智能变电站采样值同步及其测试技术

基于电子式互感器和合并单元的智能变电站数字化采样模式存在传输上的同步问题。本文着重探讨了插值法在采样值同步上的具体应用,通过对某220 kV智能站合并单元和间隔层装置的同步测试验证,基于该方法的同步技术符合当前直接采样模式下的各项技术要求。     

一种基于交流信号的模拟合并单元

分析了模拟合并单元的采样值映射模型和实现方法,利用同步采样技术,将传统PTCT的模拟交流信号构建成符合IEC60044-7/8和IEC61850-9-1标准的采样值映射,从而在传统变电站的基础上直接奠定IEC61850标准的数据基础。提出并验证了模拟合并单元的测试方案。该模拟合并单元已在数个110 kV变电站数字化工程中得到了应用。     

基于IEC 61850的数字化故障录波器的研制

数字化故障录波器采用基于PowerPC8270的硬件平台和基于嵌入式Linux操作系统的软件平台。装置接收合并单元发送的遵循IEC61850-9-1标准采样值数据报文和保护控制单元发送的遵循IEC61850-8-1标准的面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文,按照同步采样的合并策略,实现在全球定位系统(GPS)同步和失步状态下开关量数据和采样值数据的同步,提取正确的GPS时间,最终形成故障录波文件,较好地满足了数字化变电站中对故障录波器的新要求。     

基于IEC 61850的新型合并单元的研制

分析了合并单元的采样值映射模型和实现方法,利用同步采样技术将传统的电压/电流互感器模拟交流信号构建成符合IEC 60044-7,IEEE 60044-8和IEC 61850-9-1标准的采样值映射,从而在传统变电站的基础上直接奠定IEC 61850标准的数据基础。提出并验证了合并单元的测试方案。成功开发出3台样机,经实验测试,各项技术参数令人满意。     

基于自适应采样算法及数据处理的过程层设备时延优化设计

智能变电站与传统变电站相比,二次保护系统中增加了过程层设备合并单元及智能终端,引起了保护设备动作时间变慢。提出将合并单元的单一插值采样算法改为同步采样算法与插值算法相结合,基于同步状态自适应调整采样算法,减小了合并单元内部采样数据的处理时延。针对智能终端的CPU插件进行了改进,由FPGA完成GOOSE组播过滤、网络风暴功能,CPU负责处理GOOSE的接收与发送,同时采用MOSFET光电耦合继电器作为启动继电器,通过优化设计减少了智能终端的出口时间。基于上述设计,研制了新型过程层装置,并对比开展了动模仿真及静模仿真验证。仿真试验结果表明,新研制的过程层装置配合线路保护装置的整体动作时间相比优化前减少3 ms,能够满足GB/T-14285标准对继电保护装置整组动作时间的要求。     

一种基于交流信号的模拟合并单元

分析了模拟合并单元的采样值映射模型和实现方法,利用同步采样技术,将传统PTCT的模拟交流信号构建成符合IEC60044-7/8和IEC61850-9-1标准的采样值映射,从而在传统变电站的基础上直接奠定IEC61850标准的数据基础.提出并验证了模拟合并单元的测试方案.该模拟合并单元已在数个110 kV变电站数字化工程中得到了应用.     

基于IEC61850-9-2的电子式互感器合并单元的研制

介绍了一种电子式互感器合并单元,该合并单元采用FPGA+DSP的硬件架构.该合并单元利用FPGA的实时性能,保证接收互感器数据以及同步脉冲的实时性;利用DSP的数据计算能力,采用抛物线插值算法,同步各互感器的采样数据.合并单元输出采样数据包目前支持IEC60044-8、IEC 61850-9-1、IEC61850-9-2等标准.IEC60044-8标准的接口为串口,有通信方式落后,通信效率低等缺点;IEC 61850-9-1标准接口为以太网,合并单元与智能设备间采用点对点通信方式,其跨间隔通讯效率低;本合并单元采用IEC61850-9-2标准,采样数据包支持网络传输模式.     

