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1、2023/11/1,1,变电站综合自动化技术的 发展方向,清华大学电机系 黄益庄,2023/11/1,2,提纲,变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化系统的内涵变电站自动化技术发展的趋势 3.1 保护和控制集成系统的发展 3.2 电子式互感器的应用将促进全数字化变电站自动化系统的实现 3.3 变电站自动化系统要适应电力市场化的需求 3.4 柔性交流输电技术的发展进一步提高变电站自动化水平 3.5 多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用 3.6 传输规约和传输网络标准化 4 结束语,2023/11/1,3,1 变电站综合自动化的基本概念,1.1 变电站自动化是技术发展的必然趋势 1.1.
2、1 当前电力系统发展的要求 1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化提供了必要的条件 1.2 变电站综合自动化系统发展的回顾1.3 变电站综合自动化的内涵1.4 IEC对变电站自动化系统的定义1.5 变电站综合自动化和变电站自动化,2023/11/1,4,1.1 变电站综合自动化是技术发展 的必然趋势,1.1.1 当前电力系统发展的要求(1)全国联网的发展方向,对电力系统的可靠性提出更高要求 国家电力公司陆延昌在2000年全国电网调度工作会议上明确指出：坚持全国联网、西电东送、南北互联的发展方向不动摇。并且要做到系统联网，可靠水平不降低。我国水力资源主要集中在西部和西南部，这两地区可开发
3、电量占全国82.9%；煤炭资源华北和西北两地区占80%；而负荷中心集中在中部和东部沿海，这两地区的经济总量占全国82%，电力消费占78%。要做到全国联网后，供电可靠性水平不降低，加强发电厂、变电站的安全、可靠运行、提高其自动化水平很为重要。,2023/11/1,5,1.1.1 当前电力系统发展的要求,(2)老式变电站存在的问题 安全性、可靠性不能满足电力系统发展的需求。不适应电力系统快速计算和实时性要求。供电质量缺乏科学的保证。不利于提高运行管理水平。占地面积大，增加征地投资。,2023/11/1,6,1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化 提供了必要的条件,变电站自动化技术的发展过程
4、与相关学科的发展密切相关。变电站自动化发展过程有三个阶段：(1)变电站分立元件的自控装置阶段。*电磁式的自动装置*晶体管式的自动装置*集成电路式的自动装置,2023/11/1,7,1.1.2 科学技术的发展，为发展变电站自动化 提供了必要的条件,(2)微处理器为核心的智能自动装置阶段。70年代微处理器的问世和微计算机技术的迅速发展，为变电站自动化技术的发展提供了必要的手段。这阶段厂站自动化的特点：形成变电站内的自动化孤岛。(3)变电站综合自动化的发展，全面促进变电站技术水平和运行管理水平的提高。80年代中、后期开始。,2023/11/1,8,1.2 变电站综合自动化系统的发展回顾,1.2.1
5、国外变电站综合自动化的早期发展概况国外变电站综合自动化的研究工作始于70年代。70年代末，英、西德、意大利、澳大利亚等国新装的远动装置都是微机型的.变电站综合自动化的研究工作，于70年代中、后期开始.日本第一个变电站综合自动化系统 1975年关西电子公司和三菱电气公司开始研究，1979年完成样机SDCS-1型，并安装于变电站现场试验，1980年开始商品化生产。其结构框图见图1。,2023/11/1,9,图1.SDCS-1结构框图,2023/11/1,10,日本第一个变电站综合自动化系统SDCS-1,SDCS-1型由13台微机组成，安装于77kV/6.6kV的变电站,该站3台主变，4回77kV进
6、线，36回6.6kV馈线。分为三个子系统：继电保护子系统：有8个保护部件 测量子系统 控制子系统,2023/11/1,11,国外变电站综合自动化的早期发展概况,80年代，研究变电站综合自动化的国家和公司越来越多，例如，德国西门子公司、ABB公司、AEG公司、GE公司、西屋公司、阿尔斯通公司等都有自己的变电站自动化产品。1995年西门子公司的变电站自动化系统LSA678在我国已有十多个工程。国外研究工作突出的特点是他们彼此间一开始就十分重视这一领域的技术规范和标准的制定与协调。,2023/11/1,12,1.2.2 我国变电站自动化的发展过程,我国变电站综合自动化的研究工作始于80年代中期。19
