一种集中式数字化变电站系统技术方案

本发明专利技术提供一种集中式数字化变电站系统，通过采用多种新技术和新设备，实现新层次上的集中式多功能智能设备和系统，从而为数字化电网的建设奠定基础。系统基于ＩＥＣ？６１８５０标准、高速以太网交换和虚拟局域网（ＶＬＡＮ）技术构建了数字化变电站信息模型和通信网络，实现了全站信息的共享；在此基础上，实现数字化变电站功能的整合，同时简化了系统结构。间隔层多功能智能电子设备——系统控制器，集保护、测控、录波等功能于一体，极大简化间隔层设备和接线；过程层智能终端集成了合并单元和智能操作箱的功能；各层设备均提供符合ＩＥＣ？６１８５０标准的模型和接口。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统自动化领域，特别涉及到数字化变电站及其相关技术，如IEC 61850标准、智能电子设备、网络通信技术等，通过采用多种新技术和新设备，提供一种基于 全站信息共享的集中式数字化变电站系统。
技术介绍
基于微机保护和计算机监控的传统变电站自动化技术经过十余年的发展已逐步 成熟和完善，并在提高电网自动化水平和输配电可靠性方面发挥了十分重要的作用。但是， 由于传统变电站自动化技术存在一些缺陷，如站内各种自动化装置和子系统各自独立，通 信接口和规约众多，导致变电站系统数据重复、互操作性差，不能满足现代电力系统发展和 建设数字化电网的要求，需要实现新一代的数字化变电站系统。 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，实现测 量监视、控制保护、信息管理等自动化功能的变电站。其主要特征主要包括基于IEC61850 的全站统一的数据模型及通信服务平台；智能化一次电气设备；网络化二次装置。 对于数字化变电站的整体结构和智能设备的结构、功能等方面还没有形成统一的 认识，尤其是过程总线方面，多数数字化变电站的实现模式还是基于传统变电站点对点 方式，不仅结构繁杂，而且不能基于全站信息共享实现变电站系统的功能，使数字化变电站 技术的发展受到了极大的制约。 随着数字化变电站和智能电网建设工作的逐步开展，电力系统各层次的设备将越 来越多的实现数字化和智能化。在经历了由集中到分散的变电站自动化发展历程后，变电 站智能设备将随着IT和通信技术的进步再次由分散走向新水平的集中，根据具体变电站 的不同应用需求，新一代的集中式多功能智能设备和集中式数字化变电站将会在电网数字 化的进程中起到重要作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，满足现代电力系统发展和建设数字化 电网的要求，提供一种新一代的数字化变电站系统，其以高速工业以太网交换技术、IEC 61850标准(变电站通信网络和系统)和多功能集成的智能电子设备为基础，提供了一种集 中式的数字化变电站系统。 本专利技术提供了一种集中式数字化变电站系统，包括变电站层、间隔层和过程层，其 特征在于基于IEC 61850标准构建变电站系统的信息模型和通信架构；采用高速以太网 交换技术和虚拟局域网(VLAN)技术，实现变电站系统的信息共享；所述间隔层包括系统控 制器，所述系统控制器是多功能智能电子设备，具有保护、测控和录波的功能，从而使得间 隔层设备和接线得以简化，所述过程层的智能终端整合了合并单元和智能操作箱的功能； 遵照IEC61850标准，该系统采用三层逻辑体系结构，包括变电站层、间隔层和过程层； (1)所述变电站层包括变电站的工程师站，该工程师站可兼用作操作员站或远动 主站，该工程师站包括个人计算机或服务器，并至少配置有2个以太网接口 ，分别接入变电 站系统的通信网络和调度通信网络；所述变电站层接收来自所述间隔层的信息，并使用站 控软件系统来实现所述变电站层的运行、维护、打印以及远方通信的功能，所述站控软件系 统集成了基于IEC 61850标准的通信和工程化工具软件，能够提供完善、方便的配置、测试 和维护手段，包括系统的配置/组态、实时库的管理、模型/通信的一致性测试、SCL配置文 件的管理功能； (2)所述间隔层设备包括系统控制器，该系统控制器包括至少12个CPU插件，每个 插件提供双光纤以太网接口，接入变电站系统的通信网络；所述间隔层采集过程层的信息， 接收来自变电站层的命令，实现对变电站系统的保护、测控和计量功能，所述间隔层采用模 块化设计，各插件可通过配置进行组合，实现多种功能，过程层基于IEC61850通信标准的 