基于实时Linux的合并单元同步采样测试装置研制

同步采样测试包含了数据同步测试与采样值精确度测试两个方面,是合并单元最重要的指标之一。在分析了合并单元同步采样测试的现状与存在的技术难点的基础上,介绍了一种基于实时Linux系统结合FPGA实时子系统、接口信号可扩展的合并单元同步采样测试装置的具体实现方法。该方法将FPGA的普通I/O管脚构成一个信号接口总线,通过读取信号接口板的I2C总线EEPROM保存的信息,来分配FPGA管脚的功能,从而实现接口信号的可扩展性,满足合并单元输入输出信号灵活多变的需求。同时,FPGA实现了采样值报文的接收,记录报文接收时标,采样值报文的生成与发送以及模拟MII接口直接与PHY通信等功能。结果表明,本测试装置能准确反映合并单元的数据同步精度、采样值精度,具有较强的实用价值。     

基于IEC 61850-9-2的合并单元研究

合并单元是一次电压/电流互感器设备与二次保护测控单元的关键接口,是变电站过程层数据数字化、共享化的核心单元.介绍了基于IEC 61850-9-2及UCAIug IEC61850-9-2LE的合并单元设计思路,讨论了合并单元的采样值组帧方法及其互操作问题,给出了合并单元的数据建模、时钟同步以及采样值传输的实现方法.对基于IEC61850-9-2LE的合并单元样机测试,实验数据表明该样机各项参数令人满意.     

智能变电站合并单元运维及异常分析

合并单元作为智能变电站过程层核心设备,起着交流采样的关键作用。基于智能变电站合并单元的工作原理及技术特点,以智能变电站合并单元的运行维护和异常分析为研究对象,系统地研究了合并单元的采样机制与同步技术、日常运行维护方法、装置信号与释义、典型异常分析及处置方法和措施。通过对以上方面的研究与实践,阐明了智能变电站合并单元的运行维护重点,尤其是异常处置方法对合并单元的运维具有借鉴意义。     

数字化变电站采样值传输协议分析

数字化采样值传输在实际工程应用中主要有3种传输方案:基于FT3通信的IEC60044-8、IEC61850-9-1和IEC61850-9-2。从全站采样同步、可互操作性、数据共享、工程实施等方面分析了这3种通信技术的特点:基于FT3的IEC60044-8在数据同步方面具有优势,在互操作性、数据共享方面存在不足;IEC61850-9-1、IEC61850-9-2在数据同步方面有一定的局限性,但具有数据共享方面的优势;IEC61850-9-1在编、解码方面更有效率,但在工程配置上缺乏灵活性;IEC61850-9-2在模型映射、工程实施方面更具优势,而且能传输更多的采样通道状态信息,更好地体现了IEC61850的一致性。     

IEC61850-9-2数据收发测试的探索

WinPcap网络开发包是一个免费的、基于Windows平台的、直接在链路层捕获和发送网络数据包的工具,文中设计了基于WinPcap的IEC 61850-9-2仿真测试软件。介绍了WinPcap软件包、IEC 61850-9-2的报文格式以及在数字化变电站中使用和自动化测试实际情况。通过MAC嗅探模块、CID文件读取模块、SNTP对时模块、IEC61850-9-2报文发送和接受模块的设计,该仿真测试软件在计算机WINDOWS环境下网卡介质上能够直接发送符合数字化变电站装置要求的IEC 61850-9-2报文与数字化变电站设备进行联调,并且能够接受IEC 61850-9-2报文进行自动化分析。提出了在发送过程中pcap_sendqueue_transmit函数和在接受过程中微秒定时器的重要作用。     

