智能电网变电站HIL仿真


    


    智电网变电站HIL仿真
    动化配置



    智电网变电站HIL仿真动化配置


    着科学技术发展变电站传统变电站阶段发展智变电站阶段年国力推进智变电站发展加快智变电站建设智变电站国电力系统发展方智变电站优良交流互动性三层两网分层结构等优点具次设备智化二次设备网络化显著特征
    智变电站进行研究学文智变电站理基础助开放HIL仿真系统通MATLABSimulink模块建立智变电站次设备系统模型根建立模型IEC61850通信协议标准变电站保护系统SCD文件进行修改完成变电站动化配置实现HIL仿真系统智变电站仿真利开放HIL仿真系统基述变电站模型二次保护设备进行互通互联保护设备障时够动作
    关键词:智变电站IEC61850SCD文件动化配置

















    HIL Simulation and Automation Configuration
    of Smart Grid Substation

    Abstract
    With the development of communication technology and science and technology the substation has developed from the traditional substation stage to the intelligent substation stage In recent years China has vigorously promoted the development of smart substations and accelerated the construction of smart substations Smart substations are the development direction of China's power system today Smart substations have the advantages of excellent AC interaction performance a threelayer twonetwork layered structure and other significant features They also have the characteristics of intelligent primary equipment and networked secondary equipment
    In order to conduct research and study on smart substations this article will be based on the theoretical basis of smart substations with the help of the open HIL simulation system the primary equipment and system model of intelligent substations are established through MATLAB Simulink modules according to the established model the SCD file of the substation protection system is modified under the IEC61850 communication protocol standard to complete the automatic configuration of the substation realize the simulation of intelligent substation by HIL simulation system The open HIL simulation system is then used to interconnect with the secondary protection equipment based on the above substation model so that the protection equipment can operate in the event of a failure
    Keywords Intelligent substation IEC61850 SCD file automatic configuration


    1 绪 1
    11 国变电站发展历程 1
    12 电力系统数字仿真技术发展 2
    13 选题意义 2
    14 文进行工作 3
    2 智变电站仿真运行机理相关概念 4
    21 智变电站基概念 4
    22 智变电站特征 8
    23 HIL(硬件环) 9
    24 智变电站通信协议 9
    25 智变电站保护通信方式 13
    3 开放式智变电站仿真动化配置实现 14
    31 智变电站次设备模型建立设置 15
    311 元件模块连接 16
    312 元件模块参数设置 19
    32 IED配置前工作 27
    321 全站IED命名 27
    322 装置通讯IP址配置 28
    323 定义IED装置GOOSESMVAPPID址 29
    324 装置间虚端子连接图 29
    33 智变电站动化配置 32
    331 Header部分 34
    332 Substation部分 34
    333 Communication部分 35
    334 IED部分 35
    3341 IED添加 35
    3342 IED更新 40
    3343 IED配置 42
    34 保护设备参数设置 49
    35 动化配置文件导入 50
    4 智变电站仿真测试 55
    41 MATLAB障仿真波形 55
    411 输电线路障 55
    4111 220kV输电线路 55
    4112 110kV输电线路 57
    412 变压器障 58
    413 母联障 61
    414 110kV母线障 63
    42 变电站仿真模型智二次设备间互联互通 65
    421 次设备二次设备间连接 65
    422 SCD文件查分析 66
    423 报文分析 68
    424 保护动作 71
    5 结展 72
    51 结 72
    52 未展 72
    参考文献 73
    致谢 74
    附录 75