共享数据采集系统为间隔层的功能整合奠定了基础，从而将监控、电能计量、录波、PMU(向 量测量单元)和电能质量监测的功能集成到统一的多功能单元所述系统控制器中，系统 控制器可收集到变电站系统的全部电气量及电气状态，能够完成对变电站系统的集中保 护、监控和测量任务； (3)所述过程层设备包括智能终端，所述智能终端包括采集单元插件和智能操作 箱插件，并具有双光纤以太网接口，通过该双光纤以太网接口接入变电站系统的通信网络； 所述合并单元插件将电子式电流/电压互感器的输出信号进行处理，转换为符合IEC61850 规约的数据，并将转换后的数据在变电站系统中共享，以供所述间隔层的设备订阅；所述智 能操作箱采集和处理一次设备的数据，通过通用面向对象变电站事件G00SE服务发送设备 信息和接收控制命令，实现一次设备的数字化接口 ，并具有对所代表设备的自我描述和诊 断功能； 所述工程师站、系统控制器和智能终端通过各自的以太网接口接入由工业以太网 交换机构成的变电站系统的通信网络中，通过统一建模和配置，实现变电站系统的信息共 其中，所述工程师站集成IEC 61850客户端，系统控制器集成IEC 61850服务器 端，以客户/服务器(C/S)方式通信；系统控制器和智能终端之间，通过采样值(SV)服务传 送采样数据，通过通用面向对象变电站事件G00SE服务传送设备状态和控制命令等信息， 各设备均提供以变电站配置语言SCL描述的配置文件。 其中，还包括站内通信网络，所述站内通信网络的核心部件包括工业以太网交换 机、光缆和连接设备，系统采用光纤100/1000Mb以太网、独立的双星型拓扑结构，站级总 线和过程总线合一，采用虚拟局域网(VLAN)技术和优先级技术，从而满足通信系统的实时 性、可靠性、冗余性和数据共享的要求。 其中，还包括时钟同步系统，所述时钟同步系统由若干GPS授时单元组成，实现全 站各层IED的时间同步，采用IEC60044-7/8电子式电压/电流互感器标准提出的同步脉冲 法为各合并单元插件解决采样同步问题。 其中，全部变电站系统的二次系统设备全部采用双重化配置。 其中，该变电站系统还嵌入了拥有电气拓扑识别的定值自动整定模块、基于全站统一 GPS时间的变电站综合信息分析模块和操作票自动生成模块。 其中，组成变电站系统的各层的智能电子设备提供符合IEC 61850标准的模型和 接口，协议和服务映射到标准规定的特定协议栈；采用变电站配置语言SCL对各层设备进 行描述和配置管理。 其中，所述系统控制器，采用多CPU模块化设计，双机冗余，根据用户需求灵活配 置保护和自动化功能，每一块板卡出现问题不会引起系统故障，所述系统控制器的人机接 口包括触摸液晶屏、鼠标、键盘和显示器。 其中，所述过程层智能终端集成了合并单元与智能操作箱的功能，采用多CPU方 案，可在开关场内对应每个间隔安装。本专利技术的有益效果是集中式数字化变电站系统基于 高速工业以太网交换技术，实现全站信息的共享，在此基础上完成间隔层保护和测控等自 动化功能的整合，仅用一套间隔层智能装置实现保护、测控、录波等功能，大大简化了现场 设备，显著降低了一次性设备成本和运行维护成本，同时消除了复杂的电缆接线，大大提高 了整个系统的可靠性。附图说明 图1描述了集中式数字化变电站系统的结构示意图，其中ECT/EPT为电子式电流 /电压互感器； 图2描述了一个集中式数字化变电站系统配置实例的结构示意图，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集中式数字化变电站系统，包括变电站层、间隔层和过程层，其特征在于：基于ＩＥＣ６１８５０标准构建变电站系统的信息模型和通信架构；采用高速以太网交换技术和虚拟局域网（ＶＬＡＮ）技术，实现变电站系统的信息共享；所述间隔层包括系统控制器，所述系统控制器是多功能智能电子设备，具有保护、测控和录波的功能，从而使得间隔层设备和接线得以简化，所述过程层的智能终端整合了合并单元和智能操作箱的功能；遵照ＩＥＣ６１８５０标准，该系统采用三层逻辑体系结构，包括变电站层、间隔层和过程层；（１）所述变电站层包括变电站的工程师站，该工程师站可兼用作操作员站或远动主站，该工程师站包括个人计算机或服务器，并至少配置有２个以太网接口，分别接入变电站系统的通信网络和调度通信网络；所述变电站层接收来自所述间隔层的信息，并使用站控软件系统来实现所述变电站层的运行、维护、打印以及远方通信的功能，所述站控软件系统集成了基于ＩＥＣ６１８５０标准的通信和工程