集成式中低壓數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

摘 要：通過(guò)對(duì)中低壓變電站和變電站執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了集中式變電站的保護(hù)裝置，設(shè)計(jì)出了集成式的數(shù)字變電站系統(tǒng)。建立了集成式數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的整個(gè)構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)了集成式中壓數(shù)字化變電站自動(dòng)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，為集成式的數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了可供參考的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵字：集成式 中低壓 數(shù)字化變電站 自動(dòng)化系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（b）-0108-01

數(shù)字化變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一次和二次設(shè)備信息的綜合利用，傳統(tǒng)的變電站難以負(fù)荷現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理模式，實(shí)現(xiàn)了集成式中低壓數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用。

1 集成式變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)

集成式的中低壓數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)以傳統(tǒng)的中低壓變電站特征為基礎(chǔ)，并將IEC 61850理念融入到傳統(tǒng)的中低壓變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，IEC 61850理念在IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，并且利用通用事件網(wǎng)，來(lái)采集系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)，這樣配電網(wǎng)的跳閘功能就收到了保護(hù)，配電站耶同時(shí)建立了全站的集中保護(hù)和控制體系。這個(gè)數(shù)字化變電站通過(guò)分散保護(hù)建立了裝置的集成模式，達(dá)到了合并單元和智能操作箱的目的，而沒(méi)有使用數(shù)字變電站典型設(shè)備中常使用的合并單元、智能操作箱。不僅建立了傳統(tǒng)的控制單元和后臺(tái)連接體系，分散保護(hù)裝置還利用數(shù)據(jù)收集把對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)送到集中裝置中。

2 實(shí)現(xiàn)過(guò)程層采樣

在現(xiàn)在的行業(yè)中，通常都是利用IEC 60044-7/8以及9-1的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行單元合并，來(lái)實(shí)現(xiàn)采集數(shù)字化變電站過(guò)程的數(shù)據(jù)。合并單元將數(shù)據(jù)用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的形式發(fā)送到間隔層裝置，數(shù)字化變電站在目前建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)中也有過(guò)程層總線的方式，而和其他的標(biāo)準(zhǔn)相比不同的，就是這種方式的報(bào)文格式。

35 kV變電站中，大部分保護(hù)裝置將其安裝到開(kāi)關(guān)柜上，由此能有效節(jié)約輸電線路中所使用的輸電纜線。而這個(gè)類(lèi)型的中低壓變電站，若是使用合并單元采集過(guò)程當(dāng)中的數(shù)據(jù)，將增加數(shù)字變電站的運(yùn)行費(fèi)用以及維護(hù)的費(fèi)用。由此可針對(duì)自動(dòng)化數(shù)字變電站的實(shí)際狀況，在保證了正常的測(cè)控功能的前提下，加入了相應(yīng)的數(shù)字化變電站采樣數(shù)據(jù)的功能。在開(kāi)關(guān)柜上保護(hù)了測(cè)控裝置的交流采樣板以電纜采集模擬量之后，所中斷的采樣值按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，而后根據(jù)以太網(wǎng)發(fā)送到集中式的保護(hù)裝置中。并且現(xiàn)有分散保護(hù)測(cè)控裝置都有32點(diǎn)采樣模式，由此以這樣的標(biāo)準(zhǔn)也是每個(gè)周期為32點(diǎn)，能直接被集中式保護(hù)裝置所使用，并不需要進(jìn)行額外的插值運(yùn)算。

3 GOOSE

GOOSE通過(guò)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中符合變電站自動(dòng)化系統(tǒng)快速報(bào)文需求機(jī)制。可將GOOSE應(yīng)用到跳閘、合閘以及閉鎖等實(shí)時(shí)性要求較高的情況，GOOSE通信一般以以太網(wǎng)的組播技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)相應(yīng)的規(guī)定了解到，GOOSE信號(hào)的通信延遲小于4 ms，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性以及可靠性，在GOOSE傳輸報(bào)文的同時(shí)不應(yīng)進(jìn)行回執(zhí)確認(rèn)，而是使用順序重發(fā)的機(jī)制進(jìn)行。同時(shí)GOOSE報(bào)文在