    1 绪
    11 国变电站发展历程
    类发展史1882年世界第具实际意义电力系统建立变电站存变电站作联系发电厂户中间环节起着变换分配电作电力系统重组成部分存直接影响整电力系统否保证运行性电质量运行济性
    变电站百年发展历史中技术设备配置等方面着非常变化采常规设备结构复杂二次设备传统变电站现进入动化发展新阶段智变电站分四发展阶段传统变电站——综合动化变电站——数字化变电站——智变电站
    国第阶段传统变电站20世纪80年代前全国项技术通信算特发达时期变电站工作运维较简单工操作保护装置组织机构较简单传统保护布局设置二次设备间运行相独立
    进入20世纪80年代着计算机网络通信技术发展微机保护技术逐渐推广国变电站进入动化发展阶段——综合动化变电站综合动化变电站阶段传统保护装置电路微处理器构成动装置代提高装置性身障诊断力时期综合动化变电站设备运行然相互独立法实现装置间通信具定资源分享局限性
    2005年2009年期间着国数字化技术断发展IEC61850通信协议标准智次设备国推广应标志着国变电站发展进入数字化时代意味着国叩开智变电站门
    2010年国家电网公司发布关加快推进智电网建设意见求加快电网智化建设够实现突破年3月份加强智电网建设写入政府工作报告标志着中国电网进入快速发展阶段意味着国智变电站建设步伐正加快
    智变电站国全世界变电站发展流国家电网公司提出坚强智电网非常核心部分2010年开始国便力开展智变电站试点工程截止2015年底国家电网公司已建设完成约2800座智变电站系列投产建设中国现已完成国家电网公司提出四确保争取目标迈出坚强智电网重步未基建成坚强智电网坚实基础
    12 电力系统数字仿真技术发展
    进行智变电站仿真离开电力系统数字仿真技术止电力系统数字仿真技术发展分三发展阶段电力系统动态模拟仿真系统——数模混合式实时仿真系统——全数字实时仿真系统
    电力系统动态模拟仿真系统作早出现电力系统数字仿真技术出现破实践出真知理念电力系统测试局限现实中建立完整电力系统进行测试阶段仿真系统足电力系统动态模拟仿真系统仿真组件占空间太资金投入仿真资源非常限般电力系统仿真针电力系统
    第阶段电力系统数字仿真技术定发展发展第二阶段数模混合式实时仿真系统第阶段相单纯赖纯实物元件仿真采部分数字元件实物元件组合进行仿真
    第三阶段全数字实时仿真系统出现电力系统数字仿真技术发展具重意义数字仿真技术计算机技术行处理技术发展产物具实时性带测试设备闭环运行力优点全数字实时仿真系统具两种应方式:混合仿真完全数字仿真课题混合仿真方式实时数字仿真系统继电保护设备结合进行仿真
    13 选题意义
    着国国力断增强生产力断进步电越越普遍化社会电需求变越越追求智化济低碳环保天智变电站发展建设便变势必行世间事物发展程中必定会断完善程断模拟操作者实际操作中选择佳方式着方前进然进行实际操作完善方法智变电站建设发展说佳选择建设智变电站成低时候利HIL仿真系统进行智变电站运行仿真便具实际济意义利较少设备成构建出具样运行效果变电站
    变电站保护系统出厂集成测试变电站运行检测变电站维护需变电站HIL实时仿真系统传统HIL变电站仿真系统价格昂贵动辄需亿时系统封闭难业界研究成果直接样系统开发开源开放式变电站HIL仿真系统通开源台原变电站相关实时仿真费削减甚免费时业界研究成果直接运行开放系统变电站建设运行维护提供新途径意义重
    智变电站仿真系统动化配置完成开放HIL变电站仿真系统说机组成部分实现仿真功重意义
    智变电站未进步空间然非常发展前景非常发展完善智变电站相关容研究深入智变电站学国整电力系统智电网建设完善积极意义
    14 文进行工作
    文课题智变电站仿真动化配置实现功智变电站仿真系统进行参数设置动化配置次设备二次设备间完成互联互通进实现机系统界面实时仿真系统间互动课题中包含项工作:
    (1)学智变电站相关理知识解IEC61850通信协议容
    (2)MATLABSiumlink仿真模块中构建出220kV变电站次设备运行模型进行变电站次设备参数设置
    (3)SCL Configurator软件中进行SCD文件修改编写智电力装置间通信配置变电站次系统结构进行配置完成电力系统动化配置
    (4)变电站仿真运行模型实际智保护设备通光纤模块进行连接根运行条件状态进行保护装置设置利IEC61850通信协议变电站通信设备进行标准化实现次设备二次设备间互联互通
    (5)变电站次设备仿真模型中模块进行短路障设置保护装置障时间区间里够迅速动动作障清
    2 智变电站仿真运行机理相关概念
    21 智变电站基概念
    变电站核心功变换电压等级接收分配电智变电站具备基础功功更完善运行更智化国家电网公司发布智变电站技术导中智变电站着明确定义:智变电站采先进集成低碳环保智设备全站信息数字化通信台网络化信息享标准化基求动完成信息采集测量控制保护监测等基功根需支持电网实时动化控制智调节线分析决策协互动等高级功变电站
    智变电站分两部分:智高压设备变电站统信息台智高压设备会运行方式发生改变时做出相应调节反应障发生时迅速动作变电站统信息台作两:进行系统横信息享理系统层应间获统信息系统信息标准化层应层应支撑透明化两功进行理解横信息享获统信息层设备接收层设备传递信息统致确保没差系统信息标准化层设备部协议规约者技术等致通设备设备间进行通信MMS(制造报文规范)接口标准化层间设备障碍进行信息交互通信息标准化解决设备间部复杂原理结构进行信息传送问题
    系统组成结构划分智变电站分三层次:程层间隔层站控层图21示智变电站系统逻辑结构图程层设备包括智次设备合单元智终端进行开关量者模拟量采集控制命令执行间隔层保护装置测控装置计量装置等智电力装置组成完成智变电站设备运行信息采集测量控制等智变电站结构核心部分站控层GPS设备工作站远动站五防系统等构成起完成智变电站设备运行状态实时监控够通外部系统完成信息交互数享
    智变电站系统结构中含2层网络结构:站控层网络程层网络3层设备起连接作通站控层网络变电站实现站控层设备间横通信站控层间隔层间通信程层网络含GOOSE网SV网利GOOSE网实现间隔层设备间横通信通程层设备GOOSE网SV网配合够实现通信两层网络采双重网结构分A网B网A网B网传送信息相收集信息传输应设备设备获信息更具针性样提高信息利率


    图21 智变电站系统逻辑结构图(设备间隔)


    图22 传统变电站系统结构图
    传统变电站国第代变电站智变电站断发展计算机科学技术传统变电站相互结合成果相部分样部分传统变电站智变电站作变电站终实现作功样进行电压等级变换电汇集分配区仅仅实现方式致
    根图21图22传统变电站系统结构智变电站系统结构相智变电站传统变电站区设备间连接方式设备智变电站程层间隔层间进行信息运行状态传送电缆光纤取代电缆相光纤布线方便时提升设备信号传递速度提高工作效率运行性设备方面智变电站采智次设备电子式互感器智变压器智断路器等
    基础概念系统结构图结合课题仿真容需实现功等出课题仿真智变电站系统架构图图23