化工具软件，能够提供完善、方便的配置、测试和维护手段，包括系统的配置／组态、实时库的管理、模型／通信的一致性测试、ＳＣＬ配置文件的管理功能；（２）所述间隔层设备包括系统控制器，该系统控制器包括至少１２个ＣＰＵ插件，每个插件提供双光纤以太网接口，接入变电站系统的通信网络；所述间隔层采集过程层的信息，接收来自变电站层的命令，实现对变电站系统的保护、测控和计量功能，所述间隔层采用模块化设计，各插件可通过配置进行组合，实现多种功能，过程层基于ＩＥＣ６１８５０通信标准的共享数据采集系统为间隔层的功能整合奠定了基础，从而将监控、电能计量、录波、ＰＭＵ（向量测量单元）和电能质量监测的功能集成到统一的多功能单元：所述系统控制器中，系统控制器可收集到变电站系统的全部电气量及电气状态，能够完成对变电站系统的集中保护、监控和测量任务；（３）所述过程层设备包括智能终端，所述智能终端包括采集单元插件和智能操作箱插件，并具有双光纤以太网接口，通过该双光纤以太网接口接入变电站系统的通信网络；所述合并单元插件将电子式电流／电压互感器的输出信号进行处理，转换为符合ＩＥＣ６１８５０规约的数据，并将转换后的数据在变电站系统中共享，以供所述间隔层的设备订阅；所述智能操作箱采集和处理一次设备的数据，通过通用面向对象变电站事件ＧＯＯＳＥ服务发送设备信息和接收控制命令，实现一次设备的数字化接口，并具有对所代表设备的自我描述和诊断功能；所述工程师站、...

【技术特征摘要】
一种集中式数字化变电站系统，包括变电站层、间隔层和过程层，其特征在于基于IEC 61850标准构建变电站系统的信息模型和通信架构；采用高速以太网交换技术和虚拟局域网(VLAN)技术，实现变电站系统的信息共享；所述间隔层包括系统控制器，所述系统控制器是多功能智能电子设备，具有保护、测控和录波的功能，从而使得间隔层设备和接线得以简化，所述过程层的智能终端整合了合并单元和智能操作箱的功能；遵照IEC61850标准，该系统采用三层逻辑体系结构，包括变电站层、间隔层和过程层；(1)所述变电站层包括变电站的工程师站，该工程师站可兼用作操作员站或远动主站，该工程师站包括个人计算机或服务器，并至少配置有2个以太网接口，分别接入变电站系统的通信网络和调度通信网络；所述变电站层接收来自所述间隔层的信息，并使用站控软件系统来实现所述变电站层的运行、维护、打印以及远方通信的功能，所述站控软件系统集成了基于IEC 61850标准的通信和工程化工具软件，能够提供完善、方便的配置、测试和维护手段，包括系统的配置/组态、实时库的管理、模型/通信的一致性测试、SCL配置文件的管理功能；(2)所述间隔层设备包括系统控制器，该系统控制器包括至少12个CPU插件，每个插件提供双光纤以太网接口，接入变电站系统的通信网络；所述间隔层采集过程层的信息，接收来自变电站层的命令，实现对变电站系统的保护、测控和计量功能，所述间隔层采用模块化设计，各插件可通过配置进行组合，实现多种功能，过程层基于IEC61850通信标准的共享数据采集系统为间隔层的功能整合奠定了基础，从而将监控、电能计量、录波、PMU(向量测量单元)和电能质量监测的功能集成到统一的多功能单元所述系统控制器中，系统控制器可收集到变电站系统的全部电气量及电气状态，能够完成对变电站系统的集中保护、监控和测量任务；(3)所述过程层设备包括智能终端，所述智能终端包括采集单元插件和智能操作箱插件，并具有双光纤以太网接口，通过该双光纤以太网接口接入变电站系统的通信网络；所述合并单元插件将电子式电流/电压互感器的输出信号进行处理，转换为符合IEC61850规约的数据，并将转换后的数据在变电站系统中共享，以供所述间隔层的设备订阅；所述智能操作箱采集和处理一次设备的数据，通过通用面向对象变电站事件GOOSE服务发送设备信息和接收控制命令，实现一次设备的数字化接口，并具有对所代表设备的自我描述和诊断功能；所述工程师站...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃剑，潘宇辉，王庆平，葛维春，万博，胡绍刚，苏瑞，顾洪群，李刚，李言谙，李冰，刘志伟，曲春辉，刘君，侯鹏，陈翔宇，熊敏，张弓，张鹏，申仲涛，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，辽宁省电力有限公司鞍山供电公司，
类型：发明
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