詹智華，詹榮榮，陳爭光，李巖軍，余 越，金乃正，朱 瑪

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基于EPON網(wǎng)絡(luò)的智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)研究

詹智華1，詹榮榮1，陳爭光1，李巖軍1，余 越1，金乃正2，朱 瑪2

(1.中國電力科學(xué)研究院國家電網(wǎng)仿真中心動模實驗室，北京100192；2.浙江電力公司紹興電力局，浙江 紹興 312000)

相比傳統(tǒng)電力通信網(wǎng)絡(luò)，EPON網(wǎng)絡(luò)能夠更好地滿足智能變電站通信系統(tǒng)要求，但是智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)采用EPON技術(shù)也存在安全性、可靠性、實時性的問題，導(dǎo)致繼電保護(hù)存在拒動的風(fēng)險。針對上述問題提出了改進(jìn)措施，并進(jìn)行了基于EPON網(wǎng)絡(luò)下繼電保護(hù)功能的適應(yīng)性研究。通過搭建基于EPON網(wǎng)絡(luò)的智能變電站過程層繼電保護(hù)動模測試平臺，重點選取220 kV智能變電站的母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、線路保護(hù)為研究及測試對象，進(jìn)行動模試驗。試驗結(jié)果表明，各類保護(hù)裝置、合并單元及智能終端可通過EPON過程層通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)設(shè)備間采樣報文及跳閘報文的信號傳輸，保護(hù)裝置動作性能未受影響。

EPON網(wǎng)絡(luò)；智能變電站；繼電保護(hù)；動模試驗

0 引言

智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，是發(fā)、輸、變、配、用電和調(diào)度等智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)信息交互的關(guān)鍵支撐點[1-3]，其核心技術(shù)之一就是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)?，F(xiàn)階段國內(nèi)智能變電站的過程層網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)[4]，其價格高昂且大部分為國外產(chǎn)品，在智能電網(wǎng)強調(diào)“交互、自愈、可靠、安全、集成”的背景之下，迫切需要一個價格低廉、安全性高、組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展性強、光纖化的電力通信網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)智能變電站中大量信息傳輸與處理，滿足堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展要求。

以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernet Passive Optical Network，EPON)技術(shù)實現(xiàn)了業(yè)務(wù)在無源光纖上的點到多點傳輸，同時支持以太網(wǎng)之上的多種業(yè)務(wù)傳輸，其信號處理功能均在交換機(jī)和用戶宅內(nèi)設(shè)備完成，而且傳輸距離比有源光纖接入系統(tǒng)短，覆蓋的范圍較廣，造價低，在電信寬帶入戶、智能小區(qū)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并在電力系統(tǒng)的配網(wǎng)自動化和用電自動化領(lǐng)域開展了應(yīng)用測試，成為智能電網(wǎng)中寬帶電力通信系統(tǒng)最理想的接入方式之一[5-6]。

1 ?EPON基本原理與技術(shù)特點

1.1 EPON網(wǎng)絡(luò)基本原理

目前電力通信網(wǎng)主要以光纖、數(shù)字微波傳輸為主，衛(wèi)星、電力線載波等多種通信方式并存，承擔(dān)著數(shù)據(jù)通信、語音信息、繼電保護(hù)、監(jiān)控等領(lǐng)域業(yè)務(wù)。隨著光通信技術(shù)的快速發(fā)展，電力通信接入網(wǎng)開始采用EPON設(shè)備運用于配電自動化業(yè)務(wù)和用電信息采集業(yè)務(wù)[7]。