    图23 文智变电站系统结构图
    22 智变电站特征
    智变电站作技术断创新进步通信发展中产物历传统阶段综合动化阶段数字化阶段形成独特征:
    (1) 系统分层分布化智变电站根IEC61850通信协议变电站分三层两网结构——站控层间隔层程层站控层网络程层网络种分层分布化非常利层设备间集中理层设备间信息数够通变电站统信息台进行系统横信息享获信息进行统化处理层间通系统信息标准化通信接口统达层间设备透明化异构系统间够信息互通智变电站间种统三层两网构架仅实现信息享解决设备间相互操作性差问题期运行维护复杂问题
    (2) 次设备智化作智变电站重特征智变电站次设备智化传统次设备功基础采统信息模型信息交换模型运IEC61850通信协议信息理系统进行设备系统间数交流互动智化次设备通良信息交互性先进运行状态监控障诊断手段够正确判断次设备运行情况准确障正常工作状态进行预测识 时检测结果时反馈相关诊断系统运行维护员根检测结果时做出相应处理
    (3) 二次设备网络化变电站二次设备指次设备运行状态进行监视测量控制保护设备基务障电力系统中切反应电气设备正常运行状态做出判断动作发出信号跳闸智变电站基传统二次设备功通IEC61850通信协议应变电站通信二次设备间通信接口进行标准化利新网络通信技术实现变电站二次设备信息交互数享互操作等功智二次设备通光纤IEC61850通信协议利设备分布式控制取代传统总线控制提高设备间数传输速度输送信息更加标准化
    (4) 更加标准化信息通信智变电站全站采国际通通信规约IEC61850通信协议实现信息交互
    (5) 具良交互性变电站作重电资源汇集分配中心求具良信息交互力保证电力系统运行时候具较高性精准性电力系统发生运行方式变化发生障时候够快速判断做出反应智变电站进行信息采集够快速数输送进行变电站部设备间分享够该智变电站电力网系统进行良交流互动
    (6) 低碳环保年国家源发展布局电供情况电力发展方式正发生着重变化全球源元化清洁化发展风优化源结构推进源战略转型目种形势智变电站仅具备电压变换智化配置台功减少量损耗实现节减排智变电站中传统高耗电子元件设备集成度高耗低设备取代样光纤电缆取代传统电缆进行通信改善方式效降低源损耗新源发展方面智变电站出现提高新源利率定促进作新源发电完全托着智变电站发展发展
    (7) 运行性高性作电网继电保护基性作户电基求智变电站提高保护装置中组成元件质量性保护回路定程度简化基础托变电站智化通信网络系统保护设备够障发生前做出预判障正常工作状态发生时迅速做出反应够快速事件进行处理效减少障造成供电损失实现电网高质量运行
    23 HIL(硬件环)
    课题进行智变电站仿真实验程中采虚实结合实验方法电脑仿真二次保护设备连接起完成实验程通接收电脑仿真数真实保护设备模拟实际运行状况通网络层相互连接两原相互独立运行部分运作起虚实结合方式计算机专业术语里面称HIL硬件环
    实验中硬件保护设备实时仿真系统两部分组成HIL系统HIL系统仿真部分仿真机智终端合单元等组合成继电保护设备组成硬件部分
    HIL方式进行实验降低实验成时间设备利化硬件环仿真方式仅弥补单纯计算机仿真足提高实验结果信度
    24 智变电站通信协议
    智变电站设备通信IEC61850通信协议标准实现变电站规范化标准化设备间透明化文智变电站仿真通信托IEC61850通信协议进行设备间信息交互
    IEC61850通信协议标准智变电站划分成三层两网结构层间通信接口进行定义智变电站三层两网基结构中IEC61850层进行进步分解细分实现智变电站功单元单元智变电站中智电力装置变电站SAS(Substation Automation System)系统中重基单元单元简称IED者IED相互配合实现监察测试远程控制等功
    IEC61850通信协议标准IED智设备实现设备功IEC61850通信协议定义逻辑节点LN逻辑节点应着智变电站应功逻辑节点应IED者IED功者IED完成目前已91通功逻辑节点通属性功等划分分:控制状态取代配置描述等类特IED必须两逻辑节点LN0LPHD里面包含设备必备信息 LN功物理逻辑概念逻辑设备LDLN功汇集
    IEC61850通信协议标准采面象建模技术通智变电站进行信息模型构建描述应具体功图24IEC61850通信协议标准中利服务器逻辑设备逻辑节点数数属性分层模型组成IED信息模型完成实际设备抽象模型中服务器提供设备外部见功服务逻辑设备作集合逻辑节点虚拟设备逻辑节点表示物理设备功描述数含逻辑节点信息数属性数定义




    图 24 信息模型结构图

    通面信息模型概念:设备复杂部结构通抽象实物化建立模型复杂变电站系统精准计算机懂语言描述出利语言智变电站进行动化配置文需进行工作利面信息模型构建出文SCD文件配置时信息模型图220kV线路1保护例图25


    图25 220kV线路1保护信息模型

    IEC61850通信协议引入GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event面通象变电站事件) SVSMV(采样测量值) 网络信息传输方式会文中提
    IEC61850通信协议电力系统中应非常广泛仅智变电站通信标准化种通信协议标准智变电站智变电站间智变电站电力系统控制中心间通信
    25 智变电站保护通信方式
    课题中运继电保护方式线路联保护变压器差动保护线路联保护例保护动作需线路两端信息两端保护设备通信设备通信通道传送保护信息部进行逻辑较迅速做出正确判断输电线路联保护结构图26联保护保护动作运基尔霍夫电流定律原理正常情况两端电流值流入会等流出障发生时候两端电流会较电流差两端电流差值超正常运行值时保护启动课题中线路阻抗等原正常运行时会定电流差值

    图 26输电线路联保护结构图

    课题智变电站仿真继电保护通信设备间通信方式光纤通信光纤通信光纤作保护信息传递媒介电力系统通信中广泛应传统电缆通信相光纤通信通信容量耗材少感应性等特点
    文智变电站仿真运单模光纤双模光纤区表21:





    表21 单模双模光纤区
    区点 名称
    单模光纤
    双模光纤
    颜色
    黄色
    橙色
    传播光束数目
    束光
    束光
    传输距离
    较远

    3 开放式智变电站仿真动化配置实现
    开放式智变电站仿真系统两部分构成:仿真系统硬件保护部分图31简单描述开放式HIL仿真系统架构硬件保护部分图中淡黄色区域保护测控采集装置真实二次设备组成仿真系统部分图中仿真机信号发生器智终端交换机等构成整HIL仿真系统运作起需先两部分进行配置:仿真系统配置保护装置配置章节需进行工作仿真系统配置理基开放MATLAB仿真台保护装置配置理基开放IEC61850协议标准

    图31 开放式HIL仿真系统架构
    面具体工作蓝图展开
    31 智变电站次设备模型建立设置
    课题进行220kV智变电站仿真运行里首先运MATLABSimulink仿真模块构建出具基运行元件220kV智变电站次设备模型具体元件进行参数设置
    311元件模块选择

    表31 元件模块
    仿真模块
    模块选
    电源
    ThreePhase Source
    输电线路
    Distributed Parameters Line
    变压器
    ThreePhase Transformer(Three Windings)
    测量采集
    ThreePhase VI Measurement
    负载
    ThreePhase Series RLC Load
    开关
    ThreePhase Breaker

