基于IEC 61850过程总线的分布式母线保护研究

IEC 61850标准中所定义的过程总线为变电站各种分布式功能的实现提供了新的途径。本文分析了过程总线技术,重点介绍了SAV报文和GOOSE报文的两种多播发送机制,并提出了一种基于IEC 61850过程总线的分布式母线保护方案,该方案利用MAC多播地址、虚拟局域网和优先级等网络技术,可充分实现数据共享。利用OPNET Modeler网络仿真软件对该方案的通信系统进行了仿真分析,结果表明:采用多播技术可有效减少网络负载,SAV报文和GOOSE报文的时延要求均能满足。文末对可靠性问题进行了探讨,IEC 61850过程总线对变电站保护和自动化的影响还值得进一步深入的研究。     

基于站域保护原理的智能变电站过程总线信息共享特性分析

针对传统继电保护动作延时长、整定配合复杂及自适应能力较弱等弊端,引入了利用全站数据信息的站域保护的概念,并分析了站域保护的基本原理和动作功能。从站域保护的通信需求出发,以交换以太网的变电站组网方案为基础,对过程总线通信特性进行评估分析。对过程总线面向间隔以及面向位置的两种组网方案进行了OPNET的仿真和建模,分析了SV报文以及GOOSE报文在过程总线传输过程中的共享特性。验证了当采样率较低时,过程层能够在100Mbit/s网络下实现具有较高实时性的跨间隔数据共享。     

电网企业参与分布式电力交易经济效益评估

为定量研究变电站过程层网络是否能满足继电保护等应用的高实时性要求,分析了IEC 61850所定义的过程层网络特定通信服务映射（SCSM）的概念及具体映射方式。基于OPNET仿真软件对过程层网络SCSM进行了建模,模型包含了SCSM中物理层和数据链路层的全部协议以及部分应用层协议,能够完整描述关键报文的通信行为,为定量分析变电站过程层网络实时性提供了一个有效的工具。针对影响智能变电站SV和GOOSE这两种关键报文实时性的主要因素,结合一中型变电站模型,应用含过程层SCSM模型的OPNET软件进行了实时性仿真,论证了采用SCSM能够满足过程层网络关键报文的实时性要求。     

基于EPOCHS平台的IEC 61850采样值传输仿真

采样值传输是IEC 61850变电站自动化系统过程层与间隔层之间通信的主要部分。在电力和通信系统同步仿真（EPOCHS）平台上提出IEC 61850变电站通信仿真框架，针对具体变电站构建IEC 61850通信模型。在NS2中添加虚拟局域网（VLAN）IEEE 802.1Q协议代码，实现VLAN多播报文的仿真。对交换式以太网和共享式以太网、接收不同数目合并单元采样值报文的保护设备进行了比较。结果表明:100 Mbit/s交换式以太网完全满足标准要求，而100 Mbit/s共享式以太网采样值报文时延和时延抖动较大，导致工频保护测量值波形畸变;接收多个采样值报文的保护设备存在链路瓶颈问题，对此提出了多通信插件的解决方案。     

变电站GOOSE报文在IED中的实时处理

报文的通信延迟包括传输延迟和处理延迟2部分。IEC61850标准将面向通用对象的变电站事件（GOOSE）报文直接映射到数据链路层，能有效减少传输延迟。文中对GOOSE报文在变电站智能电子设备（IED）中的处理延迟进行了研究。分析了前后台方式的嵌入式系统在变电站IED中处理实时报文方面的不足，提出在IED中采用具有强实时内核的操作系统，并针对IED中实时报文和非实时报文混合处理环境需求，在RTAI实时操作系统上设计了保障GOOSE报文处理实时性的方案。实验验证了该方案的有效性和实用性。该研究结果对于使用IEC61850的变电站IED过程总线通信设计具有参考意义。     

智能配电变电站过程总线信息共享通信特性分析

数字化配电变电站中利用多间隔数据的实时共享融合能有效提高变电站的保护测控性能,但需要解决变电站过程总线中跨间隔数据交换的高度实时性和稳定可靠性问题。文中从配电变电站继电保护对数据共享需求的角度出发,评估＂面向间隔＂、＂面向位置＂设置过程总线传输采样值（SAV）和通用面向对象变电站事件（GOOSE）报文时的通信特性,并分析讨论了＂面向功能＂设置过程总线通信时存在的问题和解决方案。研究表明：在网络流量位于运行范围内,各间隔报文长度相同时,所能实现数据共享的最大间隔数与单间隔信号采样率近似成反比;100Mbit/s网络下,面向间隔和面向位置的过程层组网方式基本能够满足每周期400点以下采样率的数据共享,主要时延及数据共享限制取决于交换机的性能。     