EPON系統(tǒng)是由光線路終端 (Optical Line Terminal，OLT)、光配線網(wǎng)絡(luò) (Optical Distribution Network，ODN)和光網(wǎng)絡(luò)單元 (Optical Network Unit，ONU)組成的單纖雙向系統(tǒng)[8]。ODN由光纖和無源光分路器或連接器組成，在OLT與ONU之間提供光通道，主要負(fù)責(zé)分發(fā)下行數(shù)據(jù)并集中上行數(shù)據(jù)，完成光信號功率分配和波長復(fù)用等功能。EPON采用波分復(fù)用技術(shù)同時處理雙向信號傳輸，下行數(shù)據(jù)以點到多點的廣播方式從OLT發(fā)送到所有的ONU，上行數(shù)據(jù)則從各個ONU采用時分復(fù)用的方式統(tǒng)一匯聚到中心局端OLT。EPON的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 EPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.2 EPON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點

EPON設(shè)備物理層上應(yīng)用PON技術(shù)，鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議，采用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入，與傳統(tǒng)的電力通信網(wǎng)相比有如下優(yōu)勢：動態(tài)帶寬分配、補償測距、自動發(fā)現(xiàn)技術(shù)、基于時分復(fù)用的同步技術(shù)、光纖保護(hù)倒換、物理層的加解密等。

1.2.1 動態(tài)帶寬分配(DBA)

帶寬分配主要具有靜態(tài)、動態(tài)兩種形式，其中靜態(tài)分配由窗口尺寸決定，其帶寬利用率較低；而動態(tài)帶寬分配是當(dāng)ONU進(jìn)行實時帶寬請求時，OLT根據(jù)ONU的流量信息為ONU分配實時動態(tài)上行帶寬，雖然實現(xiàn)方式較為復(fù)雜，但優(yōu)點是帶寬、利用率高，對突發(fā)性業(yè)務(wù)的適應(yīng)性較好[9]。DBA將直接影響EPON上行鏈路的信道利用效率、帶寬、時延等，是MAC層最為核心的技術(shù)。

智能變電站中實時性要求更高的GOOSE報文和SV報文所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)流量較大，現(xiàn)有智能站通信系統(tǒng)中各類業(yè)務(wù)的報文在系統(tǒng)中采用混合傳輸方式，業(yè)務(wù)流之間存在資源競爭；當(dāng)設(shè)備故障導(dǎo)致某個流向或端口的數(shù)據(jù)量激增時，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性將會受到嚴(yán)重影響。

EPON的動態(tài)帶寬分配技術(shù)可對不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的動態(tài)帶寬分配，保證報文信息有序可靠傳遞，避免不同類型的數(shù)據(jù)之間相互影響。

另外，繼電保護(hù)等測控裝置要求通信通道之間相互獨立或使用“直采直跳”的通信方式。EPON網(wǎng)絡(luò)采用面向連接的數(shù)據(jù)傳遞方式，在數(shù)據(jù)傳遞過程中資源(端口、連接、帶寬和路由)完全固定，在邏輯通道意義上做到了“直采直跳”。而傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換技術(shù)存在通道共享、業(yè)務(wù)易相互影響等問題，通信資源無法實現(xiàn)靈活分配與管理，保護(hù)業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃砸资艿接绊憽?/p>

1.2.2 測距補償技術(shù)

測距補償技術(shù)就是對OLT與各個ONU之間因為距離不同、環(huán)境溫度變化、設(shè)備器件老化等原因引起的環(huán)路時延差異進(jìn)行補償，使OLT能準(zhǔn)確地將各個ONU發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)用。測距技術(shù)分為靜態(tài)測距和動態(tài)測距，其中靜態(tài)測距補償主要用于新加入EPON網(wǎng)絡(luò)的ONU安裝調(diào)試時，或者是離線的ONU重新上線時，由于距離(光纖長度)和設(shè)備器件的不一致性導(dǎo)致的環(huán)路時延差異；動態(tài)測距補償主要用于在線ONU運行過程中，由于環(huán)境溫度、設(shè)備器件老化等原因?qū)е碌沫h(huán)路時延差異。

