晏創(chuàng)

（佛山市辰譽(yù)電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 佛山 528000）

1 數(shù)字化變電站相關(guān)技術(shù)介紹

電子式傳感器主要由可以連接到傳輸系統(tǒng)和能夠?qū)崿F(xiàn)二次轉(zhuǎn)換器的一個(gè)或者是多個(gè)電流和電壓傳感器構(gòu)成的，可以實(shí)現(xiàn)正比于被測(cè)量的電壓和電流量的傳輸，完成測(cè)量儀器、儀表和繼電保護(hù)或控制功能的裝置。智能斷路器裝置就是可以配備電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器，并且是較高性能的斷路器和控制設(shè)備，不但可以實(shí)現(xiàn)斷路器的基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和診斷等附加功能。數(shù)字化變電站的通信體系是以IEC61850為基礎(chǔ)進(jìn)行的，將變電站的一二次設(shè)備劃作三層：站控層、間隔層、過程層。在這里過程層描述的是變電站內(nèi)的變壓器、斷路器、隔離開關(guān)和輔助觸點(diǎn)，電流、電壓互感器等一次設(shè)備。而間隔層以斷路器的隔間進(jìn)行的分組?？梢詫?shí)現(xiàn)測(cè)量、控制元件和繼電保護(hù)元件等功能。最后的站控層是用來監(jiān)控主機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)通信機(jī)。GOOSE就是可以迅速的進(jìn)行以太網(wǎng)多播報(bào)文傳輸，將變電站中智能設(shè)備LED之間傳統(tǒng)的硬接線通信方式給取代，換言之，取代了原有再硬連線中使用的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，不但在邏輯節(jié)點(diǎn)之間通信商提升了速度，而且變得更加可靠。

2數(shù)字化變電站問題分析

2.1 關(guān)鍵技術(shù)的三網(wǎng)合一

在這里的三網(wǎng)就是SMV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)和IEEEI588同步網(wǎng)。所謂的三網(wǎng)合一就是把SMV、GOOSE信息和IEEE1588統(tǒng)一起來形成組網(wǎng)，就是把這三種信息同步連接到過程層的交換機(jī)上，而測(cè)控保護(hù)裝置用一個(gè)網(wǎng)口可實(shí)現(xiàn)全部的接入。因?yàn)镚OOSE、錄波等功能，就點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的這個(gè)方案在實(shí)際中，必須裝備大量的交換機(jī)，這樣光纜的需求就會(huì)增加，不但成本升高，而且維護(hù)也十分困難，破壞了最初的信息共享。就采樣值方面三網(wǎng)合一的方案具有一些不足和不確定性，當(dāng)采樣值在以太網(wǎng)中由IEC61850-9-2進(jìn)行傳輸，不能確定延時(shí)，造成無法實(shí)現(xiàn)保護(hù)的功能。

2.2 組網(wǎng)情況下的網(wǎng)絡(luò)延遲分析

所謂的網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)就是將一幀報(bào)文由發(fā)送向接收時(shí)在網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)消耗的所有時(shí)間。由以下四種原因影響：首先，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制說明的是一個(gè)這樣的實(shí)際工作：由交換機(jī)存儲(chǔ)接到的數(shù)據(jù)開始一直到一幀接收完畢，在后在從對(duì)應(yīng)的端口將交換機(jī)接收的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀越多延長時(shí)間越長，速度越快延長時(shí)間越短。其次，交換機(jī)制存在于以太網(wǎng)交換機(jī)的內(nèi)部。交換機(jī)制是靠復(fù)雜的硬件電路去實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)引擎、VLAN等其它的功能。而由交換機(jī)制出現(xiàn)的延時(shí)可以用來實(shí)現(xiàn)這些邏輯功能。第三，在光纖鏈路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位，其速度可以達(dá)到光速（3×108m/s）的 2／3。一旦進(jìn)行長距離的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種線路傳輸?shù)难訒r(shí)。最后，SMV、GOOSE和IEEE1588數(shù)據(jù)幀如果由同一以太網(wǎng)中進(jìn)行傳輸，一定會(huì)造成數(shù)據(jù)幀的碰撞，在去除數(shù)據(jù)幀碰撞的問題上，采用的方法是以太網(wǎng)交換機(jī)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制的隊(duì)列結(jié)合。由于隊(duì)列能夠給延時(shí)造成一些不確定性因素，而延時(shí)的大小主要依據(jù)的是實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的通信工況。我們很難算出精準(zhǔn)的排隊(duì)延時(shí)，在計(jì)算時(shí)，我們就應(yīng)該全面的掌握在網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)全部的信息源，尤其是一定要了解由何種設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)幀的大小、優(yōu)先級(jí)和傳送的時(shí)間及效率。但是由于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載十分輕的時(shí)候，我們就不研究數(shù)據(jù)幀排隊(duì)的影響。讓我們?cè)谘芯烤W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、VLAN和優(yōu)先級(jí)的設(shè)計(jì)時(shí)，可以增加變電站的實(shí)時(shí)性，這樣有助于變電站的發(fā)展。