    ThreePhase Fault
    波形显示
    Scope

    表31列出课题变电站次设备模型元件模块面作进步说明
    (1) 电源模块电源模块电力系统设计中缺少部分现实变电站系统中相发电站课题中采ThreePhase Source模块作电源变电站供电中采两ThreePhase Source模块220kV侧电源模块110kV侧电源模块
    (2) 输电线路模块课题中设置220kV110kV两条输电线路够仿真中更描述波传输程采Distributed Parameters Line模块
    (3) 变压器模块课题中考虑仿真变电站变压器三电压等级220kV110kV35kV选三相三绕组ThreePhase Transformer(Three Windings)模块
    (4) 测量采集模块采ThreePhase VI Measurement模块作电压电流量采集模块该模块运行次设备进行电压电流数采集相互感器作负责传递数值数
    (5) 负载模块采静态负荷模型模块ThreePhase Series RLC Load模块模拟线路电负载
    (6) 开关模块开关模块选ThreePhase Breaker模块该模块类似变电站次设备中刀闸(隔离开关)作
    (7) 障模块选ThreePhase Fault模块作障模块添置需仿真障区域
    (8) 波形显示模块方便观察变电站运行时某区域电流者电压数值障发生时数值变化利Scope模块采集ThreePhase VI Measurement模块数进行波形显示
    (9) Powergui模块Powergui模块MATLAB中电力系统图形户分析界面通Simulink仿真模块中功连接元件模块具分析电力系统模型重功
    (10)母线模块MATLAB中没具体母线模块母线整电力系统中作连接分支线路电进行传输汇集分配母线作电交汇节点利负载模块分支线路输电线路衔接节点作母线模块变电站仿真模型中含110kV母线220kV母线110kV母线单母线衔接节点表示220kV母线双母线结构两衔接节点表示两节点间通母联开关相连接
    311 元件模块连接
    选出构建变电站次设备模型需元件模块参考实际变电站设备布局进行元件模块间连接模块间连接采样走:220kV电源——220kV输电线路——220kV母线——220kV侧负载——220kV110kV35kV变压器——35kV侧负载——110kV侧负载——110kV母线——110kV侧线路——110kV电源排布图33

    图32 双母线模块
    图31220kV双母线模型两母线间互备中段母线发生障时发生障母线连接电负载必断电通段母线继续供电提高供电性

    图33 220kV变电站次设备模型

    图33中根电力系统知识出运行安全性考虑110kV系统运行时需中性点直接接35kV系统运行时中性点应消弧线圈接更简单直观说明电压等级分布出线数量等里变电站次接线图绘图标准绘制图34次接线图图中展示课题中智变电站次设备较直观出电气元件间连接关系


    图34 次接线图
    312 元件模块参数设置
    元件模块连接完成运行需求模块进行相关参数设定
    (1) 电源模块仿真模型中两电源模块:220kV供电源110kV供电源两电源等110kV电源中性点采直接接方式:Yg考虑线路输送时会定损耗问题情况设置电源电压数值时电压提高约10额定电压数值国电正弦交流电频率50Hz电源模块模块需进行频率设置时设置50Hz部分设置采默认值图35图36具体参数设置

    图35 220kV电源模块参数设置

    图36 110kV电源模块参数设置
    (2) 输电线路模块课题输电线路两段220kV输电线路110kV输电线路里模拟80km输电距离设置80km长输电线路线路电阻电感电容值采默认值具体设置图37图38


    图37 220kV输电线路模块参数设置

    图38 110kV输电线路模块参数设置
    (3) 变压器模块仿真模型中采三绕组变压器模型电压等级220kV110kV35kV三电压等级220kV110kV电压等级侧采中性点直接接方式35kV电压等级侧采中性点消弧线圈接变压器容量设置100MVA三线圈电压值220kV110kV35kV应填入参数采系统默认值图39图310具体参数设置

    图39 变压器模块参数设置

    图310 变压器模块参数设置
    (4) 测量采集模块课题中电流电压数值采集ThreePhase VI Measurement模块进行数采集进行波形显示观察系统运行时电压电流情况利障发生时进行判断模块设置需采集电流电压区域命名Simulink中该模块命名允许重复方便仿真进行命名采应采集信息模块名称作区分命名形式
    (5) 负载模块负载模块该仿真模型中4220kV线路侧包含两110kV线路侧35kV侧1调试四模块进行参数设置图311312313314

    图311 220kV_1负载模块参数设置


    图312 220kV_2负载模块参数设置

    图313 35kV负载模块参数设置


    图314 110kV负载模块参数设置
    (6) 开关模块文变电站仿真中配备开关模块起接通断开线路电源作改变系统运行接线方式课题中开关模块设置仿真开始常开open状态转换常闭close状态变电站开始运行电气设备通电
    (7) 障模块课题实验室配备分变电站模型220kV输电线路110kV输电线路220kV双母线220kV母联110kV母线变压器区域设置障障模块中设置障时间区间[5 20 25 40 45 60 65 80 85 100 105 120 125 140 145 160 165 180 185 200]进行单相接障两相间障等障测试仿真变电站障运行状态图315中障模块设置


    图315 障模块参数设置

    (8) 波形显示模块波形显示模块采集实时电压电流数进行显示该模块中根显示需进行显示窗口数量等设置
    (9) Powergui模块文变电站仿真模型中powergui模块进行仿真类型取样时间进行设置部分采默认值仿真类型选Discrete离散化电气模型数进行离散化分析处理设定采样时间000005s设置图316

    图316 Powergui模块参数设置
    (10)模型仿真较长时间运行里模型仿真停止时间设穷inf停止仿真停止键进行手动操作设置图317

    图317 仿真时间设置
    32 IED配置前工作
    面已完成变电站次设备模型建立接进行工作已变电站模型进行动化配置进行具体配置前需先进行工作续配置工作做铺垫
    321 全站IED命名
    智变电站智电力装置需唯命名便区分进行续操作里IED命名规表32课题中IED赋予名称IED命名规七位写字母数字组合表示第位区分IED类型第二位象类型第三位第四位区电压等级第五六位编号排序位设备套数位单套成套设备时忽略课题IED具体命名表33
    表32 IED命名规




