GOOSE从硬电缆到软信号.pptx
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GOOSEGOOSE从硬电缆到软信号从硬电缆到软信号国家电网公司国网电力科学研究院丁杰dingjnari目录目录壹壹IEC61850IEC61850概述概述贰贰工程应用工程应用叁叁GOOSEGOOSE应用关键技术应用关键技术肆肆研制历程研制历程伍伍数据数据信息信息知识知识智慧智慧加工处加工处理理分析分析决策决策数字化数字化定义定义数据处理层次数据处理层次数字化变电站内涵数字化变电站内涵数字化电网和数字化变电站的实现数字化电网和数字化变电站的实现是一个过程,相互促进,共同发展是一个过程,相互促进,共同发展数字化变电站是以变电站一、二次设备为数字化对象,以高速网络通信平台为基础,通过对数字化信息进行标准化,实现信息共享和互操作,并以网络数据为基础,采用智能化策略实现测量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。
三层架构及逻辑接口三层架构及逻辑接口技术服务远方控制远方控制(NCC)控制.保护功能.A功能.B保护.控制传感器执行元件远方保护远方保护间隔间隔/单元层单元层变电站层变电站层过程层过程层高压设备高压设备远方保护远方保护过程接口1,6337981,6224,54,5IF1:
间隔层和站层之间交换保护数据IF2:
间隔层和远方保护之间交换保护数据IF3:
间隔层之间交换数据如保护和控制设备间IF4:
间隔层和过程层之间交换采样数据IF5:
间隔层和过程层之间交换控制数据IF6:
间隔层和站层之间交换控制数据IF7:
站层和远方工程师之间交换数据IF8:
间隔层之间直接快速交换数据,如联锁IF9:
站层之间交换数据IF10:
站层和远方控制中心之间交换数据10系统架构一系统架构一系统架构一系统架构一变电站所有装置和后台系统实现IEC61850,所有改动限于通信层面,对变电站现有格局影响最小。
该方案比较稳妥,实现了数字化变电站中的IEC61850已有批量招标,建议适当应用系统架构二系统架构二在模拟量采集和开关量控制的过程层实现数字式过程总线过程总线通过把数据送给智能电子装置或计算机,以执行不同的算法功能,例如保护、控制、测量、互锁、故障报告、电能质量监测、设备在线监测等,同时传送对一次设备的控制操作命令过程总线消除了一次设备与智能电子装置之间的独立硬件接口,大大降低了并行配线的数量,降低了变电站自动化二次设备的成本过程层及总线意义过程层及总线意义系统架构三系统架构三无电子互感器GOOSE功能数字化变电站常规变电站通信规约标准化国际标准IEC61850各厂家自定义的网络103一致性测试2005年05月-2006年12月国调中心组织了六次互操作试验。
包括国电南瑞、中国电科院、南瑞继保、四方继保、国电南自、ABB、西门子等厂家。
KEMA为国际唯一公认认证机构。
可以避免劳民伤财的协议转换工作。
由于没有标准,不可能进行一致性测试,厂家间就算提供了规约,也无法保证其实现与规约的一致性,一切只能现场见或事先在实验室联调。
厂家在技术水平、经验、理解等各方面有差异以及会进行个性扩展,产品互操作性问题日益突出。
工程联调费用增加,成为变电站自动化行业发展的巨大障碍。
工程组态按变电站组态语言SCL定义工程中各装置模型,不同厂家的组态文件包括ICD、CID、SCD、SSD是相互识别的。
工程调试好的数据可以复用。
采用配置语言,在信息源定义数据和数据属性,传输采样测量值等技术,在组态、配置和维护工作上,节省了大量开支。
组态的内容各不相同,组态的结果互不通用,组态信息的交流通过书面方式,易出错,费时费力。
长时间后维护困难。
信息模型采用对象建模技术,面向设备建模和自我描述。
