数字化变电站的技术形态°一次设备的智能化°二次设备的网络化°变电站的信息化变电站形态变化数字化变电站设计°设计形式（与IEC61850有关）°系统设计°设备选型°网络设计°信号设计（与IEC61850有关）°回路设计（与IEC61850有关）°模型约束和建模（与IEC61850有关，另述） 目录目录(2)(2)数字化变电站调试°调试周期的问题（与IEC61850有关）°常见的调试内容（与IEC61850有关）°调试中的互操作性需求（与IEC61850有关）°一致性调试/测试的层次（与IEC61850有关）一致性保障（另述）°设计规程、调试规程、运行规程、检验规程°模型一致性、字典一致性（与IEC61850有关）°实验、检验工作（与IEC61850有关） 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态°一次设备的智能化°二次装置的网络化°变电站系统的信息化IntelligentPrimaryEquipmentSubstationAutomationSystemDrivecontrol&monitoringcircuitry-Q2-Q1PISA-Q1-Q2-Q51ABB225kVLIGNEABOBO1=D04+R01125VDCDistributuionB125attVerDyCADistributuionBatteryBABABBBNetworkPartnerREL316*412910Starcoupler435612111314Processbus781516BAYCONTROLRELAYREC316*4=D04ABOBO1ABPOWBERMONITORINGUNIT=W1=W2-SEQ1LMMSEL-Q2dga-SEQ0LMLATEMPSTEABBPowerAutomationAGRER11OUFEVRIMRERAB?BLOCALSETESCEXEDISTANCEREMOTPERATIONLOC-Q0FeABBPowerAutomationAGRER11500SCM500SCM500SCM500SCM500SCMLOCALCONTROLMETERING01Tx101Tx101Tx101Tx101Tx1ABABBBNetworkPartnerREL316*4500SC500SMCM500SCM500SCM500SCMRx1Rx1Rx1Rx1Rx11901Tx101Tx101Tx101Tx1T01x1dgal210435612111314Tx2Tx2Tx2Tx2Tx2781516Rx1Rx1Rx1Rx1Rx1Rx2Rx2Rx2edRx2Rx2Tx2Tx2Tx2Tx2Tx2Tx3Tx3Tx3Tx3Tx3Rx2Rx2Rx2Rx2Rx2LINEPROTECTIONRELAYREL316*4Rx3Rx3Rx3Rx3Rx3Tx3Tx3Tx3Tx3Tx3ABABBBNetworkPRarEBtner500-Q0ProcessRx3Rx3Rx3Rx3Rx3PISAerABusBUSBARPROTECTIONREB50InterbayPowerAutomationAGCOM581MABBCommunicationPISAStarcouplerbusConverter-T1-Q9AarPISABshCalliNetworkCentreSamplingngAD-Conversion-Q8SignalProcessingSignalFiltering-Q9-Q8 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态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。 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态————一次设备智能化（一次设备智能化（11））数字接口的电子式互感器（non-conventionalinstrumenttransformer(NCIT)）智能终端合并单元（MergingUnit(MU)，它可以提供所有相，或整条线路的采样数据）IntelligentPrimaryEquipmentSubstationAutomationSystemDrivecontrol&monitoringcircuitry-Q2-Q1PISA-Q1-Q2-Q51ABB225kVLIGNEABOBO1=D04+R01125VDCDistributuionB125attVeDryCADistributuionBatteryBABBABBNetworkPartnerREL316*421910Starcoupler435612111314Processbus781516BAYCONTROLRELAYREC316*4=D04ABOBO1ABPOWBERMONITORINGUNIT=W1=W2-SELQ1MM-SEQ2Ldga-SELQ0MLATEMSTPEABBPowerAutomationAGRER11ABBOUFEVRIRMERDISTANCE?LOCASELESCTEXEREMOOPTERATIONLOC-Q0500SCM500SCM500SCMFe500SCM500SCMABBPowerAutomationAGRER1LOCALCONTROLMETERINGT01x1T01x1T01x1T01x1T01x1ABBABBNetworkPartnerREL316*4500SCM500SCM500SCM500SCM500SCMRx1Rx1Rx1Rx1Rx1T01x1T01x1T01x1T01x1T01x1dgal21910435612111314Tx2Tx2Tx2Tx2Tx2781516Rx1Rx1Rx1Rx1Rx1Rx2