智能變電站SV直采與GOOSE共網(wǎng)傳輸探究

曾慈文 孟曉光 王 曉 黎 志 劉令富

（湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410000）

智能變電站SV直采與GOOSE共網(wǎng)傳輸探究

曾慈文 孟曉光 王 曉 黎 志 劉令富

（湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410000）

文章基于SV直采技術(shù)及GOOSE共網(wǎng)傳輸機(jī)制對SV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)共網(wǎng)的可行性進(jìn)行探究，首先對SV直采以及GOOSE共網(wǎng)傳輸技術(shù)概念進(jìn)行分析，然后對智能變電站SV直采和GOOSE共網(wǎng)傳輸?shù)目尚行赃M(jìn)行研究，最后結(jié)合實例對該傳輸模式的實際應(yīng)用及效果進(jìn)行探究，為智能變電站的優(yōu)化配合與改造建設(shè)提供參考。

智能變電站；SV直采；GOOSE共網(wǎng)；可行性；共網(wǎng)傳輸機(jī)制

1 概述

基于我國廣泛建設(shè)智能變電站的大背景下，對110kV及以下電壓等級系統(tǒng)過程層智能終端以及合并單元裝置集成進(jìn)行研究。SV直采報文以及本間隔GOOSE保溫傳輸共享網(wǎng)口。220kV及以上系統(tǒng)從安全運(yùn)行的角度來說，要求過程層智能終端以及合并單元需要單獨設(shè)置，所以110kV及以下電壓等級系統(tǒng)中，需要基于原有SV直采鏈路上增設(shè)GOOSE報文傳輸，因為SV直采對于過程層設(shè)備的運(yùn)行具有十分嚴(yán)格的要求，在SV直采鏈路上進(jìn)行GOOSE報文傳輸會對間隔層設(shè)備以及過程層設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求，為此需要基于當(dāng)前的技術(shù)水平對SV直采與GOOSE共網(wǎng)傳輸進(jìn)行合理規(guī)劃。

2 SV直采與GOOSE共網(wǎng)技術(shù)概念分析

2.1 SV直采

與傳統(tǒng)基于IEC61850-9-2組網(wǎng)接入方式相比，SV直采無需設(shè)置間隔交換機(jī)，MU的數(shù)據(jù)信息可以得到有效保護(hù)，且MU為了保證電流信息無需同步脈沖信號，降低了對外部同步脈沖信號的要求，其工作原理如圖1所示：

圖1 直采直跳接線示意圖

母線上每個間隔內(nèi)均需要設(shè)置兩套互感器-采集器-合并單元，并且與保護(hù)裝置相對應(yīng)。合并單元MU數(shù)據(jù)是以點對點的方式與保護(hù)設(shè)備連接，每根光纖都可以傳輸支路三相電流。光纖中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采用發(fā)布/訂閱機(jī)制，每個合并單元均需要參考IEC61850-9-2幀結(jié)構(gòu)發(fā)送數(shù)據(jù)信息，每幀報文中都會包含站內(nèi)唯一Appid組號、Mac地址、VlanId、svID、ConRev、通道個數(shù)等。同時，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院桶踩?，保護(hù)裝置在接收數(shù)據(jù)過程中需要嚴(yán)格遵循上述信息標(biāo)簽以及信息體結(jié)構(gòu)進(jìn)行，只有保證結(jié)構(gòu)對應(yīng)才能保證信息的順利接收。

采用直采接入方式后，母線保護(hù)中，每個連接均有對應(yīng)的SV接入光口，這種直采模式對于母線保護(hù)提出了明確要求，即需要按照母線上設(shè)置的間隔數(shù)量設(shè)置相同數(shù)量的SV口。因為過程層采樣點為80，涉及的數(shù)據(jù)處理工作量較大，結(jié)合數(shù)據(jù)采集處理模塊的計算能力和設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)情況，通常單獨的數(shù)據(jù)采集模塊中處理板數(shù)量控制在12個以內(nèi)。如果依據(jù)母線上的最大連接元件進(jìn)行設(shè)計，那么兩個數(shù)據(jù)采集板即可完成數(shù)據(jù)采集工作。對此，本次研究設(shè)計方案中基于級聯(lián)原理設(shè)置了子板與主板，主板的主要作用是保護(hù)CPU使用，如圖2所示。同時對于雙母線接線，母線保護(hù)需要同時接入兩條母線的電壓。但是因為兩組母線電壓無需單獨進(jìn)行矢量運(yùn)算，且不需要判斷同期，因此兩組母線電壓無需將合并單元分離，由統(tǒng)一的合并單元接入保護(hù)即可。

