基于节点重要度的过程层网络交换机运维研究

智能变电站依靠大量的交换机组网实现信息的交互,交换机出现故障时,将造成信息交互路径中断,导致保护装置、智能终端、测控装置等设备的功能失效。文章分析了典型智能变电站网络拓扑结构及其过程层网络特点,并利用节点重要度方法对过程层网络结构交换机的重要度进行分析,根据分析结果,结合现场运行情况,提出针对性的运维措施建议。

基于IEC62351变电站过程层安全通信性能研究

IEC 61850标准的过程层通信是数字化变电站的重要组成部分,然而IEC 61850标准并不包含特定的安全措施。IEC 62351标准的提出从理论上解决了电力通信领域的通信安全问题,由UCA组织的2019国际互操作验证了IEC 62351标准在过程层通信的互操作性,但并未对通信性能开展测试。首先基于不同嵌入式处理器,对消息认证码算法进行性能测试;然后基于已具备IEC 62351过程层安全通信能力的设备,分别在安全通信和非安全通信两种模式下,对过程层GOOSE和SMV通信性能进行对比测试。最后搭建一个典型配置的主变保护测试系统,验证了通信的安全性。实验结果表明,基于高性能嵌入式处理器的IEC 62351安全通信可以满足过程层实时通信性能的要求。

基于可靠性框图法的过程层信息流最优控制技术

智能变电站过程层网络作为“三层两网”中的重要部分,其负责保护装置、测控装置、安稳装置及智能终端等智能电力电子设备之间的信息交互工作,过程层网络设备的运行可靠性直接关系到断路器能否及时切除故障设备。基于此,首先分析典型过程层网络组网结构及报文发布/订阅关系。其次,根据过程层不同信息对保护设备的影响程度,建立过程层信息分类方案。最后,采用可靠性框图法分析过程层设备的可靠性,指出过程层网络结构存在的问题,并针对性提出优化过程层网络结构的组网方案,研究优化后的组网方案对变电站现场运维管理工作的影响。

智能变电站过程层网络配置研究

智能变电站过程层组网通信质量决定了站内继电保护及自动化等二次设备的安全、稳定和可靠运行。目前主流使用虚拟局域网(Virtual Local Area Network,以下称VLAN)与静态组播技术对智能变电站内大量二次设备进行通信子网划分,以提高组网通信质量与安全水平。但是,高度安全的网络结构意味着维护改造更加困难,实际组网配置方案的优劣还受到复杂的现场情况与其他人为因素影响。本文将结合在运智能变电站实际案例,分析讨论VLAN和静态组播两种技术在过程层组网中的应用,为智能变电站过程层网络配置优化方向提供参考。

基于OPNET Modeler的数字化变电站过程层网络实时性分析

过程层网络是数字化变电站区别于常规变电站的主要网络层。为研究其实时性对继电保护等对传输时限要求较高应用的影响,基于OPNET Modeler仿真平台,在过程层网络构建符合IEC61850标准的SCSM模型。以继电保护GOOSE和SV应用为研究对象,分析了组网方式、网络负载和传输策略等对过程层网络实时性的影响,并提出了通过优先级标签和VALN等技术降低传输延时的优化策略。为数字化变电站过程层网络实时性分析提供了定量评估方法。

一起智能变电站保护装置过程层网络交叉隐患分析及改进措施

过程层网络是智能变电站的重要基础,直接关系到全站数据的采集与断路器控制的可靠性,智能变电站现场大量使用光纤,要求现场对光纤两侧使用的一致性。分析了一起因光纤两侧使用不一致引起的过程层网络交叉隐患,并提出了使用一种基于自同步编码光纤对芯装置的验收方法,提高了验收效率,保证了过程层网络结构的准确性。

智能变电站过程层组网方案分析

智能变电站是智能电网建设的重要环节,过程层网络则是智能变电站的重要基础,直接关系到全站数据采集和开关控制的可靠性和实时性。总结分析了智能变电站建设过程层设备所涉及的网络报文,针对数据采样和通用面向对象变电站事件(GOOSE)通信的不同组合方式所形成的网络方案进行了对比分析,讨论了采用IEEE 1588标准对时的三网合一组网方案和混合模式组网方案,针对500kV等级变电站过程层组网方式进行了实例讨论,最后介绍了虚拟网络划分所涉及的虚拟局域网(VLAN)和组播注册协议(GMRP)技术。

