CN204258444U - 智能变电站网络的监控系统及模拟运行系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能变电站网络的监控系统，由通过MMS环网总线结构连接的过程层设备、间隔层设备和站控层设备组成，其中所述过程层设备包括一次设备中的智能监测终端和与之连接的开关断路器，所述间隔层设备包括连接所述智能监测终端的二次设备中的GOOSE交换机和与之连接的500kV保护装置，所述站控层设备包括变电站控制装置、GOOSE主机、合并单元和变电站信号转换装置，所述变电站控制装置通过合并单元控制500kV保护装置，通过GOOSE主机接收来自GOOSE交换机的报文指令，并通过变电站信号转换装置控制所述合并单元。本实用新型还公开了一种智能变电站网络的模拟运行系统。

Description

智能变电站网络的监控系统及模拟运行系统

技术领域

本实用新型实施例涉及智能电网变电站系统，尤其涉及一种500KV智能变电站设备网络运行情况的监控和模拟系统。

背景技术

变电站是电力系统的重要组成部分，变电站的安全运行对维持电力系统的稳定，保证电网的可靠供电具有十分重要的意义。因此，一方面需要不断采用先进的设备制造技术和控制技术，提高变电站的自动化程度。另一方面，电力系统作为一个人工制造的系统，需要人工的参与决策，所以还要加强对运行人员的培训，提高他们的运行操作能力和事故处理能力。但是由于电力系统属于知识密集型、技术密集型、资金密集型行业,操作规范,要求严格,在变电站运行人员的岗位培训中既不能在运行着的系统或设备上进行实际操作试验，也不允许人为地设置事故让学员观察处理，这就使得学员难以在变电站的正常操作及事故处理中得到充分锻炼。因此，建立一个与实际变电站运行状况相同或相似的自动化控制环境是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述缺陷，设计一种基于IEC61850规约的智能变电站的网络设备自动监控系统，它是由通过MMS环网总线结构连接的过程层设备、间隔层设备和站控层设备组成，其中所述过程层设备包括一次设备中的智能监测终端和与之连接的开关断路器，所述间隔层设备包括连接所述智能监测终端的二次设备中的GOOSE交换机和与之连接的500kV保护装置，所述站控层设备包括变电站控制装置、GOOSE主机、合并单元和变电站信号转换装置，所述变电站控制装置通过合并单元控制500kV保护装置，通过GOOSE主机接收来 自GOOSE交换机的报文指令，并通过变电站信号转换装置控制所述合并单元。在一个实施例中，在所述变电站信号转换装置中配置光电通信和光接口单元，其中通过光电通信单元接收来自MMS环网总线中高速光纤通信线发送的电压、电流和开关量信号，将这些信号通过变电站控制装置处理后经过所述光接口单元发送至500kV保护装置以对其进行控制。

在一个实施例中，所述的每一光接口单元用于连接和驱动4个500kV保护装置。在一个实施例中，所述GOOSE主机是硬件微机/状态机的智能单元模拟装置，其中二次设备中产生的开关断路器的保护跳闸信号是采用GOOSE报文的形式，通过所述智能单元模拟装置中的微机/状态机解析接收到的GOOSE报文命令，将其中的开关跳变/位变信号通过MMS环网返回至变电站模拟装置，以根据这个信号实时改变一次设备的拓扑网络结构。

在一个实施例中，所述信号转换装置作为所述合并单元模拟装置的附接装置，或者作为GOOSE主机的开关量模拟装置，其中作为所述合并单元模拟装置的附接装置时，采用IEC61850-9协议向保护装置发送SMV格式报文，作为GOOSE主机的开关量模拟装置时，辅助GOOSE主机接收GOOSE报文，以作为扩展接口。

在另一个实施例中，设计一种智能变电站网络的模拟运行系统，它是由通过MMS环网总线结构连接的过程层设备、间隔层设备和站控层设备组成，其中所述过程层设备包括一次设备中的智能监测终端和与之连接的开关断路器，所述间隔层设备包括连接所述智能监测终端的二次设备中的GOOSE交换机和与之连接的500kV/35kV保护装置、220kV保护装置，所述站控层设备包括模拟系统和合并单元，在所述模拟系统中设置有变电站信号转换装置、合并单元模拟装置、GOOSE主机和变电站模拟装置，所述模拟装置通过合并单元模拟装置控 制500kV/35kV保护装置，通过变电站信号转换装置连接所述合并单元，以控制220kV保护装置，并通过GOOSE主机接收来自GOOSE交换机的报文指令。在一个实施例中，在所述变电站信号转换装置中配置光电通信和光接口单元，其中通过光电通信单元接收来自MMS环网总线中高速光纤通信线发送的电压、电流和开关量信号，将这些信号通过变电站控制装置处理后经过所述光接口单元发送至500kV保护装置以对其进行控制。

