基于數(shù)字化變電站SV報(bào)文通信可靠性問(wèn)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(shí)際中的應(yīng)用越來(lái)越多，過(guò)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(hù)的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。制約集成保護(hù)發(fā)展應(yīng)用最大的問(wèn)題是通信瓶頸。如何實(shí)現(xiàn)提高SV報(bào)文的穩(wěn)定性，解決SV報(bào)文通信不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行分析，查找原因，并找出解決的辦法使SV報(bào)文可靠的傳輸是一關(guān)鍵性問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：SV報(bào)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(jì)中一個(gè)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?shí)時(shí)性和系統(tǒng)功能的實(shí)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(lái)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(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求會(huì)越高，通信網(wǎng)絡(luò)必須有足夠的能力傳輸大量的實(shí)時(shí)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。總的來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)智能化變電站集成保護(hù)，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)[1-2]：

（1）實(shí)時(shí)性。由于數(shù)字化變電站系統(tǒng)中需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息和實(shí)時(shí)操作控制信息，如過(guò)程總線(xiàn)上SV報(bào)文和GOOSE報(bào)文。這些報(bào)文實(shí)時(shí)性要求很高，報(bào)文應(yīng)及時(shí)送入保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)計(jì)算。否則保護(hù)裝置會(huì)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(yùn)行，可能還會(huì)給企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜肮ぷ魅藛T的生命安全。因此通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)正常、安全、可靠運(yùn)行是智能變電站設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

2 提高SV報(bào)文通信可靠性的插值方法簡(jiǎn)介

在GPS不能正常工作的情況下，而多個(gè)MU間晶振頻率不可能完全相同，經(jīng)一個(gè)固定的周期后，會(huì)出現(xiàn)失步。況且根據(jù)《IEC60044-8電子式電流互感器》標(biāo)準(zhǔn)，并不提倡對(duì)保護(hù)裝置到合并單元方向的命令（如調(diào)整采樣時(shí)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(duì)時(shí)，通過(guò)插值法實(shí)現(xiàn)，采樣值通過(guò)插值法在對(duì)側(cè)實(shí)現(xiàn)同步，從而無(wú)需調(diào)整采樣時(shí)刻；改變DM9000存儲(chǔ)方式。

3 插值法簡(jiǎn)介

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)建議在非同步采樣情況下，采用插值法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。插值法是通過(guò)每個(gè)采樣間隔傳送一次采樣值補(bǔ)償兩段采樣時(shí)刻的延時(shí)，從而使對(duì)側(cè)數(shù)據(jù)保持同步。

有文獻(xiàn)提出可以用一種新的辦法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，即通過(guò)采樣時(shí)間補(bǔ)償法。該方法不依賴(lài)于GPS同步，不調(diào)整采樣時(shí)間，僅通過(guò)補(bǔ)償采樣時(shí)間實(shí)現(xiàn)同步采樣值。

為了保持采樣時(shí)間同步，可讓一側(cè)MU給另一側(cè)MU提供對(duì)時(shí)信號(hào)。在傳輸過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，為消除這個(gè)延時(shí)時(shí)間，可以在兩個(gè)MU采樣時(shí)間基準(zhǔn)值之間進(jìn)行補(bǔ)償。計(jì)算過(guò)程見(jiàn)圖1。圖中橫線(xiàn)都為時(shí)間軸。

根據(jù)通信信道的插值法應(yīng)采用以下四個(gè)步驟：

MU1發(fā)送一個(gè)帶同步時(shí)間基準(zhǔn)的脈沖信號(hào)；MU1收回這個(gè)脈沖信號(hào)，并測(cè)量傳輸延時(shí)時(shí)間tm；MU1將傳輸延時(shí)時(shí)間tm傳給MU2；對(duì)MU2進(jìn)行時(shí)間補(bǔ)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(kāi)始同步采樣前，由MU1在t1時(shí)刻向MU2發(fā)送一幀計(jì)算信號(hào)傳輸延時(shí)時(shí)間tm的命令信息，MU2收到報(bào)文后將命令碼和MU2接收本側(cè)命令信息所引起的延時(shí)tr在a3時(shí)刻一起傳送回MU1。由于兩個(gè)方向的信息傳送是通過(guò)同一路徑，可認(rèn)為傳輸延時(shí)相同。td為MU1收回信號(hào)的時(shí)刻，那么就可以計(jì)算出傳輸延時(shí)時(shí)間：進(jìn)而推斷MU2 a3時(shí)刻對(duì)應(yīng)MU1的td之前tm時(shí)間的tmc時(shí)刻。在t2與t3之間通過(guò)插值求得虛擬的tmc時(shí)刻采樣值，即tmc與MU2的a3同步。

由于兩側(cè)MU處理機(jī)制是對(duì)等的，通過(guò)插值計(jì)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(huì)造成一定的理論誤差。通過(guò)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(mǎn)足繼電保護(hù)的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)SV通信研究，得出以下結(jié)論：

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

（2）MU裝置可采用內(nèi)部對(duì)時(shí)系統(tǒng)來(lái)應(yīng)對(duì)GPS出現(xiàn)故障這種情況。

（3）可提高集成保護(hù)裝置接收SV報(bào)文的速度，能盡量減少丟包。

參考文獻(xiàn)

[1]劉洋.智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].華北電力大學(xué)，2011，6.

[2]王俊.數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)方案研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2010，6.

[3]曹團(tuán)結(jié)，陳建玉，黃國(guó)方.基于IEC 61850-9的光纖差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)同步方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，6（24）：35-37.

[4]高翔，周健，周紅，等.IEC6185.標(biāo)準(zhǔn)在南橋變電站監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（16）：105-107.

[5]童曉陽(yáng)，李崗，陳德明，等.采用IEC6185的變電站間隔層IED軟件設(shè)計(jì)方案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（14）：54-57.