基于數(shù)字化變電站SV報文通信可靠性問題研究

吳婷婷++李建坤++劉銘俊

摘 要：變電站是輸配電系統(tǒng)的重要組成部分。隨著數(shù)字變電站技術(shù)的不斷發(fā)展，電子式電流電壓互感器、合并單元、智能斷路器等數(shù)字化設(shè)備在實際中的應(yīng)用越來越多，過程層和間隔層之間大量的電纜連接將被串行光纖通信所取代，為集成保護的實現(xiàn)奠定了堅實基礎(chǔ)。制約集成保護發(fā)展應(yīng)用最大的問題是通信瓶頸。如何實現(xiàn)提高SV報文的穩(wěn)定性，解決SV報文通信不穩(wěn)定現(xiàn)象進行分析，查找原因，并找出解決的辦法使SV報文可靠的傳輸是一關(guān)鍵性問題。

關(guān)鍵詞：SV報文；通信；智能變電站；協(xié)議

引言

通信網(wǎng)絡(luò)是智能化變電站設(shè)計中一個重要組成部分。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是智能變電站內(nèi)智能設(shè)備之間、智能設(shè)備和其他系統(tǒng)、各系統(tǒng)之間信息交換的橋梁，它的可靠性和穩(wěn)定性直接關(guān)系到數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，隨著數(shù)字化變電站技術(shù)的不斷發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)在智能化變電站中的重要性越來越明顯。

1 通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求

隨著智能化變電站技術(shù)的不斷向前發(fā)展，對通信網(wǎng)絡(luò)的要求會越高，通信網(wǎng)絡(luò)必須有足夠的能力傳輸大量的實時電量數(shù)據(jù)、操作控制數(shù)據(jù)和故障錄波數(shù)據(jù)等等?？偟膩碚f，要實現(xiàn)智能化變電站集成保護，對通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求體現(xiàn)在以下幾點[1-2]：

（1）實時性。由于數(shù)字化變電站系統(tǒng)中需要進行大量的實時運行信息和實時操作控制信息，如過程總線上SV報文和GOOSE報文。這些報文實時性要求很高，報文應(yīng)及時送入保護裝置進行保護計算。否則保護裝置會拒跳或者誤跳。

（2）安全、可靠性。通信網(wǎng)絡(luò)故障不僅影響電網(wǎng)正常運行，可能還會給企業(yè)造成巨大經(jīng)濟損失，嚴重時甚至會危及工作人員的生命安全。因此通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常、安全、可靠運行是智能變電站設(shè)計時需要重點關(guān)注的問題。

2 提高SV報文通信可靠性的插值方法簡介

在GPS不能正常工作的情況下，而多個MU間晶振頻率不可能完全相同，經(jīng)一個固定的周期后，會出現(xiàn)失步。況且根據(jù)《IEC60044-8電子式電流互感器》標準，并不提倡對保護裝置到合并單元方向的命令（如調(diào)整采樣時刻命令）。為了保證在GPS不能正常工作的情況下仍保持同步采樣，可采取下面兩種方法：MU內(nèi)部提供對時，通過插值法實現(xiàn)，采樣值通過插值法在對側(cè)實現(xiàn)同步，從而無需調(diào)整采樣時刻；改變DM9000存儲方式。

3 插值法簡介

IEC61850標準同時建議在非同步采樣情況下，采用插值法實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。插值法是通過每個采樣間隔傳送一次采樣值補償兩段采樣時刻的延時，從而使對側(cè)數(shù)據(jù)保持同步。

有文獻提出可以用一種新的辦法實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，即通過采樣時間補償法。該方法不依賴于GPS同步，不調(diào)整采樣時間，僅通過補償采樣時間實現(xiàn)同步采樣值。

為了保持采樣時間同步，可讓一側(cè)MU給另一側(cè)MU提供對時信號。在傳輸過程中會產(chǎn)生延時，為消除這個延時時間，可以在兩個MU采樣時間基準值之間進行補償。計算過程見圖1。圖中橫線都為時間軸。

根據(jù)通信信道的插值法應(yīng)采用以下四個步驟：

MU1發(fā)送一個帶同步時間基準的脈沖信號；MU1收回這個脈沖信號，并測量傳輸延時時間tm；MU1將傳輸延時時間tm傳給MU2；對MU2進行時間補償

其中t1，t2，t3，…，tn，tn+1，…代表MU1采樣脈沖序列，而a1，a2，a3，…，an，an+1，…代表MU2采樣脈沖序列，“↑”表示采樣脈沖。在開始同步采樣前，由MU1在t1時刻向MU2發(fā)送一幀計算信號傳輸延時時間tm的命令信息，MU2收到報文后將命令碼和MU2接收本側(cè)命令信息所引起的延時tr在a3時刻一起傳送回MU1。由于兩個方向的信息傳送是通過同一路徑，可認為傳輸延時相同。td為MU1收回信號的時刻，那么就可以計算出傳輸延時時間：進而推斷MU2 a3時刻對應(yīng)MU1的td之前tm時間的tmc時刻。在t2與t3之間通過插值求得虛擬的tmc時刻采樣值，即tmc與MU2的a3同步。

由于兩側(cè)MU處理機制是對等的，通過插值計算MU1采用與MU2相同方法也可以得到同步采樣數(shù)據(jù)。

在插值環(huán)節(jié)中，插值同步法不可避免會造成一定的理論誤差。通過相關(guān)分析可以得到，在現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)條件下該誤差可以滿足繼電保護的要求。

4 結(jié)束語

通過對SV通信研究，得出以下結(jié)論：

（1）數(shù)字化變電站集成保護系統(tǒng)中一定需要對時系統(tǒng)，且須讓不同MU間采樣保持一個固定的間隔。這個間隔時間在現(xiàn)有的硬件平臺上需大于10.2us。

（2）MU裝置可采用內(nèi)部對時系統(tǒng)來應(yīng)對GPS出現(xiàn)故障這種情況。

（3）可提高集成保護裝置接收SV報文的速度，能盡量減少丟包。

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