将大量信息进行组织管理,提供人性化的信息访问。
为信息报警的过滤、告警信号的逻辑关联(知识库)/推理技术(推理机)及事故及异常处理提供了信息甚础平台。
将来会有越来越多的智能设备(电能质量、同步相量、设备诊断等)集成到系统中,无缝数据集成和共享信息节省了大量开支。
面向点号,数据杂乱。
各种信号动作频繁时,值班员监控任务较重,很容易遗漏重要告警信号,延误处理造成事故。
二次回路变电站二次回路数量大幅度减少,因此二次回路故障问题可以明显减少。
变电站二次系统建设、维护工作量明显减少。
变电站二次设备标准化程度将大幅度提高。
二次回路成本高、易出事故、维护复杂。
网络设备报文优先级机制。
GOOSE模型提供了在全系统范围内快速可靠地输入输出数据值的功能,实现全站逻辑闭锁功能及保护跳闸、闭锁信号网络传输。
无由于过程层采用了以太网、测控保护设备就地安装、测控保护设备通过网络报文得到电流电压等基于网络的通信的要求。
通信设备必须能够抵抗变电站内的各种类型的传导和辐射电磁骚扰。
包括交换机在内的网络设备其抗电磁干扰功能应与测控保护装置一样,一般工业交换机及商用交换机无法满足IEC61850标准中提出的要求。
网络只提供四遥信息只需一般工业交换机对时系统SNTP秒、分脉冲,IRIG-B标准制定的主要目的标准制定的主要目的n互操作性为不同厂家的设备互联提供互操作性,即不同制造厂家提供的智能设备可交换信息和使用这些信息执行特定功能n自由配置满足变电站自动化系统(SAS)功能和性能的要求;可灵活配置,将功能自由分配到装置中,支持用户集中式(如RTU)和分散式系统的各种要求n长期稳定性支持未来的技术发展,因为它可兼容主流通讯技术而发展,并可伴随系统需求而进化IEC61850IEC61850的内容的内容系统概貌系统概貌1介绍和概述2术语3总体要求4系统和项目管理5功能的通信要求和设备模型数据模型数据模型变电站和馈线设备的基本通信结构7-4兼容逻辑节点类和数据类7-3公用数据类抽象通信服务抽象通信服务变电站和馈线设备的基本通信结构7-2抽象通信服务接口(ACSI)7-1原理和模型配置配置6变电站自动化系统配置描述语言映射到实际通信网络映射到实际通信网络8-1映射到MMS和ISO/IEC8802-39-1通过单向多路点对点串行通信链路采样值9-2ISO8802-3之上的采样值测试测试10一致性测试数据模型数据模型服务器服务器SampledValuesGOOSELogicalNodeControlSubstitutionReporting&LoggingDataDataSetGet/SetDir/DefinitionReportGOOSESMVSettingGroupActicateLogicalDeviceTimeSynchronizationFileTransferAssociationServernameplate,healthSCL-SCL-对象模型对象模型建模实例建模实例IEC61850分析总结了变电站自动化系统的功能需求,并将功能分解为最小单位逻辑节点建模是厂家选择多个相关逻辑节点,实现自己产品(系统、装置)的功能建模也可以是设计人员针对变电站要实现的功能,而对整个变电站自动化系统和每个装置选择相关的逻辑节点数据模型数据模型XCBR断路器XSWI隔离开关TCTR电流互感器TVTR电压互感器SIMG绝缘介质监视CSWI开关控制器PTOC带时限过电流PTRC保护跳闸条件建模实例建模实例SSDSSD系统图组态工具系统图组态工具装置模板组态工具装置模板组态工具ICDICD系统组态工具系统组态工具SCDSCD装置实例组态工具装置实例组态工具IEC61850IEC61850装置装置CIDCID全站系统配置全站系统配置文件文件一次系统配置一次系统配置文件文件装置模板配置装置模板配置文件文件装置实例配置装置实例配置文件文