7、87年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的综合自动化系统。在山东威海望岛变电站成功地投入运行。该系统由3台微机组成，其系统结构如图2.这是我国第一个变电站综合自动化系统，有显著的经济效益和社会效益。其成功的投入运行，证明了我国完全可以自行研究，制造出具有国际先进水平，符合国情的变电站综合自动化系统。90年代中期后，综合自动化系统迅速发展。随着微机技术的不断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济效益和社会效益，吸引全国许多用户和科研单位和高等院校，因此变电站综合自动化系统到90年代，成为热门话题。,2023/11/1,13,我国第一套变电站综合自动化系统,望岛变电站是一个35kV/
8、10kV城市变电站，有2回35kV进线，2台主变，8回10kV出线，2组电容器。系统功能:该系统担负全变电站安全监控、微机保护、电压无功控制、中央信号等任务。按功能分为3个子系统：（1）安全监控子系统；（2）微机保护子系统；（3）电压、无功控制子系统。,2023/11/1,14,图2我国第一套变电站综合自动化系统 结构框图,2023/11/1,15,我国变电站自动化的发展过程,90年代中期，在中、低压变电站推广无人值班但这阶段对变电站综合自动化的威力和可行性认识不统一。强调实现无人值班不一定要实现综合自动化。90年代末期，变电站综合自动化已成为热门的话题。1.2.5 当前变电站综合自动化已成为
9、新建变电站和老站改造的首选。,2023/11/1,16,我国变电站综合自动化技术的发展,结构上(1)集中式(2)分布集中式(3)分散式功能上(1)集成化(2)分布化,2023/11/1,17,功能上的集成化和分布化,变电站自动化系统的自动化设备统称智能电子设备IED(Intelligent Electronic Device).集成化：功能的集成化最突出表现在IED上，例如：微机保护装置，一台装置可集成多种保护功能，甚至全部主保护和后备保护或集成了保护和测量的功能。,2023/11/1,18,功能上的集成化和分布化,分布化：为了充分利用计算机的潜力，简化自动化系统的结构，降低成本，目前的另一种
10、趋势是把原来由集中式的自动装置完成的功能分散至相应的继电保护装置中。例如：低频减载功能 单相接地选线。,2023/11/1,19,1.3 变电站综合自动化的内涵,变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、中央信号系统、继电保护装置、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和重新设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、信号处理技术和通信技术与电力系统的有关理论和技术相结合，实现对全部主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和保护以及与调度通信等功能。变电站自动化系统是由多台微计算机和大规模集成电路组成的多种功能的自动化系统。,2023/11/1,20,1.4 IEC对变电站自动化
11、系统的定义,1.4.1 IEC（国际电工委员会）对变电站自动化系统的定义:The Substation Automation System provides automation in a substation,including the communication infrastructure.,2023/11/1,21,1.4.2 IEC 将变电站自动化系统分层为三层结构,1997年国际电工委员会（IEC）制定变电站通信网络时，将变电站自动化系统分为三层结构，如图3。,2023/11/1,22,图3 变电站自动化系统的三层结构,2023/11/1,23,变电站自动化系统的三层结构,过程层(
12、process level)：主要指变电站的断路器、隔离刀闸、电流互感器（TA）、电压互感器（TV）等。间隔层(bay level)：主要指变电站的智能电子设备 IED(Intelligent Electronic Device),这些智能电子设备包括；微机保护装置、多功能电子仪表、RTU以及自动控制装置等。变电站层(station level)功能：分两部分：a.与过程有关的站层功能：b.与接口有关的站、层功能。自动化系统的核心部分为设备层和变电站层。,2023/11/1,24,1.5 变电站综合自动化和变电站自动化,80年代和90年代中期，国内都把上述功能的系统称为变电站综合自动化系统，以