在一个实施例中，所述GOOSE主机是基于微机/状态机的智能单元模拟装置，其中二次设备中产生的开关断路器的保护跳闸信号是采用GOOSE报文的形式，通过所述智能单元模拟装置中的微机/状态机解析接收到的GOOSE报文命令，将其中的开关跳变/位变信号通过MMS环网返回至变电站模拟装置，以根据这个信号实时改变一次设备的拓扑网络结构。

在一个实施例中，所述信号转换装置作为所述合并单元模拟装置的附接装置，或者作为GOOSE主机的开关量模拟装置，其中作为所述合并单元模拟装置的附接装置时，采用IEC61850-9协议向保护装置发送SMV格式报文，作为GOOSE主机的开关量模拟装置时，辅助GOOSE主机接收GOOSE报文，以作为扩展接口。

本实用新型的技术优势突出：通过采取一次设备信号归类处理的方法，把不同的连接方式、不同设备的模型、配置等以模块化的设置方式，方便调用和整体搭建，提高了执行效率，利于系统的优化及进一步的开发。通过对各个具体实际的变电站的参数设置模块，实际的模拟了具体实际的变电站，提高了电力人员的维护效果，实现施工前的模拟展示，降低变电站施工错误风险、保证工程顺利实施；同时模块化的设置可以直接控制各个实际变电站的开关量设备，实现了模块化、可编程化或计算机自动化生成，使得变电站监测和维护能够简单、 快速完成。

附图说明

图1是本实用新型500kV智能变电站的网络设备自动监控系统的功能原理图。

具体实施方式

参照图1，基于IEC61850规约的500kV智能变电站的网络设备自动监控系统，它是由通过MMS环网总线结构连接的过程层设备、间隔层设备和站控层设备组成，其中所述过程层设备包括一次设备中的智能监测终端1和与之连接的开关断路器2，所述间隔层设备包括连接所述智能监测终端1的二次设备中的GOOSE交换机3和与之连接的500kV保护装置4，所述站控层设备包括变电站控制装置5、GOOSE主机6、合并单元7和变电站信号转换装置8，所述变电站控制装置5通过合并单元7控制500kV保护装置4，通过GOOSE主机6接收来自GOOSE交换机3的报文指令，并通过变电站信号转换装置8控制所述合并单元7。

在一个实施例中，在所述变电站信号转换装置8中配置光电通信和光接口单元，其中通过光电通信单元接收来自MMS环网总线中高速光纤通信线发送的电压、电流和开关量信号，将这些信号通过变电站控制装置处理后经过所述光接口单元发送至500kV保护装置以对其进行控制。

在一个实施例中，所述的每一光接口单元用于连接和驱动4个500kV保护装置。一次设备状态量

在一个实施例中，开关/短路装置采用双位置继电器来模拟开关变位，实现遥控和手动操作，同时为测控装置提供开关的遥信位置。装置具体方案及实现功能如下：500kV开关不完整串采用真实一次设备，按照现场设备提供二次节点，其他设备采用模拟设备代替；变化表示开关和闸刀位置，分相操作的开关按相 另外表示；开关可进行遥控操作；设有压力降低禁止跳、合闸等接点，并发遥信；设一个转换开关，设置断路器正常和断路器失灵两种状态；各开关有足够数量的常开和常闭接点，供测控装置使用。

在一个实施例中，大部分间隔采用由模拟系统提供电流电压，并将该电流电压直接提供给保护、测控装置，留出间隔采用其他方式：(1)500kV不完整串采用光学电流互感器测量，500kV母线采用光学电压互感器测量，主变中压侧及220kV出线采用电子式电流电压互感器测量，低压侧采用法拉第小信号电流互感器，通过采用IEC61850-9-2规约的合并单元将模拟量上传至交换机，通过网络上传至保护、测控装置；(2)220kV线路采用传统的CT、PT，通过采用IEC61850-9-2规约的合并单元将模拟量上传至保护、测控装置。

