基于GOOSE反馈机制的智能变电站过程层网络备用方法

智能变电站过程层光纤网络一旦发生故障,会使二次系统功能失效,故障修复效率低,可靠性降低。为此,提出一种基于GOOSE反馈机制的智能变电站过程层网络备用方法。文章根据二次系统对过程层网络的传输要求,对间隔抖动、丢帧率和光功率等指标建立相应的危害程度量化模型;建立了备用光纤光口单指标和综合指标启动判据;利用GOOSE反馈机制实现对主光纤光口的备用。仿真表明,所提方法可快速完成故障光纤光口的备用切换,提高了过程层网络的可靠性。

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。

数字化变电站通信网络的组建与冗余方案

根据站级网络与过程网络是否联通,提出了独立过程网络和全站唯一网络2种数字化变电站通信网络的组建方案。通过分析各自优缺点,指出独立过程网络目前较易实现,而全站唯一网络可先在规模不大、节点数目较少的新建中低压变电站中尝试,待积累一定组网和运行管理经验后,全站唯一网络将凭借信息高度共享等优势成为数字化变电站通信网络的最终形态。详细分析并比较了各种网络冗余技术在数字化变电站通信网络中的应用方法,包括由交换机实现环网冗余协议、快速生成树协议和链路聚合控制协议,由智能电子设备(IED)实现双网口热备用和双网口独立工作等;最后提出了当前实施网络冗余可能存在的问题。

数字化变电站通信网络性能仿真分析

依据IEC 61850标准分析了数字化变电站的通信网络结构和数据流,利用OPNET Modeler建立了2层星型拓扑结构的数字化变电站通信网络动态仿真模型,基于该模型以过程网络中采样值报文的网络延时、站级网络中报告和控制报文的端到端延时为研究对象,对不同节点规模、不同网络配置和不同应用功能条件下的过程网络、站级网络的实时性能进行了仿真分析,根据仿真结论对数字化变电站通信网络的结构、网络带宽及网络设备的选取等提出了建议。

数字化变电站继电保护适应性研究

结合国家电网仿真中心动态模拟实验室所进行的数字化变电站二次设备系统级、网络化动态模拟试验结果,分析了数字化变电站过程层的组网方案、继电保护装置的动作快速性问题、继电保护装置对多厂家多原理电子式互感器配合工作的适应性、继电保护装置对电子式互感器异常情况的适应性、电子式互感器采样同步方案、变电站间电流差动保护的数据同步问题,并提出了应对方案,最后提出了改进的数字化变电站系统级网络测试的动模试验方案。

电子式互感器在数字化变电站的应用

电子式互感器和合并单元作为数字化变电站的重要组成部分,与传统互感器相比具有绝缘简单、动态范围宽、抗饱和性能强、占地面积小、实现数据输出等优点。文中介绍了有源和无源电子式互感器的构成,对这2种方式进行了比较,介绍了合并单元的功能及其应用,对工程应用提出了互感器配置和功能应用的实施建议。

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。

数字化变电站中过程层的技术研究

对基于变电站通信网络和自动化系统的国际标准——IEC61850的变电站过程层进行了研究。通过与电磁式互感器和传统开关装置相比较,介绍了电子式互感器、智能开关的特点和使用方法。由二次设备的通信结构,阐述了二次设备数字化和网络化的特点;说明了过程层变电站结构的变化。论述了IEC61850-9-1通信协议是对变电站的间隔层和过程层的通信协议,给出了单向多路点对点串行链路应用图;IEC61850-9-2通信协议在间隔层和过程层的通信上有了提高,给出了IEC61850-9-2变电站结构图。分析了过程层自动化发展过程中要求考虑的有源电子式互感器供电、抗干扰、稳定性/寿命、测量标准/方法、同步、通信实时性、设备互操作等问题。并建议其过程层的发展需要一、二次设备协调发展。

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。

基于数字化变电站过程层的分布式母线保护的研制

结合IEC61850协议特征、数字化变电站过程层的通信特点及母线保护的特殊要求等提出了基于数字化变电站过程层的分布式母线保护实现方案,并分析了分布式母线保护所涉及的关键问题之一同步采样控制方法,评述了分布式母线保护的通信模式。

基于数字化变电站的集中式保护

新型的PCS集中式保护采用嵌入式的硬件设计和分布式的软件设计。每个间隔的保护测控集成到一个DSP板卡中,并可灵活扩展,已经成功应用于220 kV变电站。变电站220 kV配置2台集中式线路保护装置完成所有线路和母联的保护测控功能,配置1台集中式元件保护装置完成母线、主变保护测控功能。66 kV配置4台集中式低压保护完成所有66 kV出线、电抗器、电容器保护。变电站在过程层采用IEC61850-9-2/GOOSE的冗余双网方案,间隔层采用点对点同步技术。