13、区别于只有局部功能的自动化。国外发表的文章也称“综合自动化”，或一体化的变电站控制与保护。1997年国际大电网会议（CIGRE）WG3403工作组在“变电站数据流的通信要求”报告中，采用“变电站自动化”和“变电站自动化系统”的名词。此后电工委员会（IEC）的电力系统控制和通信技术委员会（TC57）在制定变电站通信网络和系统标准（IEC 61850）中，也采用变电站自动化的名词。,2023/11/1,25,2 变电站综合自动化系统的功能,2.1 监控子系统2.2继电保护子系统2.3 电能量计量子系统2.4自动控制子系统2.5 谐波分析与监视子系统2.6 变电站综合自动化系统的通信功能2.7 变电
14、站综合自动化系统的特点,2023/11/1,26,2.1 监控子系统,2.1.1 数据采集（1）模拟量的采集（2）开关量的采集（3）事件顺序记录（SOE）（4）电能量的采集 2.1.2 数据处理 2.1.3 安全监控功能 2.1.4 操作与控制功能 2.1.5 人机联系功能 2.1.6 运行记录功能 2.1.7 对时功能,2023/11/1,27,安全监控功能,1.对采集的模拟量不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信息，同时记录和显示越限时间和越限值，并将越限情况远传给调度中心或控制中心。2.对微机保护装置和其它各种自动装置的工作状态进行监视。3.将监视结果及时传送给调度中心，并接收和执
15、行调度中心下达的各种命令。,2023/11/1,28,2.1.4 操作与控制功能,操作、控制包括对断路器、隔离开关的操作，对自动装置和保护装置定值设定、投退控制等。无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的闭锁措施。断路器的操作闭锁应包括的内容:,2023/11/1,29,2.1.5 人机联系功能,1.人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。2CRT或液晶显示器显示画面的内容（1）显示采集和计算的实时运行参数（2）显示实时主接线图（3）事件顺序记录（SOE）（4）越限报警显示（5）值班记录显示（6）历史趋势显示（7）保护定值和自控装置的设定值显示。（8）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。3.输入
16、数据（1）TA、TV变比（2）保护定值和越限报警定值（3）自控装置的设定值（4）运行人员密码,2023/11/1,30,2.1.6 运行记录功能,对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能:定时打印报表和运行日志；开关操作记录打印；事件顺序记录打印；越限打印；召唤打印；抄屏打印；事故追忆打印。对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行 报表，集中在控制中心打印输出。,2023/11/1,31,2.1.7 对时功能,配备GPS卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。,2023/11/1,32,2.2继电保护子系统,2.2.1 微机保护子系统的内容 在变电站综合自动化
17、系统中，微机保护应包括全变电站主要设备和输、配电线路的全套保护。2.3.2 对微机保护子系统要求（1）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求（2）软、硬件结构要相对独立；它的工作不受监控系统和其它子系统的影响。（3）具有故障记录功能（4）察看和授权修改保护整定值方便（5）具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能（6）具有对时功能（7）具有通信功能和标准的通信规约。,2023/11/1,33,2.3 电能量计量子系统,电能量包括有功电能和无功电能。电能量的采集和管理是变电站综合自动系统的重要组成部分。,2023/11/1,34,2.4自动控制子系统,自动控制子系统包括:(1)电压无功综合控制(2)低
18、频低压控制(3)单相接地自动选线(4)备用电源自投控制,2023/11/1,35,2.5 谐波分析与监视功能,2.5.1谐波源分析 电网谐波主要来自两大方面：一是输配电系统产生谐波；二是用电设备产生谐波。当前，谐波污染已成为电力系统的“公害”之一。,2023/11/1,36,2.5.2 谐波的危害,严重的谐波电流和谐波电压对电力系统本身的发输电设备、对接入电力系统的用电设备都产生不良的影响，甚至影响电力系统的自动装置、继电保护装置和测量装置的正常工作。（1）谐波对交流电机的危害（2）谐波对变压器和输电线路的危害（3）谐波对电容补偿装置的危害（4）谐波对继电保护和自动控制的干扰（5）谐波影响计量