    表33 IED命名

    322 装置通讯IP址配置
    实际智变电站中设备间进行数相互传送必须确保处网络设备子网掩码进行统配置:255255255000样设备区域网络处网络设备够需设备传输信息需台保护设备设置IP址具体IP址表34
    表34 保护设备IP址
    保护设备IED
    IP址
    PL2201
    1010010026
    PL2202
    1010010029
    PL1101
    1010010046
    PL1102
    1010010047
    PT2201
    1010010022
    PM2201
    1010010024
    PM1101
    1010010035
    PF2201
    1010010032



    323 定义IED装置GOOSESMVAPPID址
    记事中xml格式SCD文件中IEDGOOSESMVAPPID址进行定义规定变电站装置址定义范围应:GOOSE范围:010CCD010000010CCD0107FFSMV范围 010CCD040000010CCD0407FFGOOSEAPPID范围:00003FFFSMVAPPID范围40007FFF设置具体址表35
    表35 相关设备址设置
    IED
    GOOSE址
    APPID
    SMV址
    APPID
    IL2201
    010CCD01123B
    123B


    IL2202
    010CCD011245
    1245


    ML2201
    010CCD011233
    1233
    010CCD040017
    4017
    ML2202
    010CCD011237
    1237
    010CCD040019
    4019
    IML1101
    010CCD011198
    1198
    010CCD040001
    4001
    IML1102
    010CCD011199
    1199
    010CCD040002
    4002
    IM2201
    010CCD011259
    1259


    IM2202
    010CCD01125D
    125D


    MM2201
    010CCD011261
    1261
    010CCD04001B
    401B
    IM1101
    010CCD011279
    1279


    MM1101
    010CCD0111F9
    11F9
    010CCD040013
    4013
    IF2201
    010CCD011104
    1104


    MF2201
    010CCD011265
    1265
    010CCD04001D
    401D
    IT2201
    010CCD011272
    1272


    MT2201
    010CCD011269
    1269
    010CCD04001F
    401F
    IMT1101
    010CCD0111F2
    11F2
    010CCD040010
    4010
    IMT3501
    010CCD0111DA
    11DA
    010CCD04000C
    400C


    324 装置间虚端子连接图
    进行智变电站动化配置必须清楚设备间连接设备信息输送时样应关系
    GOOSESV网络智变电站装置间信息传输着应关系应关系相传统变电站设备端子间连接关系更加清晰知道设备信息收发间连接关系应关系形象化虚端子样设备间实体端子连接关系便理解运GOOSESV信号引入虚端子概念必须设计设备间虚端子连接图便面IED配置时明确装置间连接关系根课题实验室具备实验设备仿真功需求设计出虚端子连接图图318变压器保护虚端子连接图图319包含双母线保护母联保护单母线保护虚端子连接图图320220kV线路1保护110kV线路1保护虚端子连接图( )面SCD文件中进行IED配置时提供参考

    图318 虚端子连接图1

    图319 虚端子连接图2


    图320 虚端子连接图3
    33 智变电站动化配置
    32节准备工作接进行智变电站保护系统具体配置变电站保护系统进行动化配置需该变电站结构功运行需求相匹配配置文件里面包含智变电站IED智电子保护设备配置够实现IED应功信息系统结构通讯信息智变电站保护设备配置信息够变电站具体运行求进行工作
    智变电站进行动化配置需SCL语言SCL语言变电站设备配置语言SCL文件包含:ICD文件SSD文件SCD文件CID文件中 ICD文件动化配置中相IED空壳提供IED基数模型相关服务没赋予名称具体通信参数SSD文件包含SCD文件中系统规格文件提供变电站次设备架构信息SCD文件利ICD文件SSD文件进行IED具体功配置设备间通信设置CID文件SCD文件生成已含变电站IED具体释意功通四种文件间关系智变电站动化配置流程图321


    图321 智变电站动化配置流程图

    基容课题面建立变电站模型相关功已ICD文件SSD文件基础着手SCD文件进行修改编写已具体功ICD进行命名配置变具体IEDIED完成智变电站保护务利配置SCD文件生成CID文件CID文件数传输智变电站设备中课题中SCD文件编写软件SCL Configurator图322软件SCL Configurator初始化界面里创建SCL文档结构定义 HeaderSubstationCommunication IED 4目录象

    图322 SCL Configurator初始化界面
    331 Header部分
    Header部分般记录SCD文件中基信息设备版号修订版文件修改日期记录修改名称等信息行修改具体界面图323

    图323 Header部分界面
    332 Substation部分
    Substation部分描述变电站模型变电站接线图进行编辑
    333 Communication部分
    部分包含智变电站中通信方式类型通信方式:MMS(制造报文系统)GOOSE(报文通讯)SVGOOSESV组网方式中MMS通信类型站控层分A网B网具体命名图324课题中界面列表前四种类型配置IED时候进行程层SV网GOOSE网间配置

    图324 Communication部分通信方式设置
    MMSGOOSE智变电站基通讯方式MMS运监控网络进行站控层网络信息传输GOOSE运传送实时保护信号进行程层网络信息传输
    334 IED部分
    IED部分目录提供智变电站IED理配置根该课题变电站模型需进行IED添加配置
    3341 IED添加
    前面已课题需设备IED进行规范命名现次设备保护IED添加入软件IED目录保护设备IED设备间隙中应含合单元智终端合单元间隔互感器模拟量转数字量进行数传输智终端具测控功智保护设备完成二次设备次设备控制功
    里中IED220kV线路1保护添加例图325需添加IEDSCD命名原进行命名选择相应存储路径ICD文件作该设置ICD文件名称