件工程配置工程配置一性统充分考准据模型的性和活性,提供相展手段,虑标数复杂灵应扩足包括保模型在的多情需求满护内种国通用性可配置生成不同家装置的配置文件厂支持外多家配置文件的入出与国内厂导导易用性采用向式界面行工程用密有容的定制导进与应紧关内通解析过SCL配置文件,自生成主接和据动线图数库可靠性配置文件的一致性检查多工程合理性行对种参数进检查配置文件版本管理通用配置工具通用配置工具数据交换模型数据交换模型IED智能电子设备具有可访问的数据模型WHAT交换什么IEC61850-7-3IEC61850-7-4HOW(怎么交换)IEC61850-7-2请求响应事件SelfdescNotlikemodbusregister服务模型服务模型4通用服务通用服务4数据集数据集(DATA-SET)(DATA-SET)4关联关联(Applicationassociation)(Applicationassociation)4报告控制块报告控制块(REPORT-CONTROL-BLOCK)(REPORT-CONTROL-BLOCK)4控制控制(CONTROL)(CONTROL)4定值组控制块定值组控制块(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK)(SETTING-GROUP-CONTROL-BLOCK)4通用变电站事件通用变电站事件(Genericsubstioneven)(Genericsubstioneven)4取代模型取代模型(Substitution)(Substitution)4时间和时间同步模型时间和时间同步模型(Time&time-synchronization)(Time&time-synchronization)4日志控制块日志控制块(LOG-CONTROL-BLOCK)(LOG-CONTROL-BLOCK)SCSMSCSM通信映射通信映射重传序列中的每个报文都带有允许生存时间参数,用于通知接收方等待下一次重传的最长时间。
如果在该时间间隔内部没有收到新报文,接收方将认为关联丢失。
重发间隔的最大时间应该60s。
网络延迟=StNum上次NY报文有效YStNum上次-StNum本次StNum上次StNum本次=StNum上次StNum上次-StNum本次=100另一网络接受正常报文有效报文无效报文有效报文有效报文本次与报文上次属于同一网络报文有效报文无效YNYNYNNNY报文无效YNY保护GOOSE通讯状态在线监视网络管理网络管理网络信息在线监测和分析。
用于分析复杂的网络信息在线监测和分析。
用于分析复杂的IEC61850IEC61850信息交换过程。
信息交换过程。
保护信息应用标准化技术。
系统地提出并实现了多保护信息应用标准化技术。
系统地提出并实现了多项保护信息应用的标准化技术方案。
项保护信息应用的标准化技术方案。
网络通信方式下的检修方案。
研究并提出全新的检网络通信方式下的检修方案。
研究并提出全新的检修方式来满足二次智能设备的检修需求。
修方式来满足二次智能设备的检修需求。
关键技术外陈外陈220kV220kV变电站计算机监控系统变电站计算机监控系统IEC61850工程实施规范目录1范围2引用标准3配置工具及配置文件4建模原则5服务实现原则附录A:
逻辑节点类一致性要求附录B:
公用数据类一致性要求附录C:
服务一致性要求附录D:
故障报告文件格式IEC61850规约转换器,支持各种非IEC61850装置的接入IEC61850保护子站代理,支持保护主站IEC61850规约的接入IEC61850远动工作站,支持将IEC61850转成101或104上送调度IEC61850其它应用其它应用基于IEC61850的保护故障报告运行界面保护故障报告保护故障报告基于SNMD的交换机运行状态在线监视网络管理网络管理基于SNMD的交换机运行状态在线监视网络管理网络管理本着妥、有序推的指思想,展基积极稳进导开于IEC61850准的站自化系在浙江标变电动统电的各等站的用。
