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1、数字化变电站组网,数字化变电站系统的技术特征,系统建模标准化 系统分层分布化 系统结构紧凑化 信息交互网络化 信息应用集成化 数据采集数字化 设备操作智能化 设备检修状态化,2 系统结构,1 IEC61850标准,3 非常规互感器,4 开关智能化,5 设备状态检修,一、系统结构 1.1 系统结构 1.1.1 构架与组网方案 1.1.2 网络要求 1.1.3 网络带宽分析 1.1.4 网络实时性分析 1.2 时钟同步方案 1.2.1 同步原理与要求 1.2.2 同步实现解决方案,0) IEC61850-9-1 / 9-2 / FT3,1) 站控层总线+电子互感器(9-1),2) 站控层总线+电子
2、互感器(9-1)+智能单元(GOOSE),3) 站控层总线+电子互感器(9-1) +智能单元,4) 站控层总线+过程层总线(9-2),5) 站控层总线与过程层总线合并,面向位置原则,单一总线原则,面向功能原则,面向间隔原则,6) IEC61850标准中四种组网原则,过程层组网示意图(简单型),过程层组网示意图(冗余型),110kV站过程层实际工程组网示意图-（单线图）,110kV站 过程层组网示意图(单网),220kV站 过程层组网示意图(双网),双重化保护示意图,双重化测控示意图,双重化总体示意图,一、系统结构 1.1 系统结构 1.1.1 构架与组网方案 1.1.2 网络要求 1.1.3
3、网络带宽分析 1.1.4 网络实时性分析,1)通信网络的两种技术要求,IEEE802.1q VLAN(虚拟局域网) 把同一物理网段内的不同装置逻辑地划分成不同的广播域 减少网络流量 降低网络负载 实现信息的安全隔离 保证了信息的实时性和安全性,2) 通信网络的介质要求,3) 通信网络的实时性,在IEC61850中，对变电站自动化系统报文性能作了严格详细的规定，依据对时间的要求将报文划分为1(快速报文)、2(中速报文)、3(低速报文)、4（生数据报文）、5（文件传输报文）、6（时间同步报文）、7（具有访问控制的命令报文）等七大类。其中，“快速跳闸报文”以及对保护和控制的“生数据报文”的时间要求达
4、3ms。 传统以太网采用随机的网络仲裁机制（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection），其传输不确定性是以太网进入实时控制领域的主要障碍。,一、系统结构 1.1 系统结构 1.1.1 构架与组网方案 1.1.2 网络要求 1.1.3 网络带宽分析 1.1.4 网络实时性分析 1.2 时钟同步方案 1.2.1 同步原理与要求 1.2.2 同步实现解决方案,IEC61850-9-1最大报文长度： 26 字节报头 + 4 字节优先权标记 + 8 字节以太网型 PDU + 2字节ASN.1 标记/长度 + 2 字节块的数目
5、+ 46 字节通用数据集 + 23 字节状态量 = 111 字节x 8 位 = 888 位 + 96 位帧间隔= 984 位 IEC61850-9-2工程中实际最大报文长度（SVLD为变长量）： 80点采样率 + 1点一帧 = 159字节 x 8 = 1272位 256点采样率+ 8点一帧 = 1037字节 x 8 = 8296位 GOOSE工程中实际最大报文长度： 752字节 x 8 = 6016 位,IEC61850-9-1 / 2 /GOOSE报文长度,网络流量计算,基于61850-9-1规约的合并器的流量分析 按照每帧12个模拟量通道计算，一个合并器每秒种的数据流量： S = 984b
6、it/帧 50周波/s 80帧/周波 = 3.936Mbit/s； 基于61850-9-2LE规约的合并器的流量分析 按照每帧1点(12个模拟量通道)计算，一个合并器每秒种的数据流量： S = 159字节8bit/字节 50周波/s 80帧/周波 = 5.088Mbit/s； 基于61850-GOOSE规约的智能设备的流量分析 按照 T0=10秒 计算，一个智能设备每秒种的数据流量 S = 6016字节8bit/字节 ( 1秒/10)帧 = 0.048Mbit/s； 通常情况下，GOOSE流量和采样值流量比较，对网络带宽的影响基本可以忽略。,1）IEC61850-9-1 / 2 /GOOSE报
7、文流量,2）110kV数字化变电站工程组网流量仿真计算,电压等级：110kV 主变：X台XXMVA 主接线：110kV内桥， 10kV单母X分段 110kV线路：X回 10kV线路： XX回、 10kV电容器：X回、 10kV消弧线圈：X回、 10kV母分：X回 110kV线路保护使用一个合并器的数据：进线的电压、电流； 110kV桥分段使用一个合并器的数据：桥电流； 变压器保护使用5个合并器数据：高压进线电流、桥电流、低压分支1的电流、低压分支2的电流、桥电流； 母线保护使用5个合并器的数据：高压进线1电流、高压进线2电流、变压器1高压侧套管电流、变压器2高压侧套管电流、桥电流； 10kV采
8、用一体化开关设计，电子互感器直接提供信号给保护测控装置、电表。,3）110kV数字化变电站工程组网流量仿真计算,工程概况：,各个间隔网络流量分析：,4）间隔数据流量统计表,5）利用VLAN限制间隔网络流量,SMV采样帧/GOOSE数据帧 ARP请求：构建IP地址和MAC地址之间映射。 RIP：一种路由协议。 DHCP：自动获取设定IP地址的协议。 NetBEUI：Windows下使用的网络协议。 IPX：Novell Netware使用的网络协议。 Apple Talk：苹果公司的计算机使用的网络协议。,组网时可能的各种广播/多播源：,IEC61850建议的分组广播地址例子,简单网络情况下9-
9、2单独组网通信延时,每周期采样率为80个点并且12个合并器, 每一个都在发送采样值。 每一个9-2帧都是1272位长度 假设在所有12个合并器中采样都是同步进行的 12个帧将会以每1/(5080) 250s的间隔速度到达交换机 12个帧同时到达,在一个单独100Mbps端口汇聚9-2帧通信，选择配置使这个到接收者的100Mbps链路接近饱和:,L (best) = (1272 bits / 100M) + 7s 20s L (worst) = (1272bits 12 / 100M) + 7s 160s L = L (worst) - L (best) 160s - 20s 140s,一个9-2采样值帧的最好和最坏情况下延时、抖动分别是 :,* 注意：随后采样值的计算均采用这里的配置条件,