以EPON通信技術為基礎的智能變電站保護控制技術探討

茍曉杰

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以EPON通信技術為基礎的智能變電站保護控制技術探討

茍曉杰

南京南瑞集團公司，江蘇 南京 211000

對當前智能變電站網絡通信系統的基本特征與技術要求進行了分析，同時考慮到如果選擇以太網交換機組網，會存在設備造價過高的問題，提出了將EPON技術應用到智能變電站網絡系統中，并對此時的通信系統效果進行了分析，結果表明該方案的實行是具有較強的實踐優勢的，能夠實現更加穩定、可靠的寬帶傳輸，能夠滿足實際的應用需求。

EPON通信技術；智能變電站；保護控制；探討

引言

EPON（Ethernet Passive Optical Network）是一種光纖接入網技術，目前在電信寬帶、以及網吧建設等方面都具有十分廣泛的應用，同時也初步開始應用于電力系統自動化業務之中。由于該技術在智能家居、電動汽車充換電站方面具有的良好發展前景，本文結合智能變電站保護控制的功能技術要求以及在過程層通信系統業務方面具有的基本特征，將EPON技術引入到智能電站防控系統中，基于此設計了技術仿真平臺，同時結合一個典型智能變壓器其差動保護功能的具體實現過程進行了分析研究，對其進行了評測，對其中的關鍵指標進行了分析[1]。

1 業務分析

1.1 通信業務特點

數據分散采集、功能集中處理，這是智能變電站防控系統設備的基本工作模式。即SV采樣值數據經過過程層網絡進行分散采集然后進行傳輸，隨后對繼電保護功能進行運算，再通過智能終端設備實現跳閘操作。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傳輸。如果其過程層網絡組網是通過EPON技術實現的，則在護士系統冗余的情況下，整個通信系統想要實現終端設備與監控系統之間的有效通信，所需的設備僅為分光器、OLT各一臺，以及若干ONU就可實現。如果EPON技術能夠滿足智能變電站的技術要求，即能夠確保信息傳輸的可靠性、實時性，則這種組網構架是更具成本優勢的。因此，研究EPON技術基礎上的智能變電站防控技術是十分必要的，且具有重要的現實意義的[2]。

1.2 關鍵通信指標

（1）網絡流量

一般在站控層網絡中需要進行的監控數據信息是相對較少的，網絡流量的需求通過100M以太網就能夠有效的滿足，而對于GOOSE、采樣值報文而言，由于其對實時性具有更高的要求，因此，會產生較大的網絡流量。這就要求在實際的智能變電站設計中，需要對兩者的組網模式以及網絡劃分進行專門的設計，需要對站內網絡流量進行有效的評估。

（2）網絡帶寬

所謂網絡寬帶指的是，網絡在一個相對固定的時間范圍內，能夠通過的數據的最大位數，類似于高速公路寬度，如果越寬則在同一時刻能夠共同行駛的車輛數目就越多，如果網絡寬帶越大，則說明網絡中能夠通過的數據信息就會越多。所以，通過會用寬帶來對網絡的數據傳輸能力進行分析，是評價其傳輸能力的重要指標，基本單位為bit/s。當前，應用較為普遍的以太網為100 Mbit/s[3]。

（3）GOOSE 傳輸時延

GOOSE能夠實現對信息的快速傳遞，是智能變電站所特有的。在智能變電站中需要進行保護跳閘或是聯閉鎖的時候，對傳輸性能具有較高的要求。

2 EPON 技基礎上實現的繼電保護控制設計

當前，在變電站設計中，其過程層工業主要是通過以太網通信技術實現的。保護控制設備中都有以太網接口，需要進行戶外安裝的控制設備也大部分是以以太網口的方式實現的。如果將采用EPON技術實現其過程層的網絡組網，也就是說將以太網交換機用EPON設備進行替代，包括了分光器、ONU等，同樣的對于各個單元保護控制設備而言，其需要配備EPON通信接口，而實現這一目標的最簡單方法就是將“以太網——EPON”轉換接口板加入到原來的以太網通信板中，這種轉換接口類似于ONU設備，可以認為是ONU的內置設計。同時可以采用“內部總線直連”的方式，這種方式能夠實現通信傳輸效率的有效提升，比如傳輸數據不需要經過以太網進行中間轉換，而是可以通過PCIE直接轉換成為EPON通信接口形式。

3 EPON基礎上設計的繼電保護仿真平臺

3.1 平臺基本結構

本文專門設計了仿真技術平臺，對于EPON技術上的智能變電站防控系統進行性能測試與分析。

3.2 實驗方法

利用現有的技術支持條件，通過在數字化設備中掛接ONU實現對EPON設備接入的有效模擬，MU-H/M/L合并器會依據保護條件的不同模擬主變三側采樣值，在滿足相關動作條件的要求下，WBH主變差動保護能夠利用ONU、OLT，向DBU發出GOOSE跳令，并且對數據傳輸過程進行全程的記錄和分析。對于保護正確動作、GOOSE時延等關鍵指標進行了觀察分析。在本仿真實驗中，并未考慮時鐘同步問題，采取的是虛擬點對點的方式。通過WBH主變差動保護中的NPI運算單元進行的時延補償能夠實現采樣值采樣值的同步計算[4]。

3.3 分析實驗結果

采用網絡方式的時候，變壓器能夠進行正確的保護動作，當為80采樣點的時候，通常其采樣離散度能夠達16點，允許的延遲時間為16×250 us=4 ms。

（2）通過實驗系統來分析GOOSE傳輸時間。兩個網口可以利用變壓器保護（NPI807）在同一時刻實現兩個GOOSE包的發送，變電站跨間隔保護控制GOOSE信息具有的傳輸時間則以采集6和采集7表示，保護間隔內的GOOSE信息傳輸時間以采集6和采集8間的傳輸時延表示。

4 結束語

采用EPON通信技術，在過程層數據傳輸方面達到的SV離散度等方面，還不能有效滿足繼電保護的相關業務要求；通過虛擬點對點方式，變電站過程層的控制功能還難以有效實現；通過網絡方式結合MU間時鐘同步與打時間標簽，對于繼電保護的基本防控功能是可以充分實現的。

[1]任雁銘，操豐梅.IEC 61850新動向和新應用[J].電力系統自動化，2013（2）：85.

[2]任雁銘，操豐梅，張軍.IEC 61850 Ed 2.0技術分析[J].電力系統自動化，2013（3）：29.

[3]李欣，李軼婷.基于DLNA數字媒體適配器的設計[J].電子設計工程，2012（20）：44.

[4]楊威，朱珍民，陳援非，胡艷萍. 遠程訪問UPnP網絡的方法與實現[J].計算機工程與設計，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，當前職稱為初級，學歷本科，研究方向為通信工程。