在网电压级变电应220kV宣家变工程在隔和站了间层级层实现IEC61850准技标术的基上,通础过500kV溪工程探索技兰变该项术在500kV站的工程化用模式。
变电应500kV500kV兰溪变工程采用常的流互感器,不采用字式的规电电压数电流互感器电压智能操作箱安装到开关场现场全、全方、程序化操作开关设备电动远设计主要IED之的信息交互采用间IEC61850准的标GOOSE技术500kV500kV兰溪变工程三级调度人机工作站1人机工作站2工程师工作站远动装置1/2工业级以太网交换机500kV变电站计算机监控系统网络结构示意图变电站计算机监控系统网络结构示意图激光打印机针式打印机500kV继电器小继电器小室室测控IED保护IED智能操作箱n公用信息管理机保护子站100MB光纤环网光纤环网三级调度电力数据网省电力数据网网络分析仪测控IED保护IED测控IED保护IEDGOOSE交换机GOOSE交换机220kV继电器小继电器小室室测控IED保护IED智能操作箱1公用信息管理机GOOSE交换机智能操作箱nGOOSE交换机直流屏室直流屏室测控IEDGOOSE交换机GOOSE交换机主机1主机2激光打印机智能操作箱1智能操作箱n智能操作箱1智能操作箱1智能操作箱n测控IED500kV变电站计算机监控系统网络结构示意图变电站计算机监控系统网络结构示意图500kV继电器小室继电器小室500kV断路器及线路测控500kV母设测控500kV断路器保护500kV线路保护500kV断路器智能操作箱1500kV断路器智能操作箱2GOOSE网网站控层网站控层网GOOSE网网100MB光纤星型网光纤星型网100MB光纤星型网光纤星型网500kV断路器智能操作箱3500kV断路器智能操作箱n500kV断路器及线路测控500kV母设测控500kV断路器保护500kV线路保护500kV断路器智能操作箱1500kV断路器智能操作箱2500kV断路器智能操作箱3500kV断路器智能操作箱n主变保护1220kVGOOSE网1主变保护2220kVGOOSE网2500kV变电站计算机监控系统网络结构示意图变电站计算机监控系统网络结构示意图220kV继电器小室继电器小室220kV线路测控220kV母设测控220kV线路保护第1套220kV母差保护第1套220kV断路器第1套智能操作箱1220kV断路器第1套智能操作箱nGOOSE网网站控层网站控层网220kV线路保护第2套220kV母差保护第2套220kV断路器第2套智能操作箱1220kV断路器第2套智能操作箱nGOOSE网网100MB光纤环网光纤环网100MB光纤环网光纤环网220kV线路测控220kV母设测控220kV线路保护第1套220kV母差保护第1套220kV断路器第1套智能操作箱1220kV断路器第1套智能操作箱n220kV线路保护第2套220kV母差保护第2套220kV断路器第2套智能操作箱1220kV断路器第2套智能操作箱n主变保护第1套主变保护第2套220kV母联保护目录目录壹壹IEC61850IEC61850概述概述贰贰工程应用工程应用叁叁GOOSEGOOSE应用关键技术应用关键技术肆肆研制历程研制历程伍伍是否单独组网原组网则1GOOSE1GOOSE组网原则过程总线的基本组网方案过程总线的基本组网方案1每个间隔拥有自己的通信网络每个间隔拥有自己的通信网络2通信网络可以跨越多个间隔通信网络可以跨越多个间隔3所有设备共用一个通信网络所有设备共用一个通信网络4面向继保功能区划分网络面向继保功能区划分网络、星型及混合各有缺点,需以下因素环网网网优对行充分比:
