以EPON通信技術(shù)為基礎(chǔ)的智能變電站保護(hù)控制技術(shù)探討

茍曉杰

?

以EPON通信技術(shù)為基礎(chǔ)的智能變電站保護(hù)控制技術(shù)探討

茍曉杰

南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇 南京 211000

對(duì)當(dāng)前智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的基本特征與技術(shù)要求進(jìn)行了分析，同時(shí)考慮到如果選擇以太網(wǎng)交換機(jī)組網(wǎng)，會(huì)存在設(shè)備造價(jià)過高的問題，提出了將EPON技術(shù)應(yīng)用到智能變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，并對(duì)此時(shí)的通信系統(tǒng)效果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該方案的實(shí)行是具有較強(qiáng)的實(shí)踐優(yōu)勢(shì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)更加穩(wěn)定、可靠的寬帶傳輸，能夠滿足實(shí)際的應(yīng)用需求。

EPON通信技術(shù)；智能變電站；保護(hù)控制；探討

引言

EPON（Ethernet Passive Optical Network）是一種光纖接入網(wǎng)技術(shù)，目前在電信寬帶、以及網(wǎng)吧建設(shè)等方面都具有十分廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也初步開始應(yīng)用于電力系統(tǒng)自動(dòng)化業(yè)務(wù)之中。由于該技術(shù)在智能家居、電動(dòng)汽車充換電站方面具有的良好發(fā)展前景，本文結(jié)合智能變電站保護(hù)控制的功能技術(shù)要求以及在過程層通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)方面具有的基本特征，將EPON技術(shù)引入到智能電站防控系統(tǒng)中，基于此設(shè)計(jì)了技術(shù)仿真平臺(tái)，同時(shí)結(jié)合一個(gè)典型智能變壓器其差動(dòng)保護(hù)功能的具體實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了分析研究，對(duì)其進(jìn)行了評(píng)測(cè)，對(duì)其中的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了分析[1]。

1 業(yè)務(wù)分析

1.1 通信業(yè)務(wù)特點(diǎn)

數(shù)據(jù)分散采集、功能集中處理，這是智能變電站防控系統(tǒng)設(shè)備的基本工作模式。即SV采樣值數(shù)據(jù)經(jīng)過過程層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分散采集然后進(jìn)行傳輸，隨后對(duì)繼電保護(hù)功能進(jìn)行運(yùn)算，再通過智能終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)跳閘操作。智能變電站信息傳輸中，通過使用了具有較好抗干擾性的光纖介質(zhì)傳輸。如果其過程層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)是通過EPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，則在護(hù)士系統(tǒng)冗余的情況下，整個(gè)通信系統(tǒng)想要實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)之間的有效通信，所需的設(shè)備僅為分光器、OLT各一臺(tái)，以及若干ONU就可實(shí)現(xiàn)。如果EPON技術(shù)能夠滿足智能變電站的技術(shù)要求，即能夠確保信息傳輸?shù)目煽啃浴?shí)時(shí)性，則這種組網(wǎng)構(gòu)架是更具成本優(yōu)勢(shì)的。因此，研究EPON技術(shù)基礎(chǔ)上的智能變電站防控技術(shù)是十分必要的，且具有重要的現(xiàn)實(shí)意義的[2]。

1.2 關(guān)鍵通信指標(biāo)

（1）網(wǎng)絡(luò)流量

一般在站控層網(wǎng)絡(luò)中需要進(jìn)行的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息是相對(duì)較少的，網(wǎng)絡(luò)流量的需求通過100M以太網(wǎng)就能夠有效的滿足，而對(duì)于GOOSE、采樣值報(bào)文而言，由于其對(duì)實(shí)時(shí)性具有更高的要求，因此，會(huì)產(chǎn)生較大的網(wǎng)絡(luò)流量。這就要求在實(shí)際的智能變電站設(shè)計(jì)中，需要對(duì)兩者的組網(wǎng)模式以及網(wǎng)絡(luò)劃分進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，需要對(duì)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行有效的評(píng)估。

（2）網(wǎng)絡(luò)帶寬

所謂網(wǎng)絡(luò)寬帶指的是，網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)相對(duì)固定的時(shí)間范圍內(nèi)，能夠通過的數(shù)據(jù)的最大位數(shù)，類似于高速公路寬度，如果越寬則在同一時(shí)刻能夠共同行駛的車輛數(shù)目就越多，如果網(wǎng)絡(luò)寬帶越大，則說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)中能夠通過的數(shù)據(jù)信息就會(huì)越多。所以，通過會(huì)用寬帶來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力進(jìn)行分析，是評(píng)價(jià)其傳輸能力的重要指標(biāo)，基本單位為bit/s。當(dāng)前，應(yīng)用較為普遍的以太網(wǎng)為100 Mbit/s[3]。

（3）GOOSE 傳輸時(shí)延

GOOSE能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的快速傳遞，是智能變電站所特有的。在智能變電站中需要進(jìn)行保護(hù)跳閘或是聯(lián)閉鎖的時(shí)候，對(duì)傳輸性能具有較高的要求。

