基于多HSR环网的分布式母差平台及关键技术

保护设备就地化的难点之一是实现母线保护等跨间隔保护设备的就地化,文中在分析现有分布式母线保护特点的基础上,提出了基于多个高可靠无缝冗余环网的分布式母线保护方案和具体的软硬件平台实现架构。文中基于FPGA技术实现了环网报文时延的准确测量及补偿,并提出了不依赖于外部时钟的基于采样事件的采样同步技术。通过采用环网拓扑监视和弱配置管理等关键技术,实现了环网通信状态的实时监视以及子机终端的少配置、弱管理应用,提高了运行维护的方便性。最后,通过对该方案主要性能参数的实际测试,验证了该方案的可行性。     

基于冗余通信的就地化分布式母线保护研究

针对传统母线保护运维难度大、可靠性低等问题,通过比对基于环网通信的无主分布式和有主分布式母线保护各自特点,提出了基于冗余通信的就地化环网有主分布式母线保护解决方案。研究了以主机内部时钟作为同步对时源的采样同步方法,并提出了分布式系统身份拓扑定位技术,实现保护功能不依赖外部时钟、保护子机免配置和即插即用。最后结合分布式母线保护环网数据流大小,对IEC61850-9-2和GOOSE帧格式报文进行了适用性分析,提出了满足百兆口带宽和传输延时要求的新环网通信帧格式。通过现场运行检验,验证了该技术方案的可行性。     

环网分布式母线保护装置就地化实现探讨

针对层次化继电保护控制系统中保护装置就地安放的需求,目前集中式母线保护直接就地安放存在功耗过大、回路复杂等问题,提出了基于HSR环网的分布式母线保护就地化实现方案。该方案中,各间隔配置独立的间隔子机,独立采集各个间隔的采样和开关量数据。通过双重冗余HSR环网将子机互联并共享数据,采用全主式设计方案,各子机独立逻辑判断,改进的插值同步技术使得母线保护不依赖于外界对时,同时增加光旁路设计,降低了母线保护运维的复杂性。该母线保护样机成功通过专业机构检测和试运行,验证了该方案的可行性。     

基于HSR通信的配电网分布式母差保护技术研究

介绍了一种能够应用于配电网环网单元中的基于HSR通信的分布式母差保护技术。为了解决简易母线保护不能保护合环运行的复杂配网线路母线故障的问题,将HSR环网协议应用于单间隔保护装置及分布式母差保护装置,同时研究了基于传输延时修正域的电流同步方法及数字化电压并列方法,并进行了实际RTDS故障模拟试验,验证了整体方案的有效性和实用性。     

多级级联分布式母线保护方案

提出一种分布式母线保护方案.该方案采用主机与多个子机进行级联的结构,主机包含核心CPU模件、采样前置模件和GOOSE前置模件,子机根据采样和跳闸方式配置功能模块;分别采用软件插值、计数器同步机制实现点对点直采直跳和采样组网的数据同步;全部间隔均为传统采样时,采用采样组网方式的同步机制;部分间隔传统采样、部分间隔数字采样时,将传统间隔数字化完成插值同步.对采样数据进行插值同步、数据抽取、打包上送和报文解码,对GOOSE方式的开关量进行报文过滤,从而解决数据流量大的问题;采用双A/D逻辑,保证区外故障时保护不动,区内故障时保护可靠动作.     

基于电压锁相网络化采样的母线保护研究

设计一种既具备结构简单、资源共享、扩展性好等优点,又不依赖于外部全局同步系统的采样值组网传输的母线保护,在数字化变电站的建设中具有十分重要的意义。介绍了数字化变电站母线保护的采样值传输系统,描述了基于绝对延时的点对点母线保护技术,提出了一种基于电压锁相的网络化母线保护方案。利用母线电压天然的同步性能特征,通过数字锁相环及采样重插值技术,消除网络化采样对同步信号的依赖性。测试表明,基于电压锁相的网络化母线保护采样同步性好,动作快速可靠,是数字化变电站母线保护的一种新思路。     

智能变电站光纤纵差保护采样通道延时自适应设计

智能变电站光纤纵差保护采样通道延时具有不确定性,导致线路两侧延时不一致,影响采样点同步与保护动作性能。针对该问题,提出一种延时自适应设计方案,将光纤纵差保护两侧采样同步分为采样时刻同步与采样点对齐两个步骤,把采样时刻同步处理后的采样点延时与采样点数据组合传递至对侧,通过对比本侧和对侧采样点延时实现采样点数据的自适应对齐。采用预处理前置模件完成多间隔采样值同步处理,根据采样值报文中携带的延时信息实现同步处理延时的自适应调整。该设计达到整体延时最小化目的,同时适应本对侧多种匹配模式。通过RTDS试验及现场运行验证了该设计的可行性和优越性。     