二次设备状态量

例如，500kV智能变电站主要布置500kV保护及测控装置等二次设备；其中在第一间隔层中布置500kV一条不完整串的智能终端、35kV部分开关柜及智能一次设备；在第二间隔层中布置500kV智能变电站对侧保护，布置所有线路对侧的保护、智能终端，以及本侧剩余的智能终端和模拟一次设备。

500kV对侧：1)500kV对侧边断路器i中配置1个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分3供双套线路保护、断路器保护用。需1光纤口(此光口需1分3)。500kV对侧中断路器ii配置2个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分3供双套线路保护、断路器保护用。需2光纤口(此2光口需1分3)。500kV对侧边断路器iii中配置1个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分3供双套线路保护、断路器保护用。需1光纤口(此光口需1分3)。

500kV本侧：1)500kV第一串边断路器i中配置1个光纤口输出，光纤信息含 3个电流、3电压量，通过1分9供双套线路保护、断路器保护、测控、双套故障录波、网络分析仪、双套母差保护用。需1光纤口(此光口需1分9)。500kV第一串中断路器ii配置2个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分7供双套线路保护、断路器保护、测控、双套故障录波、网络分析仪用。需1光纤口(此2光口需1分7)。500kV第一串边断路器iii中配置1个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分9供双套线路保护、断路器保护、测控、双套故障录波、网络分析仪、双套母差保护用。需1光纤口(此光口需1分9)。500kV第二串边断路器i中1个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分9供双套主变保护、断路器保护、测控、双套故障录波、网络分析仪、双套母差保护用。需1光纤口(此光口需1分9)。500kV第二串边断路器ii中配置1个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分9供双套主变保护、断路器保护、测控、双套故障录波、网络分析仪、双套母差保护用。需1光纤口(此光口需1分9)。500kV第二串边断路器iii中配置1个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分9供双套线路保护、断路器保护、测控、双套故障录波、网络分析仪、双套母差保护用。需1光纤口(此光口需1分9)。500kV第二串边断路器iv中配置1个光纤口输出，光纤信息含3个电流、3电压量，通过1分9供双套线路保护、断路器保护、测控、双套故障录波、网络分析仪、双套母差保护用。需1光纤口(此光口需1分9)。500kV#1主变公共绕组中合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需3光纤口。9)500kV#2主变公共绕组中合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需3光纤口。10)500kV#1主变i中压侧断路器中每个合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需6光纤口。500kV#2主变ii中压侧断路器2602中每个合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信 息含一相电流量。需6光纤口。500kV#1主变低压侧断路器i中配置1个光纤口输出，光纤信息含3个电流量，通过1分6供双套主变保护、测控、双套故障录波、网络分析仪用。需1光纤口(此光口需1分6)。500kV#2主变低压侧断路器ii中配置1个光纤口输出，光纤信息含3个电流量，通过1分6供双套主变保护、测控、双套故障录波、网络分析仪用。需1光纤口(此光口需1分6)。

220kV出线一断路器i中每个合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需6光纤口；220kV出线二断路器ii中每个合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需6光纤口；220kV母联断路器i中合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需3光纤口；220kV I母电压合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需3光纤口；220kV II母电压合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需3光纤口；500kV I母电压模拟合并单元配置1个光纤口输出，每个光纤口信息含A、B、C电压量。需1光纤口(此光口需1分3)；500kV II母电压模拟合并单元配置1个光纤口输出，每个光纤口信息含A、B、C电压量。需1光纤口(此光口需1分3)；35kV电容器断路器3512中配置1个光纤口输出，光纤口信息含A、B、C电压、电流量。需1光纤口；35kV所用变断路器3562中配置1个光纤口输出，光纤口信息含A、B、C电压、电流量。需1光纤口。220kV对侧：1)220kV出线一断路器i中每个合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需6光纤口；220kV出线二断路器ii中每个合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需6光纤口；220kVI母电压合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需3光纤口。220kV II母电压合并单元配置3个光纤口输入，每个光纤口信息含一相电流量。需3光纤口。

