数字化变电站集成保护信息共享通信特性分析研究

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1、第34卷第2期东北电力大学学报Vo1．34．No．22014年4月JournalOfNortheastDianliUniversityApr，2014文章编号：1005-2992(2014)02—0066—05数字化变电站集成保护信息共享通信特性分析研究姜瀚书，梁峰2，于旭(1．国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春130021；2．国网黑龙江省电力有限公司大庆供电公司，黑龙江大庆163000)摘要：数字化变电站中继电保护的数据通信与保护跳闸等环节的实现形式已经发生了重大变革，其技术条件也促进了集成保护的发展。目前

2、，对35kV及35kV以下变电站，保护测控相互融合、信息共享，保护、测控功能集成在一个独立的装置中，已经成为业界共识。而实时、可靠的网络通信是数字化变电站实现集成保护的先决条件和关键技术。因此，以35kV数字化变电站为例，利用主流通信仿真软件一0PNET对其信息共享特性进行仿真研究。关键词i数字化变电站；集成保护；信息共享；OPNET中图分类号iTM726文献标识码：A数字化变电站实现了变电站信息采集、传输、处理、输出过程的全部数字化，但问隔层和变电站层的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化，保护与控制的工作模式

3、并没有发生变化，这只能称为数字化变电站建设的第一步：即结构的数字化¨J。数字化变电站具有一些新特点，非传统互感器的出现使得保护用互感器和测量互感器不需分开；数据采集合并单元的出现使得所有采集的数据具有相同的格式，单独的IED不需要数据采集；所有的IED仅仅是一个CPU和出口单元，无单独保留的价值，有必要把不同设备的保护与测控单元集成起来。目前，对35kV及35kV以下变电站，保护测控相互融合、信息共享，保护、测控功能集成在一个独立的装置一集成保护中，已经成为业界共识。变电站结构的数字化实现了变电站信息的数字采集和网络交

4、互共享，不仅对电力系统继电保护的数据通信与保护跳闸等环节的实现形式带来了变革，而且为继电保护算法的发展开拓了新的领域一电力系统集成保护。而实时、可靠的网络通信是实现集成保护的先决条件和关键技术，因此，本文以35kV数字化变电站为例，对其信息共享特性进行仿真研究。1集成保护网络通信方案的选择1．1集成保护中数据流和信息传输的特点集成保护的通信系统如图1所示。通信网络的根本任务就是解决过程层设备(MU、ICB)与集成保护的实时数据信息的交互。集成保护涵盖多间隔和设备，所需要的数据信息量，比传统的二次设备要多很多倍，采样测量

5、值报图1集成保护通信系统文(SAV报文)和GOOSE报文是过程总线上数据通信最为重要的两类信息。收稿日期：2014—03—10作者简介：姜瀚书(1985一)，男，吉林省长春市人，国网吉林省电力有限公司电力科学研究工程师，主要研究方向：电能计量检定第2期姜瀚书等：数字化变电站集成保护信息共享通信特性分析研究67SAV报文是典型的周期性数据流，数据流的到达周期就是过程层非传统互感器的采样周期，数据量取决于采样率、MU的个数和报文的大小。GOOSE报文是事件驱动型报文。在没有GOOSE事件发生时，GOOSE报文按固定的时间间

6、隔发送，但发送的时间间隔相对比较长；发生事件时，发送时间间隔设置为最小，在此过程，发送的时间间隔会逐渐增大，直到状态稳定，GOOSE报文的发送时间间隔又变为固定的较长时间。1．2集成保护网络通信方案的选择集成保护涵盖的间隔和设备很多，需要的数据量很大，对通信网络数据传输的可靠性和实时性要求很高。通信网络的性能主要由拓扑结构、传输媒体、媒体存取方式来决定。综合以上因素考虑，通信网络选择星型全双工交换式以太网，选择该方案是基于星型全双工交换式以太网具有以下性能特点：①通信网络的拓扑结构主要有星型、总线型、环型以及它们的混合

7、型。在星型拓扑结构中，任何连接只涉及一个节点和存储转发设备的一个端口，访问控制协议简单，同时任何一个连接发生故障并不影响全网的通信；②全双工工作模式使得通信双方能够同时发送和接受数据，使得集成保护下发的GOOSE跳闸报文不会受到大量的SAV报文上传的影响而导致延迟；③相对于共享式以太网，交换式以太网端口带宽独享，多个MU同时发送SAV报文给集成保护不会发生冲突和碰撞，节点发送数据不再受限于CSMA／CD机制，同时支持虚拟局域网(VLAN)和报文优先级的设置[4-7]。目前，国内的数字化变电站较多采用SAV网和GOOSE

8、网相独立的组网方案，但将SAV网和GOOSE网合并形成基于交换式以太网的过程总线是今后的发展趋势。本论文就这两个方案分别进行仿真分析。2集成保护网络性能的仿真分析2．1节点建模对集成保护网络性能进行仿真分析，需要对3个IED进行建模：合并单元(MU)、智能断路器(ICB)和集成保护(P&C)。节点建模遵循IEC61850，通过OP