集中式保护测控系统中母线保护同步方案

在220 kV变电站数字化改造过程中,提出了一种应用于集中式保护测控系统的母线保护同步实现方案。介绍了集中式保护测控系统的整体方案,着重研究了母线保护多间隔的数据同步问题,并提出了采用外部时钟源对时方案解决各合并单元与保护装置间的同步问题,采用主从对时方案解决各保护装置间的重采样时刻的同步问题。通过动模试验验证了该方案的可行性。该方案大幅减少了投资,但系统集成复杂。     

配电网分布式差动保护数据同步方法

提出了一种分布式电流差动保护数据同步方法，将网络交换和差动保护功能集成到智能配电终端中，智能配电终端通过光纤环网组网连接，通过智能配电终端网络交换模块间交换延迟测量报文获取高精度光纤链路时延参数。电流原始采样值报文（SV）通过智能配电终端2个方向的转发完成智能配电终端间可靠的数据交换，SV报文在传输过程中携带报文时延控制字（τ），在跨节点传输时将报文驻留时间和光纤时延修正到时延控制字内，SV报文到达接收端时记录该报文与本地采样脉冲的时间差（μ），通过τ和μ2个参数获取任意2个智能配电终端间采样脉冲时间差，利用插值原理完成电流采样值的同步。该方案具有不依赖时钟源、EPON等外部通信设备不受配电线路开关站、环网柜数量限制和光纤单链路故障不影响保护动作时间3个优点，对主动配电网及配电网高可靠闭环运行方式具有很好的应用价值。     

基于导纳参数识别的分布式母线保护新原理

针对现有分布式母线电流差动保护受间隔数据采样不同步及传输延时影响的问题,提出了一种基于导纳参数识别的分布式母线保护新原理。通过引入电压量来计算导纳,定义各间隔导纳和的绝对值为差动导纳,各间隔导纳绝对值的和为制动导纳。当母线发生区内故障时,差动导纳等于制动导纳;当母线发生区外故障时,差动导纳反映母线对地的杂散电容,远小于制动导纳。利用差动导纳和制动导纳的大小关系能够可靠区分母线区内、外故障。EMTP仿真和实际录波数据分析表明:所提新原理无需各间隔数据采样同步,受传输延时影响小,耐过渡电阻能力强,在各种工况下均能可靠地区分母线区内外故障。     

智能变电站中自适应同步的母线保护方案研究

采用电子式互感器母线保护的可靠性依赖于采样值同步,论述了目前智能变电站中母线保护采用的采样值同步方案。在同步标异常时,研究了合并单元自由采样的非精确同步方法及母线保护可以实现的最大同步误差,针对电子式互感器的应用,提出了优化母线保护原理和调整采样值差动关键参数的思路,分析最大同步误差对采样值差动原理母线保护的影响。在同步标正常和异常之间自适应切换同步方法和调整采样值差动保护原理及关键参数,保证母线保护采样值差动的选择性和可靠性要求,通过仿真分析了非精确同步时的动作行为。采用浮动门槛的方法,避免最大同步误差引起的不平衡电流越限闭锁,最终达到在同步标异常时母线差动保护不退出运行,提高了母线保护在智能变电站中应用的适应能力。     

基于交换机数据传输延时测量的采样同步方案

由于采样值(SV)报文在交换机内的传输延时具有不确定性,目前主要通过全站合并单元(MU)接入统一同步时钟实现采样同步,造成网络采样同步严重依赖于外部时钟,也违反了保护功能不应依赖于外部对时系统的基本原则。采样同步技术是"网采"模式能否真正走向实用,以及智能变电站网络结构能否得到大幅度简化的关键。文中详细分析了各种采样方式的优劣,提出了基于交换机数据传输延时测量的新型采样同步原理,该方案原理简单可靠,可通过对等效MU数据接收时刻进行合理性校验实现对交换机转发延时正确性的校验,方案具有很好的推广前景。     

IEC 61850-9-2过程总线上的同步技术研究

在遵循IEC 61850-9-2标准的数字化变电站过程总线上,采样值(sampled measurement values,SMV)报文的同步性能影响着整个系统的稳定性和可靠性。为保证过程总线上的SMV报文实时、可靠、准确地传输到间隔层的保护测控装置,设计了过程层的同步组网方案,并以此为基础分析了电子式互感器的信号处理通道和以太网通信信道对采样值传输延时的影响。提出一种可以在现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)中实现的数字化同步技术。该技术以过采样技术、线性相位的移相技术、动态的内插重采样技术为核心,解决了IEC 61850-9-2过程总线上采样值报文的精确同步问题。现场测试表明提出的方法是可行的,能够应用到工程实践中。     