在另一个实施例中，设计一种智能变电站网络的模拟运行系统，它是由通过MMS环网总线结构连接的过程层设备、间隔层设备和站控层设备组成，其中所述过程层设备包括一次设备中的智能监测终端和与之连接的开关断路器，所述间隔层设备包括连接所述智能监测终端的二次设备中的GOOSE交换机和与之连接的500kV/35kV保护装置、220kV保护装置，所述站控层设备包括模拟系统和合并单元，在所述模拟系统中设置有变电站信号转换装置、合并单元模拟装置、GOOSE主机和变电站模拟装置，所述模拟装置通过合并单元模拟装置控制500kV/35kV保护装置，通过变电站信号转换装置连接所述合并单元，以控制220kV保护装置，并通过GOOSE主机接收来自GOOSE交换机的报文指令。在一个实施例中，在所述变电站信号转换装置中配置光电通信和光接口单元，其中通过光电通信单元接收来自MMS环网总线中高速光纤通信线发送的电压、电流和开关量信号，将这些信号通过变电站控制装置处理后经过所述光接口单元发送至500kV保护装置以对其进行控制。

在一个实施例中，所述GOOSE主机是硬件微机/状态机的智能单元模拟装置，其中二次设备中产生的开关断路器的保护跳闸信号是采用GOOSE报文的形式，通过所述智能单元模拟装置中的微机/状态机解析接收到的GOOSE报文命令，将其中的开关跳变/位变信号通过MMS环网返回至变电站模拟装置，以根据这个信号实时改变一次设备的拓扑网络结构。

在一个实施例中，所述信号转换装置作为所述合并单元模拟装置的附接装置，或者作为GOOSE主机的开关量模拟装置，其中作为所述合并单元模拟装置的附接装置时，采用IEC61850-9协议向保护装置发送SMV格式报文，作为GOOSE主机的开关量模拟装置时，辅助GOOSE主机接收GOOSE报文，以作为扩展接口。

在一个实施例中，数字化模拟装置被配置为变电站一次系统部分的实时计算。在数字模拟系统中包括电网电力系统元件模型，如发电机、电动机、变压器、负荷、断路器、输电线、电抗器等，根据变电站接线结构、元件参数对变电站一次系统的运行情况进行准确的计算，实时输出与变电站相同的电压、电流波形。用户可以通过图形界面对电网结构和元件参数进行修改，并可灵活地改变系统一次接线方式，从而对变电站运行情况进行完整的模拟。数字物理混合模拟系统可以进行常规变电站和智能化变电站的数字模拟。

数字模拟系统可以进行变电站一次系统的实时暂态模拟计算，通过高速光纤通讯系统将计算结果采用光纤信号输出到外部的高速通信和信号转换系统主机(例如信号转换装置8)。

对于智能化变电站，信号转换装置8将光纤信号按照IEC61850的标准进行压缩，然后直接送入实际的智能化变电站二次设备。同时，信号转换箱采集智能化变电站二次设备输出的开关操作、保护跳闸、重合闸等GOOSE信号，转换为光纤信号反馈至高速光纤通讯系统。数字模拟系统根据反馈信号实时改变一次系统的拓扑结构和运行参数。

模拟系统采用先进的模拟支撑技术、模拟建模技术，建立变电站一次系统的全物理、全过程的精确数学模型，能模拟变电站各种运行工况和各种故障现象。系统具备常规变电站和数字化变电站混合模拟功能，可以同时接入模拟装置和智能化装置，实现常规变电站和智能化变电站二次设备的混合模拟测试，全面满足目前电网运行及检修的实际需要。

采用电磁暂态模拟算法实现数字电网模拟的真实性、实时性、一致性和高度可靠性，在正常操作和一次设备发生故障情况下，模拟时间应与物理时间完全一致，提供的电气量波形应与现场故障录波器采集的波形一致。

在一个实施例中，模拟电网一次设备发生的各类故障和二次回路的故障，能够满足二次设备及回路的故障查找、处理的培训需求。

在一个实施例中，模拟系统具有详细、逼真的电力系统模型，建立与实际电网及变电站的一次设备完全一致的全动态数字模型，可以完整、严格、精确地对现场各种行为进行全范围模拟，应建立准确的外网等值模型，能真实反应实际电网情况。与真实的直流系统、保护设备、变电站综合自动化系统实现与现场连接方式 相一致的连接。通讯方式与协议与现场一致。与真实设备相连接时，模拟系统的动态响应时间能与实际系统完全一致，保证真实设备响应的有效性。

系统运行稳定、可靠，模拟模型软件程序运行稳定、收敛性好，系统具有良好的鲁棒性，用户的各种操作以及运行方式的任何变化都不会造成中途停滞、中断或死机。模拟支撑平台具有很好的稳定性和可维护性。具有图形化、模块化、交互方式的建模环境。开发工程师根据现场生产流程，能方便地实现电网一次主接线系统的图形建模以及各种二次设备的模型搭建。能方便进行的功能扩充与修改，方便地进行系统恢复、更新或重装。

