趙 璐, 王 沁, 紀(jì) 元, 高 博, 高 亮

(1.上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院, 上海 200090; 2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司 浦東供電公司, 上海 200122;3.安徽電力科學(xué)研究院 電網(wǎng)技術(shù)中心, 安徽 合肥 230601)

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智能變電站繼電保護(hù)通信系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性

趙 璐1, 王 沁2, 紀(jì) 元2, 高 博3, 高 亮1

(1.上海電力學(xué)院 電氣工程學(xué)院, 上海 200090; 2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司 浦東供電公司, 上海 200122;3.安徽電力科學(xué)研究院 電網(wǎng)技術(shù)中心, 安徽 合肥 230601)

以IEC 61850中的D2-2型變電站為例,針對(duì)幾種典型的繼電保護(hù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu),通過不交化最小路集法,計(jì)算并分析系統(tǒng)的可靠性,篩選出同時(shí)兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)型的二次系統(tǒng)配置方案,并運(yùn)用Optimized Network Engineer tools(OPNET)仿真軟件,結(jié)合繼電保護(hù)相關(guān)信息流的特點(diǎn),應(yīng)用IEEE 802.1Q優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽和劃分本地虛擬局域網(wǎng)(Virtual Local Area Network,VLAN)技術(shù)對(duì)D2-2型變電站進(jìn)行仿真,得出了不同繼電保護(hù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下影響保護(hù)實(shí)時(shí)性的主要因素,并針對(duì)智能變電站的保護(hù)控制系統(tǒng)配置提出了建議.

智能變電站; 繼電保護(hù); 實(shí)時(shí)性; 可靠性

相對(duì)于傳統(tǒng)變電站,智能變電站的本質(zhì)變化在于過程層一次設(shè)備的智能化和信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化.由于繼電保護(hù)相關(guān)信息的采集、保護(hù)與控制命令的下發(fā)均通過通信網(wǎng)絡(luò)以網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的形式完成,使得智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)在很大程度上依賴于通信網(wǎng)絡(luò),因此通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和性能會(huì)直接影響繼電保護(hù)的可靠性和實(shí)時(shí)性.

繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和實(shí)時(shí)性是不可分割的整體.如果單獨(dú)對(duì)實(shí)時(shí)性展開研究,則作為研究對(duì)象的二次系統(tǒng)建模缺乏依據(jù),僅僅是對(duì)一個(gè)拓?fù)浼芭渲靡殉尚偷耐ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析,無法全面考慮到實(shí)際工程中面臨的問題,也無法建立一個(gè)完備且貼近實(shí)際的智能變電站繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò).本文通過對(duì)繼電保護(hù)通信系統(tǒng)展開可靠性分析,確定其配置方案,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)時(shí)性仿真與分析.

1 可靠性計(jì)算與分析

智能變電站的“繼電保護(hù)通信系統(tǒng)”,是指電力系統(tǒng)主設(shè)備互感器、斷路器等及其相關(guān)的保護(hù)、測(cè)控、交換機(jī)等二次設(shè)備構(gòu)成的通信系統(tǒng)[1].智能變電站中,繼電保護(hù)功能的可靠實(shí)現(xiàn)要依賴該系統(tǒng)的每個(gè)元件及其組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu).

1.1 繼電保護(hù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能變電站中繼電保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)如下:非常規(guī)互感器將一次系統(tǒng)的電壓和電流轉(zhuǎn)換為低電平數(shù)字采樣值信號(hào),多路低電平采樣值匯集至合并單元,通過高速以太網(wǎng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)上傳至間隔層的保護(hù)和測(cè)控裝置.因此,繼電保護(hù)相關(guān)的IED包括:合并單元(MU)、繼電保護(hù)與測(cè)量控制裝置(P&C)、過程總線交換機(jī)(SW),這些裝置分別對(duì)應(yīng)于實(shí)時(shí)信息采集系統(tǒng)、保護(hù)與控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng),各裝置通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)(Ethernet Media,EM)相連.

