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新一代智能变电站信息流架构设计

第35卷第0期中国电机工程学报V ol.35 No.0 000.00, 2015 DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.00.000 文章编号:0258-8013 (2015) 00-0000-00 中图分类号:TM 新一代智能变电站信息流架构设计

肖燕

(中国电力科学研究院,北京市海淀区100192)

Design of Information Flow Scheme for New Smart Substation

XIAO Yan

(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)

ABSTRACT:For realizing the unity of data source and the unity of communication network at new smart substation, sharing the resource of hardware and network and promoting the integration degree of new smart substation, the information flow including measurement information flow, control information flow, protection information flow and monitoring information flow were investigated respectively and a scheme of information flow integrating control, protection, monitoring and measurement was proposed for new smart substation. Base on this scheme and the technical needs of 220 kV new smart substation, an implementable information flow design was putted forward which was composed by the information flow of bus space, the information flow of transmission line space, the information flow of transformer space and the information flow of intelligent high voltage equipment. The information flow design was applied in new smart substation demonstration project of SGCC.

KEY WORDS: smart substation; information flow; data flow

摘要:为了在新一代智能变电站内实现数据源的统一和通信网络的统一,共享站内硬件资源和网络资源,提升新一代变电站的集成度,该文对站内信息流进行了系统研究,包括测量信息流、控制信息流、提出一种融合测量、控制、保护、监测和计量等需求的全站信息流架构。以此为基础,结合220 kV新一代智能站的工程需求,给出了一种可执行的信息流设计方案,该设计方案包括母线间隔信息流设计、线路间隔信息流设计、主变间隔信息流设计及高压设备信息流设计共4个部分。文中提出的信息流设计方案在国家电网公司的新一代智能站示范工程中得到应用。

关键词:智能变电站;信息流;数据流

0 引言

智能变电站(简称智能站)是智能电网的重要组成部分[1-3],在智能站中,大量应用了智能电子装置(以下简称二次设备),信息流涉及站内通信网络架构、二次设备功能配置及智能化功能实现方案等关键问题,信息流设计已成为智能站顶层设计的重要部分。智能站信息流包括电压、电流及各类设备状态信息、控制信息的采集、共享、处理、执行、传输、应用、存储等多个环节,经济、可靠地支持智能化目标的实现是信息流设计的基本要求。2009年之前,已有数字变电站,但数字化主要限于保护与测控,二次设备数量有限,信息流相对简单[4-5]。2009—2012年,开始研究建设智能站,二次设备从保护、测控扩展到了智能高压设备的二次部分及计量、监测及辅控设备等,信息流在深度及广度上均有较大扩展,但对信息流的系统研究甚少,实际工程中,通常由二次设备供应商结合工程要求自行设计,随意性很大,为后期的运智能站的维带来了极大的风险。由于电网已发展成熟,欧美对智能站的研究并不活跃,有少数几个智能站的例子,技术状态与国内已建工程基本相同,即数字化的测控、保护,辅以部分在线监测,且彼此网络独立,数据源独立。

2012年,国家电网开始研究、建设新一代智能变电站(以下简称新一代智能站),新一代智能站汲取了已有建设经验,进行了多方面的技术提升,其中一项十分重要的内容就是统一全站信息流[6]。本文阐述了这项工作的主要内容。与国内外已有信息流方案相比,本文实现了全站各业务的信息融合,将以往独立布局的保护测控、智能高压设备、计量、电能质量监测等不同业务的信息流进行统一规划,分析共同的数据源需求,按照设备、各业务子系统全站各层级智能化目标,构建全站信息流架构,首次实现了全站各业务共网共源,从根本上解决前期

网络出版时间:2016-01-06 16:47:08

网络出版地址:http://www.wendangku.net/doc/12bf050c80eb6294dc886c89.html/kcms/detail/11.2107.TM.20160106.1647.004.html

2 中国电机工程学报第35卷

的技术发散状态,突破了各业务分割独立无法实现全站整体智能化目标的瓶颈。

本文以220 kV新一代智能站双母线结构并采用“直采直跳”为例,给出了各业务完全融合的全站信息流实施方案,分成智能高压设备、母线间隔、线路间隔和主变间隔4个模块分别予以阐述。本文提出的信息流实施方案已用于国家电网新一代智能站示范工程。