    图325 IED命名
    接Schema 校验校验结果页面图326

    图326 Schema 校验页面
    重复命名部分做添加IED名称前缀处理图327328

    图327 重复部分添加前缀

    图328 重复部分添加前缀
    图329330子网类型选择ICD中已通信类型名称SCD文件中通信名称选择应名称设置通信类型

    图329 子网类型选择页面

    图330 IED中SCD子网设置完毕
    IED添加成功图331332

    图331 添加成功界面


    图332 IED列表中添加成功IED

    IED添加完成图333中图中序18实验室现保护装置完成该课题变电站障基保护动作面IED较完整智保护系统应IED

    图333 添置完毕IED列表
    3342 IED更新
    完成智变电站IED添加需进行IED更新步骤IED列表中单击右键选择Update选项图334IED更新导外部 ICD 文件更新前 SCL文档中 IED需进行接选择操作

    图334 IED更新导
    单击步进入步骤图335指定 ICD 文件全路径文件名通Browse选择指定路径ICD文件名

    图335 ICD文件名称设定
    继续点击步图336校验结果界面进行步

    图336 校验结果界面
    进入步骤图337勾选需更新选项默认全部勾选

    图337 更新项目选择界面
    步图338更新完成执行操作

    图338 更新完成界面
    3343 IED配置
    节已完成IED添加更新接节IED进行具体配置完成IED间通讯连接配置课题中保护涉差动保护利差动保护原理障进行区分通保护设备障切节配置中根差动保护实际保护运行中需采集信息数者状态信息进行具体配置信息会利智变电站合单元智终端数汇集通GOOSE网者SMV网进行保护装置间信息传送面具体配置程
    IED目录SCL文档中具体IED进行配置选择中IED220kV线路1保护图339界面中220kV线路1保护IED进行具体配置配置界面底部选项钮SCL Configurator中IEDLogic DeviceLogic NodeData SetGSE ControlSMW ControlInputsReport Control进行配置
    (1) Logic Device配置功保护设备逻辑设备进行划分分五部分:
    LDO(公LD包含装置信息)PORT(保护LD包含保护功等)RCD(录波LD)PIGO(保护GOOSE程层访问点LD)PISV(保护SV程层访问点LD)合单元划分两部分:MUGO(合单元GOOSE访问点LD)MUSV(合单元SV访问点LD)智终端划分部分:RPIT(开关闸刀位置等信息LD)
    220kV线路1保护例图339中显示220kV线路1保护LDLogic Device界面中LDDescription进行修改余操作允许

    图339 IED配置
    (2) Logic Node配置Logic Node界面中中Logic DeviceLN进行配置图340通界面顶部LD钮切换LDLNLogic Node界面逻辑节点执行删移者移节点Description修改操作余操作允许进行

    图340 Logic Node界面
    (3) Data Set配置图341钮选项具体LNDA进行配置选择中DA显示该DAFCDA相关信息

    图341 Data Set界面
    (4) GSE ControlSMW Control配置GSE ControlSMW Control配置界面中IED 中某 LD LN0 GSEControl SampledValueControl进行配置
    (5) Input配置InputGooseSMV接收端配置通定义外部IED信号 (外部信号) 身 IED 信号 (部信号) 关联实现 Goose SMV 接收端配置
    SCD文件IED配置中重步IED间通信进行配置 IED间进行信息通讯数传输数通GOOSE者SMV网设备间进行传输需SMV网者GOOSE网设备间进行连接Inputs界面进行工作身部信号IED外部信号形成应关系智设备间够进行通讯正确动作里三绕组变压器配置例先进行SMV网设备通讯配置
    图342界面左边纲目录选择IED目录目标IED进行设置里PT2201A变保护例进行设置选择中间界面顶部LD钮切换PISVLN节点界面节点包含SMV网通讯联系信息选择Inputs界面进行配置设置连接关系时必须先选择身IED进行SMV通讯外部信号里身IED(PT2201A变保护)SMV通信关系变压器三端三电压等级合单元负责变压器保护设备传输运行中采集电压电流等信息身IED(PT2201A变保护)说身设备属身部部分合单元发送信号方相外部信号应界面右边部分IED Selector选择External Signal外部信号需FCDA(功约束数属性)文件拖入界面中图343通面步骤便发送SMV信息外部IED添加进列表

    图342 PISVInputs界面

    图343 PISV外部信号添加
    步身IED部信号添加应外部信号应位置身IED中需接受外部信号部分图344IED选择器端钮切换部信号列表选择外部信号应部信号两信号需选择M1信息类型外部信号部信号完成两IED发送接受间匹配PT2201AIEDSMV网Inputs配置完成图345样IEDSMV网信息传递应关系

    图344 PISV部信号添加

    图345 Inputs操作界面——SMV网间外部信号添加匹配完成

    现实中减少智变电站二次设备中进线数量会部分采集信息汇合起里合单元合单元间进行信息合合单元数汇集合单元通光纤数传输信号交换机信号交换机接受信息复制成份发送应保护设备样减少二次侧进线数量里部分合单元进行采样信息合变220kV侧合单元母差保护合单元例间建立SMV网联系进行采集信息合图446里母差保护合单元电压采集信号传输变220kV侧合单元进行合

    图446 合单元信息合
    面已完成SMV网通讯配置变电站保护系统中智保护装置接受合单元传递次设备采集信息需通身保护判定障发生时跳闸信号通Goose网络层发送智终端控制开关断开时智终端会回送开入开出等信息保护装置接需进行GOOSE网通讯Inputs配置
    SMV网配置样选择身IEDGOOSE网联系IED外部信号添加Inputs界面中外部信号应关系部信号添加Inputs界面相应位置样形成外部信号部信号应关系GOOSE层网络传输变电站重实时信号IED间传输开入开出等信号GOOSE网支持保护设备智终端间通信里PT2201A变保护变220kV侧智终端AIEDGOOSE网层面配置例配置步骤节中SMV网通讯配置步骤样GOOSE网层面需注意应该选择IED选择器目录G1信息类型选择应外部信号部信号智终端说身设备属身部部分保护设备发送命令方相外部信号保护设备目录PCDA添加外部信号智终端目录相关添加部信号图447448添加外信号完毕