智能变电站过程层冗余组网模式及网络延时累加技术研究

当前智能变电站过程层采用双网架构,IED设备的处理器同时处理双网数据,存在处理器负荷高的问题。SV采用光纤直连传输方式、存在布线复杂、IED设备光口多、成本高、装置发热量大、信息共享困难及链路无法监视等各种问题。同时GOOSE采用网络传输方式,过程层网络与光纤直连方式并存,结构不清晰问题。针对高可靠性无缝冗余协议(High Reliablity Seamless Redundant Protocol,HSR)和并行冗余协议(Parallel Redundant Protocol,PRP)的智能变电站过程层组网进行了研究,并基于该组网基础上进行了HSR和PRP的延时累加技术研究及测试。该研究为将来在国内智能变电站进行推广应用此技术提供了坚实的理论分析和测试结果参考数据。

智能变电站中过程层和间隔层功能一体化IED的设计

常规变电站的智能化改造需要增加过程层设备并改造间隔层设备,施工复杂,对中低电压等级间隔经济性欠佳。提出了采用过程层和间隔层功能一体化智能电子设备(IED)的分散安装配置方案,并设计了功能一体化的新型IED,将合并单元、智能终端功能和测控、保护功能在一台物理设备中实现。介绍了该IED的总体设计方案和软硬件结构,主要由PowerPC主处理模块、数字信号处理器(DSP)数据处理模块、现场可编程门阵列(FPGA)综合处理模块和断路器智能控制模块组成。讨论了采样值数据流设计、通用面向对象变电站事件(GOOSE)信息的快速处理方法、测控保护功能设计等问题。最后建立了符合IEC 61850标准的一体化IED的信息模型。功能一体化的新型IED软硬件设计合理,性能满足要求,有较好的经济性,可以有效地简化中低电压等级间隔的智能化改造工作。

智能变电站过程层网络流量控制和同步方法研究与实现

为解决智能变电站过程层网络装置过分依赖对时网络问题,及智能变电站过程层网络SMV报文间、SMV和GOOSE报文间及GOOSE报文间的相互干扰问题,提出了通过在交换机上实现延时可测技术和业务流量管理技术有效解决过程层网络现存的两个主要问题。延时可测技术通过GOOSE、SMV报文携带经过交换机的延时值实现时间同步。业务流量管理技术通过基于目标MAC地址的流量控制方法解决过程层网络报文间相互干扰问题。

智能变电站过程层网络信息流潮流模型与计算方法

信息流是体现智能变电站过程层网络运行方式及其性能的重要载体,文中提出了过程层网络信息流的潮流计算模型。首先构建了涵盖过程层网络拓扑信息的物理网络模型,并结合报文广播域的划分建立了能够反映节点间逻辑连接关系的逻辑网络模型,然后从各信息源发包行为的不同出发,建立了节点模型。进一步地,给出了信息流潮流模型,并将信息流潮流计算分为稳态流量、极限流量、特定应用场景流量以及网络异常流量4类,满足了对过程层网络不同运行方式进行分析的需求。最后给出了2个过程层网络信息流潮流计算的典型算例,并通过OPNET仿真和网络分析仪2种手段对算例结果进行了验证,表明了所提模型和方法的有效性。

智能变电站过程层应用技术研究

过程层是智能变电站区别于常规变电站的亮点之一,但其实现方案饱受争议。阐述了智能变电站过程层的概念和组成及其基本要求,对过程层典型组网方案的优缺点进行了分析,同时对三网合一方案进行了实际测试,提出了一种基于IEC62439的PRP并行冗余技术方案,它可显著提高通信网络的可用度。该研究对于推广应用智能变电站过程层技术具有一定的指导意义。

重采样移相技术在过程层IED中的应用

介绍了一种重采样相位补偿算法,该算法可对异步采样造成的相位误差进行补偿。分析了同步采样和异步采样的优缺点,介绍了重采样移相技术中常用的插值算法,在异步采样系统中应用抛物线插值算法,实现对采样值的相位补偿,并从理论上分析了该算法对工频信号中的基波和高次谐波的精度影响。经实验验证,对于采用异步采样模式的过程层IED,应用重采样移相技术可以达到补偿相位的效果,补偿后的精度能够满足电子式互感器标准的精度要求。