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。

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。

基于OPNET的变电站过程层网络的仿真研究

采用交换式以太网技术应用于变电站过程层网络通信,以代替传统点对点硬线电缆连接的信息传输方式。在对交换式以太网实时性能进行分析之后,以典型500 kV变电站内的线路间隔作为研究对象,将间隔内设备按照其所完成的功能分解为IEC 61850中定义的逻辑节点,并使各逻辑节点重新组合形成过程层以太网的节点。通过对节点间交换信息的分析,对网络负载进行了分类,根据其自身的特点设计了相应传输模型和流量模型。最后利用OPNET网络仿真分析软件验证了线路间隔内过程层以太网的网络性能,仿真结果表明过程层网络通信具有可行性。

智能变电站过程层网络报文传输时间计算及抖动抑制方法

过程层网络是智能变电站的重要组成部分,其实时性对智能变电站的安全可靠运行具有重要意义,而报文传输时间是实时性的主要指标。在介绍过程层网络结构及通信业务的基础上,提出了一种报文传输时间计算方法,分析了报文长度、数据率等因素对过程层网络中报文传输时间的影响并进行了仿真验证。针对因竞争而造成的采样值(SV)报文传输时间抖动问题,提出了一种通过控制报文发送时序与转发条件来抑制SV报文传输时间抖动的方法,给出了该方法的实现思路,仿真表明该方法可以在确保报文实时性的同时,有效地抑制SV报文传输时间的抖动。

基于IEC 61850的变电站间隔层保护监控设备硬件设计框架

依据IEC 61850标准构建了变电站自动化系统各逻辑接口到物理接口的映射模型,提出了基于分布式信息处理模式的变电站间隔层保护监控设备硬件框架,以高压线路间隔为例,阐述了该设备内部插件的功能分配情况。文章还构造了由新型保护监控硬件设备组成的间隔层局域网,对该网络的负荷及延时进行了模拟计算和分析,结果表明,新型结构的保护监控设备能够满足变电站间隔层局域网的通信实时性要求,具有可行性。

数字化变电站过程层通信故障发生装置

设计了一种用于继电保护测试的数字化变电站过程层通信故障发生装置。以EP3C25现场可编程门阵列芯片为中央控制器,以88E1111 k M以太网物理层芯片为通信接口,通过"截取-修改-转发"方式人为地改变过程层网络中的采样值报文和GOOSE报文,使继电保护装置接受的信号出现异常。在此基础上,采用信息熵检测法监视电压信息的变化,实现过程层通信故障、电力系统故障的联合仿真。实验表明,通信故障发生装置引起的网络延时很短,对RTDS模拟的绝大部分电力系统故障能够有效鉴别。

数字化变电站通信网络的传输时延不确定性分析

针对数字化变电站通信网络传输时延不确定性问题尚存在争议,采用网络仿真方法,定量分析了数字化变电站通信网络的传输时延不确定性问题。探讨了引起网络传输时延不确定性的诸多因素;分析了测量、数学分析和仿真三种网络传输时延分析方法的技术特点;采用OPNET网络仿真软件,仿真分析了网络端节点的处理能力、网络流量和端节点处的流量等达到某一数值时,网络传输时延展现出的不确定性行为,并提出了基于IEEE 802.1p/Q的优先级标签、虚拟局域网,组播过滤和自适应数字滤波技术提高数字化变电站通信网络传输时延确定性的四种方案。

基于RPR的变电站通信系统传输时延上界计算

为了确定基于弹性分组环(resilient packet ring,RPR)的变电站通信系统实时性是否满足IEC 61850标准的要求,使用网络演算理论推导出各种业务在采用双缓存媒体控制(medium access control,MAC)策略的弹性分组环中传输时延上界的计算方法,并以典型变电站为例,计算得到了变电站内各种数据流的传输时延上界。计算结果为:使用吉比特弹性分组环作为过程总线,当网络负载率小于80%且节点数达到上限时,实时业务的传输时延上界小于2.5ms;使用吉比特弹性分组环既作为变电站总线又作为过程总线,当最大报文长度和网络节点数达到上限时,实时业务的传输时延上界为3.5ms左右。网络演算和OPNET仿真结果表明:基于弹性分组环的变电站通信系统能够满足IEC61850标准的要求。

智能变电站过程层点对点与组网模式比较分析

通过对智能变电站过程层网络模式的比较分析,提出按功能区分过程层网络模式,即主保护点对点其余组网模式。介绍了智能变电站过程层4种网络模式,比较了点对点模式和组网模式在造价成本和性能等方面的优劣,论证组网模式网络流量、延时的可行性;介绍了主保护点对点其余组网模式的光链路寄生回路,并提出解决办法。最后介绍了主保护点对点其余组网模式的工程应用情况,并展望全网合一的应用前景。