19、仪表与检测仪表误差增大。（6）谐波对通信系统的影响。,2023/11/1,37,2.7 变电站综合自动化系统的特点,2.7.1 功能综合化2.7.2 分级分布式、微机化的系统结构2.7.3 测量显示数字化2.7.4 操作监示屏幕化2.7.5 运行管理智能化 总之，变电站实现综合自动化，可以全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，使其能适应现代化的大电力系统运营的需要。,2023/11/1,38,3.变电站自动化技术发展的趋势,3.1 保护和控制集成系统的发展 3.1.1 保护和控制集成是实现数据共享的主要手段 3.1.2 电子式互感器的应用将促进保护和控制集成的实现3.2 电子式互感器的应用将
20、促进全数字化变电站自动化系统 的实现 3.2.1 电子式互感器的发展动向 3.2.2 电子式互感器的应用促进了基于高频暂态信号原理的保护的研究3.3 变电站自动化系统要适应电力市场化的需求3.4 柔性交流输电技术的发展进一步提高变电站自动化水平3.5 多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用 3.5.1 多媒体技术在变电站应用的优越性 3.5.2 光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择3.6 传输规约和传输网络标准化,2023/11/1,39,3.变电站自动化技术发展的趋势,（1）变电站综合自动化系统在我国投入运行已近二十年的历史，其优越性有目共睹。（2）变电站自动化技术的发展与相关技术（大
21、规模集成电路技术、计算机技术、多媒体技术、通信技术 等等）的发展密切相关。十多年来变电站自动化技术在不断的发展。（3）技术的发展是没有止境的，电力系统有关理论、技术和管理模式的发展以及电力电子和传感器等相关技术的发展，势必对现有的变电站自动化系统的技术、功能、内容和体系结构以及今后如何进一步深入研究产生深刻的影响。本节将重点介绍新技术的发展对变电站自动化发展趋势影响.,2023/11/1,40,3.1 保护和控制集成系统的发展,3.1.1 保护和控制集成是实现数据共享的主 要手段3.1.2 电子式互感器的应用将促进保护和控制集成的实现,2023/11/1,41,3.1.1 保护和控制集成是实现
22、数据共享 的主要手段,数据共享是变电站自动化的一个主要特点，将保护和控制功能集成到同一装置中，是实现数据共享的主要手段。SCADA所需要的许多数据和继电保护所处理的数据是相同的。因此将保护和SCADA共用一个硬件平台，则具有明显的经济性。,2023/11/1,42,采用PRO SCADA策略需要注意以下问题：(1)集成而不牺牲功能 各保护功能要求的可靠性和快速性必须被保证;控制功能所要求的准确的测量数据和采用安全的规约，也必须被满足。(2)保护和控制集成的关键是传感技术 目前实现数据完全共享的保护与测量综合装置，一般只限于应用在35kV及以下电压等级的系统中。其主要原因在于模拟量输入信号都来自
23、传统的电磁感应式的互感器。它们存在磁饱和、铁磁谐振、动态范围小和暂态特性差等缺点，这是目前测量和保护不容易数据共享的主要根源。而且随着电力系统传输容量不断增大，电压等级不断升高，电磁式的互感器的固有缺点更加突出。,2023/11/1,43,3.1.2 电子式互感器的应用将促进保护和控制集成的实现,自20世纪70年代以来，国内外不少单位对光学传感技术在电力系统应用进行了大量的研究，并已取得可喜的成果。电子式互感器具有以下主要特点：(1)电子式互感器具有宽阔的频率范围和不饱和特性，可以实现继电保护和测量控制的完全数据共享。(2)响应速度快，动态范围大，可以抓住故障时瞬变过程的波形，发展新原理的继电
24、保护装置。(3)抗干扰能力强，电绝缘特性优的特点，与光纤技术和局域网络技术相结合，有利于构成一个全分散式的自动化系统。,2023/11/1,44,3.2 电子式互感器的应用将促进全数字化 变电站自动化系统的实现,电子式互感器的发展动向3.2.2 电子式互感器的应用促进了 基于高频暂态信号原理的保护的研究,2023/11/1,45,电子式互感器的发展动向,基于光学和电子学原理的电子式电压、电流互感器（分别简称为EVT和ECT）的研究工作，经过30多年的发展，以其突出的优点，成为最有发展前途的电力系统电压、电流的测量设备。早期的电子式互感器一次侧和二次侧通过光纤传输信号，也称为光电式互感器。200