通常以太網(wǎng)交換機(jī)的帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多址接入(CSMA/CD)機(jī)制使得系統(tǒng)在重負(fù)載或過載情況下高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)難以得到可靠保證，容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)報文的傳輸時延發(fā)生抖動。時延的穩(wěn)定性對繼電保護(hù)極其重要，不穩(wěn)定的延時可能造成保護(hù)閉鎖。EPON補償測距技術(shù)能在傳遞數(shù)據(jù)前約定通信資源分配策略，從而可以控制通信時延的不確定性。

1.2.3 自動發(fā)現(xiàn)技術(shù)

已存在網(wǎng)絡(luò)中的ONU從離線變成在線，或者網(wǎng)絡(luò)中新加入一個ONU，這些ONU接入PON 進(jìn)程的過程稱為“發(fā)現(xiàn)”。系統(tǒng)首先就是對新加入的ONU在網(wǎng)絡(luò)里進(jìn)行注冊，新注冊的ONU將自動加入EPON系統(tǒng)而不影響其他已正常接入網(wǎng)絡(luò)的ONU，整個過程叫作自動發(fā)現(xiàn)技術(shù)。

1.2.4 基于時分復(fù)用的同步技術(shù)

由于EPON 技術(shù)的OLT必須在突發(fā)模式下接收數(shù)據(jù)，因此，高速時鐘同步和數(shù)據(jù)恢復(fù)就成為了關(guān)鍵。各ONU采用時分復(fù)用的機(jī)制接入EPON系統(tǒng)，OLT與ONU的初始時間同步是后續(xù)通信過程的基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)谋ＷC。系統(tǒng)同步建立在一個共同的參考時鐘之上，EPON一般使用OLT時間為標(biāo)準(zhǔn)參考，OLT定時廣播時鐘信息至各ONU，各下級 ONU依據(jù)此信息調(diào)整自身時間，主動與上級 OLT實現(xiàn)同步，完成整個系統(tǒng)在時間域的協(xié)調(diào)一致。

1.2.5 光纖保護(hù)倒換技術(shù)

EPON主要采用骨干光纖保護(hù)和全光纖保護(hù)兩種倒換技術(shù)[10]，可以有效避免該光纖所屬的ONU全部無法與OLT通信的故障。

1.2.6 物理層的加解密技術(shù)

EPON系統(tǒng)采用一點對多點的結(jié)構(gòu)模式，OLT 到各ONU的下行數(shù)據(jù)采用廣播模式發(fā)送，可能存在安全問題，需要對信息進(jìn)行加密處理。加密和解密可以在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及其上的協(xié)議層進(jìn)行。其中，與在MAC層以上的加解密相比，在物理層的加密和解密是相對安全的。在發(fā)送端，物理層對整個字節(jié)流進(jìn)行加密；在接收端，物理層對數(shù)據(jù)解密之后再發(fā)送給MAC層驗證。每個ONU的密鑰各不相同，當(dāng)收到不屬于自己的數(shù)據(jù)幀時，由于沒有正確的密鑰，就不能將其正確解密，MAC層驗證也不會通過，確保了當(dāng)前ONU不能獲得其他ONU的數(shù)據(jù)。

2 智能變電站過程層基于EPON網(wǎng)絡(luò)存在的問題及解決方案

從以上技術(shù)特點可以看出，與傳統(tǒng)的電力通信網(wǎng)相比，EPON網(wǎng)絡(luò)在實用性、可操作性、經(jīng)濟(jì)性等方面能夠更好地滿足智能變電站通信系統(tǒng)要求，并已成功運用于配電自動化領(lǐng)域。但是，EPON網(wǎng)絡(luò)也存在一些問題，若要將EPON網(wǎng)絡(luò)運用智能變電站過程層組網(wǎng)，則還需要解決好以下幾個問題。