智能变电站中采样值传输延时的处理

将模拟量采样值(sampled analogue value,SAV)报文准确、实时地传输至智能电子设备是智能变电站过程总线数据通信的关键内容。为此在建立SAV报文传输时序模型的基础上,提出一种采用合并单元相位校准补偿传输延时以提高模拟采样值时标的准确性,并通过测算以太网的最大传输延时验证SAV报文的实时性的方法。利用公式推导和算例计算对方法进行了理论分析,并通过OPNET modeler仿真验证了理论分析的正确性。结果表明模拟采样值延时能够为降低采样值相位误差、同步多路采样值时序、测量报文传输实时性、实现过程层网络配置提供重要依据。     

基于电压向量的数字化母线保护电流同步方法

采样数据同步是智能变电站继电保护的关键问题。当采样数据通过过程层网络传输时,保护装置依赖于时钟源同步。提出了一种基于电压向量的数字化母线保护电流同步方案,在原有同步方案失效并导致合并单元采样失步的情况下,通过电压向量的相位差对采样数据进行同步处理,仍可保证母线保护继续投入运行。分析了同步方案的原理,介绍了同步方案的系统接线,给出了实施方案的细节:通过正序电压计算间隔采样的时间差;通过抛物线二次插值方法对采样数据进行同步处理;发生三相PT断线时需退出同步方案。RTDS数模实验结果表明同步方案可保证各种工况下母线差动保护功能的正确性,证明了同步方案的有效性和可行性。     

一种不依赖MU同步的采样值网络传输方案

IEC 61850标准的组网采样值传输方案由于依赖统一同步网络,降低了数字化站可靠性。点对点采样值传输方案虽然解决了对同步源的依赖问题,但因二次接线复杂且损失了数据共享优势,降低了数字化站可维护性。本文采用不依赖MU同步的网络传输方案,通过特殊交换机记录网络传输延时并将延时反映在报文的特定字段中,实现了采样值的同步计算。经测试,该方案时间同步精度误差为ns级别,满足采样精度要求的同时具备了与传统组网方案相当的实时性。该方案不仅解决了跨间隔采样对同步源依赖的问题,提高了智能数字化系统的总体可靠性,并兼顾了数字化变电站运行维护方便的特征,因此在智能电网和数字化变电站的实际应用中具有很好的应用前景。     

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。     

有限集中式就地化母线保护方案

结合母线保护跨间隔的特点,提出了由基础保护系统加若干个扩展保护系统构成的有限集中分布式就地化母线保护方案。分别介绍了基础保护系统和扩展保护系统的功能,结合典型工程设计论证了每个保护系统的最优接入间隔个数,阐述了基础保护系统和扩展保护系统之间的通信方式及报文传输机制,提出了基于秒脉冲同步信号的采样同步原理,设计了基于标准端口定义的即插即用型航插的输入输出接口,给出了装置的站控层通信接口定义、过程层接口定义、装置的外观图及航插示意图,最后列举了有限集中分布式就地化母线保护的工程配置方案。     

IEEE 1588同步时钟网络时延误差的分析及修正

IEEE 1588同步时钟基于TCP/IP技术,采用变电站通信网络对时,受通信网络传输阻塞的影响,存在同步报文传输路径延时误差。文中分析了IEEE 1588时钟同步精度误差;提出了基于区分服务调度模型的同步报文路径延时误差修正方法,通过设置网络节点业务报文队列的优先级,建立了带宽调节因子和紧迫度机制,确定了同步报文的时延,并提出时钟发生器振荡频率的修正方法;实现IEEE 1588同步时钟误差的修正。搭建了高精度网络时钟硬件平台,并完成了测试。实验结果表明,该时钟实现了纳秒级网络对时,能够满足智能变电站IEC 61850标准对时间精度的要求。     

智能变电站采样值同步异常导致跨间隔计量系统故障分析

智能变电站采用内桥接线、3/2接线、母线PT级联等设计时,数字计量系统需要进行跨间隔计量,此时采样值报文的同步性是影响数字计量系统整体准确性的关键因素。文章介绍了110 k V智能变电站采用内桥接线设计情况下数字化计量装置进行跨间隔计量的原理,针对某110 k V智能变电站实际运行中出现的采样值同步异常导致计量不准确的情况进行了分析,并提出一种提高智能变电站跨间隔计量可靠性的方案。