針對(duì)智能變電站間隔單元,圖1給出了6種典型繼電保護(hù)系統(tǒng)裝置冗余結(jié)構(gòu)圖.圖1a為具有冗余的保護(hù)測(cè)控裝置;圖1b為具有冗余的交換機(jī);圖1c為具有冗余的合并單元和交換機(jī),可在過程層實(shí)現(xiàn)信息的交叉?zhèn)溆?圖1d類似于常規(guī)保護(hù)系統(tǒng),采用雙重化配置,兩套保護(hù)系統(tǒng)彼此獨(dú)立;圖1e和圖1f分別為基于并行冗余協(xié)議(Parallel Redundancy Protocol,PRP)的雙星型和雙環(huán)型結(jié)構(gòu),其特點(diǎn)在于裝置通過自身的雙以太網(wǎng)控制器和雙網(wǎng)絡(luò)端口連接至兩個(gè)互為冗余的以太網(wǎng),這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)可采用互相獨(dú)立的任意網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并可使用通用交換機(jī)完成本間隔內(nèi)過程層一次信息的上傳,同時(shí)向智能一次設(shè)備發(fā)送間隔層保護(hù)測(cè)控單元的命令.

圖1 單間隔冗余配置結(jié)構(gòu)示意

1.2 可靠性指標(biāo)及計(jì)算步驟

在進(jìn)行系統(tǒng)可靠性評(píng)估時(shí),可將任何一個(gè)復(fù)雜“系統(tǒng)”分解成多個(gè)元件以并聯(lián)方式或串聯(lián)方式組成的網(wǎng)絡(luò).假設(shè)所研究的系統(tǒng)S由多個(gè)元件組成,其系統(tǒng)或元件的故障率為λ,修復(fù)率為μ,均為已知量,繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)的常用可靠性指標(biāo)如下.

(1) 平均無故障運(yùn)行時(shí)間(tMTTF),是指元件或系統(tǒng)出現(xiàn)故障前正常運(yùn)行的平均期望時(shí)間,即:

(1)

(2) 平均修復(fù)時(shí)間(tMTTR),是指修復(fù)元件或系統(tǒng)需要的時(shí)間,即:

(2)

(3) 可用度(As),用于衡量系統(tǒng)正常工作的穩(wěn)態(tài)概率,即:

(3)

(4) 故障頻率(fs),是指單位時(shí)間下系統(tǒng)平均故障的次數(shù),即:

(4)

(5) 系統(tǒng)可靠度函數(shù)R(t).

大量統(tǒng)計(jì)表明,電力系統(tǒng)元件或子系統(tǒng)的使用壽命和檢修時(shí)間均服從指數(shù)分布.常用指數(shù)函數(shù)Ri(t)表示系統(tǒng)內(nèi)第i個(gè)元件可靠性的概率函數(shù),其可靠度取決于該元件的故障率λi,即:

(5)

系統(tǒng)可靠性函數(shù)Rsys(t)是在元件可靠性基礎(chǔ)上,參照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)系而形成的,系統(tǒng)的可靠性函數(shù)和平均無故障運(yùn)行時(shí)間滿足:

(6)

目前,電力系統(tǒng)可靠性計(jì)算大多采用最小路集法(minimal path sets)[2],如果在形成系統(tǒng)最小路集這一步驟后,增加對(duì)最小路集去交化的步驟,最終形成基于不交化最小路集的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)的方法稱為不交化最小路集法.本文采用二元決策圖法(Binary Decision Diagram,BDD)[3]求解系統(tǒng)的不交化最小路集.

1.3 可靠性計(jì)算

考慮到大量元件在去交化過程中生成較多的中間過程向量,導(dǎo)致計(jì)算量增加,可以按照串聯(lián)系統(tǒng)等效原則對(duì)系統(tǒng)拓?fù)渥鲞m當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,即將串聯(lián)關(guān)系元件等效為一個(gè)元件,這種簡(jiǎn)化對(duì)后續(xù)的可靠性指標(biāo)計(jì)算沒有影響[4].

圖1中6種冗余配置的可靠性指標(biāo)計(jì)算步驟相同,本文僅對(duì)最復(fù)雜的基于PRP雙環(huán)型冗余結(jié)構(gòu)下的可靠性計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)說明.

系統(tǒng)f的可靠性框圖和串聯(lián)等效后的簡(jiǎn)化可靠性框圖如圖2所示.

