張利斌

(黑龍江省大慶油田電力集團供電二公司，黑龍江 大慶 163711)

如果智能變電站的發(fā)展一直沿用傳統(tǒng)的變電站功能，就無法滿足保護測控裝置的實際要求，甚至還可能直接威脅到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。所以研究智能變電站保護測控裝置，才能推動智能變電站的可持續(xù)發(fā)展。

1　智能變電站的構成與功能

基于現(xiàn)代化高科技的智能變電站，其支撐是數(shù)字化技術和網(wǎng)絡技術，從而實現(xiàn)保護、實際操作以及監(jiān)控等各項工作。并且其目標定位于精確化、自動化以及標準化之上，確保整個網(wǎng)絡都能夠保持信息的暢通性，通過對故障的及時處理，打造出全新的變電站。從系統(tǒng)的構成進行分析，智能變電站本身就屬于一個復雜的體系結構，利用光纜可以滿足不同層級之間相互的關聯(lián)。具體來說，每一層都包含了不同的系統(tǒng)、設備以及裝置，通過相互之間的作用與配合，就能夠讓智能變電站形成一個完整而健全的系統(tǒng)。

1.1　站控層

站控層是智能變電站不可或缺的系統(tǒng)結構，包含了自動化系統(tǒng)、對時系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等不同的設備，擔負了運行狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)收集等多項不同的核心任務，它可以實現(xiàn)一次設備乃至于整個變電站的安全檢測。此外，在正常運行過程中，站控層也需要及時記錄與登記，將相關的能量數(shù)據(jù)以及運行數(shù)據(jù)記錄下來，如此，在了解智能變電站的實際運行之后，相關的工作人員才可以進行后續(xù)的操作[1]。

1.2　間隔層

間隔層包含了二次設備與二次裝置，如繼電保護裝置、故障濾波等。在智能變電站運行之中，間隔層主要起到一個間隔的功能，如數(shù)據(jù)的間隔、設備的間隔。在實際的操作環(huán)節(jié)，利用專用的光纖，通過間隔層就可以實現(xiàn)與過程層之間信息的相互溝通與交換，并且確保變電站的每一層次都可以進行信息的相互交流與傳遞。

1.3　過程層

過程層主要針對智能變電站之中各個構成的智能設備與智能終端，其主要是為了完成變電站內(nèi)部的管理、控制、分配等諸多工作。

通過三個層次的網(wǎng)絡系統(tǒng)，智能變電站可以在科學化、經(jīng)濟化的前提下，實現(xiàn)相互的作用與配合，滿足對智能變電站數(shù)據(jù)的采集，及時地檢測運行狀態(tài)，并且實現(xiàn)對工作強度的調(diào)整，最終滿足電網(wǎng)系統(tǒng)正常運行的需求[2]。

2　智能變電站保護測控裝置

2.1　保護測控裝置的硬件設計

在智能變電站的保護測控裝置內(nèi)部擁有多個分散的保護測控功能單元。針對一個單元來說，保護測控裝置需要積極的處理信息，因此，對硬件部分有一定的要求。單個的保護測控單元，在1 s之內(nèi)需要接受4 000包的SV報文，并且每一個報文的長度也需要達到200B。因此，1 s內(nèi)裝置所接受到的報文為200B的倍數(shù)。考慮到接收數(shù)據(jù)的大小，就可以直接確定網(wǎng)口大小，最終滿足數(shù)據(jù)大小吞吐量CPU的型號要求。另外，在實際的處理環(huán)節(jié)，這一部分數(shù)據(jù)處理需要的時間只占據(jù)整體的很小一部分。因為智能變電站的保護測控裝置需要處理大量的信息，一旦CPU滿足不了需求，或者只有部分數(shù)據(jù)處理容量需求滿足了，都會使實際的運行速度無法達標。所以，CPU應該保持兩個以上，確保要求能夠達標。在具體的操作中，可以采用MPC與DSP這樣的硬件結構，具體見圖1所示[3]。

圖1　雙CPU硬件架構

FPUG通過以太網(wǎng)接收過程層的SV數(shù)據(jù)，直接填寫時間，并將接收到的數(shù)據(jù)通過雙口RAM傳遞給通信管理以及相對應的顯示單元。

通信管理單元和顯示單元與保護測控單元之間通過雙口的RAM來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的相互傳遞。其功能是相互同步的，并且計算過程層的SV網(wǎng)數(shù)據(jù)以及過程層的GOOSE通信，都可以直接利用站控層和以太網(wǎng)接口來實現(xiàn)彼此的通信。