进较性(交机量、体价格)经济换数网络总可靠性(暴、冗余性、自治性网络风网络(独立)安全性(延保的影)网络时对护响性(配置、复杂网络监视维护)展性(建的易展性、易配置性、性能扩扩时扩网络不能下降)定、的局部性要求检维护按电气间隔划分网段按电气间隔划分网段按继电保护区域划分网段按继电保护区域划分网段、星型及混合各有缺点,需以下因素环网网网优对行充分比:
进较性(交机量、体价格)经济换数网络总可靠性(暴、冗余性、自治性网络风网络(独立)安全性(延保的影)网络时对护响性(配置、复杂网络监视维护)展性(建的易展性、易配置性、性能扩扩时扩网络不能下降)定、的局部性要求检维护环网与星形网络的比较环网与星形网络的比较以太网从其发明之日起就是一种总线网络,其逻辑拓扑结构,即从其功能上讲,是一条总线;但因其实际网络布线方式的不同,可以构成星形、总线形和环形等不同的物理拓扑结构。
在办公自动化网络系统中,一般对于可靠性没有特别的要求,同时为了网络管理和布线的方便,多采用星形的网络结构。
在工业自动化网络中,由于目前的控制系统大多为分布式控制系统,因此,多采用总线结构或环形结构。
为了进一步提高网络的可靠性,可以采用双星形、双总线或双环网络结构实现网络冗余。
环网与星形网络的比较环网与星形网络的比较星形环形双星形双环形一双环形二拓扑图例优点布线简单,管理方便,任意两个IED之间最多三跳。
分布式网络,允许光纤出现一处断点。
发生链路故障时,网络自动快速切换到总线。
环网是最经济可靠的线路冗余方式。
冗余网络,允许交换机、光纤、网线(网卡)三种故障,任意两个IED之间最多三跳。
冗余网络,允许交换机、两处光纤、网线(网卡)四种故障。
是常用的高级工业冗余网络结构冗余网络,允许交换机、两处光纤、网线(网卡)四种故障,且A网和B网之间物理隔离,数据完全分开。
环网与星形网络的比较环网与星形网络的比较星形环形双星形双环形一双环形二拓扑图例冗余切换时间无冗余,没有切换时间可言5msxN(N=环上交换机数量)取决于软件,任一故障均导致A网和B网整网切换,时间稍长。
链路故障由硬件完成恢复,恢复时间5msxN(N=单环上交换机数量),其它故障取决于软件。
除链路故障外,其他故障也只是导致A网和B网部分切换,时间短。
链路故障由硬件完成恢复,恢复时间5msxN(N=单环上交换机数量),其它故障取决于软件。
但除链路故障外,其他故障均导致A网和B网整网切换,时间稍长。
环网与星形网络的比较环网与星形网络的比较星形环形双星形双环形一双环形二拓扑图例缺点没有冗余,且中央交换机风险过于集中。
属于简单冗余,当某一交换机发生故障时,会导致单点网络故障。
布线复杂,所有网络设备、网络光(电)缆、网卡均为双份,成本高。
冗余实际上是通过软件编程实现的,因此切换时间与程序编制有较大关系。
布线较双星形简单,其它成本,如网络设备、网络光(电)缆、网卡均为双份,与双星形一样。
布线较双星形简单,其它成本,如网络设备、网络光(电)缆、网卡均为双份,与双星形一样。
环网与星形网络的比较环网与星形网络的比较星形环形双星形双环形一双环形二拓扑图例硬件硬件成本成本低最低最高高高网络拓扑结构网络拓扑结构级连结构级连结构网络拓扑结构网络拓扑结构环形结构环形结构网络拓扑结构网络拓扑结构星形结构星形结构网络拓扑结构网络拓扑结构可容错的星形环形混合结构可容错的星形环形混合结构网络拓扑结构网络拓扑结构可容错的星形环形混合结构发生故障可容错的星形环形混合结构发生故障网络拓扑结构网络拓扑结构可容错的双网结构可容错的双网结构网络拓扑结构网络拓扑结构可容错的双网结构发生故障可容错的双网结构发生故障正常情下,采用况100M以太和多播技,网术网的最大通信延完全足性要求,且有大络时满实时较裕度,但是在生常情(如中某些网络发异况网络节点突然、暴或接入新或新系致断开网络风设备统导的突然增加等)足性要求网络负载怎么满实时(3ms)?
