智能變電站過程層應(yīng)用技術(shù)研究

鄭小軍，徐 秦

積成軟件有限公司，江蘇 南京 210000

0 引言

采用新型技術(shù)能提升過程層的實時性和可靠性，維持安全應(yīng)用效果，滿足智能變電站綜合應(yīng)用管控要求。在現(xiàn)場施工中，需發(fā)揮過程層連接作用，實現(xiàn)操作控制指令執(zhí)行、實時性采集管理等工作。

1 智能變電站過程層應(yīng)用要求

智能變電站的過程層主要包括變壓器、斷路器、電流/電壓互感器等一次設(shè)備，能形成獨立智能電子裝置，利用GOOSE和采樣值傳輸機制能更好地打造穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)用體系。

1.1 采樣數(shù)值傳輸技術(shù)

對于智能變電站，過程層和間隔層之間的采樣值傳輸工作是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，能對數(shù)據(jù)流予以電子式管控，維持測控流程、保護流程的規(guī)范性。在數(shù)值管理工作中，采樣值報文的傳輸效果對實時性效果的要求較高。

一方面，對傳輸流量較大且實時性標準較高的采樣數(shù)值予以控制，并且匹配信息發(fā)布/信息訂閱的應(yīng)用模式。另一方面，需結(jié)合IEC61850-9-2標準定義建立完整的數(shù)值分析模式，并且利用光纖方式實現(xiàn)過程層網(wǎng)絡(luò)的處理，確保保護、測控、計量等單元都能有序落實。另外，利用交換機優(yōu)先級技術(shù)和虛擬VLAN技術(shù)即可維持傳輸流量管理的規(guī)范性，打造更加合理的過程層應(yīng)用控制平臺[1]。

1.2 GOOSE實時性需求

GOOSE是智能變電站非常關(guān)鍵的應(yīng)用環(huán)節(jié)，其本身是面向通用對象的變電站處理機制，通過建立對應(yīng)的控制方案可以更加快速和可靠地建立交換數(shù)據(jù)集，保證模型對象和服務(wù)工作都能落實到位。

一方面，智能變電站中借助GOOSE服務(wù)能匹配間隔層保護測控等單元的信息傳輸處理。例如，傳輸跳合閘信號以及命令，配合報文數(shù)據(jù)量應(yīng)用控制以及突發(fā)性控制管理，實現(xiàn)綜合管理目標。另一方面，過程層能維持規(guī)定時間內(nèi)傳送數(shù)據(jù)到指定地點，有效滿足實時性應(yīng)用要求，建構(gòu)面向非嵌入式系統(tǒng)，保證報文傳輸時間延遲在4 ms以內(nèi)。

1.3 合并單元智能終端

在合并單元應(yīng)用模式中，能對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流/電壓數(shù)據(jù)建立組合、處理物理單元，建構(gòu)完整的電子式互感器，匹配保護測控二次設(shè)備應(yīng)用體系，維持電流和電壓采樣數(shù)值的規(guī)范性。并且，在合并單元智能終端應(yīng)用工序中，匯集和合并電子式互感器數(shù)據(jù)，維持電力系統(tǒng)電流以及電壓瞬時值的規(guī)范性。同時，每個數(shù)據(jù)通道都能有效實現(xiàn)采樣數(shù)值數(shù)據(jù)的承載處理，匹配采樣傳輸技術(shù)可以維持物理形式下的互感器組成模式，保證分立單元的規(guī)范性[2]。

第一，合并單元在接收同步對時信號的基礎(chǔ)上，維持采樣處理的規(guī)范性，確保組網(wǎng)方式能匹配對時處理工作的基本要求，打造完整的應(yīng)用平臺。

第二，合并單元在規(guī)范的數(shù)值處理工序中，對時精度為1 μs，對應(yīng)的守時精度范圍則在±4 μs。

第三，外部同步信號若是消失，則需結(jié)合合并單元的應(yīng)用要求和規(guī)范，落實內(nèi)部時鐘守時處理機制，建構(gòu)完整的精度分析平臺，在精度和同步要求匹配后，即可獲取對應(yīng)的報文信息，滿足同步標識處理的要求，標識內(nèi)容為“TRUE”；若是守時精度參數(shù)和同步要求不匹配，則對應(yīng)的采樣值報文顯示“FALSE”。

基于此，合并單元智能終端是維持過程層應(yīng)用和信息處理控制的關(guān)鍵，能打造更加和諧有效的數(shù)據(jù)信息交互平臺，維持綜合應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，保證實時性信息數(shù)據(jù)傳遞更加規(guī)范有效。

1.4 智能終端要求

對于智能變電站過程層，智能終端也是非常關(guān)鍵的應(yīng)用環(huán)節(jié)之一，是重要的處理設(shè)備。從邏輯層面分析，智能終端即智能組件結(jié)構(gòu)，與一次設(shè)備進行連接處理，配合保護機制、測控機制等二次設(shè)備即可實現(xiàn)綜合控制。其中，與一次設(shè)備的連接依靠電纜，與二次設(shè)備的連接應(yīng)用光纖。并且，智能終端無論是安裝在戶內(nèi)柜還是戶外柜，均需安裝在規(guī)范的封閉空間內(nèi)，從而有效發(fā)揮其應(yīng)用效果。一般而言，在戶外控制柜安裝中，裝置的殼體防護等級需設(shè)置為IP42，若是安裝戶內(nèi)柜，則防護等級為IP40。

