數(shù)字化變電站中繼電保護(hù)信息傳輸結(jié)構(gòu)分析

摘要：針對數(shù)字化變電站中基于IEC61850統(tǒng)一通信規(guī)約的基礎(chǔ)上，提出了三種數(shù)字化變電站分層方式，即變電站信息傳輸?shù)倪^程總線結(jié)構(gòu)。本文主要介紹了繼電保護(hù)信息在不完全數(shù)字化變電站分層模式中的過程總線結(jié)構(gòu)，重點說明了間隔層和過程層之間的繼電保護(hù)信息傳輸方法。

關(guān)鍵詞：IEC61850 數(shù)字化變電站 過程總線 繼電保護(hù)

中圖分類號：TM58 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0071-01

作為電網(wǎng)信息的中間站關(guān)于變電站自動化信息系統(tǒng)的發(fā)展迅速，經(jīng)歷了集中式變電站、分散式變電站、集中和分散集合式變電站、數(shù)字化變電站等多個階段。數(shù)字化變電站作為信息互操作的現(xiàn)代化變電站，實現(xiàn)了以光纖通信代替普通電纜通信以及站內(nèi)電氣設(shè)備間信息共享。數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站的最大區(qū)別就是基于IEC61850通信規(guī)約的分層式的網(wǎng)絡(luò)傳輸模型，大量的數(shù)字化智能化一次設(shè)備的應(yīng)用，以及非常規(guī)互感器的廣泛使用，使得數(shù)字化傳輸?shù)男枨笤絹碓酱?。繼電保護(hù)信息是變電站安全運行的重要信息，而數(shù)字化變電站中通過過程總線實現(xiàn)了繼電保護(hù)信息的傳輸共享。本文以數(shù)字化變電站為研究對象，通過對過程總線的分析，分析了繼電保護(hù)信息在數(shù)字化變電站中的傳輸實現(xiàn)和優(yōu)勢[1]。

1 分層式數(shù)字化變電站

數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站的最大區(qū)別就是基于IEC61850通信規(guī)約的分層式的網(wǎng)絡(luò)傳輸模型。由于大量的數(shù)字化智能化一次設(shè)備的應(yīng)用，以及非常規(guī)互感器的廣泛使用，使得數(shù)字化傳輸?shù)男枨笤絹碓酱?。IEC61850通訊規(guī)約是專門為數(shù)字化變電站的推廣而定義的國際統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)，該協(xié)議就是為了變電站數(shù)字化信息傳輸控制而規(guī)定的。目前，各電網(wǎng)公司、電氣設(shè)備制造商和軟件開發(fā)商等都以此規(guī)定為基礎(chǔ)，為變電站數(shù)字化的發(fā)展提供了良好的服務(wù)，最終實現(xiàn)變電站信息的無縫連接。IEC61850通訊規(guī)約的特點是采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型對設(shè)備信息節(jié)點獨立描述，構(gòu)建出數(shù)字化變電站分層式的網(wǎng)絡(luò)傳輸模型。數(shù)字化變電站在IEC61850的通訊規(guī)約下可分為站控層、間隔層和過程層的分層式傳輸模型。

基于IEC61850通訊規(guī)約，目前數(shù)字化改造過程中有三種分層式傳輸模型：

（1）僅站控層遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的不完全數(shù)字化變電站。一次設(shè)備的信息傳輸仍然采用傳統(tǒng)的互感器和開關(guān)，僅二次保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。（2）在繼承方案一的基礎(chǔ)上，遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，采用非常規(guī)互感器的不完全數(shù)字化變電站；間隔層設(shè)備通過“過程層網(wǎng)絡(luò)”接收采樣及狀態(tài)量數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多個間隔層設(shè)備間數(shù)據(jù)共享；對于過程層網(wǎng)絡(luò)，既可以是一個簡單網(wǎng)絡(luò)，也可在同一物理網(wǎng)上根據(jù)需要設(shè)子網(wǎng)，能夠靈活組網(wǎng)。（3）在繼承方案二的基礎(chǔ)上，遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，采用非常規(guī)互感器和智能一次設(shè)備的完全型數(shù)字化變電站；在繼承方案二的基礎(chǔ)上，一次設(shè)備采用電子式互感器和智能開關(guān)，二次保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)完全數(shù)字化即智能化。由于某些智能開關(guān)技術(shù)上還沒達(dá)到運行標(biāo)準(zhǔn)，因此方案三只是作為目前數(shù)字化變電站的發(fā)展方向提出，在大多數(shù)的數(shù)字化變電站當(dāng)中選擇的是第二種方案。其中，過程總線指的就是過程層與間隔層之間的串行通信。