新一代变电站自动化网络通信系统研究

以太网（Ethernet)应用于变电站自动化系统的过程层总线、厂站总线已经成为新一代变电站自动化系统的发展趋势。该文在深入研究Ethernet通信机理和报文传输本质概念的基础上，提出基于Ethernet的变电站自动化系统中报文实时传输的满足条件，影响因素以及评价方法，并给出了相关的定义、公式、数学模型和分析结果。该研究结果对于变电站自动化系统通信的设计具有参考意义。最后在结合实践和研究结果的基础上，提出了一些值得进一步深入研究的问题。     

变电站过程层网络特定通信服务映射（SCSM）及其对实时性的影响分析

为定量研究变电站过程层网络是否能满足继电保护等应用的高实时性要求,分析了IEC61850所定义的过程层网络特定通信服务映射(SCSM)的概念及具体映射方式。基于OPNET仿真软件对过程层网络SCSM进行了建模,模型包含了SCSM中物理层和数据链路层的全部协议以及部分应用层协议,能够完整描述关键报文的通信行为,为定量分析变电站过程层网络实时性提供了一个有效的工具。针对影响智能变电站SV和GOOSE这两种关键报文实时性的主要因素,结合一中型变电站模型,应用含过程层SCSM模型的OPNET软件进行了实时性仿真,论证了采用SCSM能够满足过程层网络关键报文的实时性要求。     

新型数字化变电站分布式母线保护

针对基于IEC61850通信标准的数字化变电站,提出一种分散计算并就地控制的新型母线保护方案。根据数字化变电站技术特征,构建了无主站分布式母线保护整体结构;分析了采样值报文和GOOSE信息的数据传输特征,基于以太网技术设计了联系过程层设备和间隔层保护装置的过程总线;利用非传统电流互感器无饱和的优点,将瞬时值电流差动保护原理应用到分布式母线保护计算中。分析表明所提方案结构简单、可靠性高、切实可行。     

数字化变电站过程总线通信关键技术研究

过程总线通信是数字化变电站区别于现有变电站自动化系统的一个重要方面.介绍了过程总线这一新概念提出的主要前提条件,并针对过程总线通信的实现,分析了采样值报文传输所遵循的不同标准、采样同步、跳闸命令实时和可靠传输等关键问题.     

一种基于嵌入式系统的线路保护新平台

目前线路保护装置的硬件平台种类繁多，文中介绍了当今几种流行的硬件架构。结合数字化变电站标准IEC 61850的应用，提出了一种基于嵌入式实时操作系统的线路保护新平台，重点介绍了保护模件和管理模件的软硬件框架。该平台采用了网络通信技术和光纤通信技术，能很好地满足线路保护发展的要求，且模件的软硬件架构得到了复用，极大地减轻了开发工作量。     

变电站自动化系统无缝通信体系的研究及实现

在对变电站自动化系统无缝通信体系的研究时, 首先对无缝通信体系标准协议的选择进行分析,建立过程网络的概念, 从而提出当前和未来的变电站自动化系统PNA 结构, 在这些技术基础上, 建立变电站自动化系统的无缝通信系统。     

数字化变电站冗余体系结构的改进及其可靠性和经济性评估

体系结构的冗余设计对保证数字化变电站各种保护和控制系统的可靠性具有重要意义.分析了数字化变电站的典型冗余结构,提出了集中备用和交叉备用两种改进方案,并对各种冗余结构的可靠性和经济性进行了综合比较分析.研究结果表明:本文所提两种改进方案要优于目前所采用的典型方案;而双重化配置的保护系统具有很高的可靠性,无需再对其中的每一单套保护进行网络冗余配置.     