第一，智能終端支持基于GOOSE方式建立的信息傳輸模式，并且對應(yīng)的信息數(shù)據(jù)處理過程都要控制在規(guī)定的數(shù)值參數(shù)范圍內(nèi)，確保時延在1 ms以內(nèi)。

第二，要匹配GOOSE的命令記錄功能，有效記錄對應(yīng)的信息參數(shù)，尤其是對GOOSE命令時刻要予以監(jiān)督，確保能對命令的來源以及出口動作等進行及時的信息收集整理，確保查看的及時性和規(guī)范性。

第三，智能終端要結(jié)合信息轉(zhuǎn)換以及通信應(yīng)用要求，滿足GOOSE一次設(shè)備狀態(tài)信息的標準，并且能及時接收來自二次設(shè)備回傳的狀態(tài)信息，技術(shù)完成下行控制命令的管理，保證一次設(shè)備實時性控制工作有序開展。

2 智能變電站過程層應(yīng)用技術(shù)方案

2.1 常規(guī)化互感器過程層應(yīng)用技術(shù)方案

以220 kV線路保護方案為例，利用常規(guī)化的互感器設(shè)備開展相應(yīng)作業(yè)，建立對應(yīng)的信息管控單元，完成采樣值數(shù)字化處理，從而配合現(xiàn)場信息數(shù)值采集單元，集中獲取互感器輸出模擬量，并且完成FT3格式的合理性數(shù)據(jù)輸出，具體示意圖如圖1所示。同時，需借助光纖完成合并單元的接入處理，利用同步分析控制的原則，配合使用IEC61850-9-2標準維持間隔層測控裝置保護水平的規(guī)范性，維持網(wǎng)絡(luò)交換機的應(yīng)用效率。

圖1 220 kV線路保護方案（常規(guī)化互感器）

在整個線路保護處理控制方案中，系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)流程應(yīng)將IEC61850作為標準，有效維持保護裝置的應(yīng)用效果，在不匹配交換機的基礎(chǔ)上完成直接采樣管理，并且配合GOOSE跳斷路器，實現(xiàn)啟動和重合閘管理。該技術(shù)應(yīng)用方案的最大優(yōu)勢在于可以借助單元獨立配置采集模式維持應(yīng)用效果，并且能結(jié)合技術(shù)方案升級為電子式互感器，但是存在系統(tǒng)復(fù)雜度較高的問題。

2.2 直采直跳方案

將220 kV線路保護方案作為研究對象，需利用電子式互感器，不增設(shè)采集單元。在實際應(yīng)用中維持過程層采樣數(shù)值和繼電保護相關(guān)GOOSE信息數(shù)值處理方式時，采取點對點傳輸，實現(xiàn)直采直跳。非繼電保護相關(guān)采樣數(shù)值報文信息則需結(jié)合IEC60044-8的標準要求，基于GOOSE協(xié)議即可維持報文通信的規(guī)范性。直采直跳方案的最大優(yōu)勢在于能有效規(guī)避交換機環(huán)節(jié)，避免對同步信號過度依賴，真正融合信息數(shù)字化傳輸和功能集成化。

另外，非繼電保護過程層采樣數(shù)值的傳輸網(wǎng)絡(luò)以及GOOSE網(wǎng)絡(luò)獨立設(shè)置模式均需依據(jù)電壓等級進行組網(wǎng)控制：（1）間隔層設(shè)置線路保護、主變保護單元；（2）間隔層連接服務(wù)器、各級調(diào)度中心、操作員站等，配合GPS或者是北斗主機即可連接對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，并聯(lián)絡(luò)過程層實現(xiàn)監(jiān)測；（3）過程層中GOOSE滿足IEEE 1588協(xié)議要求，合并單元配合智能終端完成直采直跳的處理[3]。

直采直跳的應(yīng)用方案更加強調(diào)的是雙重化配置保護裝置的應(yīng)用規(guī)律，配合主保護和后備保護，即可維持智能變電站應(yīng)用運行的整體式水平。在變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)都需按照雙重化配置要求落實具體工作，且中性點電流、間隔電流等會直接匯入相應(yīng)側(cè)的MU環(huán)節(jié)中，有效維持變壓器保護跳母聯(lián)和分段斷路器，從而維持GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊?guī)范性。

2.3 過程層三合一方案

依據(jù)變電器保護工作，需利用標準化采樣信息、GOOSE信息和IEEE 1588的原則，完成時信息共網(wǎng)傳輸處理，主要指將間隔層和過程層的合并單元按照標準予以統(tǒng)籌控制，并且保證過程層能依據(jù)間隔配置獨立的間隔交換機，從而形成主干網(wǎng)交換機組成的過程層數(shù)據(jù)共享體系。

一方面，在組網(wǎng)機制中建立三合一技術(shù)體系，確保合并單元、交換機以及保護裝置都能發(fā)揮實際作用，從而維持協(xié)議體系下運行的穩(wěn)定性。另一方面，配合過程層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，利用三級交換機時，能將同步誤差控制在100 ns以下。并且，配合技術(shù)方案提出PRP并行冗余技術(shù)。

3 結(jié)束語

總之，智能變電站過程層的管控工作具有重要的應(yīng)用價值和意義。在實際工作中，需結(jié)合典型組網(wǎng)應(yīng)用方案落實技術(shù)應(yīng)用平臺，從而在完成技術(shù)測試的同時，配合網(wǎng)絡(luò)冗余切換，維持綜合技術(shù)可用度。