系統(tǒng)的最小路集為A,BF,EC,D,布爾函數(shù)f=A+BF+EC+D.經(jīng)BDD法去交化可得基于不交化路集的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)為:

圖2 結(jié)構(gòu)f的可靠性框圖及其串聯(lián)簡(jiǎn)化

為了便于比較,根據(jù)變電站中各二次元件的不同,假設(shè)元件平均無故障時(shí)間及平均故障率如表1所示[5],并假設(shè)所有元件的修復(fù)時(shí)間為24 h(即1/365 a).

表1 變電站元件可靠性參數(shù)

以表1為基礎(chǔ),根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù),可得可靠性函數(shù)為:

(7)

同理可計(jì)算出圖1中6種間隔結(jié)構(gòu)下的可靠性函數(shù),將可靠性函數(shù)代入式(6)即可求得系統(tǒng)的平均無故障運(yùn)行時(shí)間,并可根據(jù)式(1)至式(4)進(jìn)一步求出單間隔所有結(jié)構(gòu)下的各項(xiàng)可靠性指標(biāo),結(jié)果如表2所示.

表2 各種間隔冗余結(jié)構(gòu)下可靠性指標(biāo)

在完成單間隔可靠性指標(biāo)計(jì)算后,將單間隔等效為可靠性指標(biāo)已知的元件BA(bay).圖3為變電站總線冗余配置示意.圖3a為單星型的變電站總線結(jié)構(gòu),每個(gè)間隔內(nèi)的IED通過本間隔交換機(jī)向站控層公共交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù);圖3b為單環(huán)型的變電站總線結(jié)構(gòu),由本間隔內(nèi)交換機(jī)和站控層交換機(jī)相互連接形成閉環(huán),互為備用;圖3c為雙星型冗余的變電站總線結(jié)構(gòu),用于解決站控層交換機(jī)單重配置容易引發(fā)的系統(tǒng)可靠性薄弱問題;圖3d為雙環(huán)型冗余的變電站總線.根據(jù)圖3的變電站總線拓?fù)?可計(jì)算出整個(gè)變電站的可靠性指標(biāo).

圖3中,站控層的公共交換機(jī)(Station Switch,SSW)將各間隔內(nèi)部交換機(jī)和站控層設(shè)備連接,站控層人機(jī)交換接口(Human Machine Interface,HMI)完成就地監(jiān)控功能,同時(shí)數(shù)據(jù)按照符合IEC61850 90-2標(biāo)準(zhǔn)的形式流過與調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)關(guān)(Gate Way,GW),完成遠(yuǎn)動(dòng)功能.

圖3 變電站總線冗余配置

表3 變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性指標(biāo) h

1.4 可靠性分析

由表2的單間隔可靠性計(jì)算結(jié)果可以看出,從系統(tǒng)冗余的實(shí)現(xiàn)方法來看,基于PRP的網(wǎng)絡(luò)冗余e和f結(jié)構(gòu)的可靠性明顯高于基于裝置冗余的a,b,c,d結(jié)構(gòu).從繼電保護(hù)裝置角度來看,保護(hù)雙重化配置下的d,e,f結(jié)構(gòu)可靠性明顯高于保護(hù)單重配置的a,b,c結(jié)構(gòu).就雙重配置的繼電保護(hù)系統(tǒng)而言,基于PRP雙星型冗余拓?fù)?即結(jié)構(gòu)e)具有兼顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性的優(yōu)勢(shì).

由表3可知,當(dāng)間隔內(nèi)部配置相同時(shí),4種變電站總線的可靠性為單星型<單環(huán)形<雙星型冗余<雙環(huán)形冗余.但當(dāng)變電站總線為單星型網(wǎng)絡(luò)及全變電站內(nèi)的所有間隔結(jié)構(gòu)均為a和b時(shí),繼電保護(hù)冗余配置無法保證變電站運(yùn)行的可靠性.

因此,在后續(xù)實(shí)時(shí)性分析和仿真中,單間隔選擇基于PRP雙星型冗余拓?fù)涞呐渲梅桨?變電站總線采用單環(huán)形和雙星型拓?fù)?

2 實(shí)時(shí)性仿真

2.1 仿真對(duì)象

本文的變電站信息流分析和仿真均以IEC 61850-1中的D2-2型變電站為仿真對(duì)象,D2-2型變電站是典型的單母雙分段接線[6].包括2個(gè)變壓器間隔T1和T2,1個(gè)母線間隔BUS,6個(gè)出線間隔L1～L6,每個(gè)間隔數(shù)據(jù)流經(jīng)本間隔交換機(jī)上傳至站控層服務(wù)器及SCADA系統(tǒng).

