智能變電站通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性研究

顧林 陳剛

(國(guó)電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 211106)

智能變電站通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性研究

顧林 陳剛

(國(guó)電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 211106)

智能變電站通信系統(tǒng)是智能變電站正常工作的重要保證,對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有重要意義。通信系統(tǒng)最重要的兩大性能就是實(shí)時(shí)性和可靠性,同時(shí)這兩大性能也決定著智能變電站的可用性。通過對(duì)智能變電站通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性的研究,為提高智能變電站通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性提供參考,促進(jìn)智能變電站的進(jìn)一步發(fā)展。

智能變電站 通信系

1 引言

現(xiàn)在,人們的日常生活水平不斷提高,從而對(duì)電網(wǎng)的要求也不斷提高,只有更為安全、穩(wěn)定、可靠的電網(wǎng)才能滿足人們的生活需求。智能變電站具有高穩(wěn)定性、可靠性、安全性等特點(diǎn),是今后電力發(fā)展的必然趨勢(shì)。通信系統(tǒng)對(duì)于智能變電站是非常重要的,是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保證。加強(qiáng)智能變電站通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的研究對(duì)于我國(guó)的電力發(fā)展非常重要。

2 智能變電站

與傳統(tǒng)變電站相比智能變電站具有明顯優(yōu)勢(shì),智能變電站最典型的特征是智能化,這也是它的最大優(yōu)勢(shì)所在。智能變電站的特點(diǎn)主要有以下三個(gè)。

第一點(diǎn)。智能變電站實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備的數(shù)字化。智能變電站使用光電式互感器和電子式互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)中的電磁式互感器。智能變電站通過新型互感器的數(shù)字式光纖以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)站內(nèi)站外的設(shè)備的連接,最終實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備數(shù)字化。

第二點(diǎn)。智能變電站實(shí)現(xiàn)了二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化。不同于傳統(tǒng)變電站利用電纜為媒介,智能變電站中的二次設(shè)備加裝對(duì)外光纖網(wǎng)絡(luò)通信接口,從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化,二次信號(hào)傳輸是以光纖以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

第三點(diǎn)。智能變電站通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)化。傳統(tǒng)變電站中由于不同廠家采用標(biāo)準(zhǔn)不同,不同廠家生產(chǎn)出來的各種設(shè)備之間的協(xié)同性、相互操作性很差。新型智能變電站中采用國(guó)際上統(tǒng)一的IEC61850標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)現(xiàn)大大提高了變電站的相互操作性。

3 智能變電站通信系統(tǒng)的可靠性研究

通信系統(tǒng)的可靠性極大程度影響著智能變電站甚至是整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。智能電網(wǎng)環(huán)境下數(shù)字、圖像等多媒體信息的集成與應(yīng)用使得智能變電站對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求較高。

通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)可靠性可以用網(wǎng)絡(luò)連續(xù)無故障能力表示,一般來說,網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響因素主要有主要網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備鏈路等。貝葉斯分析法是智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性分析的常用方法。利用貝葉斯分析法,能夠在元器件故障的時(shí)候?qū)νㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行專業(yè)地系統(tǒng)可靠性分析。在深入分析通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性的過程中,貝葉斯分析法不僅能夠根據(jù)故障原因分析推導(dǎo)出結(jié)果,同時(shí)能夠根據(jù)結(jié)果反推出故障原因。在實(shí)際利用貝葉斯分析法的過程中,工程人員首先根據(jù)已知的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息子集和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型,利用條件概率的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算,得出決策節(jié)點(diǎn)的條件分布概率,再在決策分析中應(yīng)用所得結(jié)果。

4 智能變電站通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性研究

通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是指站內(nèi)要求數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,一般這些數(shù)據(jù)類型中包括保護(hù)信號(hào)、測(cè)量數(shù)據(jù)、控制命令等。為了保證在故障發(fā)生后電力系統(tǒng)能夠及時(shí)進(jìn)行繼電保護(hù),必須保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中具有實(shí)時(shí)性。

