基于IEC 61850的新型數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的研究與實踐.pdf

1、變電站自動化系統(tǒng)在我國應(yīng)用發(fā)展十多年來，為保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行發(fā)揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復雜，自動化功能獨立、堆砌，缺少集成應(yīng)用和協(xié)同操作，數(shù)據(jù)缺乏有效利用等問題。這些問題大多是由變電站整體數(shù)字化水平不高、缺乏能夠完備實現(xiàn)信息標準化和設(shè)備之間互操作的變電站通信標準造成的。 電力工業(yè)發(fā)展和市場化改革的深入對供電質(zhì)量和電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的要求不斷提高，作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，變電站數(shù)字化、信息化的要求越發(fā)迫切

2、，數(shù)字化變電站成為變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。電子式電流/電壓互感器、智能開關(guān)等智能化一次設(shè)備的誕生使建設(shè)數(shù)字化變電站成為可能，高速、可靠和開放的通信網(wǎng)絡(luò)以及完備的通信系統(tǒng)標準是數(shù)字化變電站實現(xiàn)的保障，特別是最新頒布的變電站通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)的國際標準-IEC 61850為建設(shè)數(shù)字化變電站提供了全面規(guī)范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)為研究對象，結(jié)合新架構(gòu)的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)研制的具體實踐

3、，展開專門研究，主要內(nèi)容包括： ◇ IEC 61850的理論分析①揭示了IEC 61850與數(shù)字化變電站的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。 ②總結(jié)了IEC 61850的內(nèi)涵，通過分析說明IEC 61850不再是簡單的通信協(xié)議，更多意味的是變電站自動化系統(tǒng)的功能建模方法。 ③歸納了IEC 61850的主要技術(shù)特征，包括功能分層的變電站、面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ?、功能與通信的解耦、變電站配置語言和面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述等。 ④從“

4、類”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具備了類的共性和特性。以合并單元為例，對信息模型的屬性和服務(wù)進行了具體分析。 ◇ IEC 61850的應(yīng)用研究①從系統(tǒng)和設(shè)備兩個層面總結(jié)了實踐IEC 61850的一般步驟。 ②分析了采樣值傳輸(SVC)和通用變電站事件(GSE)2類重要的通信服務(wù)。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，時間及時間同步等通信模型的特殊通信服務(wù)

5、映射。 ④討論了信息模型實體的構(gòu)建方法，即如何讓設(shè)備的實際功能、運行機制和數(shù)據(jù)能夠準確和完備的實現(xiàn)設(shè)備對應(yīng)信息模型的所有細節(jié)。IEC 61850沒有對實現(xiàn)標準的具體方法作出規(guī)定，這給各廠商在技術(shù)實現(xiàn)上留出了足夠的自由發(fā)揮空間。但同時我們注意到若僅在“形態(tài)”層面上實踐IEC 61850，而不顧及IEC 61850的內(nèi)涵和應(yīng)用價值，則可能無法實現(xiàn)IEC 61850的預定目標或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考慮，在提

6、出3種可能的構(gòu)建方案的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析從中選擇出作者認為最優(yōu)的方案，并給出了示例。 ◇基于IEC 61850的數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)(CNDS)的研究①在分析以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制方法的基礎(chǔ)上，針對標準以太網(wǎng)存在延時不確定的問題，總結(jié)了提高以太網(wǎng)實時性能的主要措施，并從中選擇出適用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特別是與同樣基于以太網(wǎng)的一般局域網(wǎng)的區(qū)別，針對CNDS在網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了應(yīng)

7、對措施和解決方案。 ③提出了過程子網(wǎng)和全站惟一網(wǎng)絡(luò)2種組網(wǎng)方案。通過分析各自的特點與實現(xiàn)難度，指出過程子網(wǎng)目前較易實現(xiàn)，而全站惟一網(wǎng)絡(luò)將憑借信息高度共享等優(yōu)勢成為CNDS的最終形態(tài)。闡述了VLAN、由交換機實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余等組網(wǎng)技術(shù)在SAS中的應(yīng)用方法及IED自身通信冗余的實現(xiàn)方法。 ④歸納了CNDS數(shù)據(jù)流的類型和到達時間規(guī)律：建立了簡單數(shù)據(jù)流模型為表征數(shù)據(jù)流、研究數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP

8、協(xié)議及其運行機制，提出了TcP應(yīng)用于CNDS的優(yōu)化方法。 ⑤利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)，建立了EMAC和TCP/IP仿真節(jié)點模型，對以太網(wǎng)、TCP和交換式以太網(wǎng)的基本特征等進行了仿真研究；依據(jù)CNDS實際承載的功能，建立了過程子網(wǎng)和站級網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)仿真模型，圍繞網(wǎng)絡(luò)延時和端到端延時等網(wǎng)絡(luò)性能指標，對不同組網(wǎng)方式和應(yīng)用功能下的網(wǎng)絡(luò)性能進行了考察，得出了具有普遍適用性的結(jié)論和建議，為分析解決此類問題提供了通用方法。 ◇可接入C

9、NDS的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)①闡述了一種新架構(gòu)的、能夠無縫接入CNDS并具有多種運行方式的全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護平臺與試驗系統(tǒng)的軟硬設(shè)計和實現(xiàn)方法。提出了適用于數(shù)字保護的RTOS多任務(wù)劃分方法。 ②以饋線保護測控裝置為例，建立了平臺的IEC 61850信息模型。以此為基礎(chǔ)，在平臺內(nèi)部實現(xiàn)了利用SMV和GOOSE報文傳輸采樣值和開入/開出信息，即實現(xiàn)了遵循IEC 61850的過程層通信，為平臺接入IEC 61850