2.2 節(jié)點(diǎn)模型

OPNET的仿真模型搭建分3層,分別為網(wǎng)絡(luò)模型、節(jié)點(diǎn)模型和過程模型.網(wǎng)絡(luò)模型描述變電站的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),由節(jié)點(diǎn)和信道構(gòu)成;節(jié)點(diǎn)模型描述節(jié)點(diǎn)行為,由互連模塊構(gòu)成;過程模型實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)模塊功能,每個(gè)狀態(tài)可由C/C++語言編程指定.

變電站智能IED節(jié)點(diǎn)根據(jù)其功能可分為5類,分別為MU節(jié)點(diǎn)、斷路器IGS節(jié)點(diǎn)、P&C節(jié)點(diǎn)、站控層控制節(jié)點(diǎn)、站控層服務(wù)器節(jié)點(diǎn)和交換機(jī)SW節(jié)點(diǎn).仿真中的節(jié)點(diǎn)模型需嚴(yán)格遵循IEC 61850,用戶可配置采樣率、數(shù)據(jù)流開始時(shí)間、仿真停止時(shí)間、數(shù)據(jù)包大小、節(jié)點(diǎn)地址等參數(shù),并支持OPNET軟件的video conferencing服務(wù)和FTP服務(wù),以模擬周期性數(shù)據(jù)、隨機(jī)性數(shù)據(jù)和突發(fā)性數(shù)據(jù).

(1) MU節(jié)點(diǎn)及IGS節(jié)點(diǎn) 對(duì)于時(shí)限要求較高的GOOSE報(bào)文和SMV信息的傳輸服務(wù)是從應(yīng)用層到表示層,不經(jīng)過傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層,經(jīng)抽象語法符號(hào)編碼后直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層和物理層,以減少傳輸時(shí)間.過程層的MU節(jié)點(diǎn)和IGS節(jié)點(diǎn)分別用于上傳SMV信息和接收GOOSE報(bào)文,對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高.根據(jù)這一特點(diǎn),這兩類節(jié)點(diǎn)可采用ethernet_station_adv節(jié)點(diǎn)模型模擬.

(2) P&C節(jié)點(diǎn)及站控層控制節(jié)點(diǎn) 間隔層至變電站層的MMS報(bào)文、保護(hù)定值等報(bào)文完整地映射了OSI7層堆棧,P&C節(jié)點(diǎn)及站控層控制節(jié)點(diǎn)主要用于傳輸此類報(bào)文,因此采用OPNET中的ethernet_wkstn模型來模擬.這類發(fā)送接收節(jié)點(diǎn)映射過程包含TCP/IP協(xié)議.

(3) 站層服務(wù)器節(jié)點(diǎn) 站層服務(wù)器用于管理控制間隔層、過程層設(shè)備,并形成全站監(jiān)控、管理中心,或與遠(yuǎn)方通信,可用ethernet_server模型來模擬其數(shù)據(jù)行為.

(4) SW節(jié)點(diǎn) 采用128端口的以太網(wǎng)交換機(jī)模擬,完成變電站內(nèi)各IED之間的信息交互,同時(shí)可用于配置VLAN等通信功能.

2.3 網(wǎng)絡(luò)模型

按間隔將D2-2型智能變電站劃分為9個(gè)子網(wǎng)(subnet),如圖4所示,它們通過光纖連接站級(jí)交換機(jī).仿真中間隔內(nèi)二次裝置冗余配置均按照可靠性分析中基于PRP雙星型冗余拓?fù)涞呐渲梅桨?

圖4 變電站OPNET網(wǎng)絡(luò)模型

2.4 業(yè)務(wù)流配置

結(jié)合上述各個(gè)節(jié)點(diǎn)及繼電保護(hù)信息流的特點(diǎn),變電站正常運(yùn)行下及故障發(fā)生后的信息流大致分為5類,并可通過OPNET的application和profile配置5種業(yè)務(wù)流[7-9].

