西南交通大学 硕士学位论文 基于IEC61850的变电站自动化系统设计 姓名：张陈 申请学位级别：硕士 专业：电气工程 指导教师：陈维荣：郭勤俭 20100501
西南交通大学 硕士学位论文 基于IEC61850的变电站自动化系统设计 姓名：张陈 申请学位级别：硕士 专业：电气工程 指导教师：陈维荣;郭勤俭 20100501
西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第1页 摘要 随着电网规模的不断扩大，现代电网运行的可靠性、安全性越来越依赖于电网控 制技术，作为电网控制系统基础的变电站自动化系统将承担着关键作用。 目前国内采用较多的是分布式变电站自动化系统，其特点是采用传统电磁互感器， 二次系统采用单元间隔的布置方式，而且接线比较复杂，装置之间相互独立，装置间 缺乏整体的协调和功能优化，站内信息不能共享，容易形成“信息孤岛”，系统扩展困 难，为了解决这些问题，国际电工委员会制定了EC61850变电站自动化系统统一通信 标准，极大的推动了数字化变电站的建设。 论文介绍了变电站自动化系统的发展现状和设计原则，分析了常规变电站自动化 系统的集中式、分层分布式体系结构和存在的不足。论文介绍了基于EC61850数字 化变电站的技术特征，详细介绍了数字化变电站基本架构体系，和基于EC61850标准 过程层数据采集、运行控制的非常规互感器、合并单元及智能断路器相关技术。论文 介绍了数字化变电站组网的基础技术，分析了数字化变电站二次系统点对点通信、过 程总线通信和站总线通信，详细分析了数字化变电站组网方案和网络冗余配置方案， 重点介绍了数字化变电站SNTP和EEE1588协议两种对时机制及其具体实施方案。 论文重点分析了EC61850标准中对实际ED装置进行建模的方法和具体步骤，最后以 变电站动力变保护装置WDB-892为例，对该装置进行具体的建模，并结合四川绵阳南 塔110kV变电站实例提出一种数字化变电站改造设计方案。 关键词：变电站自动化系统：正C61850;网络组网；ED建模：改造
西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第l页 摘 要 随着电网规模的不断扩大，现代电网运行的可靠性、安全性越来越依赖于电网控 制技术，作为电网控制系统基础的变电站自动化系统将承担着关键作用。 目前国内采用较多的是分布式变电站自动化系统，其特点是采用传统电磁互感器， 二次系统采用单元间隔的布置方式，而且接线比较复杂，装置之间相互独立，装置间 缺乏整体的协调和功能优化，站内信息不能共享，容易形成“信息孤岛”，系统扩展困 难，为了解决这些问题，国际电工委员会制定了IEC61850变电站自动化系统统一通信 标准，极大的推动了数字化变电站的建设。 论文介绍了变电站自动化系统的发展现状和设计原则，分析了常规变电站自动化 系统的集中式、分层分布式体系结构和存在的不足。论文介绍了基于IEC61850数字 化变电站的技术特征，详细介绍了数字化变电站基本架构体系，和基于IEC61850标准 过程层数据采集、运行控制的非常规互感器、合并单元及智能断路器相关技术。论文 介绍了数字化变电站组网的基础技术，分析了数字化变电站二次系统点对点通信、过 程总线通信和站总线通信，详细分析了数字化变电站组网方案和网络冗余配置方案， 重点介绍了数字化变电站SNTP和IEEEl588协议两种对时机制及其具体实施方案。 论文重点分析了IEC61850标准中对实际IED装置进行建模的方法和具体步骤，最后以 变电站动力变保护装置WDB一892为例，对该装置进行具体的建模，并结合四川绵阳南 塔110kV变电站实例提出一种数字化变电站改造设计方案。 关键词：变电站自动化系统；IEC61850；网络组网； IED建模：改造
西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第川页 Abstract With the expansion of power grid scale,the reliability and security of modem power system is increasingly depending on the power system control technology.As the base of power grid control system,substation automation system will play a key role. At present,most substation automation systems are distributed substation automation systems.In these systems,the traditional electromagnetic transformers are widely used.The arrangement mode of secondary system which has a complicated wiring is unit gap.The devices are mutual independent between each other and lack overall coordination and function optimization.In these systems,the information also cannot share between each device,then,the "information island"can easy to be formed.This kind of substation automation system is difficultly expanded.In order to solve these problems,the IEC61850 substation automation system communication standard has been made by the International Electrotechnical Commission which is greatly promoting the construction of digital substations. In this thesis,the development situation and design principles of substation automation system are introduced.The architecture and deficiency of conventional centralized, hierarchical distributed substation automation system are analyzed.Then,the technical features and the architecture of digital substation based on IEC61850 standard are introduced. The technologies of unconventional transformer,merging unit and intelligent breaker which are used to sampling data and controlling in process layer are analyzed.In this thesis,the basic networking technology of digital substation is introduced.The point to point communication,the process bus communication and the station bus communication of digital substation are analyzed.The schemes of network redundant configuration are detailed analyzed.Then,the thesis emphatically introduces the SNTP and IEEE 1588 protocol time calibration mechanism.In this thesis,the methods and concrete steps of modeling actual IED device in IEC61850 standard are detailed analyzed.Finally,the thesis models a specific device named WDB-892 which is a power transformer protection device in substation. Finally an reconstructive design scheme of digital substation are proposed based on NAN TA 110kV substation in Si Chuan. Keywords:substation automation system; IEC61850:networking;IED modeling; reconstruct