2.1 安全性

1) 在EPON下行傳輸中可能存在非法用戶竊聽信息。例如，非法用戶竊聽操作管理維護(hù)OAM 地址、用戶數(shù)據(jù)等。同時，在EPON網(wǎng)絡(luò)的上行傳輸中，雖然不存在非法竊聽，但是可能出現(xiàn)偽造、篡改和重發(fā)信息影響傳輸信息的可靠性和數(shù)據(jù)完整性，惡意ONU發(fā)送大量信息導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞以及傳統(tǒng)以太網(wǎng)中存在的安全威脅。

解決方案：為了保證傳輸信息的保密性、可靠性和可控性，應(yīng)對MAC控制幀、OAM控制幀以及鏈路層的傳輸幀采取AES加密算法加密。為確保上行信道中信息的可靠性和數(shù)據(jù)完整性，可以通過用戶鑒權(quán)來確認(rèn)是否對使用者發(fā)送信息，或者采用明文加密以確保使用者發(fā)送的數(shù)據(jù)和OLT接收到的數(shù)據(jù)一致，或在用戶接口處將侵入系統(tǒng)的非法控制幀過濾。

2) EPON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在以太網(wǎng)交換基礎(chǔ)上建立，同樣存在著ARP攻擊、DoS攻擊等以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全隱患。

解決方案：在EPON組網(wǎng)中采用加密認(rèn)證、業(yè)務(wù)隔離、報文過濾、訪問控制和安全管理技術(shù)手段，以確保網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的完整性、安全性。

2.2 可靠性

EPON組網(wǎng)在運行中可能由于OLT主控板、業(yè)務(wù)板冗余不滿足或者承載重要業(yè)務(wù)的EPON光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺乏相關(guān)光路冗余保護(hù)手段導(dǎo)致設(shè)備、光路故障時承載業(yè)務(wù)無法正常切換，電力通信接入網(wǎng)業(yè)務(wù)中斷影響信息的完整性。

解決方案：EPON組網(wǎng)對鏈路采用冗余保護(hù)可避免光鏈路以及業(yè)務(wù)端口故障對網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)的影響。在故障發(fā)生時，可通過業(yè)務(wù)端口和鏈路的倒換保證業(yè)務(wù)正常傳輸，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW373-2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范》中對用電信息采集系統(tǒng)通信類業(yè)務(wù)的需求，EPON組網(wǎng)業(yè)務(wù)倒換過程中倒換時間應(yīng)小于50 ms。

2.3 實時性

智能變電站的繼電保護(hù)及控制設(shè)備通過智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)采集SV采樣值數(shù)據(jù)和GOOSE信息，進(jìn)行內(nèi)部功能運算后，通過智能終端設(shè)備進(jìn)行跳閘操作。

通常MU(80點采樣，即250 μs發(fā)送間隔)的采樣值具有較好的發(fā)送均勻性和較低的離散度。但是經(jīng)過ONU接入EPON系統(tǒng)后，由于EPON系統(tǒng)OLT和ONU之間采用時分復(fù)用方式進(jìn)行通信，OLT和ONU之間每次輪詢時隙的最小時間間隔為約500 μs，ONU和OLT進(jìn)行上傳采樣信息時，可能出現(xiàn)“壓包”現(xiàn)象，即若干采樣值數(shù)據(jù)包不能隨到隨轉(zhuǎn)發(fā)，壓在ONU中，導(dǎo)致采樣值數(shù)據(jù)包到達(dá)OLT時呈現(xiàn)出較差的均勻度，保護(hù)因采樣值通道離散度過大而導(dǎo)致閉鎖[11]。