Claims (10)

1.智能变电站网络的监控系统，其特征在于：是由通过MMS环网总线结构连接的过程层设备、间隔层设备和站控层设备组成，其中所述过程层设备包括一次设备中的智能监测终端和与之连接的开关断路器，所述间隔层设备包括连接所述智能监测终端的二次设备中的GOOSE交换机和与之连接的500kV保护装置，所述站控层设备包括变电站控制装置、GOOSE主机、合并单元和变电站信号转换装置，所述变电站控制装置通过合并单元控制500kV保护装置，通过GOOSE主机接收来自GOOSE交换机的报文指令，并通过变电站信号转换装置控制所述合并单元。

2.根据权利要求1所述的智能变电站网络的监控系统，其特征在于：在所述变电站信号转换装置中配置光电通信和光接口单元，其中通过光电通信单元接收来自MMS环网总线中高速光纤通信线发送的电压、电流和开关量信号，将这些信号通过变电站控制装置处理后经过所述光接口单元发送至500kV保护装置以对其进行控制。

3.根据权利要求2所述的智能变电站网络的监控系统，其特征在于：所述的每一光接口单元用于连接和驱动4个500kV保护装置。

4.根据权利要求1所述的智能变电站网络的监控系统，其特征在于：所述GOOSE主机是硬件微机/状态机的智能单元模拟装置，其中在二次设备中产生的开关断路器的保护跳闸信号是采用GOOSE报文的形式，通过所述智能单元模拟装置中的微机/状态机解析接收到的GOOSE报文命令，将其中的开关跳变/位变信号通过MMS环网返回至变电站模拟装置，以根据这个信号实时改变一次设备的拓扑网络结构。

5.根据权利要求1所述的智能变电站网络的监控系统，其特征在于：所述信号转换装置作为所述合并单元模拟装置的附接装置，采用IEC61850-9协议向保护 装置发送SMV格式报文。

6.根据权利要求1所述的智能变电站网络的监控系统，其特征在于：所述信号转换装置作为GOOSE主机的开关量模拟装置，辅助GOOSE主机接收GOOSE报文，以作为其扩展接口。

7.智能变电站网络的模拟运行系统，其特征在于：是由通过MMS环网总线结构连接的过程层设备、间隔层设备和站控层设备组成，其中所述过程层设备包括一次设备中的智能监测终端和与之连接的开关断路器，所述间隔层设备包括连接所述智能监测终端的二次设备中的GOOSE交换机和与之连接的500kV/35kV保护装置、220kV保护装置，所述站控层设备包括模拟系统和合并单元，在所述模拟系统中设置有变电站信号转换装置、合并单元模拟装置、GOOSE主机和变电站模拟装置，所述模拟装置通过合并单元模拟装置控制500kV/35kV保护装置，通过变电站信号转换装置连接所述合并单元，以控制220kV保护装置，并通过GOOSE主机接收来自GOOSE交换机的报文指令。

8.根据权利要求7所述智能变电站网络的模拟运行系统，其特征在于：在所述变电站信号转换装置中配置光电通信和光接口单元，其中通过光电通信单元接收来自MMS环网总线中高速光纤通信线发送的电压、电流和开关量信号，将这些信号通过变电站控制装置处理后经过所述光接口单元发送至500kV保护装置以对其进行控制。

9.根据权利要求7所述智能变电站网络的模拟运行系统，其特征在于：所述GOOSE主机是基于微机/状态机的智能单元模拟装置，其中二次设备中产生的开关断路器的保护跳闸信号是采用GOOSE报文的形式，通过所述智能单元模拟装置中的微机/状态机解析接收到的GOOSE报文命令，将其中的开关跳变/位变信号通过MMS环网返回至变电站模拟装置，以根据这个信号实时改变一次设备的 拓扑网络结构。

10.根据权利要求7所述智能变电站网络的模拟运行系统，其特征在于：所述信号转换装置作为所述合并单元模拟装置的附接装置，或者作为GOOSE主机的开关量模拟装置，其中作为所述合并单元模拟装置的附接装置时，采用IEC61850-9协议向保护装置发送SMV格式报文，作为GOOSE主机的开关量模拟装置时，辅助GOOSE主机接收GOOSE报文，以作为扩展接口。