圖2 數(shù)據(jù)采集處理級聯(lián)原理示意圖

2.2 GOOSE傳輸機(jī)制

GOOSE服務(wù)模型的應(yīng)用使得傳輸輸入、輸出數(shù)據(jù)值成為了顯示。特殊通信服務(wù)映射可采用特制的重傳方案，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽?，如圖3所示：

圖3 GOOSE重傳機(jī)制示意圖

圖3中，T0表示的是穩(wěn)態(tài)重傳延時；T1表示的是突變重傳延時1時限；T2表示的突變重傳2時限；T3表示的是突變重傳3時限。通常智能變電站工程中各數(shù)值的取值情況如下：T0＝5s，T1＝2ms，T2＝4ms，T3＝8ms。一般情況下，GOOSE報文每隔5s便會重新傳輸，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量較小，若發(fā)生意外故障，則可能會造成多個開關(guān)量信號發(fā)生位置變化，從而產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)流量。

3 SV網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)共網(wǎng)傳輸?shù)目尚行?/h2>

3.1 SV和GOOSE共網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分析

在智能變電站中，SV以及GOOSE數(shù)據(jù)是組播傳輸?shù)?，即在發(fā)送者以及每個接受者之間進(jìn)行點對多點的網(wǎng)絡(luò)傳輸，一個發(fā)送者可以將數(shù)據(jù)傳送給多個接受者，也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)包的復(fù)制。由此交換機(jī)將SV以及GOOSE數(shù)據(jù)廣播傳送，智能變電站中的智能設(shè)備均能接受到數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，后將其傳送至相應(yīng)的功能模塊。因此，SV以及GOOSE的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載會對變電站智能設(shè)備的運(yùn)行造成一定的影響。當(dāng)前一般智能變電站中，1個間隔的SV流量在5MB/s以下，一個間隔的GOOSE流量在0.1MB/s以下，若一個智能變電站的間隔數(shù)量為30，則整個變電站過程層的負(fù)載在150M以內(nèi)。若計入1000M網(wǎng)絡(luò)，過程層網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載在15%范圍內(nèi)，為交換機(jī)的工作提供了有利條件。但是不可忽略的是，對于保護(hù)或測控等設(shè)備來說，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量較大，需要采用適宜的技術(shù)措施降低過程層的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。對此可采用虛擬局域網(wǎng)或者是GARP組播注冊協(xié)議將過程層數(shù)據(jù)依據(jù)設(shè)置的間隔進(jìn)行分類，控制過程負(fù)載流量，這樣就會弱化其對于智能設(shè)備運(yùn)行的影響，提高了SV網(wǎng)與GOOSE網(wǎng)共網(wǎng)傳輸?shù)目赡苄浴?/p>

3.2 間隔層設(shè)備的處理能力分析

變壓器保護(hù)接入的間隔數(shù)據(jù)最多不大于4，若每個間隔依據(jù)5M/B的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，變壓器保護(hù)接入的數(shù)據(jù)流量為20M/B，若使用的是1000M的網(wǎng)卡，并采用獨立運(yùn)行的CPU對數(shù)據(jù)進(jìn)行護(hù)理，則變壓器保護(hù)運(yùn)行基本不會出現(xiàn)異常。對于母線差動保護(hù)來說，需要接入多個間隔，通常間隔數(shù)量不少于10，智能變電站可以采用多個CPU板同時運(yùn)行，每個CPU板接入一定量的間隔即可。

