数字化变电站组网方案的与

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【摘 要】IEC61850标准下的数字变电站是变电站自动化系统的研究方向.文章就数字化变电站中工程组网发展趋势及现有模式、过程层传输标准、组网模式等内容,引用现场大量实例进行了对比分析,研究了各种方案的特性和发展趋势.该文对于研发符合IEC618050标准的数字化变电站及现场工程应用有一定的现实意义.

【关 键 词 】IEC61850；过程层网络；V；GOOSE

数字化变电站就目前应用来看,2006年以前基本是电子互感器的研制、试验以及IEC61850规约的互操作试验时期,2006年开始有基于IEC61850标准的监控系统投入运行,2007年开始有基于电子互感器和智能终端的全数字化变电站投入运行.目前以110KV电压等级变电站最多,有部分220KV电压变电站实现全站数字化 [1].

1.工程应用组网发展趋势及现有模式

1.1发展趋势

如图1所示,数字化变电站与传统的变电站相比较主要特征是：采用数字输出的电子式互感器、智能开关等智能一次设备；二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息,取消一、二次设备间的控制电缆,采用光纤网络通信；根据IEC61850-7-1标准,过程层和间隔层采用协议是IEC61850-9-1/2和GOOSE,间隔层装置和变电站层采用IEC61850-8-1.

1.2 现场组网模式

1）基于变电站层IEC61850的模式

该模式的间隔层智能电子设备IED可被安装在间隔层设备上或集中组屏.这种模式的推广是为了解决传统变电站中智能设备的互联互通及信息互操作问题.

2）基于传统互感器及过程层信息交换模式

该模式在变电站层信息交换采用了IEC61850,也增加了过程层网络进行该层信息交换.对于每一个间隔,配置了过程层设备合并单元、智能操作箱,将常规一次设备的信息及操作数字化,与之相关的间隔层智能电子设备IED则通过光纤以太网与对应间隔的合并单元、智能操作箱相连接.

3）基于变电站层及过程层全信息交换模式

该模式采用电子式互感器代替传统互感器.由于光电式互感器的性能优势,这种模式是高压及超高压变、特高压电站的发展趋势.过程层、间隔层到变电站层全部数字化.全站一次设备采用智能控制单元、电子互感器,二次侧的间隔层设备采用点对点通信方式与电子互感器合并单元（MU）连接,与智能控制单元全部采用以太网络进行连接,连接设备为光缆,取代了传统电缆.

2.过程层组网方案

2.1 过程层组网传输数据的标准

数字化变电站过程层网络的出现实现了其高级应用.过程层合并器发送数据格式遵循标准有FT3、IEC61850-9-1、IEC 61850-9-2 [2][3]. FT3采用光纤串口方式传输采样值,带宽较低,通道固定,扩展不易.早期的数字变电站多用此方式；而IEC61850-9-1于2009年由IEC的TC57工作组提议撤销并执行.因此,IEC61850-9-2标准成为采样数据组网的唯一报文格式.由于IEC61850-9-2 配置定义灵活,为便于工程应用,国际上推出了工程版的IEC61850-9-2LE,由此形成了事实标准的IEC61850-9-2LE.

2.2 过程层组网模式

1） V点对点、GOOSE组网模式

图2所示的方式V采用点对点,通过GOOSE单独组网的网络方式跳闸,符合IEC61850标准对GOOSE的使用要求,也符合智能开关设备接收GOOSE网跳闸命令趋势,可以解决开关量信息共享问题,与跳闸点对点相比,该部分利于节省光缆,在一定程度上实现数据传输网络化,具有较高自动化程度.但是此方式实现的V点对点传输,仍然无法实现采样数据共享,且光纤数量多、交换机多.

2）V、GOOSE独立组网模式

图3所示的方式中V过程层组网能够实现全站数据的共享,跳闸GOOSE组网也能够实现网络跳闸,采用IEC 61850-9-2组网模式,体现了IEC 61850功能分布、信息共享的要求,避免点对点方式的光纤数量多、施工繁琐、维护麻烦的缺点；维持了保护双重化原则进行,实现了继电保护采集、跳闸回路的完全独立,即从互感器线圈一直到开关跳圈都是双重化配置,不存在任何交叉.但此方式的网络结构复杂,所需交换机数量较大,采用此方式的变电站投资都相当大.目前数字化变电站有较多此类工程实例,例如唐山郭家屯220KV数字化变电站.

3） 基于IEC61850-9-2的SWV与GOOSE共网模式

随着网络技术,智能设备的发展,V、GOOSE共网的过程层网络是组网方式发展趋势.如图4所示,首先,GOOSE报文采用具有信息优先级的交换式以太网技术,以发布者/订阅者模式进行通信,有完善的超时重传机制,GOOSE流量和占用的网络带宽也较小,基本不影响采样值传输；其次,过程层传输的信息除了V和GOOSE信息外,还有少量辅助信息,如对时信息PTP1588等,这些信息采用独立的物理通道后,技术实现和运行维护都不方便.最后,采用共网传输能大幅简化网络,降低数字化变电站的建设成本.例如山西及河南电网建设或规划中的大多数数字化工程都采用此方案.

3.结语

本文引用现场大量实例对数字化变电站的组网类型、过程层传输标准及组网方案,进行了对比分析,研究了发展的趋势.文章对于建设IEC618050标准数字化变电站有一定的借鉴及参考价值.