25、2年，IEC根据新型电子式电压、电流互感器的发展趋势，制定了关于EVT的IEC 60044-7标准和ECT的IEC 60044-8标准，明确了电子式互感器的定义及相应的技术规范。,2023/11/1,46,电子式互感器的发展动向,日本、美国、法国、英国、德国等工业发达国家已先后生产出实用化的光学电流、电压传感器。例如:ABB公司已经研制出69kV至765kV的磁光式光电电压互感器和电光式电流互感器，测量电流范围为5A到2000A，准确度达0.2%；500kV电压等级的电子式互感器在我国新建的变电站中也有了成功的应用。西门子公司的光纤电流互感器在我国南方电网天广500kV直流输电工程的变流站可靠
26、地运行了几年。国内光电互感器的研究单位有华中科技大学、清华大学、电力科学研究院、武汉高压研究所、沈阳变压器制造有限公司、南瑞继保电气有限公司等，已取得可喜的进展。南瑞继保电气有限公司已研制可用于110kV、220kV GIS的有源电子式电流互感器，实验表明在30至50的范围内，其计量精度达0.2级。2004年6月国电南自的南京新宁光电自动化有限公司研制的“电子式互感器”通过中国电力企业联合会组织的产品鉴定。,2023/11/1,47,电子式互感器的发展动向,我国关于电子式互感器的国家标准的制定已基本完成，近期将公布。国家电子式互感器的检测中心已经建立在武汉高压研究所，这意味着电子式互感器的产品
27、化应用已经具备了行业规范，为其市场化提供了基础平台。电子式互感器可直接输出光电转换后的数字信号，可大大地简化与继电保护、计量装置等智能电子设备的接口。电子式互感器的推广应用必将带来保护和测控领域技术上的又一次大变革。将全面促进全分散式的数字化变电站自动化系统的实现。,2023/11/1,48,3.2.2 电子式互感器的应用促进了基于高频暂态信号原理的保护的研究,电力系统发生故障时，会产生从工频到高频噪声的故障暂态分量，这些故障暂态分量中，必然含有与故障有关的各种信息，包括故障点、故障类型、故障程度、故障持续时间等。对这些信息的提取与分析和利用，是提高保护性能的关键，它可以解决传统保护性能上存在
28、的不足。利用暂态量的保护，要求对u，i的采样速率较高，电磁型的互感器无法满足这个要求。基于光电原理的互感器的研究、应用，将为基于高频暂态信号的保护原理的研究，创造了实现的条件。,2023/11/1,49,3.3 变电站自动化系统要适应电力市场化的需求,电力工业的经营机制正在从行业垄断转向竞争的电力市场。高压和超高压变电站的自动化系统必须适应这种新经营机制变革的形势，才能更有效、更经济地运行。为此,变电站自动化系统除了完成现有系统的保护和测量及监控功能外，必须增加新的功能:(1)实时监视并快速控制联络线功率。(2)加强互联电网预防和紧急控制的研究。例如：广域过负荷控制、广域预防电压崩溃控制和广域
29、系统稳定控制等。这些控制模块都将是变电站自动化系统的一部分。更需要数据共享，在不同层次上协调控制，促进变电站保护和控制集成的新发展。(3)加强新原理的继电保护装置研究。以适应大电网高电压对继电保护动作速动性和可靠性的要求，并能适应运行状态和运行参数多变性的需要。,2023/11/1,50,3.4 柔性交流输电技术的发展进一步提高变电站自动化水平,柔性交流输电技术（FACTS）的主要内容是应用电力电子技术的最新成就与现代控制技术相结合，实现对交流输电系统参数和网络结构的快速灵活控制，以期实现输送功率的合理分配，降低功率损耗和发电成本，提高系统的稳定性和可靠性。FACTS技术，主要包括：静止无功补
30、偿器（SVG）、静止调相器（ASVG）、可控串联电容补偿器（TCSC）、统一潮流控制器（VPFC）、次同步震荡阻尼器（NGHSSRDamper）、固态断路器（SSCB）、故障电流抑制器（FCL）等等。FACTS在电力系统中的应用，使控制输电网络的参数成为可能，从而可优化系统的功率传输，增加系统稳定性，并将大大提高电力系统的自动化水平和提高控制、管理水平。,2023/11/1,51,3.5 多媒体和光纤网络在变电站自动化系统中的应用,3.5.1 多媒体技术在变电站应用的优越性 3.5.2 光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择,2023/11/1,52,多媒体技术在变电站应用的优越性,当今人类的
