智能變電站通信系統(tǒng)的實時性和可靠性研究

顧林 陳剛

(國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 211106)

智能變電站通信系統(tǒng)的實時性和可靠性研究

顧林 陳剛

(國電南瑞科技股份有限公司,江蘇南京 211106)

智能變電站通信系統(tǒng)是智能變電站正常工作的重要保證,對電力系統(tǒng)的正常運行具有重要意義。通信系統(tǒng)最重要的兩大性能就是實時性和可靠性,同時這兩大性能也決定著智能變電站的可用性。通過對智能變電站通信系統(tǒng)的實時性和可靠性的研究,為提高智能變電站通信系統(tǒng)的實時性和可靠性提供參考,促進智能變電站的進一步發(fā)展。

智能變電站 通信系

1 引言

現(xiàn)在,人們的日常生活水平不斷提高,從而對電網(wǎng)的要求也不斷提高,只有更為安全、穩(wěn)定、可靠的電網(wǎng)才能滿足人們的生活需求。智能變電站具有高穩(wěn)定性、可靠性、安全性等特點,是今后電力發(fā)展的必然趨勢。通信系統(tǒng)對于智能變電站是非常重要的,是電力系統(tǒng)正常運行的重要保證。加強智能變電站通信系統(tǒng)實時性和可靠性的研究對于我國的電力發(fā)展非常重要。

2 智能變電站

與傳統(tǒng)變電站相比智能變電站具有明顯優(yōu)勢,智能變電站最典型的特征是智能化,這也是它的最大優(yōu)勢所在。智能變電站的特點主要有以下三個。

第一點。智能變電站實現(xiàn)了一次設備的數(shù)字化。智能變電站使用光電式互感器和電子式互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)中的電磁式互感器。智能變電站通過新型互感器的數(shù)字式光纖以太網(wǎng)接口實現(xiàn)站內(nèi)站外的設備的連接,最終實現(xiàn)一次設備數(shù)字化。

第二點。智能變電站實現(xiàn)了二次設備的網(wǎng)絡化。不同于傳統(tǒng)變電站利用電纜為媒介,智能變電站中的二次設備加裝對外光纖網(wǎng)絡通信接口,從而實現(xiàn)網(wǎng)絡化,二次信號傳輸是以光纖以太網(wǎng)為基礎的網(wǎng)絡傳輸。

第三點。智能變電站通信系統(tǒng)實現(xiàn)了IEC61850標準化。傳統(tǒng)變電站中由于不同廠家采用標準不同,不同廠家生產(chǎn)出來的各種設備之間的協(xié)同性、相互操作性很差。新型智能變電站中采用國際上統(tǒng)一的IEC61850標準,標準化的實現(xiàn)大大提高了變電站的相互操作性。

3 智能變電站通信系統(tǒng)的可靠性研究

通信系統(tǒng)的可靠性極大程度影響著智能變電站甚至是整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行的可靠性。智能電網(wǎng)環(huán)境下數(shù)字、圖像等多媒體信息的集成與應用使得智能變電站對網(wǎng)絡可靠性的要求較高。

通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡可靠性可以用網(wǎng)絡連續(xù)無故障能力表示,一般來說,網(wǎng)絡可靠性的影響因素主要有主要網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)、設備鏈路等。貝葉斯分析法是智能變電站通信網(wǎng)絡的可靠性分析的常用方法。利用貝葉斯分析法,能夠在元器件故障的時候?qū)νㄐ啪W(wǎng)絡進行專業(yè)地系統(tǒng)可靠性分析。在深入分析通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性的過程中,貝葉斯分析法不僅能夠根據(jù)故障原因分析推導出結(jié)果,同時能夠根據(jù)結(jié)果反推出故障原因。在實際利用貝葉斯分析法的過程中,工程人員首先根據(jù)已知的網(wǎng)絡節(jié)點信息子集和貝葉斯網(wǎng)絡模型,利用條件概率的計算方法進行計算,得出決策節(jié)點的條件分布概率,再在決策分析中應用所得結(jié)果。

