广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计探讨

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1、广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计探讨　　摘要：随着通信技术的飞速发展，在电力系统继电保护领域实现广域保护已经成为可能。与传统继电保护系统相比，广域保护动作时限更短，故障情况的判断更为准确，能够更好的保障系统的运行安全。由于广域保护实现的基础是可靠完善的通信网络，所以有必要根据保护系统的结构对其网络拓扑结构进行深入分析。　　关键词：广域保护；系统结构、网络拓扑；MSTP　　前言　　随着电网运行技术的飞速发展，计算机技术、通信技术、信息技术在电力系统中得到了广泛的应用，正在逐步实现智能电网的运营模式。在传统的继电保护系统中保护主要可以分为主保护和后备保护两类，其中后备保护的作

2、用是当主保护该动作而未能可靠动作的情况下快速切断故障。但在实际运行过程中发现，后备保护保护定值的准确整定比较困难，同时由于其动作延时一般较长，当系统运行结构发生异常变化，且需要后备保护动作时，其保护功能和作用难以可靠实现。对于整个电网的运行安全及供电质量的提高都造成了很大的制约。在结合网络通信技术和广域测量技术的基础上，相关研究人员提出一种广域继电保护方案，在下面文章里，我们就根据广域继电保护系统分层结构的的特点，对其保护网络拓扑结构进行分析。　　一.广域继电保护系统分层结构特点5　　根据广域继电保护功能的实现，分析其系统结构，可将其通信网络划分为三个层次，分别为接入层、汇聚层

3、和核心层。　　在电网继电保护通信网络的设计过程中，关键就是对变电站网络与电力通信网络的接入进行设计，在保证其保护功能实现的同时，还要求不影响网络中其他功能的正常实现。IED代表智能设备，为了便于区分，在这里我们将子站的IED定义为TCU，主站的IED定义为DCU，调度中心IED定义为MU。我们可以概括的认为广域电网是由多个有限的区域构成的，在每一个有限的区域内，选取一个变电站设置为主站，并将各个区域内的主站链接起来构成汇集层，功能是汇聚所有子站上传的信息；将区域内除了主站外的变电站都定义为子站，一个有限区域内的所有子站构成了接入层；调度中心为整个系统的核心层。[1]　　二.IE

4、D接入保护通信网络的方式　　根据前文对于系统结构分析，我们可以了解到通信网络主要可以划分为IED接入变电站网络和IED接入电力通信网两部分。　　2.1IED接入变电站网络5　　TCU/DCU接入数字化变电站网络拓扑结构，TCU/DCU接入220KV数字化变电站全站统一网络的拓扑结构中，采用TCU/DCU、变压器和高压侧其他设备的双重配置和双重网络。高压侧每一套单一间隔设备均通过间隔交换机与本间隔内相关过程层设备相连，构成一个子网，低压侧单一间隔设备通过间隔交换机和集中备用交换机与本间隔内相关过程层设备相连；对于需要跨间隔的设备，高压侧保护通过公共交换机与各个间隔交换机相连，低压

5、侧保护则通过另外的公共交换机与各个集中备用交换机和间隔交换机相连，从而保证各电压等级相关间隔的信息能够可靠获取。为了保证交换机接口充足且留有备用，在低压侧每几个间隔还配置有一台集中备用交换机。　　2.2IED接入电力通信网络　　在传统的电力通信网络中，主要是应用SDH技术来实现数据的传输，但随着电网中不同速率宽带业务的增多，在实际应用中这项技术已经无法更好的满足应用需求，存在着带宽利用率低、带宽的动态调配功能无法实现等缺陷。在广域保护系统中我们将运用新一代的SDH技术MSTP，这一技术是能够同时实现TDM、ATM及IP等多项业务的接入、处理和传送等功能。在通信网络中应用MSTP

6、，能够简化系统结构，降低维护成本，同时在保留SDH技术原有功能的前提下，很好的解决了带宽利用率低及带宽的动态调配问题，以MSTP技术为技术建立的平台为以太网业务的全面发展奠定了有利的基础。从而形成变电站通信业务与MSTP平台的链接结构。而这关键是针对变电站业务接入MSTP设备。变电站广域继电保护业务及其他业务通过MSTP设备接入电力通信网的传输模型。广域继电保护作为后备保护，其时延要求在300ms内，上面传输模型中能实现毫秒级业务传输的方式分别是IPoverSDH、IPoverATMoverSDH、EthernetoverSDH这三种。但这三种方式对于广域继电保护日益提高的应用

7、需求仍存在一定的不足，为此我们建议将广域继电保护IED接入一个单独的以太网接口，这样就可以根据保护传输业务量的大小合理分配独立带宽，免受其他业务的干扰。同时结合网络服务质量Qos、调度策略和拥塞管理，更好的保证保护业务传输时延满足广域继电保护功能的需求。[2]5　　三.网络拓扑结构设计分析　　为了保证广域继电保护功能的可靠实现，在MSTP平台上为其单独设置了一个以太网接口，这样就使保护网络系统具备了独立的虚拟网桥，使得各个虚拟网桥间的数据彼此隔离，且分配有独立的传输通道，可以通过相邻级联或虚