為了研究智能變電站通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,采用GOOSE通信網(wǎng)作為分析實(shí)時(shí)性的列子。GOOSE是一種通用變電站事件模型類,遵從IEC61850標(biāo)準(zhǔn),設(shè)備間能夠進(jìn)行互相操作。現(xiàn)在,GOOSE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到智能變電站中了,因此以GOOSE網(wǎng)絡(luò)為例分析實(shí)時(shí)性具有典型意義。通常采用OPNET仿真軟件對(duì)GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性進(jìn)行仿真分析。

應(yīng)用OPNET這種仿真網(wǎng)絡(luò)軟件對(duì)通信網(wǎng)和分布式系統(tǒng)進(jìn)行有效仿真模擬。主要是應(yīng)用OPNET對(duì)GOOSE網(wǎng)絡(luò)的環(huán)形及星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)性分析。主要對(duì)變電站在以下幾種情況下進(jìn)行仿真分析。

(1)變電站正常操作的情況。深入分析實(shí)時(shí)性,發(fā)現(xiàn)在這種情況下星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的相同交換機(jī)的智能單元與測(cè)控裝置具有相同的端到端時(shí)延值。但將兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的智能單元和母線測(cè)控裝置的端到端時(shí)延進(jìn)行比較時(shí),由于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的母線智能單元和母線測(cè)控裝置之間的通信需要經(jīng)過更多交換機(jī),因此時(shí)延更長(zhǎng),所以星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比環(huán)形網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢(shì)。在分析過程中還可以發(fā)現(xiàn),減少發(fā)送的時(shí)間間隔并不會(huì)增加節(jié)點(diǎn)之間端到端的時(shí)延量,因?yàn)镚OOSE網(wǎng)絡(luò)帶寬非常充足,不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況,一定程度上保證了網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。(2)變電站正常運(yùn)行的情況。變電站正常運(yùn)行時(shí),由于環(huán)形拓?fù)錂C(jī)構(gòu)中母線智能單元與母線測(cè)控裝置的通信經(jīng)過多個(gè)交換機(jī),因此有較大的時(shí)延消耗,因此環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的母線智能單元到測(cè)控裝置的端到端時(shí)延大于星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在變電站正常運(yùn)行時(shí),為了保證GOOSE網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求,應(yīng)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。(3)變電站事故發(fā)生的情況。通信系統(tǒng)在變電站發(fā)生事故時(shí)具有非常重要的意義。因此對(duì)變電站事故發(fā)生后進(jìn)行高效仿真實(shí)時(shí)性分析具有重要意義。仿真分析后發(fā)現(xiàn)GOOSE網(wǎng)絡(luò)的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的相同交換機(jī)具有極為接近的保護(hù)裝置到智能單元與智能單元與測(cè)控裝置的端到端時(shí)延值。分析后還發(fā)現(xiàn),環(huán)形結(jié)構(gòu)中的母線智能單元到母線測(cè)控裝置和母差保護(hù)裝置到母線智能單元的通信需經(jīng)過的交換機(jī)較多,同時(shí),環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的傳播時(shí)延明顯大于星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

為了促進(jìn)我國(guó)電力發(fā)展,智能變電站的出現(xiàn)和發(fā)展的必然趨勢(shì)。而通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性對(duì)智能變電站的可用性起著直接決定作用,分析研究智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性對(duì)智能變電站的發(fā)展具有重要意義。

[1]李小濱,韓明峰.GOOSE實(shí)時(shí)通信的分析與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009(10).

[2]高會(huì)生,靳瑋瑋.基于OPNET的變電站端對(duì)端通信實(shí)時(shí)性仿真研究.繼電器,2006,34(19):33-37.

[3]吳在軍,胡敏強(qiáng),杜炎森.變電站通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性能仿真分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2005,29(8):45-49.

統(tǒng) 可靠性 實(shí)時(shí)性

顧林(1982—),男,本科,職務(wù):項(xiàng)目經(jīng)理,研究方向:變電站綜合自動(dòng)化;陳剛(1988—),男,江蘇南京人,本科,職務(wù):工程師,研究方向:變電站綜合自動(dòng)化。