智能变电站过程层组网改进方案

提出了一种智能变电站过程层组网改进方案。在利用虚拟局域网(VLAN)技术实现网络报文精确控制、确保网络传输性能的同时,参照站内总的网络数据流量和网络记录分析仪以及故障录波装置单光口推荐的接收容量,将经单光口发送至网络记录分析仪以及故障录波装置的数据,借助VLAN技术分为几个光口分别进行传输,有效解决了当智能变电站网络传输流量较大,特别是网络传输流量超出网络记录分析仪以及故障录波装置的百兆以太网光口容量时的数据可靠接收问题。与现有解决方案相比,所提改进方案充分发挥了智能变电站站内信息共享的优势,有效避免了投资成本的大幅增加及直连光纤和光接收模块的大量消耗,并已广泛应用于湖南电网。

基于报文解析的变电站过程层网络信息流异常保护方法

为了提高智能变电站过程层网络的通信可靠性,给出一种基于信息流的过程层网络设备异常保护方法。基于过程层网络信息流的特性分析,研究了过程层网络信息流的异常状态形成机理以及特征量,并提出了信息流异常的保护策略。进一步,基于GOOSE、SV报文的解析以及信息流量的监控,给出过程层网络信息流异常保护的判据、逻辑和整定计算方法,实现了过程层网络信息流异常告警以及网络故障隔离,并启动备用装置对故障装置进行替换,实现了事故状态的恢复。在构建智能变电站网络通信系统保护监控体系方面进行了实质性的有效探索。

数字化变电站过程层的通信技术研究

分析了数字化变电站过程层通信对象(采样值信号和开入开出信号)的特点及传输方式。根据过程层总线上通信对象实时性和可靠性的要求,提出在实现过程中,除了选择适合的总线结构,还需合理划分VLAN网段和优先级,考虑网络流量负荷、传输时延和二次装置的接收和处理能力等因素,使得在保证装置可靠性的基础上,提高系统的灵活性和互操作能力。

针对500kV数字化变电站过程层采样的动模试验及若干问题探讨

为深入研究数字化变电站过程层数字采样特性及其对继电保护的影响,以及主要厂商最新设备的性能和相互配合情况,国家电网仿真中心电力系统动态模拟实验室结合500 kV桂林数字化变电站实际配置,搭建了数字化变电站试验环境,并针对过程层数字采样进行了动态模拟试验。文中介绍了本次试验的模型系统、参试装置、过程层组网方式、主要试验项目及试验结果。对试验中出现的几个典型问题进行了描述、分析和探讨。通过解决试验中出现的问题,设备厂商之间达到一定程度的统一,这说明系统级动模试验能有效提高各类智能电子设备(intelligent electronic device,IED)间的互操作能力,并为智能变电站技术的规范化发展提供必要的试验手段和宝贵的调试经验。

智能变电站过程层网络流量管理方式研究与应用

为了保证智能变电站过程层网络工作的稳定性和可靠性,必须对网络流量进行管理。简述了智能变电站过程层网络的特点,介绍了常用组播报文流量管理方式,并比较了各种管理方式的差别,提出了静态组播管理是适合现阶段过程层网络应用的管理方式。同时,边缘端口输入流量限制可以防止网络风暴引起的灾难性故障。因此,采用静态组播管理和边缘端口输入流量限制相结合的方式对过程层网络流量进行管理,符合现阶段智能变电站发展水平和应用需求,并以现场应用实例证明了该结论的可行性和有效性。

IEC61850过程层网络通信分析诊断工具设计

在智能化变电站中,过程层网络通信是其信息共享和信息传输的基础。为了保证电力系统的安全、可靠性,实现过程层网络通信异常的分析、诊断是目前研究的热点。采用特殊的智能DAG网卡,其具有结构简单、零包丢失、高精度时间戳等优势,然后配合扩展的Wireshark分析软件,设计了一套软硬件结合的网络分析诊断软件。同时详细阐述了报文异常检查、网络状态统计以及故障波形记录等功能实现步骤,展示网络分析、诊断系统的应用效果以及提出未来亟待改进的地方。该设计将故障录波器和网络通信记录分析系统集成一体化,对减少变电站内设备、降低投资、简化运行维护具有重大的变革意义。

不同过程层网络结构的保护系统可靠性分析

数字化变电站过程层存在多种形式的网络结构,研究不同网络结构下继电保护系统的可靠性对过程层网络结构的选择和工程应用具有重要意义。根据数字化变电站继电保护系统的构成特点,提出了一种保护系统可靠性分析方法。该方法将保护系统划分为采样子系统和跳闸子系统,分别建立其故障树模型。综合考虑设备故障和修复过程,利用故障树和蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真相结合的求解方法计算保护系统可靠性。最后应用所提出的分析方法,对不同网络结构下保护系统的可靠性进行了评估,通过对元件概率重要度分析,给出了影响保护系统可靠性的主要元件。