Rx2Rx2edRx2Rx2Tx2Tx2Tx2Tx2Tx2Tx3Tx3Tx3Tx3Tx3Rx2Rx2Rx2Rx2Rx2LINEPROTECTIONRELAYREL316*4Rx3Rx3Rx3Rx3Rx3Tx3Tx3Tx3Tx3Tx3ABBABBNetworkPRarEBtn500er-Q0ProcessRx3Rx3Rx3Rx3Rx3PISAerABusBUSBARPROTECTIONREB50MInterbayABBPowerAutomationAGCOM581CommunicationPISAStarcouplerbusConverter-T1-Q9AarPISABshCNetworkalliCentreSamplingngAD-Conversion-Q8SignalProcessingSignalFiltering-Q9-Q8 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态————一次设备智能化（一次设备智能化（22））MU的过渡形态°IEC60044的数字化数据°传统的A/D采样执行机构的过渡°IEC61850的数字命令°智能操作箱（继电器输出） 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态————二次设备网络化（二次设备网络化（11）） 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态————二次设备网络化（二次设备网络化（22））二次装置端子°I/O端子°控制端子°A/D测量——来自MU的数字输入几种过渡形态°保留A/D°保留I/O°保留TRIP 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态————二次设备网络化（二次设备网络化（33））网络构成°IEC61850-9-1°IEC61850-9-2°IEC61850-8-1-GOOSE技术保障°同步°时效°确定性 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态————变电站信息化（变电站信息化（11））装置的站控层表现°IEC61850模型监控系统°数据自动配置远动/子站°自动配置 数字化变电站的技术形态数字化变电站的技术形态————变电站信息化（变电站信息化（22））信息化的价值发挥°数字化变电站对信息化的促进°IEC61850对信息形式化表示的价值°对电网调度的进一步支持°对电力运行的进一步支持°对设备维护的进一步支持°对专业管理的进一步支持价值发挥的途径°IEC61850对信息形式化表示的价值°（另述） 变电站形态变化（变电站形态变化（11））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 变电站形态变化（变电站形态变化（22））IED能力描述(LN,DO,等)IED系统配置工程制作环境数据库工程工作站单线图，预制报IED配置表等的关联远程文件传输当地文件传输采用IEC61850服务进行文变电站网关件传输和参数初始化变电站自动化系统IEDIEDIEDIED 变电站形态变化（变电站形态变化（33））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°实验、检验工作的层次°设计规程、调试规程、运行规程、检验规程°互操作性保障 数字化变电站设计数字化变电站设计————设计形式设计形式变电站配置描述语言变电站配置描述语言SubstationConfigurationdescriptionSubstationConfigurationdescriptionLanguage(SCL)Language(SCL)°基于XML°设备配置描述文件(ICD)°系统配置描述文件(SCD)°系统功能定义文件(SSD)建模（另述） 数字化变电站设计数字化变电站设计————系统设计（系统设计（11））功能分布°站控层功能——VQC、五防（涉及到按间隔分布功能的方案）°间隔层功能——人工置数（如刀闸位置是否存储）°过程层功能——同步方法、同步能力、其它自动化功能以保护功能的下放为出发点——以功能为出发点°要求使用同步后的数据（母线、变压器）——多级MU°要求特定的MU数据频率°要求MU具有一同被下放的功能，如PT切换、PT并列°甚至要求智能单元具有运行方式判断，如I母、II母°开关防跳的方案选择°MU的多样性 数字化变电站设计数字化变电站设计————系统设计（系统设计（22））以过程层为出发点——不以功能为出发点°保持智能单元的纯洁性——以跳闸线圈为单位°保持MU——以间隔为单位（母线、变压器的讨论）°固定MU频率，MU中的功能探讨°双重化考虑°对通信技术进步的期待其它事项°录波方案——同步的完成、数据频率°记录仪的方案——监视的网络、物理连接方法 数字化变电站设计数字化变电站设计————设备选型（设备选型（11））EPT、ECT°采样频率°传输方法——60044—7/8°额定数值、倍数的关系，甚至切换要求MU选型°传输频率°传输协议——9-1、9-2°内置功能（是否针对特定保护）保护、测控选型°保护功能°过程通信接口（频率要求、是否可适应）°站控通信接口（物理网口的数量、逻辑连接能力）°可配置能力（接受CID、定值项目、通信信号）°网络负荷的承受能力°数据同步的能力（内部、外部）——前置MU 数字化变电站设计数字化变电站设计————设备选型（设备选型（22））监控系统、远动、子站设备°转换为传统协议的附属要求°解释SCD的能力、自动生成数据库的能力录波°同步（依赖、不依赖）°采样频率°集中方案（数据流量）°MMS通信能力其它°电度表、直流等°协议转换装置°测试、校验仪器（SMV、GOOSE） 