31、信息交流已经进入多媒体的时代。多媒体信息主要有4个形式：视频、音频、图形、文本。多年来大多数变电站自动化系统的人机界面基本上是以图形和文本为主的静态媒体,目前多媒体技术尚未在国内变电站普遍推广应用。少数已应用的变电站中，实际上以视频技术的应用为主。习惯上将这种实现以视频信息为主的多媒体信息演示系统称遥视系统。它可使主站运行人员以最佳的观察效果观察变电站各个角落和各种设备在现场的运行实况。应用多媒体技术可以对变电站的动力环境进行监控，例如变电站防盗、防火、防爆、防泄露、防水的监控等，使运行人员能及时发现变电站环境的异常变化。变电站音频信息包括现场设备运行声音、调度电话等。多媒体音频技术与视频技术
32、配合，可以使运行人员“听见”变电站各种设备的声音，从声音的角度对设备的运行状况进行判断并及时发现设备的异常。总之，多媒体技术在变电站的综合应用，更有利于实现变电站真正的无人值班。,2023/11/1,53,光纤通信网络是传输多媒体信息的最佳选择,多媒体视频图像数据量庞大，即使采用图像压缩技术，信息量仍很大，要保证遥视功能的服务质量，需要有高速的信道和宽带网络。光纤通信与传统的通信原理比较，具有中继距离长、传输容量大、传输质量好，特别是具有抗电磁干扰能力强，不受高电压、大电流影响等优点；光纤还具有抗辐射、耐腐蚀、耐水浸、耐油污、耐高温等优良的环境兼容性。因此采用光纤作为传输媒质组成局域网络，是变
33、电站的实时控制数据和多媒体数据最优的选择。,2023/11/1,54,3.6 传输规约和传输网络标准化,3.6.1 变电站自动化系统通信网络的要求3.6.2 综合自动化系统内部信息传输的几种常用方法及问题 3.6.2.1 串行通信接口EIA-RS232C和EIA-422/485 3.6.2.2 现场总线通信网络 3.6.2.3 以太网通信网络3.6.3 建立远动无缝通信体系结构是今后的发展方向 3.6.3.1 问题的提出 IEC 61850简单特点,2023/11/1,55,3.6 传输规约和传输网络标准化,在具有变电站层间隔层过程层的分布式自动化系统，需传输的信息有以下几部分：(1)过程层与
34、间隔层的信息交换(2)间隔层内设备间的通信(3)间隔层与变电站层的通信(4)变电站层的内部通信(5)变电站层与上级调度通信根据功能和特点，传输信息包括测量、状态、参数和操作、控制等信息。,2023/11/1,56,3.6.1 变电站自动化系统通信网络的要求,变电站自动化系统通信网络的要求 快速的实时响应能力 高的可靠性 优良的电磁兼容性能 分层式结构,2023/11/1,57,3.6.2 综合自动化系统内部信息传输的 几种常用方法及问题,3.6.2.1 串行通信接口EIA-RS232C和 EIA-422/485 3.6.2.2 现场总线通信网络 3.6.2.3 以太网通信网络,2023/11/
35、1,58,串行通信接口 EIA-RS232C 和EIA-422/485,(1)EIA-RS232接口标准 主要优点：接口简单，微计算机都带有此接口。因此广泛应用于早期的变电站综合自动化系统的内部通信。主要缺点：传输距离短，速度低，易受干扰，对分层分布式自动化系统，就不能满足要求了。最长传输距离15米，传输速率20kbps.,2023/11/1,59,串行通信接口 EIA-RS232C 和EIA-422/485,(2)EIA-RS422/485接口标准 RS422采用了平衡差分的电气接口，抗干扰能力,传输距离和速度都比RS232有很大提高，可以全双工传输。RS485保留了RS422平衡差分的特点
36、，只需两根线，工作于半双工、传输距离1200M，传输速度100kbps。早期的间隔层设备间的通信常采用RS485,尤其是直流屏、电能表和低压系统的设备。,2023/11/1,60,几种常用的串行通信标准接口的主要性能,2023/11/1,61,3.6.2.2 现场总线通信网络,由于RS422/485存在以下缺点：能连接的通信点数32个 通信多为查询方式(1)现场总线定义：根据IEC标准和现场总线基金会FF(Fielt bus Foundation)的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。以现场总线构成的控制系统结构上是分散的。从而彻底改变了传统的
37、控制系统的体系结构，提高了控制系统的安全、可靠和经济性能。更有利于变电站综合自动化系统的结构向分散性发展.,2023/11/1,62,现场总线通信网络,(2)电力系统中 常用的几种现场总线 LonWorks现场总线 CAN现场总线 CAN（Controller Area Network）控制局域网是一种具有很高可靠性、支持分布式控制。其它：FF（Field bus Foundation）和Profildbus(Process Field bus)等。,2023/11/1,63,现场总线通信网络,（3）变电站综合自动化系统应用现场总线优越性 互操作性好 现场总线的通信网络为开放式网络 信号传输数