2 EPON 技基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的繼電保護(hù)控制設(shè)計(jì)

當(dāng)前，在變電站設(shè)計(jì)中，其過程層工業(yè)主要是通過以太網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。保護(hù)控制設(shè)備中都有以太網(wǎng)接口，需要進(jìn)行戶外安裝的控制設(shè)備也大部分是以以太網(wǎng)口的方式實(shí)現(xiàn)的。如果將采用EPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)其過程層的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，也就是說(shuō)將以太網(wǎng)交換機(jī)用EPON設(shè)備進(jìn)行替代，包括了分光器、ONU等，同樣的對(duì)于各個(gè)單元保護(hù)控制設(shè)備而言，其需要配備EPON通信接口，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最簡(jiǎn)單方法就是將“以太網(wǎng)——EPON”轉(zhuǎn)換接口板加入到原來(lái)的以太網(wǎng)通信板中，這種轉(zhuǎn)換接口類似于ONU設(shè)備，可以認(rèn)為是ONU的內(nèi)置設(shè)計(jì)。同時(shí)可以采用“內(nèi)部總線直連”的方式，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)通信傳輸效率的有效提升，比如傳輸數(shù)據(jù)不需要經(jīng)過以太網(wǎng)進(jìn)行中間轉(zhuǎn)換，而是可以通過PCIE直接轉(zhuǎn)換成為EPON通信接口形式。

3 EPON基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)仿真平臺(tái)

3.1 平臺(tái)基本結(jié)構(gòu)

本文專門設(shè)計(jì)了仿真技術(shù)平臺(tái)，對(duì)于EPON技術(shù)上的智能變電站防控系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試與分析。

3.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用現(xiàn)有的技術(shù)支持條件，通過在數(shù)字化設(shè)備中掛接ONU實(shí)現(xiàn)對(duì)EPON設(shè)備接入的有效模擬，MU-H/M/L合并器會(huì)依據(jù)保護(hù)條件的不同模擬主變?nèi)齻?cè)采樣值，在滿足相關(guān)動(dòng)作條件的要求下，WBH主變差動(dòng)保護(hù)能夠利用ONU、OLT，向DBU發(fā)出GOOSE跳令，并且對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程進(jìn)行全程的記錄和分析。對(duì)于保護(hù)正確動(dòng)作、GOOSE時(shí)延等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行了觀察分析。在本仿真實(shí)驗(yàn)中，并未考慮時(shí)鐘同步問題，采取的是虛擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式。通過WBH主變差動(dòng)保護(hù)中的NPI運(yùn)算單元進(jìn)行的時(shí)延補(bǔ)償能夠?qū)崿F(xiàn)采樣值采樣值的同步計(jì)算[4]。

3.3 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用網(wǎng)絡(luò)方式的時(shí)候，變壓器能夠進(jìn)行正確的保護(hù)動(dòng)作，當(dāng)為80采樣點(diǎn)的時(shí)候，通常其采樣離散度能夠達(dá)16點(diǎn)，允許的延遲時(shí)間為16×250 us=4 ms。

（2）通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)分析GOOSE傳輸時(shí)間。兩個(gè)網(wǎng)口可以利用變壓器保護(hù)（NPI807）在同一時(shí)刻實(shí)現(xiàn)兩個(gè)GOOSE包的發(fā)送，變電站跨間隔保護(hù)控制GOOSE信息具有的傳輸時(shí)間則以采集6和采集7表示，保護(hù)間隔內(nèi)的GOOSE信息傳輸時(shí)間以采集6和采集8間的傳輸時(shí)延表示。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用EPON通信技術(shù)，在過程層數(shù)據(jù)傳輸方面達(dá)到的SV離散度等方面，還不能有效滿足繼電保護(hù)的相關(guān)業(yè)務(wù)要求；通過虛擬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，變電站過程層的控制功能還難以有效實(shí)現(xiàn)；通過網(wǎng)絡(luò)方式結(jié)合MU間時(shí)鐘同步與打時(shí)間標(biāo)簽，對(duì)于繼電保護(hù)的基本防控功能是可以充分實(shí)現(xiàn)的。

[1]任雁銘，操豐梅.IEC 61850新動(dòng)向和新應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013（2）：85.

[2]任雁銘，操豐梅，張軍.IEC 61850 Ed 2.0技術(shù)分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013（3）：29.

[3]李欣，李軼婷.基于DLNA數(shù)字媒體適配器的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012（20）：44.

[4]楊威，朱珍民，陳援非，胡艷萍. 遠(yuǎn)程訪問UPnP網(wǎng)絡(luò)的方法與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2012（5）：58.

Intelligent substation protection control technology based on EPON communication technology

Gou Xiaojie

Nanjing NARI Group Corporation, Jiangsu Nanjing 211000

In this paper，basic characteristics and technical requirements of the smart substation network communication system is analyzed，taking into account if the choice of Ethernet switching unit network，there will be problems of equipment cost is too high，the EPON technology will be applied to the network system of smart substation，and the effect of the communication system are analyzed，the results show that the scheme the implementation has strong practical advantages，can realize the broadband transmission more stable and reliable，can meet the needs of practical applications.

EPON communication technology； intelligent substation； protection control； discussion

TM63；TM76

A

1009-6434（2016）12-0091-02

茍曉杰（1984—），男，漢族，籍貫（精確到市）為陜西省寶雞市，當(dāng)前職稱為初級(jí)，學(xué)歷本科，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>