4 智能變電站通信系統(tǒng)的實時性研究

通信系統(tǒng)的實時性是指站內(nèi)要求數(shù)據(jù)的實時傳輸,一般這些數(shù)據(jù)類型中包括保護信號、測量數(shù)據(jù)、控制命令等。為了保證在故障發(fā)生后電力系統(tǒng)能夠及時進行繼電保護,必須保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中具有實時性。

為了研究智能變電站通信系統(tǒng)的實時性,采用GOOSE通信網(wǎng)作為分析實時性的列子。GOOSE是一種通用變電站事件模型類,遵從IEC61850標準,設備間能夠進行互相操作?，F(xiàn)在,GOOSE網(wǎng)絡已經(jīng)廣泛應用到智能變電站中了,因此以GOOSE網(wǎng)絡為例分析實時性具有典型意義。通常采用OPNET仿真軟件對GOOSE網(wǎng)絡實時性進行仿真分析。

應用OPNET這種仿真網(wǎng)絡軟件對通信網(wǎng)和分布式系統(tǒng)進行有效仿真模擬。主要是應用OPNET對GOOSE網(wǎng)絡的環(huán)形及星形拓撲結(jié)構(gòu)進行實時性分析。主要對變電站在以下幾種情況下進行仿真分析。

(1)變電站正常操作的情況。深入分析實時性,發(fā)現(xiàn)在這種情況下星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)和環(huán)形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)中的相同交換機的智能單元與測控裝置具有相同的端到端時延值。但將兩種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的智能單元和母線測控裝置的端到端時延進行比較時,由于環(huán)形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的母線智能單元和母線測控裝置之間的通信需要經(jīng)過更多交換機,因此時延更長,所以星形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)比環(huán)形網(wǎng)路拓撲結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢。在分析過程中還可以發(fā)現(xiàn),減少發(fā)送的時間間隔并不會增加節(jié)點之間端到端的時延量,因為GOOSE網(wǎng)絡帶寬非常充足,不會出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞的情況,一定程度上保證了網(wǎng)絡的實時性。(2)變電站正常運行的情況。變電站正常運行時,由于環(huán)形拓撲機構(gòu)中母線智能單元與母線測控裝置的通信經(jīng)過多個交換機,因此有較大的時延消耗,因此環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)中的母線智能單元到測控裝置的端到端時延大于星形拓撲結(jié)構(gòu)。在變電站正常運行時,為了保證GOOSE網(wǎng)絡的實時性要求,應采用星形拓撲結(jié)構(gòu)。(3)變電站事故發(fā)生的情況。通信系統(tǒng)在變電站發(fā)生事故時具有非常重要的意義。因此對變電站事故發(fā)生后進行高效仿真實時性分析具有重要意義。仿真分析后發(fā)現(xiàn)GOOSE網(wǎng)絡的環(huán)形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)和星形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的相同交換機具有極為接近的保護裝置到智能單元與智能單元與測控裝置的端到端時延值。分析后還發(fā)現(xiàn),環(huán)形結(jié)構(gòu)中的母線智能單元到母線測控裝置和母差保護裝置到母線智能單元的通信需經(jīng)過的交換機較多,同時,環(huán)形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的傳播時延明顯大于星形網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語

為了促進我國電力發(fā)展,智能變電站的出現(xiàn)和發(fā)展的必然趨勢。而通信網(wǎng)絡的實時性和可靠性對智能變電站的可用性起著直接決定作用,分析研究智能變電站通信網(wǎng)絡的實時性和可靠性對智能變電站的發(fā)展具有重要意義。

[1]李小濱,韓明峰.GOOSE實時通信的分析與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2009(10).

[2]高會生,靳瑋瑋.基于OPNET的變電站端對端通信實時性仿真研究.繼電器,2006,34(19):33-37.

[3]吳在軍,胡敏強,杜炎森.變電站通信網(wǎng)絡實時性能仿真分析[J].電力系統(tǒng)自動化,2005,29(8):45-49.

統(tǒng) 可靠性 實時性

顧林(1982—),男,本科,職務:項目經(jīng)理,研究方向:變電站綜合自動化;陳剛(1988—),男,江蘇南京人,本科,職務:工程師,研究方向:變電站綜合自動化。