(1) 周期性采樣信息SV MU按照周波80～256個(gè)點(diǎn)的頻率對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣,綜合間隔內(nèi)12路電氣量數(shù)字信號(hào).根據(jù)IEC 61850對(duì)采樣值的ethernet幀格式規(guī)定,SV報(bào)文長(zhǎng)度為136 B.

(2) 周期性設(shè)備狀態(tài)信息STATE 周期性設(shè)備狀態(tài)信息以20 ms為周期,向站控層服務(wù)器上傳256 B的IGS及P&C設(shè)備狀態(tài)信息.

(3) 隨機(jī)性大型數(shù)據(jù)信息FILE 記錄、定值等大型數(shù)據(jù)文件通過FTP服務(wù)在指定時(shí)間開出數(shù)據(jù)流,其數(shù)據(jù)大小設(shè)為1 010 000 B.

(4) 保護(hù)出口信號(hào)TRIP 在故障跳閘命令或控制信息的驅(qū)使下,IGS節(jié)點(diǎn)接收來自P&C節(jié)點(diǎn)的16 B事故信息命令,控制數(shù)據(jù)頻率為250 Hz,事故報(bào)文平均到達(dá)間隔服從以0.004為參數(shù)的負(fù)指數(shù)分布.

(5) GOOSE報(bào)文 故障發(fā)生后,智能斷路器IGS需在接到跳閘命令后重發(fā)大小為230 B的GOOSE報(bào)文.可用ON/OFF模型模擬GOOSE數(shù)據(jù)流的行為[10].OFF狀態(tài)下服從λ=1/0.002=500的Poisson分布,ON狀態(tài)下服從位置參數(shù)α=1.1,形狀參數(shù)k=0.512的重尾分布.

2.5 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

以太網(wǎng)采用的是載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)通信方法,在網(wǎng)絡(luò)流量劇增時(shí),會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突,使得較為重要的信息不能可靠傳輸.數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)控制技術(shù)可在一定程度上解決這種無序擁堵的情況,保證重要數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸.本文通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)層的IP報(bào)文頭中的服務(wù)類型(Type of Service,TOS)字段,來模擬優(yōu)先級(jí)控制技術(shù)[11].根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各類數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求,仿真業(yè)務(wù)流優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽見表4.

表4 各類數(shù)據(jù)流TOS設(shè)置

另外,SV信息和GOOSE報(bào)文以多播的形式向外發(fā)送,而變電站的間隔層中只有相關(guān)IED才會(huì)有報(bào)文交換.因此,可以間隔為單位,通過交換機(jī)基于連接端口(Port-Based VLAN)劃分VLAN,可以防止廣播信息泛濫,提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率而不在間隔層廣泛發(fā)送[12].

3 仿真結(jié)果分析

3.1 仿真參數(shù)設(shè)置

設(shè)OPNET仿真時(shí)間為20 s,信道為100 M光纖,節(jié)點(diǎn)包處理能力設(shè)為50 000 packet/s.并假設(shè)0～10 s時(shí)間段內(nèi),變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)流僅為周期性的MU采集SV信息,IGS發(fā)送STATE數(shù)據(jù)流.10 s時(shí)刻變電站出現(xiàn)最糟糕的通信狀況,即10 s時(shí)刻觸發(fā)大容量記錄性數(shù)據(jù)流在間隔層傳輸(對(duì)應(yīng)FILE數(shù)據(jù)流),此時(shí)剛好發(fā)生電力系統(tǒng)故障,繼電保護(hù)通過P&C節(jié)點(diǎn)下發(fā)跳閘命令引發(fā)IGS跳閘,即10 s時(shí)刻開始觸發(fā)TRIP,GOOSE,FILE類數(shù)據(jù)流.

3.2 變電站總線拓?fù)浞治?/p>

圖5為雙星型冗余和單環(huán)形拓?fù)鋾r(shí)變電站通信網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)曲線.

圖5 兩種變電站拓?fù)湎碌难訒r(shí)對(duì)比

由圖5可知,故障發(fā)生后,當(dāng)變電站總線為雙星型冗余時(shí),以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的最大延時(shí)為0.17 ms,考慮到端到端的往返時(shí)間,總延時(shí)為0.34 ms;當(dāng)變電站總線拓?fù)錇閱苇h(huán)形時(shí),端到端最大延時(shí)接近0.8 ms.可見雙星型冗余變電站總線的實(shí)時(shí)性高于單環(huán)形拓?fù)?但兩種結(jié)構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)總延時(shí)均小于1 ms,可以滿足IEC 61850對(duì)報(bào)文的延時(shí)要求.