解決方案：

1) 帶寬分配周期升級為125 μs，遠(yuǎn)小于通用EPON系統(tǒng)的分配周期(500 μs)。

2) 帶寬分配采用固定帶寬分配，OLT周期性(125 μs)地給ONU分配上行窗口(帶寬)。ONU不需要按報文邊界向OLT報告字節(jié)數(shù)。

3) 為了提高帶寬的利用率，OLT每個PON口最大支持下掛8個ONU，且ONU上行報文切片傳輸，最大化利用固定窗口帶寬。

4) FX口接收1 500字節(jié)的報文需要120 μs，ONU上行等待的時延最大125 μs。報文在OLT和交換機(jī)中的轉(zhuǎn)發(fā)時延控制在50 μs以內(nèi)(需要設(shè)置嚴(yán)格的QoS)，即報文回到目的ONU的延時控制在300 μs以內(nèi)。另外通過精確計算所有SV報文在系統(tǒng)中每一跳的駐留時間，報文到達(dá)目的ONU后，根據(jù)已逝去的時間與設(shè)置的固定時延，計算出SV報文在目的ONU中需要等待的時間，確保報文在EPON系統(tǒng)中經(jīng)過的時延是固定值。

因此可看出，EPON網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時延控制時間越短，且時延時間離散越小就可以解決“壓包”現(xiàn)象，從而實現(xiàn)虛擬點對點方式接入的保護(hù)裝置功能不受影響。

3 動模試驗

3.1 模型介紹

為驗證EPON網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案的可行性，保護(hù)裝置功能的適應(yīng)性，根據(jù)文獻(xiàn)[12]電力系統(tǒng)繼電保護(hù)產(chǎn)品動模試驗的技術(shù)要求，結(jié)合智能變電站實際工況，建立了基于EPON網(wǎng)絡(luò)的220 kV智能變電站系統(tǒng)模型。

3.1.1 動模系統(tǒng)

動模系統(tǒng)接線如圖2所示，系統(tǒng)中N站發(fā)電廠經(jīng)24.2 km無互感單回線路與M站系統(tǒng)相連，線路主要參數(shù)如表1所示。N側(cè)電廠系統(tǒng)，裝有10 G、12 G共兩臺發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 100 MW。M站為單母線分段接線，接有一臺容量為240 MVA的三繞組變壓器，變壓器中壓側(cè)與110 kV等級無窮大等值系統(tǒng)相聯(lián)，其短路容量為3 500 MVA，變壓器低壓側(cè)接有補償電抗(補償容量約為20 Mvar)和補償電容(補償容量約為30 Mvar)。

圖 2 基于EPON網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)裝置動模試驗系統(tǒng)圖

3.1.2 過程層EPON網(wǎng)絡(luò)方案

為了增強系統(tǒng)的傳輸可靠性，在對OLT和ONU進(jìn)行設(shè)計時需考慮支持1︰1冗余備份組網(wǎng)需求，在數(shù)據(jù)鏈路層處理以前具備單點雙線保護(hù)機(jī)制，也即在光纖和電路上提供冗余備份保護(hù)。該EPON冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具備的功能如下：

1) 支持OLT側(cè)斷路保護(hù)。OLT側(cè)一條光纖或電路斷開后，上下行數(shù)據(jù)通過另一條備用鏈路進(jìn)行傳輸，系統(tǒng)仍然正常工作。

2) 支持光耦合器之間的光纖斷路保護(hù)。此時一部分ONU通過主鏈路與OLT通信，另一部分 ONU通過備用鏈路與OLT進(jìn)行通信，系統(tǒng)仍然正常工作。

3) 支持光耦合器與ONU之間的光纖或電路斷路保護(hù)。斷路的ONU通過備用鏈路收發(fā)數(shù)據(jù)，其他ONU不受影響。同時，系統(tǒng)冗余切換時間得到控制[13]。

本次試驗中采用A、B雙EPON網(wǎng)絡(luò)并行運行的組網(wǎng)方案，每一個網(wǎng)絡(luò)接入變電站各間隔設(shè)備，不用再分電壓等級設(shè)立網(wǎng)絡(luò)。在A網(wǎng)和B網(wǎng)各部署一臺實時交換機(jī)。每個網(wǎng)均采用無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方式實現(xiàn)對各類IED終端的接入。原有繼電保護(hù)裝置的以太網(wǎng)通信板上加入一塊“以太網(wǎng)-EPON”的轉(zhuǎn)換接口板(簡稱P模塊)，其作用相當(dāng)于ONU。實時交換機(jī)通過P模塊實現(xiàn)與合并單元、智能終端、保護(hù)裝置等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)構(gòu)架如圖3所示。