1 信息流设计的基本原则

新一代智能站信息流设计遵循了以下基本原则[6]:1)安全性和可靠性原则。仅将支撑电网实时运行控制的信息接入安全I区,其它信息接入安全II区;保护采用“直采直跳”。2)专业融合设计原则。之前智能站内保护测控、监测、计量、电能质量等各自独立,造成同一变电站内不同业务信息流不同网、不同源的问题,制约了变电站整体智能化目标的实现。新一代智能站则在分析各业务信息流需求的基础上,将保护测控、监测、计量、电能质量等进行统一设计,首次实现了变电站各业务信息流的“同源同网”,奠定了本文新一代智能站全站信息流设计的基础。3)优先采用国标[3]或IEC标准[4]原则。仅当已有国标或IEC标准不能满足要求时才进行必要的修订和扩展。

2 功能配置与信息流

信息流方案影响二次设备之间的网络连接方案及二次设备的功能配置。反过来,网络连接方案及二次设备功能配置也会影响信息流设计。在新一代智能站,为了提升二次设备的集成度,对部分二次设备的功能配置做出了规范[6]:1)测控装置。新一代智能站要求测控装置兼有考核点计量功能,这种集成安排是基于常规测控与计量应用相同的数据源,具备共享硬件资源的条件,集成之后,不仅简化了信息流架构,也减少了站内二次设备的数量。2)合并单元。合并单元输出的电压、电流采样值,是全站信息流的核心组成部分,包括80点/周波和256点/周波两类输出,前者简称合并单元,为保护、测控、高压设备智能组件、考核计量、一般性电能质量监测所共享,双套冗余配置;256点/周波输出的合并单元(简称高采样率合并单元)主要用于贸易结算点计量、高精度电能质量监测等,视工程需要配置。目前两类合并单元为独立的物理装置,今后宜统一为单一物理装置。3)主要二次设备配置了状态监测功能,包括板卡或核心器件温度、光信号强度和工作电源电压。一次、二次设备所有监测类信息报送综合应用服务器,由综合应用服务器统一管理,其中,与保护直接相关的二次设备状态监测信息同时报送至动态记录装置。4)智能高压设备设主IED,负责汇集、处理智能组件的监测信息,并于调度或PMIS进行信息交互。5)110 kV侧配置了合并单元智能终端集成装置,10 kV/35 kV配置了多合一装置,将母线间隔合并单元、测控、保护、考核点计量等功能集成到一个物理装置。

3 逻辑节点的增扩

新一代智能站的信息交互模式已有基础[7-9],但监测部分尚不够成熟,部分逻辑节点不能准确反映实际需要,必须进行必要的扩展[6]。具体有:气体绝缘介质监测逻辑节点(SIMG),在状态信息和测量信息中扩展了气体湿度,并增补了定值信息;断路器监测逻辑节点(SCBR),在测量信息中扩展了线圈电流积分值;变压器监测逻辑节点(SPTR),在测量信息中扩展了铁心接地电流和绕组测量温度,并在定值信息中做了相应的扩展;液体绝缘介质监测逻辑节点(SIML),在状态信息中扩展了氢气、乙炔和总烃,并扩展了定值信息[10]。对智能变压器和智能开关设备,各增补了格式化信息和结果信息两个逻辑节点;针对二次设备状态监测,增补了温度监测逻辑节点(TTMP)、电源电压监测逻辑节点(SVLT)和光强监测逻辑节点SITY[11]。

4 智能高压设备信息流设计

智能高压设备是新一代智能站的重要标志之一。新一代智能站中实际应用了智能电力变压器和智能高压开关设备。

智能电力变压器信息流设计应支持其智能化目标的实现[10,12],包括控制、监测和保护三类IED,共同组成智能组件,实现对有载分接开关及冷却装置的智能控制、非电量保护和绝缘状态监测等功能。信息流架构如图1所示。在图1中,非电量保护、控制、监测与合并单元进行了信息融合,主IED 汇集电力变压器本体的监测信息,并进行处理,形成结果信息和格式化信息,报送至调度系统和/或PMIS。图1中的信息流编码见表1。文中信息流编