    图347 选择外部信号

    图348 选择外部信号
    34 保护设备参数设置
    配置完保护设备SCD文件需保护设备仪器进行控制面板设置保证运行时正确动作
    继电保护设备作二次设备次设备间通互感器会变测试设备变设61确保设备够障发生正确动作具体设置图见附录
    联差动保护作次侧设备保护方式二次设备间成存进行保护动作确保收发两端保护设备应双方需保护设备1侧识码保护设备2侧识码致反保护设备1侧识码保护设备2侧识码需致够确保两方够接收方信号实验中两台110kV线路保护装置分侧识码设置300301侧识码设置侧设备
    课题中涉设备保护差动保护设备进行设置时候关闭保护设备保护方式软压板开放差动保护方式压板设定面IED配置相呼应
    具体保护设备控制面板设定图见附录
    35 动化配置文件导入
    智化设备光纤接线免量端子排间接线复杂问题造成者解中接线结构问题解决问题引入虚端子概念课题许继虚端子配置工具软件知道IED通信通道利什方式进行通信具体IED部端子端子连接课题中利许继虚端子配置工具软件已SCD文件导出CID文件虚端子文件时文件装保护设备中设备清楚知道需进行工作
    开许继虚端子配置工具软件图349XJ虚端子配置工具初始化界面选择虚端子模块进行具体操作进入虚端子模块选择加载面已编写SCD文件加载完成图350列表中非常直观SCD文件中含设备保护智终端合单元等

    图349 初始化界面

    图350 装置列表
    选择中模块加载出里面虚端子信息里选择第模块例里面包含信息图351352353图351中直观变压器保护通讯关系IED图中方框代表IEDIED间通S(SMV)者G(GOOSE)网络连接进行通讯具体容章节会进行进步分析

    图351列表信息

    图352 IED虚端子信息

    图353 IED虚端子具体信息
    面虚端子工具中展示SCD文件容信息配置文件导入保护装置需进行接操作
    配置SCD 文件利XJ虚端子配置工具动生成程层通讯配置文件装虚端子工具设备保护装置通网线连接起便文件装面已SCD文件导入虚端子中单击中IED虚端子界面底部选择导出虚端子钮操作会生成程层配置文件 ied_cfgxml图354


    图354 导出虚端子文件
    接选择虚端子界面文件操作钮选择电脑连接装置名里WMH801保护装置利 FTP配置文件传保护装置里图355弹出窗口中图356进行图中圈住方框操作面生成程层配置文件 ied_cfgxml拖入传目标文件目录点击传钮配置文件装完成

    图355 传配置文件

    图356 传目标文件
    文件导入设备成功保护设备明确工作容通相互间配合实现智变电站保护功
    章节进行变电站次设备模型构建SCD文件中IED配置准备工作接设备间联通进行智变电站仿真测试
    4 智变电站仿真测试
    41 MATLAB障仿真波形
    简化操作进行变电站次设备模型中进行变电站障发生率较高两相相间障障发生时损害较严重三相接障仿真观察正常波形障波形
    411 输电线路障
    先进行输电线路模块仿真障设置输电线路保护范围图

    图41 220kV输电线路障模块


    图42 110kV输电线路障模块
    4111 220kV输电线路
    设置障模块分220kV输电线路进行三相接障两相相间(AC相间)障仿真取线路两端电流电压数进行障前较仿真结果图4344


    图43 220kV输电线路障仿真图(三相接障)


    图44 220kV输电线路障仿真图(两相相间障)

    面两张图中波形13线路两端电压量波形24两端电流量波形5两电流量间差流两张图中第5秒时候发生障发生障时电流会发生突增电压降低波形3障接数采集模块障发生时电压降零(三相接障判:三相电压零)正常运行时候两系统电流差流
    4112 110kV输电线路
    设置障模块分110kV输电线路进行三相接障两相相间(AC相间)障仿真取线路两端电流电压数进行障前较仿真结果图4546



    图45 110kV输电线路障仿真图(三相接障)


    图46 110kV输电线路障仿真图(两相相间障)

    面两张图中波形13线路两端电压量波形24两端电流量波形5两电流量间差流两张图中第5秒时候发生障发生障时电流会发生突增电压降低波形3障接数采集模块障发生时电压降零
    412 变压器障
    障设置变压器保护区域进行变压器障仿真

    图47 变压器障模块
    变压器输入输出端三电压等级致导致正常运行时三流入流出电流间相加相量零够变压器运电流差动保护里做处理区正常运行状态障状态电流差值先确定220kV电压等级侧输入端110kV220kV侧输出端通电流采集确定正常运行时220kV侧电流125A110kV侧电流225kV35kV侧电流8A输出侧电流233A输出侧电流增益值K05365会等输入侧电流值输入侧电流值输出侧电流间电流差构成三绕组变压器保护图48电流数连接图变压器障仿真波形图49

    图48 变压器端电流数采集处理



    图49 变压器三相接障仿真图
    4
    3
    2
    1

    图410 变压器两相相间障仿真图

    图49410中波形1220kV侧电流值波形23分110kV35kV侧电流值波形4220kV110kV35kV侧电流增益电流差正常运行时该值接零第5秒时障发生该值骤增超正常范围值保护启动
    413 母联障
    双母线间母联开关保护范围设置障观察障仿真波形图设置障区域图411

    图411 母联障模块
    图412413母联保护区域发生三相接障两相相间障波形图中波形13保护两端电压值波形24保护两端电流值波形5两端电流差电流差值突增障发生


    图412 母联三相接障仿真图


    图413 母联两相相间障仿真图


    414 110kV母线障
    110kV母线保护区域设置障障发生区域图414里涉三端信息采集点运差动保护区分正常运行障情况时采前面变压器仿真模块方法利基尔霍夫电流定律流入电流等流出电流流入节点(里110kV母线)电流流出节点电流做电流相量差较电流差值突增障出现