通過雙口的RAM就可以完成MPC顯示和通信管理單元之間的數(shù)據(jù)交換。

2.2　保護測控裝置的軟件設計

對于保護測控裝置而言，需要做好一次設備運行狀態(tài)的時刻監(jiān)測，并且做好詳細的記錄，一旦出現(xiàn)故障，要正確及時判斷，并且做好對應處理。因此，保護測控裝置本身需要處理的信息量偏大，并且實時性較高。為了能夠滿足這一要求，軟件操作系統(tǒng)需要選擇實時性較高，并且穩(wěn)定可靠的嵌入式實時操作系統(tǒng)，這種高效的多任務有限管理以及微秒級中斷管理等技術，也能夠確保測控本身的性能[4]。

為了提升軟件部分的成型效率，便于調(diào)試與移植，本次選擇模塊化的軟件設計。在設計之中，每一個軟件功能模塊都能夠獨立的設計與調(diào)試，這樣有利于效率的提升。按照事先的功能分類，就可以將程序進行模塊的劃分，具體包含：保護測量計算、SV接收、保護邏輯判斷、測控測量計算、遙控、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結構、顯示、時間等，具體的程序模塊結構如圖2所示。

考慮到保護測控裝置軟件本身的模塊數(shù)量問題，為了滿足有效、安全、穩(wěn)定的運行要求，各個軟件模塊都不允許出現(xiàn)錯誤與故障。當然，監(jiān)測軟件模塊是必須的操作，針對這一個問題，可以利用看門狗程序來實現(xiàn)。利用看門狗程序監(jiān)視每一個裝置的軟件模塊，對于故障模塊還可以利用閉鎖保護、程序重啟、報警等措施來進行相應的保護?？撮T狗軟件本身是針對所有的硬件設備，對于硬件的管理也是通過軟件來實現(xiàn)，同樣，當程序本身出現(xiàn)了不可逆轉的問題時，就需要監(jiān)測整個裝置，并且由看門狗硬件來開展重啟工作。另外，做好故障問題的分析與記錄，這對于后續(xù)的故障處理也有一定的幫助。

圖2　程序結構圖

2.3　保護測控裝置的GOOSE通信設計

GOOSE通信模塊作為一種通信結構，主要是針對發(fā)布者/訂閱者。該通信結構的優(yōu)點在于：第一，能夠滿足IED彼此之間的快速通信與直接傳遞。第二，同時傳遞不同IED的GOOSE信息，并且信息傳遞的有效性也可以得到保障。對于GOOSE通信模型如圖3所示。

圖3　GOOSE通信模型

在圖3的GOOSE通信模塊中，發(fā)布者直接選擇本地傳輸?shù)姆绞?，將?shù)據(jù)傳至緩沖區(qū)域，之后，訂閱者接受緩沖區(qū)，再利用特定的通信服務，就可以將緩沖區(qū)之中所發(fā)射的數(shù)據(jù)直接映射出來。GOOSE通信模塊進行報文傳輸時，其控制需要由GoCB來實現(xiàn)，這樣可以更好地組織與分配數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)信息，并且也可以滿足數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間的交互，直接定義數(shù)據(jù)信息的功能。

3　結束語

電網(wǎng)規(guī)模的快速擴大，使得輸電線路的復雜度在不斷提升，而隨之出現(xiàn)的繼電保護裝置也會增多，所需要的監(jiān)測數(shù)據(jù)量、節(jié)點數(shù)量以及通道量都會有所增加，無形之中就增加了檢修人員的工作量。相對而言，在應用并推廣智能變電站的測控保護裝置之后，工作人員的監(jiān)控與監(jiān)測的工作得到一定程度的減少，這樣就可以滿足其工作的針對性和高效性需求，同時也讓安全事故發(fā)生的可能性降至最低。

參考文獻：

[1]曾偉華，史非，韓少衛(wèi).集中式保護測控裝置在智能變電站中的應用研究[J].自動化與儀器儀表，2017，(08)：199-200+203.

[2]王川，崔勇.變電站測控和保護裝置中電源模塊優(yōu)化設計[J].江西電力，2014，(04)：61-63.

[3]劉國偉.數(shù)字化變電站雙保護測控一體化裝置智能切換技術探討[J].科技信息，2011，(05)：352+370.

[4]林海鋒.智能變電站的線路保護測控裝置的應用設計[D].濟南：山東大學，2013.