3.3 SV和GOOSE共網(wǎng)時的實時性分析

1臺交換機(jī)處理過程層數(shù)據(jù)的時間小于10μs，若智能變電站中共設(shè)立了10臺交換機(jī)，那么處理數(shù)據(jù)的最長時間為100μs，應(yīng)用處理時間在1ms以內(nèi)，過程層數(shù)據(jù)從發(fā)送至處理，其用時在2ms以內(nèi)。過程層數(shù)據(jù)傳送鏈路中，網(wǎng)卡的處理時間和智能設(shè)備應(yīng)用模塊的處理時間一定是固定不變的，交換機(jī)的存儲信息以及發(fā)送延時均和交換機(jī)自身的性能有著直接聯(lián)系。當(dāng)前1000M的交互在存儲空間全部用完其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的延時也在1μs以內(nèi)，因此SV直采與GOOSE傳輸共網(wǎng)后，數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，且同時可以通過VLAN以及GMRP技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)過程層數(shù)據(jù)的相互隔離，弱化了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。

3.4 過程層網(wǎng)絡(luò)故障后的影響以及處理

當(dāng)智能變電站SV直采與GOOSE傳輸共網(wǎng)后，若該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)生了運(yùn)行故障，造成采樣失效或跳閘問題，則會引發(fā)十分嚴(yán)重的后果。為了有效解決該問題，可以采用如下方法：第一，采用雙網(wǎng)冗余；第二，適量減少交換機(jī)的端口數(shù)量。因為雙網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性較高，若同時減少端口數(shù)量，則可以有效降低運(yùn)行故障發(fā)生的可能性。

4 工程實例分析

4.1 工程簡況

某220kV變電站情況如下：220kV雙母單分段，110kV雙母單分段，10kV單母分段。共有主變壓器兩臺，220kV出線兩回，110kV出線6回，電容器組共有6臺。該變電站互感器為光纖數(shù)字量輸出電子式互感器，對時服務(wù)器為GPS，采用IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對時協(xié)議。本工程過程層網(wǎng)絡(luò)如圖4所示：

圖4 某工程過程層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 過程層交換機(jī)配置方案

220kV線路間隔采用獨立的網(wǎng)段形式，并接入獨立交換機(jī)。主變?nèi)齻?cè)為一個大間隔，將其看作一個整體設(shè)置為獨立的網(wǎng)段，采用獨立交換機(jī)。每個電壓等級均是由一臺公用交換機(jī)，連接該電壓等級時對應(yīng)的母線保護(hù)、PT合并單元、間隔對應(yīng)的交換機(jī)等均與公共交換機(jī)對應(yīng)端口相連接。GOOSE網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)開關(guān)量數(shù)據(jù)傳輸。該變電站的網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)構(gòu)共設(shè)有兩個層級，每個間隔都配有一臺交換機(jī)，每個電壓等級也配有一臺公共交換機(jī)。

4.3 測試結(jié)果

該變電站連續(xù)2d進(jìn)行運(yùn)行檢測，結(jié)果證明過程層設(shè)備直采SV報文發(fā)送間隔的誤差在1μs以內(nèi)，間隔層設(shè)備直采SV報文時標(biāo)的誤差在2μs以內(nèi)，運(yùn)行良好。

5 結(jié)語

綜上所述，本文提出了SV直采和GOOSE共網(wǎng)傳輸方案，該方案在實際落實過程中無需改變硬件結(jié)果，只需在過程層設(shè)備保證SV發(fā)送時刻準(zhǔn)確的情況下對傳輸通道進(jìn)行充分利用便可實現(xiàn)實時控制，解決了傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)SV和GOOSE報文造成了重采樣混亂問題。經(jīng)運(yùn)行檢驗發(fā)現(xiàn)該方案可行性較高、運(yùn)行情況良好，對于智能變電站的改造建設(shè)具有積極意義。

[1]肖凡，代煥利，魯春華，等．智能變電站過程層SV與GOOSE共網(wǎng)的交換機(jī)配置[J]．電氣開關(guān)，2016，54（1）.

[2]倪益民，楊松，樊陳，等．智能變電站合并單元智能終端集成技術(shù)探討[J]．電力系統(tǒng)自動化，2014，38（12）.

[3]王曉晨，黃繼東．基于直采直跳模式的智能變電站的母線保護(hù)應(yīng)用研究[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（19）.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）

TM73

1009-2374（2017）12-0247-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.126

曾慈文（1987-），女，湖南省電力公司檢修公司工程師，碩士，研究方向：繼電保護(hù)。

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