第 期

肖燕:新一代智能变电站信息流架构设计

3

新一代智能变电站信息流架构设计

非电量保护IED

主IED

冷却装置控制IED 油中溶解气体监测IED

有载分接开关控制IED

新一代智能变电站信息流架构设计

07 直连 油中溶解气体浓度信号

08 直连 末屏电流信号

72 过程层 基于油中气体的格式化和结果信息(MMS) 2S

站控层

主要监测量格式化及结果信息(MMS)

码的命名规则详见文献[10]。

智能高压开关设备信息流设计应支持其智能化目标的实现,包括了控制、监测和测量(合并单元)三类IED ,共同组成智能组件,实现对整个高压开关间隔的智能控制、绝缘状态监测和电压、电流测量等功能,信息流架构如图2所示。在图2中,控制、监测与合并单元进行了信息融合,主IED 汇集高压开关设备本体的监测信息,并进行处理,形成结果信息和格式化信息,报送至调度系统和/或

站控层网络

42 过程层 基于机械状态的格式化及结果信息(MMS)

M 过程层 电压、负载电流采样值(SV)

2S

站控层

结果信息及主要监测量的格式化信息(MMS)

5 母线间隔信息流设计

母线间隔的信息流设计应支持实现母线间隔的保护、测控、电能质量监测等功能。本文以220 kV 母线间隔为例予以说明。中、低压侧母线间隔可参考图5中的相关部分。

在220 kV 侧的母线间隔,一次设备包括对应母线EVT1和EVT2、母联开关及ECT ,其中母联开关为智能高压开关,配置智能组件(含智能终端)。过程层设备包括母线合并单元、母联开关的智能终

4 中 国 电 机 工 程 学 报 第35卷

端及智能组件、母联ECT 的合并单元等。间隔层设备包括母线保护装置、母联保护装置、对应母线的测控装置、对应母联的测控装置以及母联开关主

IED 等。信息流图如图3所示,为了全面描述母线间隔的信息流,图3中同时给出线路间隔和主变间隔的相关信息流,信息流编码见表3。

新一代智能变电站信息流架构设计

新一代智能变电站信息流架构设计

合并单元(母联)

1122/1124

电压、电流采样值(SV) 1118→2518/2718 电压、电流采样值(SV) 1118→2918 电压、电流采样值(SV) 合并单元状态监测信息(GOOSE)

智能终端(母联)

1422/1424 合位置信息(GOOSE) 1422/1424 保护跳闸指令(GOOSE) 1418→2718

分合位置信息及闭锁信息(GOOSE) 智能终端及开关告警信息(GOOSE) 1418→2518 分合位置信息及闭锁信息(GOOSE)

1418→2918 分合位置信息(GOOSE) 装置本身状态监测信息(GOOSE)

2718→1418 开关控制指令(GOOSE) 2518→1418

保护跳闸指令(GOOSE) 开关控制指令(GOOSE)

装置 3138/3338→2438 保护装置功能压板投退指令(MMS) 2438→2938

保护动作逻辑及中间节点信息(MMS) 保护装置状态监测信息(MMS)

测控装置(母线)

1218→2718

母线电压采样值(SV) 合并单元告警值(GOOSE) 2738→3138/3338 母线测控装置本身告警信息(MMS)

电压、电流有效值(MMS) 3138/3338→2738 功能压板投退指令及定值(MMS)

开关控制指令(MMS)

2738→3538 测控装置、智能终端、合并单元等状态监

测信息(MMS) 2738→ 跨间隔联闭锁信息(GOOSE) 测控装置(母联)

1118-1→2718 电压、电流采样值(GOOSE) 1418-1→2718

开关分合位置及闭锁信息(GOOSE) 智能终端及开关设备告警信息(GOOSE)

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肖燕:新一代智能变电站信息流架构设计

5

设备名称

信息流编码 信息描述 2718→1418-1

开关控制指令(GOOSE)

其它同母线测控装置

6 线路间隔信息流设计

线路间隔的信息流设计应支持实现线路间隔的保护、测控、监测、计量等功能。

在线路间隔,一次设备包括线路开关及ECT ,其中线路开关为智能高压开关,配置智能组件(含智能终端)。过程层设备包括对应线路开关的智能终端及智能组件、对应线路ECT 的合并单元等。间隔层

新一代智能变电站信息流架构设计

新一代智能变电站信息流架构设计

图4息流编码见表4图4 220 kV 表4 设备名称

信息流编码 信息描述 合并单元(线路)