圖3 過程層EPON通信網(wǎng)絡(luò)圖

3.1.3 設(shè)備配置清單

本次試驗中的二次設(shè)備包括合并單元、智能終端、合智裝置、母線保護(hù)、變壓器保護(hù)和線路保護(hù)，以及一套EPON網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。裝置清單如表1、表2所示。

表1 保護(hù)裝置清單

表2 合并單元、智能終端及通信設(shè)備清單

3.2 試驗項目和結(jié)果

3.2.1 常規(guī)項目

被測母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、線路保護(hù)裝置在系統(tǒng)分別發(fā)生區(qū)內(nèi)外金屬性故障、轉(zhuǎn)換/發(fā)展性故障、經(jīng)過渡電阻故障、斷路器失靈、匝間故障、合智單元失步及失步再同步時，區(qū)內(nèi)故障時，保護(hù)均能可靠動作，且保護(hù)動作時間未見明顯加長。區(qū)外故障，保護(hù)均未發(fā)生誤動。試驗期間保護(hù)未發(fā)生誤閉鎖現(xiàn)象。分別模擬保護(hù)裝置、通信設(shè)備、合智裝置的直流電源發(fā)生時斷時續(xù)的情況，保護(hù)裝置未發(fā)生誤動。

3.2.2 OLT光纖通道異常

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW373-2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)功能規(guī)范》中對用電信息采集系統(tǒng)通信類業(yè)務(wù)的需求，EPON 組網(wǎng)業(yè)務(wù)倒換過程中倒換時間應(yīng)小于 50 ms。為驗證倒換操作是否會對保護(hù)裝置動作行為造成影響，需要對EPON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行OLT光纖通道異常試驗。試驗情況如下。

1) 斷開其中A網(wǎng)OLT上的通信光纖，中斷后各保護(hù)裝置無異常報文，模擬各保護(hù)裝置的區(qū)內(nèi)外金屬性故障，各保護(hù)裝置在區(qū)內(nèi)故障發(fā)生時能可靠動作，區(qū)外不誤動。

2) 將A、B網(wǎng)的OLT電源同時掉電，掉電后瞬時(0~200 ms內(nèi))模擬各保護(hù)裝置的區(qū)內(nèi)外金屬性故障，此時保護(hù)裝置在區(qū)內(nèi)故障發(fā)生時能可靠動作，區(qū)外不誤動；掉電250 ms后OLT的數(shù)據(jù)輸出終止，保護(hù)裝置報通信異常，模擬區(qū)內(nèi)外故障，保護(hù)不動作。

3.2.3 GOOSE報文網(wǎng)絡(luò)壓力測試

網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴除了會造成網(wǎng)絡(luò)堵塞、系統(tǒng)大面積斷網(wǎng)等影響外，還會沖擊過程層、間隔層中所有組網(wǎng)設(shè)備，造成其網(wǎng)卡接收緩沖區(qū)溢出，大量占用CPU資源，導(dǎo)致各組網(wǎng)設(shè)備軟件程序死機(jī)或重啟，危害智能變電站的安全穩(wěn)定運行[14]。

EPON網(wǎng)絡(luò)具有業(yè)務(wù)隔離、報文過濾和訪問控制功能，可以根據(jù)用戶業(yè)務(wù)采用VLAN技術(shù)實現(xiàn) VPN；通過采用ACL流過濾機(jī)制，使系統(tǒng)支持端口的源和目的MAC地址幀過濾，同時也可實現(xiàn)對上層協(xié)議類型的報文過濾，如源、目的IP地址、VLAN ID及TCP端口號等，從而有效抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。為驗證EPON網(wǎng)絡(luò)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴時對保護(hù)的影響，進(jìn)行了以下試驗。