数字化变电站系统结构

阐述了数字化变电站的系统结构和设计原则，讨论了过程总线和变电站总线的基本组网方案，分别从功能冗余及网络容错等方面提出了多种具有高可靠性的数字化变电站系统结构，并从过程层和间隔层方面提出了常规设备的接入方案。     

借鉴IEC 61850功能分层的保护装置的设计

借鉴IEC 61850功能分层结构,将保护装置各功能模块划分为映射的过程层和映射的间隔层,映射层之间采用以太网通信。由于实现了与IEC 61850功能分层类似的结构和相同的通信网络标准,保护装置既能在现有变电站自动化系统下具有较好的性能,又可以通过与IEC 61850各功能层的直接互联运行在IEC 61850标准的变电站自动化系统中。详细阐述了该类保护装置的硬件设计方法和实现形式,并以电容器保护装置为例,初步建立了装置的IEC 61850设备模型。     

基于EPON网络的智能变电站继电保护技术研究

相比传统电力通信网络,EPON网络能够更好地满足智能变电站通信系统要求,但是智能变电站过程层网络采用EPON技术也存在安全性、可靠性、实时性的问题,导致继电保护存在拒动的风险。针对上述问题提出了改进措施,并进行了基于EPON网络下继电保护功能的适应性研究。通过搭建基于EPON网络的智能变电站过程层继电保护动模测试平台,重点选取220 kV智能变电站的母线保护、变压器保护、线路保护为研究及测试对象,进行动模试验。试验结果表明,各类保护装置、合并单元及智能终端可通过EPON过程层通信网络实现设备间采样报文及跳闸报文的信号传输,保护装置动作性能未受影响。     

基于ARM Cotex-M3处理器的数字式继电保护测试仪的设计

数字化变电站的结构体系、通信方式和通信内容与常规的变电站相比有很大的不同,其继电保护装置所接收的信号与传统继电保护装置也有所不同,因此,对继电保护测试仪也提出了新的要求。本文介绍了基于IEC61850标准的数字式继电保护测试仪的定义和功能,并提出了一种基于ARM Cotex-M3处理器的实现方法。测试仪利用ARM Cotex-M3处理器自带的以太网控制器实现与上位机的以太网通信,采用外扩的以太网模块来完成对测试数据的打包、发送和保护动作信号的接收。测试仪所用ARM Cotex-M3处理器具有极高的运算能力和中断响应能力,并采用实时性较高的μC/OS-II作为操作系统软件,完全能够满足测试系统对实时性的要求。     

智能变电站中低压母线保护设计

根据变电站中低压母线实现故障快速切除的需要,提出了采用电流闭锁式的中低压母线保护;通过母线典型故障分析,结合GOOSE网络传输闭锁信号的优势,设计了基于GOOSE的中低压母线快速保护,给出了详细的设计过程和解决GOOSE中断的处理方案;该设计方案在智能变电站中的实际应用验证了其可靠性。     

Development and research on integrated protection system based on redundant information analysis

Facing the growth of energy demand and the worldwide interests in renewable energy sources, smart grid has been proposed in order to accommodate the needs of power grid development. In China, digital substations have been widely applied. Moreover, as the worldwide interest and development in smart grid have increased significantly, the digital information availability and communication capability of modern substation have been improved. Different with traditional substation protection configuration based on local information, Integrated Protection (IP) is used to denote the integration of several protective devices for multiple power equipment within the substation into one protective relay, obtaining all the real time information of the substation by communication network. The analysis of sharing information and cooperation among different protection functions helps to realize more reliable and sensitive fault detection. This paper describes several different integrated protection schemes and their respective advantages and disadvantages. The principles and functions applied in integrated protection systems are addressed to provide an overview of the current state of the technology. A new coordinated protection system based on inter-substation information is proposed and simulation study is discussed to verify the improved reliability and sensitivity.     

一种通用的基于软硬件结合的电力系统远动双机切换方法

针对在变电站自动化系统中,用户对远动双机切换的需求,提出了一种新型切换方式,其将软件和硬件相结合,在多种系统平台上实现双机双通道或者双机单通道的切换。其原理是利用变电站的间隔层进行主、备远动机之间信息的交换,主、备远动机各自判断自己的通道状态及对侧机通道的状态,决定是否进行切换。该切换方式无需考虑具体的物理通信介质,其切换条件可方便地用软件设置和更改,配置方式灵活且可降低成本。详细介绍了方案的具体实现过程,并给出了程序流程图。该切换方式已在山西500kV晋中变电站中投入使用,效果良好。