数字化变电站设计数字化变电站设计————网络设计网络设计物理网络划分°过程网络（SMV暂时不得不采用点对点）°间隔网络（GOOSE，大物理网络）°站控网络（MMS）物理网络的冗余方案°双MMS网络°双GOOSE/环°双SMV（双合并单元）IEC61850工程实施规范°树型/环型°与自动化设备的双重化配置同样 数字化变电站设计数字化变电站设计————GOOSEGOOSE信号设计信号设计GOOSE信号种类°联闭锁信号°保护配合信号°跳闸信号线路°线路保护跳闸°重合闸：重合、闭锁重合、勾三跳°远跳、远传°失灵启动（2/3独立、双母带失灵）母线°跳母联、跳分段°跳间隔（跳I母、II母/跳间隔1、跳间隔2）变压器°跳高压侧、跳中压侧、跳低压侧（I时限、II时限）过负荷联切°第一轮、第二轮 数字化变电站设计数字化变电站设计————SAVSAV信号设计信号设计SAV数据种类°60044°9-1°9-2°母差°变压器完整性°电压（线路电压、母线电压）°数据标志（同步时标、品质）非电量°9-2信号°GOOSE信号 数字化变电站设计数字化变电站设计————回路设计回路设计设计形式°GOOSE/SAVCB、DATASET、APPID、MAC地址（相当于屏柜端子组）°信号名称（相当于装置端子）传输模式°点对多点/共享°同步传输参数°T0、T1、T2等°APDU（ASDU数量），传输频率°自保持°自复归°展宽传输单位是地址（数据集合）所带来的不便（另述）°没有精确的方案°广播域的隔离、交叉、重复（VLAN的划分） 数字化变电站设计数字化变电站设计————模型约束模型约束针对装置模型（ICD）°信息结构约束——困难较大°GOOSE端子——必须约束°SAV端子————必须约束°接收信号/数据——必须明确°关于短地址（sAddr）的使用°MMS信息——站控需求LD/LN/DO/DA的语义（另述）°LD/LNPrefix语义的约定：I段、II段、III段；相间、接地；零序等°LN的语义约定的扩展：复压闭锁°DO的语义：远传、远跳°CDC和DA的语义 数字化变电站设计数字化变电站设计————建模建模针对变电站模型（SCD）°一次结构°二次装置分布/甚至功能分布°二次回路°网络结构°初始数值建模型过程°设备的调度编号°二次信号°复制IED（包括类型定义）目前的问题过大类型定义重复、不一致ICD/SCD的界限不清（另述）模型语义不一致（另述） 数字化变电站调试数字化变电站调试————调试周期的问题调试周期的问题调试周期长°产品缺陷:实现不到位、实现不一致°产品不定型:通信修改、信息修改°设计不充分：没有信号设计、传输设计°调试模式不确定：传统内容的新形态原因°缺乏规范约束°检测的权威性：没有信号测试（也缺乏依据）°IEC61850本身的不完善集中在各环节的互操作性问题上 数字化变电站调试数字化变电站调试————常见的调试内容常见的调试内容(1)(1)产品设计缺陷°如何支持保护实验（没有连片）°被通信负荷顶死°功能缺陷（如△t）°前置同步需求°接收MU频率不可调°不接受CID°监控不识别SCD产品实现缺陷°REPORT的数量，entryID的问题°异常中断°定值顺序、定值区号°stNum、sqNum°对点错误 数字化变电站调试数字化变电站调试————常见的调试内容常见的调试内容(2)(2)产品实现缺陷°GOOSE传输模式（5次）°SISCO的双网口IP问题（三、四网口）°索引路径的标识不一致问题°ACSI扩展心跳的问题°MAC地址变化°GOOSECB及信号名称变化°REPORTCB及信号名称变化产品测试°认证检验——通信符合IEC61850°ICD——符合SCL语法°信号？°传输方式？ 数字化变电站调试数字化变电站调试————常见的调试内容常见的调试内容(3)(3)工程设计不充分°MAC地址变化°GOOSECB及信号名称变化°REPORTCB及信号名称变化°GOOSE传输模式°索引路径的标识不一致问题前提°产品依据CID°监控依据SCD°信号规范？°信息规范？ 数字化变电站调试数字化变电站调试————常见的调试内容常见的调试内容(4)(4)调试模式°A/D加量°出口捕获°时延测量°观察误出口°针对SCD/针对联调°对点？°网络流量前提°SCD正确的依据？°实验设备°实验能代表运行？°调试的依据？ 数字化变电站调试数字化变电站调试————调试中的互操作性需求（调试中的互操作性需求（11））设计语义实现变更隐患互操作性互操作性装置语义互操作性通信互操作性ICD模型SCD模型产品互操作性互操作性互操作性定货前型号确定工程设计厂内联调运行监督 数字化变电站调试数字化变电站调试————调试中的互操作性需求（调试中的互操作性需求（22））•一致性调试/测试设计规范SCD模型一致性IEC61850约定IEC61850通信互操作性模型一致性一致性一致性测试检验检测监督ICD模型SCD模型实现变更隐患产品互操作性互操作性互操作性互操作性互操作性定货前型号确定工程设计厂内联调运行监督 一致性保障一致性保障数字化变电站的运行决定于设计设计结果被一致的执行是调试的主要内容设计结果能够被一致执行°产品具有IEC61850通信的一致性°设计本身依据一致的规范°这种一致的规范是IEC61850应用的补充形成一致规范的困难°IEC61850不完善（层次低）°IEC61850不适用°信号语义字典的缺点和缺失°ICD与CID的差别不明确°描述方法的缺陷（庞大） 一致性保障一致性保障————办法（另述）办法（另述）标准、规范°IEC61850°IEC60044°《工程实施规范》°相关技术条件？°设计规程、调试规程、运行规程、检验规程°安全性、可靠性评价规程模型一致性、字典一致性°一致的语义空间°保持一致性的管理办法实验、检验工作°检验、校验规程°实验、检验设备°实验、检验中心'