38、字化 系统和功能分散化 降低整个系统的成本现场总线的应用给变电站自动化领域带来一列变革，特别是变革传统的信号标准，通信标准和系统标准；变革传统的自动化系统的体系结构，设计及安装调试方法。,2023/11/1,64,3.6.2.3 以太网通信网络,以太网是当今使用最广泛的局域网，在所有的网络连接中，80都是基于以太网的。由于以太网传输速度快、扩展性好、开放式、标准化和低廉的成本的特点，使得它在工业控制领域和变电化自动化系统获得越来越多的关注。目前变电站自动化系统中实际采用的是一种以太网与现场总线网络相结合的混合控制网络。其特点是，系统的通信建立在以太网、TCP/IP协议的基础之上，通过网关实现高
39、速计算机网络Ethernet和相对低速的网络现场总线网之间的互联。,2023/11/1,65,3.6.3 建立远动的无缝通信体系结构是 今后的发展方向,问题的提出（1）现有的通信规约和传输网络不能满足大量实时信息快速、可靠传输的需求。IEC TC57为电力系统通信已制定许多协议，可分以下2类：用于变电站到调度中心间的远距离通信协议有:IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-102、IEC 60870-5-103和IEC-5-104 调度中心通过网络传输的协议有：IEC 60870-6 TASE.1和IEC 60870-6 TASE.2 以上协议不能兼容或不能完全兼容。各厂家生产
40、的同类设备，协议也各不相同，不能互连，影响了互换性和互操作性。,2023/11/1,66,IEC 60870-5 系列国际标准,2023/11/1,67,(2)变电站自动化系统的传输规约和传输网络的标准化,是实现可靠、快速通信的保证 国际电工委员会 IEC 制定了变电站内通信网络与系统的通信标准体系：IEC 61850 标准。建立变电站无缝通信体系标准是1999年10月在日本京都会议召开的IEC 64届年会TC57会议上，德国专家W.Marz先生提出了今后建立远动的无缝通信系统体系结构的建议。德国专家的建议被会议接受。很多国家委员会就该建议进行投票，支持该建议。,2023/11/1,68,20
41、00年6月6日在德国召开SPAG（Strategic policy Advisory Group）会议。会议确定了无缝远动通信体系结构（Seamless Telecontrol Communication Architecture,SCA）的概念，并赞成制定统一的传输通信协议。从变电站的过程层至调度中心之间采用统一的通信协议，克服目前诸多协议之间无法完全兼容，必须经过协议转换才能互相连接起来的弊病。,2023/11/1,69,IEC 61850简单特点,IEC 61850 是变电站内通信网络与系统的通信标准体系。它采用分层分布式体系、面向对象的建模技术，使得数据对象的自描述成为可能，为不同厂商
42、的IEDs 实现互操作和系统无缝集成提供了途径。IEC 61850可根据电力系统的特点来归纳所需的服务类，定义抽象通信服务接口且与所采用的网络无关。根据数据对象分层和数据传输有优先级的特点定义了一套收集和传输数据的服务。涵盖了IEC 60870-5-101和IEC 60870-5-103的数据对象。,2023/11/1,70,国外针对标准的应用和研究开始较早,相应的示范工程在制定IEC 61850的过程中就开始实施：美国、德国、荷兰等国都有示范工程,用以验证IEC 61850变电站自动化标准,通过实践来促进标准的进一步完善，示范工程的总结已在2000年CIGRE会议上发表。国外大公司对IEC
43、61850的研究,在理论上已经成熟。尽管IEC 61850到2004年才陆续出版完整,但SIEMENS、ABB等公司在此之前已经推出了IEC 61850的变电站自动化系统的产品。,2023/11/1,71,中国电力企业联合会于1999年11月成立专门工作组,组织了国内大的制造商和研究机构对该标准进行研究和消化,并列入2003年电力行业修订计划中。目前已经全部翻译完成,2004年开始陆续转化为我国电力行业标准,这为该协议在我国大范围的推广应用创造了良好的环境和条件。因此，目前各大电力公司、研究机构和制造厂家都应积极调整产品研发方向,力图和新的国际标准接轨,以适应未来的发展方向。,2023/11/1,72,4 结束语,随着新技术的不断涌现和原有技术的不断完善以及电力市场的发展,将推动变电站自动化系统的功能和结构和通信网络向全数字化、高度智能化和标准化的方向发展。变电站自动化系统还有许多课题等着有志的科技工作者、研究单位和厂家研究和开发。,2023/11/1,73,谢谢大家！,