1) 在原有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的基礎(chǔ)上使用網(wǎng)絡(luò)測試儀通過PIN板卡端口對各保護(hù)裝置施加單個非訂閱GOOSE報文，注入流量為1 M~(100 M-實測基礎(chǔ)流量)，網(wǎng)絡(luò)壓力持續(xù)時間不小于2 min。網(wǎng)絡(luò)壓力持續(xù)過程中，保護(hù)裝置無異常報文，模擬區(qū)內(nèi)外故障及與各訂閱GOOSE控制塊報文相關(guān)的故障(如斷路器失靈)，保護(hù)裝置在區(qū)內(nèi)故障、失靈故障時能可靠動作，區(qū)外故障不動作。

2) 在原有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的基礎(chǔ)上使用網(wǎng)絡(luò)測試儀通過PIN板卡端口對保護(hù)裝置施加單個訂閱GOOSE報文，注入流量為1 M~(1 00M-實測基礎(chǔ)流量)，網(wǎng)絡(luò)壓力持續(xù)時間不小于2 min。網(wǎng)絡(luò)壓力持續(xù)過程中，保護(hù)裝置無異常報文，模擬區(qū)內(nèi)外故障及與各訂閱GOOSE控制塊報文相關(guān)的故障(如斷路器失靈)，保護(hù)裝置在區(qū)內(nèi)故障、失靈故障時能可靠動作，區(qū)外故障不動作。

試驗結(jié)果表明，采取改進(jìn)措施后，智能變電站過程層采用EPON網(wǎng)絡(luò)未對繼電保護(hù)裝置動作性能產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

1) 分析表明，與傳統(tǒng)的電力通信網(wǎng)絡(luò)相比，EPON網(wǎng)絡(luò)在實用性、可操作性等方面能夠更好地滿足智能變電站通信系統(tǒng)要求。

2) 建立了動模試驗平臺對EPON通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、繼電保護(hù)裝置、合并單元及智能終端的整體配合性能進(jìn)行了全面測試。測試結(jié)果表明，EPON網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)采用改進(jìn)措施后，設(shè)備間采樣報文及跳閘報文的正常傳輸，保護(hù)功能特性未受影響，驗證了修改措施的有效性。

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(編輯 周金梅)

Research of relay protection technology smart substation based on EPON network

ZHAN Zhihua1, ZHAN Rongrong1, CHEN Zhengguang1, LI Yanjun1, YU Yue1, JIN Naizheng2, ZHU Ma2

(1. Dynamic Test Laboratory of State Grid Similation Center, China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China; 2. Shaoxing Electric Power Bureau, State Grid Zhejiang Electric Power Company, Shaoxing 312000, China)

Compared with the traditional electric power communication network, the EPON network can meet the requirements of the smart substation communication system better. But the problems of security, reliability and real-time in the process layer network of the smart substation still exist, which leads to the miss tripping risk of the relay protection. The improvement measures of this problem are proposed, and the adaptability of relay protection function based on EPON network is studied. Based on the protection dynamic testing platform of the smart substation using the EPON network, the bus protection, transformer protection and line protection of 220 kV smart substation are studied and tested. The testing results show that all kinds of protection devices, merging units and intelligent terminals can deliver the sampling and tripping packets through EPON process layer network, and the performance of the protections is not affected.

EPON network; smart substation; relay protection; dynamic simulation test

10.7667/PSPC150768

2015-05-08；

2015-09-25

詹智華(1982-)，男，碩士，中級職稱，研究方向為繼電保護(hù)動態(tài)模擬技術(shù)和檢測技術(shù)。E-mail: 37739441@ qq.com