1122/1123 电压、电流采样值(SV) 1118→2518

电压、电流采样值(SV) 1118→2718

电压、电流采样值(SV) 合并单元告警信息(GOOSE) 1118→2918 电压、电流采样值(SV) 合并单元状态监测信息(GOOSE) 智能终端(线路开关)

1422/1423→

开关分合位置信息(GOOSE) →1422/1423 保护跳闸指令(GOOSE) 1418→2518

开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)

2518→1418 保护跳闸指令(GOOSE) 开关控制指令(GOOSE)

设备名称

信息流编码

信息描述

1418→2718 开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)

智能终端及开关设备告警信息(GOOSE)

2718→1418 开关控制指令(GOOSE) 1419→2918

开关分合位置信息(GOOSE) 装置本身状态监测信息(MMS) 测控装置(线路)

2718→3138/3238/3338 测控装置的状态监测信息(MMS) 智能终端、合并单元等告警信息(MMS)

电压、电流有效值(MMS) 3138/3238/3338→

2718 功能压板投退指令及定值(MMS)

开关控制指令(MMS) 2738→3538 测控装置状态监测信息(MMS)

流,信息流编码见表5。

8 结论

1)提出了智能变电站不同业务的信息融合方案,实现了全站保护、测控、监测、计量等在同一信息流架构下的同网同源,为提升变电站整体智能化水平奠定了技术基础。

2)设计了智能高压设备相关测控、保护、监测同网同源的信息流方案,并将其融入到新一代智能站的整体信息流架构,解决了过去测控与监测物理分割的问题。

3)以220 kV 智能变电站、双母线配置为例,

6 中 国 电 机 工 程 学 报 第35卷

给出母线、线路和主变三类间隔信息流方案,结合智能高压设备的信息流方案,形成了涵盖全站各业

务的信息流实施方案。

4)本文提出的信息流设计成果已应用到国家

新一代智能变电站信息流架构设计

新一代智能变电站信息流架构设计

1118→2918

电压、电流采样值(SV) 合并单元状态监测信息(GOOSE) 智能终端(高压侧)

1421/1422 开关分合位置信息(GOOSE) 保护跳闸信息(GOOSE) 1418→2518 开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)

2518→1418

保护跳闸指令(GOOSE) 开关控制指令(GOOSE) 1418→2718 开关分合位置及闭锁信息(GOOSE) 智能终端及开关设备告警信息(GOOSE)

2718→1418 开关控制指令(GOOSE) 1418→2918

开关分合位置信息(GOOSE) 装置本身状态监测信息(GOOSE)

合并单元智能终端

1518→2518

电压、电流采样值(SV) 开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)

1518→2918

电压、电流采样值(SV) 开关分合位置信息(GOOSE) 装置本身的状态监测信息(GOOSE)

测控装置(高压侧) (中压侧) (低压侧)

→2718 参考本表其它部分 2738→3138/3338 测控装置本身的告警信息(MMS) 电压、电流有效值(MMS) 3138/3338→2738

功能压板投退指令及定值(MMS)

开关控制指令(MMS) 2738→3538

装置本身的状态监测信息(MMS) 合并单元、智能终端等监测信息(MMS)

2738 跨间隔联闭锁信息(GOOSE) 变压器

保护装置

2118→

2218-1/2218-2/2518

启动失灵保护信息(GOOSE) 2118→2918

保护跳闸指令(GOOSE)

第期肖燕:新一代智能变电站信息流架构设计7 设备名称信息流编码信息描述

2138→3138/3338 保护动作逻辑及中间节点信息(MMS) 装置本身告警信息(MMS)

3138/3338→2138 功能压板投退指令(MMS)

2138→2938 保护动作逻辑及中间节点信息(MMS) 装置本身状态监测信息(MMS)

电网公司新一代智能变电站示范工程,达到了在新一代智能站共网共源、规范设计的目标。

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收稿日期:2015-04-16。

作者简介:

肖燕(1973),女,博士,高级工程师,

从事高压设备检测、诊断、可靠性分析及

智能化等方面的研究工作。xiaoyan@

http://www.wendangku.net/doc/12bf050c80eb6294dc886c89.html。

肖燕

(编辑乔宝榆)