    图414 110kV母线障模块
    图415416障仿真波形图第5秒时障发生电流差突增中波形123三端电流值1流入值23流出值波形4电流差值



    图415 110kV母线三相接障仿真

    图416 110kV母线两相相间障仿真


    42 变电站仿真模型智二次设备间互联互通
    课题智变电站仿真实验室中二次保护设备:220kV母线保护110kV线路保护220kV母联保护220kV线路保护110kV母线保护220kV变压器保护里前面建立变电站仿真模型传输数信息已动化配置二次保护设备进行连接实现间互联互通进行智变电站整体仿真
    421 次设备二次设备间连接
    前面第三章节装置间通讯IP址配置完成接设备间连接起连接起进行具体通讯
    实现智变电站整体仿真需变电站次设备模型运行数传送二次设备相互反馈110kV线路保护例两台110kV线路保护断路器110kV输电线路进行保护仿真模型数110kV保护设备1通信号发生器(作合单元)连接信号发生器两设备间端通网线端通双模光纤进行数传输端电脑仿真中包样仿真模型数110kV保护设备2通信号发生器(作合单元)连接时两保护设备间通光纤进行收发两端连接具体连接图417


    图417 设备间联通
    422 SCD文件查分析
    KM9Kscdtool工具非常直观前面配置SCD文件中IED设备信息里章节IED配置IED外信号间连接形象化设备间信号通讯口连接端子形象命名虚端子虚拟端口形象化通点击具体装置模块查设备间进行连接通什方式进行信息传送通工具软件SCD文件容更加形象呈现出图418加载入SCD文件页面显示SCD文件中含设备

    图418 IED信息模块列表
    点开中IED模块变压器保护保护模块部分组成间交互通种通信方式图419变压器保护模块图该模块中点击中段连接线里面会详细部虚端子连接图图420部虚端子连接应章节里面Inputs配置界面部信号外部信号配置里物理连线方式呈现出更加直观出部连接关系

    图419 变压器保护模块

    图420 虚端子连接图

    423 报文分析
    装置联通保护设备运行信息传输电脑二次设备运行时进行报文捕捉分析果利捕捉报文说明设备间已联通进行通信传输课题实验中利报文捕捉分析判断保护设备否配置正确
    课题中利装ZHNPA软件电脑保护设备连接捕捉报文报文进行分析运行中产生信息进行捕捉运行中电流电压信息检修信息障信息等报文捕捉分析实际智变电站运行中起着非常重作智二次保护设备障排工作缺软件基操作界面图421

    图421 软件操作界面
    图421知道报文文件开时候软件界面会显示报文根界面显示报文捕捉时间网口号APPID等选择需报文点击相应报文会报文分析区展示具体报文信息
    接选取实验程中110kV线路1保护合单元连接正常运行时捕捉报文进行分析图422423报文分析区中Sequence of Data显示21通道数值通道值两台设备间进行数传输时获取值通道两虚端子形成节通SCD文件查工具非常直观抽象实物化虚端子间连接节获取两具应关系虚端子间连接通道信息通两工具间配合更加明确设备间传输传输什进行实验测试时选取电压值6值进行传送图423中7通道数值第通道值中显示基准值余6通道值接收6电压值通道应两端子间连接通道保护装置合单元端子间应关系表41

    图422 报文分析
    1500
    79872
    79872
    312320
    312320
    231424
    231424

    图423 110kV线路1保护电压值

    表41 通道应虚端子
    通道
    应虚端子
    通道
    应虚端子
    02
    A相电压1保护A相电压Ua1
    08
    A相电流1保护A相电流Ia1
    03
    A相电压2保护A相电压Ua2
    09
    A相电流2保护A相电流Ia2
    04
    B相电压1保护B相电压Ub1
    10
    B相电流1保护B相电流Ib1
    05
    B相电压2保护B相电压Ub2
    11
    B相电流2保护B相电流Ib2
    06
    C相电压1保护C相电压Uc1
    12
    C相电流1保护C相电流Ic1
    07
    C相电压2保护C相电压Uc2
    13
    C相电流2保护C相电流Ic2
    界面切换SV波形分析图424面通道值相应图中显示示通道波形图通道应波形波形分析界面中T1T2两光标TI光标黄色虚线部分表示起始接受位置T2光标紫色虚线部分T2光标波形分析界面通单击定位定位波形界面方两光标报文接收时间采样时间等信息图中相电压值相位关系间波形关系

    图424 SV波形分析

    424 保护动作
    课题中设备采联差动保护设备两端电流通光纤传输进行数正常运行时两端电流差值作保护动作障发生时该值远超正常电流差值时保护动作保护设备跳闸图425110kV输电线路障发生设备跳闸图

    图425 障跳闸
    图425说明次设备二次设备间已实现互联互通障发生时候正确动作智变电站仿真成功运行
    5 结展
    51 结
    课题变电站理知识基础托IEC61850通信协议标准仿真智变电站运行进行变电站动化配置段时间里文总体完成工作:
    (1) 通书籍文资料等学智变电站深层次解
    (2) 完成智变电站次设备模型建立仿真运行障运行
    (3) 够SCD文件进行修改添加动化配置程较清晰认识
    (4) 实现次设备二次设备互联互通障发生时保护够动作跳闸
    然完成工作预期目标相文然许足处需完善方前期考虑欠佳参数设置会偏差原限制性完成部分设备间联通面设备间法进行测验足日需努力方争取未完善
    52 未展
    着科学技术通讯技术发展未智电网发展必定势挡现国家已电网建设重视高度提升国家战略层面智变电站作国家坚实智电网建设核心部分发展前景十分光明智变电站未发展趋势十分明显必定会着技术网络通信发展变越越智化
    年着分布式发电技术发展微电网提出开始越越受关注微电网仅够减少输电程中损耗源利率提高够解决域差造成资源分布均匀问题智变电站托未许会着智微电网方发展
    总言智化环保化提高资源效利率会电力发展终趋势


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    [14] 百度文库 容弗科技电力带解密SCD文件 [EBOL]
    httpswenkubaiducomview3bb8b1096f1aff00bfd51e79fromsinglemessage&isappinstalled020180630


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    附录
    继电保护变值设置:


    继电保护设备参数设置:




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    文档贡献者

    平***苏

    贡献于2022-04-16

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