GOOSE報(bào)文在發(fā)送和接收端沒(méi)有經(jīng)過(guò)TCP/IP協(xié)議，而是直接將報(bào)文映射到數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層，有效減少了報(bào)文傳輸?shù)难訒r(shí)，保證了傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

當(dāng)前，多數(shù)GOOSE廠家的實(shí)時(shí)裝置都由實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)保證的，例如VxWorks系統(tǒng)?？筛鶕?jù)當(dāng)前成熟的分散裝置系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，同時(shí)還應(yīng)綜合考慮到數(shù)字信號(hào)處理器的實(shí)時(shí)性特征，一般采樣硬中斷能夠及時(shí)并且準(zhǔn)確的啟動(dòng)，例如32CPLH3uahu0NKor4Ihrkvxw==點(diǎn)采樣，在一個(gè)周期內(nèi)2個(gè)中斷之間的時(shí)間間隔為625/s。那么這樣的一個(gè)硬中斷能滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

4 集中式保護(hù)測(cè)控

數(shù)字換變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，集中式的保護(hù)測(cè)控裝置有著十分重要的作用。集中式的保護(hù)裝置未對(duì)保護(hù)原理進(jìn)行一定程度的改進(jìn)，一個(gè)方面是沒(méi)有考慮到項(xiàng)目的實(shí)際狀況，另一個(gè)方面則是針對(duì)中低壓保護(hù)也沒(méi)有進(jìn)行原理改進(jìn)的必要。此外，集中式的保護(hù)方式受到了一定的條件限制，同時(shí)沒(méi)有采用工控機(jī)對(duì)所有間隔進(jìn)行及時(shí)的處理，并且使用了多個(gè)CPU板并行處理完成了所有間隔的處理，同時(shí)也使用了多個(gè)CPU板并行處理實(shí)現(xiàn)對(duì)間隔的保護(hù)。每個(gè)CPU的空間僅僅限定在程序內(nèi)部，當(dāng)前的系統(tǒng)也僅僅只能處理幾個(gè)間隔。雖然結(jié)果如此，當(dāng)在實(shí)際的功能上，依舊實(shí)現(xiàn)了集成。也就是一個(gè)CPU板實(shí)現(xiàn)了多條線的跳閘控制以及多個(gè)間隔的保護(hù)。實(shí)際上也就是，將過(guò)程數(shù)據(jù)的獲取和跳閘的命令控制是通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。由此在很大程度上降低了數(shù)字化自動(dòng)化變電站的構(gòu)建以及系統(tǒng)維護(hù)的成本，同時(shí)也滿足了數(shù)字化變電站的相應(yīng)要求。

數(shù)字換的集中式保護(hù)裝置是通過(guò)CPU板、電源板以及PowerPC板三個(gè)部分構(gòu)成的。PowerPC板實(shí)際上也就是數(shù)據(jù)接收裝置，負(fù)責(zé)接收數(shù)字化變電站所收集的采樣數(shù)據(jù)。當(dāng)前所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的PowerPC板的最大接收范圍是16臺(tái)分散裝置的采樣數(shù)據(jù)。并將這16臺(tái)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行整理組合之后以高速串行總線的發(fā)送方式，將所收集到的采樣數(shù)據(jù)發(fā)給總線板上的CPU板。各個(gè)CPU板根據(jù)其不同的需求獲得不同地址上的數(shù)據(jù)，這時(shí)候就實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)意義上的數(shù)據(jù)采樣功能。集中式的裝置內(nèi)部是基于高速串行總線的方式發(fā)送采樣數(shù)據(jù)，高速總線氛圍A、B兩個(gè)總線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，由此可發(fā)送出去較大長(zhǎng)度的報(bào)文，從而有效提高了集中式保護(hù)裝置的性能。

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