IEC61850标准下采样值传输规范9-1、9-2的对比和分析

IEC61850-9-1/2是IEC61850标准中定义采样值传输的重要模型,深入了解9-1和9-2协议对研发符合IEC61850标准的变电站自动化系统具有重要意义。本文对9-1和9-2协议的内容和实现方式进行了详细介绍,从采样值信息传输的内容、通信方式、网络形式,SCSM映射方式等方面对9-1和9-2进行了分析和比较,并对二者在实际工程中的应用进行比较,提出了自己的观点。对学习和掌握IEC61850标准和IED设备过程层总线通信设计有参考意义。     

IEC61850到IEC60870-5-101/104映射的关键技术研究

变电站通信系统若采用基于IEC61850通信结构的通信信息模型,必然要解决新系统兼容老设备的问题。目前的变电站通信中采用IEC60870-5-101/104的老设备还很多,而从IEC60870标准过渡到IEC61850是一个渐进的过程,在很长时间内使用IEC60870-5-103/104标准的老设备也会大量存在,必须保证使用IEC60870通信标准的装置在通信上与新系统相互兼容。比较了IEC61850与IEC60870标准两种不同标准体系的特点,依据变电站通信功能的特点和IEC61850的映射原则,提出了将IEC61850的数据模型和控制模型映射到104规约的映射方法和思路,将采用101/104规约的老装置纳入新的变电站通信体系。以使采用两种不同通信标准的装置可以实现互联和互通。     

基于IEC61850-90-5的分布式区域纵联保护

研究IEC61850-90-5标准,提出了一种分布式区域纵联保护方案。通过UDP多播方式传输可路由的SV和GOOSE信息,实现了站间通信技术标准化,提高了信息共享能力。分析了IEC61850-90-5标准的关键要点,采用同步相量测量技术,实现各测量点电气量同步。提出了专用光纤和复用通道两种方式下的时钟同步方案以及时钟同步丢失的解决方案。设计出HSR环网的站间通信方案有效地保证了通信可靠性。通过工程应用验证了基于IEC61850-90-5的分布式区域纵联保护方案的可行性。     

102规约向IEC61850规约转换网关的研究

随着数字化变电站的发展,如何实现采用IEC61850协议的新系统和基于原有协议IEC60870-5-102规约的现役系统的兼容成为现实问题。由面向点信息的传统规约向面向对象技术的IEC61850规约转换也是智能电网发展的必然趋势。通过比较分析IEC61870-5-102规范和IEC61850标准的差异,提出了一种在当前系统与新系统之间过渡的通信网关模型,以保证变电站内非IEC61850装置与IEC61850新系统的兼容。     

基于IEC 61850-9的光纤差动保护数据同步方法

文中提出了一种改进插值法,可以完善解决线路差动保护装置的合并单元(MU)按IEC 61850-9标准接口接入情况下线路两侧的数据同步问题.该方法不调整采样时刻,适应于电子式互感器(ET)标准规定的MU功能结构条件,并能灵活适用于线路一侧为ET、另一侧为传统互感器的情况.改进插值法数据同步完全摆脱了标准中隐含推荐的全球定位系统(GPS),大大提高了继电保护的可靠性.文中另提出了保护装置及MU共用的秒脉冲信号由MU转发或自产生的逻辑和应用方法,可进一步提高保护的可靠性,做到保护功能完全不依赖于除MU和保护装置本身之外的任何其他设备.     

基于微型加密算法的IEC 61850-9-2LE报文加密方法

电力广域通信的发展使得电力采样数据大范围共享成为可能,但采样数据面临信息泄露和遭受恶意篡改的风险,经典的采样报文加密方法由于过大的运算耗时而难以在工程实践中应用。文中结合IEC 61850-9-2LE采样报文特点,提出一种针对采样报文关键内容进行微型加密算法(TEA)运算的加密方法,并利用循环冗余校验(CRC)验证码进行解密后的报文完整性检查。采用典型的电力系统嵌入式硬件平台进行定量的效率验证,所提方法加密含8个服务应用数据单元的IEC 61850-9-2LE报文信息仅耗时0.181 ms,满足电力实时报文传输处理时间4 ms的要求。