22网络异常实时性交机需支持先、局域,而且全站换优级虚拟网GOOSE文占用的不大,报网络带宽并GOOSE和网变站控是否一定要物理分?
如果共用一电层监网开个,如何?
如何防止暴的出网网络带宽选择网络风现?
33交换机设置原则IEC61850有并没对GOOSE通信各通信点网络节的故障告警和故障的在功能行定,家诊断线进约厂如何保证GOOSE通信常的告警?
是否提网络状态异供GOOSE通信在和离工具?
网络线线诊断44网络报文监视关键技术关键技术GOOSE等调试/诊断/维护工具例如一个GOOSE发送端的扩充会影响所有相应的接受。
已投运的设备调试如何降低风险网络状况监视告警(SMNP)网络报文”故障录波器”(黑匣子)目录目录壹壹IEC61850IEC61850概述概述贰贰工程应用工程应用叁叁GOOSEGOOSE应用关键技术应用关键技术肆肆研制历程研制历程伍伍从2001年开始参与IEC61850标准的翻译与制定工作于2003年正式立项研究基于IEC61850的变电站自动化系统(江苏省科技厅基于无缝通信体系的超高压变电站自动化系统的研制,于2006年10月通过验收)2005年3月开发出第一套试验系统,参加了第一次互操作试验全程参加6次国调中心组织的互操作实验研制历程研制历程2005年12月与广东试验研究所签订了合作进行“基于61850的合并单元研究项目”合同,2006年7月交货2005年12月和SIEMENS7SJ63装置成功进行了互连,测试了数据读写、遥测、遥信、遥控和报告2006年1月和AREVAC264C装置成功进行了互连,测试了数据读写、遥测、遥信、遥控、报告、取代、对时2006年8月推出基于61850的包括NSD3500测控装置和NSR3600系列保护装置的NS3000数字化变电站产品2006年9月起,实施多个数字化变电站工程研制历程研制历程研制历程研制历程采用KEMA软件进行一致性测试,通过测试软件的各种正反向测试试验与ABB、SIEMENS、AREVA等国外厂家实现互联互通国家电网公司数字化电网及数字化变电站关键技术研究框架研制历程研制历程管理信息化管理信息化数字化电网数字化电网电网调度电网调度电电网网调度控制调度控制中心中心电网规划电网规划电网运行电网运行电网建设电网建设数字化电网数字化电网信息平台信息平台市场交易市场交易SGSG186186八大业务系统企业企业管理管理配电网自动化配电网自动化变电站保护与监控变电站保护与监控RTU通讯通讯电网维护电网维护通信通信电网设计电网设计2005年底启动,国网南京自动化研究院组织调研和数字化变电站关键技术研究框架初稿的编写2006年3月于北京召开数字化变电站技术研讨会,对数字化变电站研究框架初稿进行了讨论国网南京自动化研究院组织研究框架的修改,并将数字化变电站与数字化电网进行一体化研究2007年3月于南京召开技术研讨会,经修改形成征求意见稿2007年3月中旬,根据公司总部有关部门意见,进一步修改形成框架讨论稿2007年4月,于北京召开专家评审会2007年5月,编写组讨论修改,网省公司参与编写和修改,并进一步征求意见2007年8月,于青岛通过专家评审研制历程研制历程国家电网公司国家电力调度通信中心IEC61850国际标准工程化实施规范南方电网公司中国南方电网公司数字化变电站技术规范研制历程研制历程北京北京500kV500kV顺义变电站顺义变电站IEC61850IEC61850技术应用技术应用(2006.10)(2006.10)浙江省绍兴浙江省绍兴220kV220kV外陈变电站监控系统集成外陈变电站监控系统集成(2007.12)(2007.12)河北承德河北承德110kV110kV西地变电所数字化改造工程西地变电所数字化改造工程(2007.08)(2007.08)广东鹤山广东鹤山110kV110kV沙坪变电所数
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