西南交通大学工程硕士研究生学位论文 第1 I页 Abstract Wim the expansion of power grid scale．the reliability and security of modem power system is increasingly depending on the power system control technology．As the base of power grid control system，substation automation system will play a key role． At present，most substation automation systems are distributed substation automation systems．In these systems，the traditional electromagnetic transformers are widely used．111e arrangement mode of secondary system which has a complicated wiring is unit gap．珏e devices are mutual independent between each other and lack overall coordination and function optimization．In these systems，the information alSO cannot share between each device，then,the“information island'’call easy to be formed．TbiS kind of substation automation system is difficultly expanded．In order to solve these problems，the IEC6 1 850 substation automation system communication standard has been made by the Intemational Electrotechnical Commission which is greatly promoting the construction of digital substations． In this thesis，the development situation and design principles of substation automation system are introduced．nle architecture and deficiency of conventional centralized． hierarchical distributed substation automation system are analyzed．Then,the technical features andthe architecture of digital substation based on IEC6 1 850 standard are introduced． 砀P technologies of unconventional transformer,merging unit and intelligent breaker which are used to sampling data and controlling in process layer are analyzed．In this thesis，the basic networking technology of digital substation is introduced．nle point to point communication，the process bus communication and the station bus communication of digital substation are analyzed．111e schemes of network redundant configuration are detailed analyze&Then,the thesis emphatically introduces the SNTP and IEEE 1588 protocol time calibration mechanism．In this thesis，the methods and concrete st印S of modeling acmal正D device in IEC6 1 850 standard are detailed analyzed．Finally,the thesis models a specific device named WDB．892 which is a power tmnsfofiner protection device in substation． Finally an reconstructive design scheme of digital substation are proposed based on NAN TA 1】OkV substation in Si Chuan． ‘ Keywords：substation automation system； IEC6 1 850； networking； IED modeling； reconstruct
西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1.保密0，在 年解密后适用本授权书： 2.不保密山，使用本授权书。 (请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名5， 指导老师签名： s呢羊 日期：1°.上1° 日期： 2010、.6:3
西南交通大学 囱爻逋罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1．保密口，在 年解密后适用本授权书； 2．不保密≤，使用本授权书。 (请在以上方框内打“√") 指导老师签名： 日期：
西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1.本论文分析了国内外数字化变电站的发展与研究现状：分析传统变电站自动化系统 分类及设计原则，分析传统变电站自动化系统和基于61850变电站自动化系统结 构，并进行优缺点比较。 2.分析基于EC61850的变电站自动化系统通信模式及组网方案，介绍数字化变电站 网络对时。 3.分析标准IED建模的思想与方法，以变电站动力变保护装置为例进行ED建模。 4.以四川绵阳南塔110kV既有变电站数字化改造为例，给出数字化变电站配置原则 及设备清单。 论文对适合运用项目工程有一定的指导意义。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 总库 日期：olo厂·2
西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1．本论文分析了国内外数字化变电站的发展与研究现状；分析传统变电站自动化系统 分类及设计原则，分析传统变电站自动化系统和基于61850变电站自动化系统结 构，并进行优缺点比较。 2．分析基于IEC61850的变电站自动化系统通信模式及组网方案，介绍数字化变电站 网络对时。 3．分析标准IED建模的思想与方法，以变电站动力变保护装置为例进行IED建模。 4． 以四川绵阳南塔110kV既有变电站数字化改造为例，给出数字化变电站配置原则 及设备清单。 论文对适合运用项目工程有一定的指导意义。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名： 、 ／ ‰佯 日期：,-30fo．J-．?口