2.3 同步原理的分析

在進(jìn)行同步原理分析時(shí)，先將網(wǎng)絡(luò)中的主時(shí)鐘作為參照，然后就開始算出主、從時(shí)鐘之間差距，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲來糾正從時(shí)鐘。主時(shí)鐘的經(jīng)典是算法BMC算法，再由每個(gè)PTP端口所給的質(zhì)量信息，開始進(jìn)行對(duì)比之后選擇哪個(gè)適合做主時(shí)鐘。在主時(shí)鐘周期性的組播中，由于具有時(shí)間戳的信息，所以就應(yīng)該向主時(shí)鐘同步的傳輸從時(shí)鐘的信息，這樣再根據(jù)自身接收和發(fā)送消息的時(shí)間，就能夠算出從時(shí)鐘與主時(shí)鐘的差距和網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間。

3 數(shù)字化變電站和9-2采值解決方案

3.1 數(shù)字化變電站解決方案

3.1.1 單一變電站解決方案

IEC61850把數(shù)字化變電站劃分成站控層、間隔層、過程層，信息可以進(jìn)行交互并且實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。但是由于數(shù)字化變電站的類型很多，出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和保護(hù)測(cè)控設(shè)備的配置大不相同。而以太網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)可分為總線型、星型、環(huán)型三種。我們?cè)谘芯繂我蛔冸娬窘鉀Q方案時(shí)，可以將站控層、間隔層、過程層在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上使用總線型、星型以及環(huán)型。

3.1.2 多變電站解決方案

對(duì)于多數(shù)的變電站來說，我們現(xiàn)在一個(gè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)對(duì)時(shí)主站，之后開始實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的時(shí)鐘同步。而對(duì)時(shí)主站的最高級(jí)時(shí)鐘進(jìn)行冗余配置，在其他較近的變電站之間接入PZP透明時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)中繼器的功能，降低非對(duì)稱性的影響。

3.29 -2采樣值的同步解決方案

3.2.1 傳統(tǒng)秒脈沖同步方式下的解決方案

首先采用虛擬采樣的技術(shù)，就合并單元在秒脈沖上升沿到來時(shí)出現(xiàn)的采樣值，將序號(hào)記作0，逐次增加。與此同時(shí)，保護(hù)裝置出現(xiàn)的虛擬采樣中斷，將序號(hào)也記作0，之后，合并單元開始采樣并且保護(hù)裝置出現(xiàn)采樣中斷時(shí)計(jì)數(shù)器值加1，并開辟出相互對(duì)應(yīng)的一個(gè)存儲(chǔ)單元。最后，當(dāng)合并單元的采樣值進(jìn)入到保護(hù)裝置時(shí)，核對(duì)出現(xiàn)的采樣序號(hào)，把采樣值送入采樣序號(hào)所對(duì)應(yīng)的保護(hù)裝置的存儲(chǔ)單元里。

3.2.2 IEEE1588網(wǎng)絡(luò)同步方式下9-2采樣值的同步方法

將每一路信號(hào)的采樣值采用拉格朗日線性插值法開始同步處理，不要多余的硬件，就采用對(duì)每一路采樣值進(jìn)行一定算法的軟件，完成同步的任務(wù)。之后他們就會(huì)用同樣的采樣率開始自由的采樣，由于每一路信號(hào)的9-2采樣值報(bào)文具有高精度統(tǒng)一的時(shí)間戳。而同步算法依據(jù)的是保護(hù)裝置的采樣時(shí)刻或每一路信號(hào)的采樣時(shí)刻，就會(huì)把剩余的信號(hào)經(jīng)過線性插值換算成基準(zhǔn)點(diǎn)的時(shí)刻。

結(jié)語

本文就電子式互感器的廣泛使用以和以IEC61850為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站建設(shè)所造成了大量同步問題進(jìn)行了分析，從而找出了數(shù)字化變電站在傳統(tǒng)同步方式上的缺點(diǎn)，進(jìn)一步的研究了IEEE1588PTP網(wǎng)絡(luò)同步方式的理論和有關(guān)的知識(shí)，總結(jié)了一些以IEEE1588為基礎(chǔ)的數(shù)字化變電站同步解決方案，進(jìn)一步地優(yōu)化數(shù)字化變電站同步方式。

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