在此基礎(chǔ)上,對(duì)兩種變電站總線拓?fù)渲械恼究貙咏粨Q機(jī)設(shè)置故障,得到網(wǎng)絡(luò)延時(shí)曲線如圖6所示.

圖6 站控層交換機(jī)故障后的延時(shí)對(duì)比

由圖6可見,站控層交換機(jī)故障后,雙星型冗余下的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與非故障時(shí)相同,可實(shí)現(xiàn)無故障延時(shí)地切換到備用站層交換機(jī).而單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中,最大端到端延時(shí)達(dá)到了1.8 ms,是雙星型網(wǎng)絡(luò)下最大端到端延時(shí)的11倍,這一最大延時(shí)出現(xiàn)在通道或節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障后,某交換機(jī)發(fā)送信息到環(huán)網(wǎng)中距離其最遠(yuǎn)的交換機(jī)時(shí),因此不難得出,單環(huán)網(wǎng)的最大延時(shí)會(huì)隨著變電站間隔數(shù)目的增加而增加.

通過仿真可以發(fā)現(xiàn),變電站總線拓?fù)錇殡p星型冗余拓?fù)浜蛦苇h(huán)形拓?fù)鋾r(shí)均能滿足IEC 61850對(duì)實(shí)時(shí)性的要求,但單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)對(duì)信道或節(jié)點(diǎn)故障方面不及雙星型冗余拓?fù)?這種不足在多間隔變電站中的表現(xiàn)更為明顯.兩種拓?fù)湎伦冸娬舅鐸ED數(shù)目雖然相等,但雙星型冗余配置所需光纖更多,二次系統(tǒng)接線更為復(fù)雜,節(jié)點(diǎn)所需端口更多.因此,在工程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際要求和兩種拓?fù)涞奶攸c(diǎn),合理安排繼電保護(hù)通信系統(tǒng)的配置.

4 結(jié) 語

本文根據(jù)智能變電站中繼電保護(hù)系統(tǒng)與通信系統(tǒng)的相互關(guān)系,利用不交化最小路集法分析多種配置方案下變電站繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性,通

過類比篩選出兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性的繼電保護(hù)通信系統(tǒng)配置方案.利用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OPNET軟件進(jìn)行了實(shí)時(shí)性仿真分析,提出了影響繼電保護(hù)通信系統(tǒng)的主要因素,并根據(jù)不同變電站總線拓?fù)涞膶?shí)時(shí)特性,對(duì)智能設(shè)備配置提出了合理的建議.

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(編輯 胡小萍)

Study on Reliability and Real-time of Protective Communication System of Intelligent Substation

ZHAO Lu1, WANG Qin2, JI Yuan2, GAO Bo3, GAO Liang1

(1.SchoolofElectricalEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China; 2.PudongPowerSupplyCompany,StateGridShanghaiMunicipalElectricPowerCompany,Shanghai200122,China; 3.TechnologyCenterforGrid,AnhuiElectricPowerResearchInstitute,Hefei230601,China)

With IEC61850 D2-2 type of substation,by adopting disjoint minimal path sets algorithm,the system’s reliability is calculated and analyzed,and the configuration schemes of protective network is given which takes into considetation the reliability and economy.Under this configuration,by using Optimized Network Engineer Tools (OPNET) simulator,the protective data in D2-2 type substation is simulated based on IEEE 802.1Q priority-tag and VLAN technology.The main factors affecting the delay of protective data are discussed under different system configuration.Suggestions of intelligent substation protection and control system are proposed.

intelligent substation; protection; real-time; reliability

10.3969/j.issn.1006-4729.2017.03.007

2015-12-28

趙璐(1979-),女,碩士,講師,陜西西安人.主要研究方向?yàn)殡姎庠O(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè),智能化變電站技術(shù).E-mail:zhaodeersh@126.com.

上海綠色能源并網(wǎng)工程技術(shù)研究中心項(xiàng)目(13DZ2251900).

TM63;TM77

A

1006-4729(2017)03-0244-07