1、智能配电变电站集成保护控制信息摘要：针对智能配电变电站站域保护控制通信的需求，基于 OPNET软件仿真建模，并基于实际开发的集成保护试验平台测试了过程总线多间隔信息共享的通信特性，分析了延时原因，给出了满足实时性和可靠性要求的最大跨间隔信息共享数量，提出了跨间隔信息共享通信的改进措施。该研究结果对智能变电站站域保护控制系统的实现奠定了通信基础。 关键词：智能变电站 集成保护与控制系统 中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 分布式新能源的大量馈入及用户供电质量的提高要求智能配电变电站提供更加灵活、快速、可靠的保护与控制功能。跨间隔信息的实时共享融合能有效提高变电站的
2、保护测控性制，但需要解决过程总线站域保护控制信息交换的高度实时性和稳定可靠性。 本文针对智能配电变电站站域保护控制通信的需求，基于 OPNET软件仿真建模，并基于实际开发的试验平台测试了过程总线多间隔信息共享的通信特性，分析了延时原因，给出了满足实时性和可靠性要求的最大跨间隔数，并提出了跨间隔信息共享通信的改进措施。 1 智能配电变电站站域保护控制通信需求分析 11 传统配电变电站综合自动化系统结构及功能 目前传统的变电站综合自动化系统均采用分层分布配置。系统按变电站的控制层次和对象设置全站控制(站控层)和就地单元控制(间隔层)的二层式分布控制系统结构。 站控层系统主要包括监控后台、远动通信管
3、理机和保护信息子站。监控后台采用现场测控网络与全站的测控装置相连接，实现全变电站的监控；通过测控装置或自动装置采集用于变电站当地监视和：降制的信息。保护信息子站通过 RS232485 通信接口或现场总线与保护装置、故障录波装置相连接接收保护装置运行状态信息以及故障波形，可对保护定值进行远方查看、修改，远方对装置实现信号复归。问隔层按站内一次设备面向对象的分布式配置，具有测量、控制元件或继电保护元件。控制元件负责该间隔的测量、监视、断路器的操作控制和闭锁以及事件顺序记录，保护元件负责该间隔器等设备的保护、故障记录等。 12 基于 IEC 61850的数字化变电站自动化典型结构 目前的基于 IEC
4、 61850的数字化变电站自自动化系统采用分层分布式结构和 IEC 61850全网络方案，整个系统分为变电站层、间隔层和过程层 3层。在过程层采用非传统互感器(电子式或光电式)以及智能操作箱，变电站所有装置的交流采样数据通过与合并单元(merging unit，MU)通信获得、通过过程层网络传输实时跳台闸和保护间配合信号，全站使用IEC 61850标准进行信息交互。 13 变电站自动化系统功能及需求分析 常规变电站与数宁化变电站综自系统的不同对比。与常规变电站相比，数字化变电站间隔层和变电站层的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的屯流、电压互感器、一
5、次设备以及次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤以太网通信等内容。 过程层跨间隔信息的共享利用相比于变电站层息的共享而言，具备数据共享控制实时性的鲜明特性：能够实现替代传统面向间隔配置的丰保护(馈线的二段式过电流保护、变压器的接地距离保护等)满足保护的动作网性要求；而目前基于变电站层数据通信的站域保护控制仅能实现实时性要求较低的站域后备保护、无功电压控制等功能。 基于过程层信息共享的站域保护控制能够实现针对并列运行变压器的横差保护、双回线无通道保护、针对多馈线的集成保护等，特别是针对分布式新能源人量馈入的变电站而言基于过程层信息共享实现站域低频减
6、载以及快速无功、电压控制，降低电力系统对接入风电场低电压穿越容量的要求，具有重要的研究价值。 2 考虑 SV数据共事的面向间隔组网的过程 总线信息共享特性仿真针对以上问题，基于 OPNET仿真软件，按照面向间隔的过程总线组网原则，将变电站过程总线分为 3类子网。 仿真选用模型来模拟保护测控单元、合并单元和智能断路器，数据链路为 100Mbitss。Mu 发送长度为 123字节的 SAV报文；过程层总线上的所有保护测控单元均接受所有 MU和智能断路器发来的信息报文。 14 个线路间隔子网：包括 2条 35kv进线、10 条 10kV馈线以及35、10kV 母联间隔。每个过程总线子网包括该线路的
7、MU、智能断路器、保护测控装置和一台交换机。 2 个变压器间隔子网：每个变压器间隔子网包括高低压侧的 2个MU、2 个智能断路器、2 个保护测控装置和 1台交换机。 2 个母线保护子网：35、10kv 母线保护子网由 35 kV(10 kV)母线保护装置通过 1个主交换机与 35 kV(10 kV)母联间隔以及 35 kV(10 kV)进线间隔交换机相连构成。 最大共享间隔数主要取决于数据交互经过的交换机数量及性能。交换机延时一般由 4部分组成： 存储转发延时(LSF)=报文长度带宽。对于 123字节的报文，千兆以太网交换机的存储转发延时=1238100s=984s。 交换机本身的算法延时，一
8、般来讲时间为 7s左右，根据交换机的不同型号，可能会有所改变。 3)线路传输延时与传输速率无关，对于 1 km长光纤，线路传输延时=1x1 000 m(0.673108ms)=5 s 。 4)报文排队延时与报文长度和网络负载有关。平均的报文排队延时=网络负载LSF(max)。按照 80点采样率计算，则有流量 L=50x80点123字节8 位=3936 Mbps，此时百兆以太网网络负载为 00394，平均报文排队延时为 T=00394984=0388 s。如果忽略线路传输延时，则交换机总延时为，T 总=984+7+0388=17228s。相同采样率下，如果采用 80字节报文的话，则可计算得到交换
9、机总延时为 1356s 3 结论 本文采用 OPNET软件仿真建模，并基于实际开发的集成保护试验平台测试了智能变电站过程总线多间隔信息共享的通信特性，给出了交换机传输延时的理论值 10s 和实测值 36s，并试验验证了误差主要是由合并单元的同步误差引起的。基于以上通信特性分析，论文探讨了满足实时性和可靠性要求的最大跨间隔信息共享数，并提出了改进集成保护性能的措施。本文的研究成果为智能变电站站域保护控制系统的实现奠定了基础。 4 参考文献 【1】粱才浩，段献忠分布式发电及其对电力系统的影响电力系统自动化，200l 【2】董新洲，丁繇刘琨。等基于本地信息的系统保护唧中国电机丁程学报，2010 【3】辛建波段献忠基 r优先级标签的变电站过程层交换式以太网的通信传输方案电网技术 2004