2 數(shù)字化變電站中繼電保護(hù)信息的過程總線結(jié)構(gòu)

數(shù)字化變電站中過程層的作用是使間隔層中的繼電保護(hù)裝置、電表和故障錄波器獲得一次設(shè)備的信息，同時接受間隔層設(shè)備的控制命令。過程層中的設(shè)備主要包括智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device）、常規(guī)開關(guān)和智能單元等。過程層設(shè)備具備自動檢測和自動描述的功能。在過程層的合并單元、智能單元與間隔層設(shè)備間定義了基于IEC61850通信規(guī)約的兩種采樣值傳輸方式：IEC61850-9-1（點對點傳輸）和IEC61850-9-2（網(wǎng)絡(luò)傳輸），這兩種方式是過程總線的信息映射標(biāo)準(zhǔn)。

IEC61850-9-1通信標(biāo)準(zhǔn)的采樣值傳輸方式與間隔層設(shè)備之間通過光纖一對一連接，需要在過程層鋪設(shè)大量的光纜，不僅會造成合并單元的不靈活安裝而且還不便于運行維護(hù)，作為目前數(shù)字化變電站常運用的標(biāo)準(zhǔn)，點對點的缺點已經(jīng)日益顯現(xiàn)。IEC61850-9-2是基于混合協(xié)議棧的抽象模型，應(yīng)用這種傳輸方式光纜的鋪設(shè)量大幅減少，其各數(shù)據(jù)在過程層上實現(xiàn)了共享，對母差、主變等保護(hù)不需再加裝其他的數(shù)據(jù)處理單元，并且全面支持ASIC模型，為智能化變電站的發(fā)展奠定了通信基礎(chǔ)[2]。如圖1所示是以IEC61850-9-2為通信標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站過程層配置圖，互感器將一次采樣信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，通過光纖接入合并單元（Merging unit），合并單元再將接收到的各采集器數(shù)據(jù)進(jìn)行同步綜合處理，最后提供給間隔層的保護(hù)、測控和計量等設(shè)備。數(shù)字化變電站間隔層內(nèi)是保護(hù)裝置，間隔層在對本層實時數(shù)據(jù)匯總的同時，對一次設(shè)備實施保護(hù)控制功能，并且在過程層和站控層之間起到承上啟下的高速網(wǎng)絡(luò)通信功能。合并單元是過程層互感器信息向間隔層監(jiān)測、保護(hù)等設(shè)備傳輸?shù)闹匾獦蛄?。合并單元包含了互感器接口，保護(hù)測控裝置接口和同步功能端等[3]。

3 結(jié)語

鑒于數(shù)字化變電站硬件設(shè)備的發(fā)展情況，目前較為廣泛應(yīng)用的是不完全數(shù)字化變電站的過程總線結(jié)構(gòu)，其中間隔層和過程層之間的信息過程總線傳輸采用了IEC61850-9-1（點對點傳輸）或IEC61850-9-2（網(wǎng)絡(luò)傳輸）的映射模式，為繼電保護(hù)等間隔層信息的變電站傳輸共享提供了保證[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊麗.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)過程總線結(jié)構(gòu)研究[J].電力自動化設(shè)備，2010，30（8）.

[2] 陳飛.500kV變電站時間同步系統(tǒng)設(shè)計[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，28（22）.

[3] 李鐵成.數(shù)字化變電站GOOSE網(wǎng)絡(luò)故障分析及處理[J].河北電力技術(shù)，2009（增刊28）.

[4] 王志鵬.晉中電網(wǎng)電壓和無功現(xiàn)狀分析以及改進(jìn)建議[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2010，31（4）.