一種可配置的合并單元電壓并列與切換方案研究

任紅旭，朱建斌，王龍飛，王西鄧

（許繼電氣股份有限公司，河南許昌 461000）

隨著電子式互感器技術、網絡通信技術、自動化技術的發展，以一次設備智能化、二次設備網絡化為主要特征的數字化變電站技術蓬勃發展。過程層作為數字化變電站的三層之一，越來越受到重視，作為過程層的關鍵產品，合并單元的應用越來越多，研究也越來越深入。合并單元的定義最初在IEC 60044-7／8中提出：是一種用以對來自電子互感器二次轉換器（也稱采集器）的電流或電壓數據進行時間相關組合的物理單元［1，2］。通常接入間隔的電壓、電流互感器數據，經過一定的處理，按指定的幀格式輸出到過程層網絡或間隔層智能設備［3］。

單母分段和雙母線接線方式廣泛用于大中型變電站中，兩段母線既可并列運行也可分列運行，出線電壓可在不同母線間切換，而具有電壓并列與切換功能的合并單元，是保證此類接線變電站供電可靠性的重要手段［4，5］。合并單元與保護測控裝置之間通過面向通用對象的變電站事件（GOOSE）實時傳送刀閘開關、狀態量信號等［6］。利用編程語言實現的合并單元電壓并列與切換功能的靈活性差且難保證程序穩定，針對這種情況，本文采用配置并列與切換的狀態列，配合接收刀閘信號量邏輯判斷機制，給出了一種具體可行的實現合并單元電壓并列與切換功能的方案。

1 并列與切換

由于母線合并單元牽涉眾多間隔，可靠性要求較高。當母線合并元異常時，可能導致所有間隔均失壓，故有些工程要求母線合并單元雙重化，那么一臺間隔合并單元就需要接收兩臺母線合并單元的數據，并具備電壓并列與切換功能。電壓并列是將兩個母線電壓連接在一起，形成一個電壓；電壓切換是從一個母線電壓切換到另一個母線電壓。結合變電站中母線合并單元的具體接線情況，以單母線分段、雙母線接線為實例，介紹電壓并列與切換的功能。

1.1 并列功能

如果是單母線分段接線，當某段母線電壓互感器（PT）停運，而該母線的線路要繼續工作，需要二次電壓，則投入具有并列功能的合并裝置，將另外一段母線PT二次電壓并列至停運的PT側。如果是雙母線接線，在出現母線并列運行方式下，如果某組母線的PT停運，也可以通過并列功能使用另外一組母線線路的二次電壓，從而保證了線路繼續工作。

1.2 切換功能

兩段母線分列運行時，母聯斷路器斷開，當由于試驗等原因而進行倒母線操作時，一次元件所在母線發生變換，保護測控裝置的二次電壓也應進行相應的切換，以保證二次電壓與一次元件所連接的母線電壓對應。

2 配置方案

根據母線合并單元電壓輸出方案，按照功能類型將其分為無母線電壓并列切換、1母2母并列、雙母單分并列、1母2母電壓切換、2母3母電壓切換、并列切換合并等6種類型。配置母線合并單元電壓并列與切換狀態列的正確性，直接影響到SV9-2數據值的可靠性。本文以配置1母2母并列狀態列、1母2母切換狀態列為實例，介紹具體的配置流程與操作方案。

2.1 合并單元配置

合并單元運行包括平臺程序和配置。配置主要包括以下3部分：

（1）與IEC61850相關的CID文件：包括SV發送數據集、GOOSE發送數據集、GOOSE接收信號實例等［7］，并將各個DO關聯的內部通道號，通過短地址方式放在對應DO的DA屬性里。

（2）與采集器相關的屬性配置：采集器沒有對應的61850模型，只能根據現場采集器的具體情況，配置通道個數、通道屬性、幀類型（MU輸出母線電壓、SV9-2、FT3數據等）、波特率、延時、采樣率等信息，并存入并列切換狀態文件中。

（3）SV9-2與采集器及通道映射關系：SV9-2通道原始數據究竟從哪個采集器通道來，需要配置SV9-2與采集器及通道映射關系。通過將SV發送配置中的關聯通道號與并列切換配置中的關聯通道號相關聯，實現SV9-2通道數據來源與采集通道的映射關聯，并存入并列切換狀態文件中。

2.2 配置并列狀態列

在配置SV9-2與采集通道映射關系時，選擇9-2通道的電壓屬性，將需要并列的兩個通道關聯對應的母線電壓類型。1母2母雙母并列配置如圖1所示，選擇1母A相電壓1與2母A相電壓1成對出現。在生成狀態列時，按照9-2通道電壓屬性對應的邏輯關系替換對應的采集器ID和采集通道ID，用作并列及解列時9－2數據采集通道映射來源。

配置完1母2母并列邏輯后，在狀態列文件中，生成5個邏輯狀態列。

（1）狀態1：原始配置邏輯，各自母線PT電壓。

（2）狀態2：1母強制2母，均用1母PT電壓。

（3）狀態3：2母強制1母，均用2母PT電壓。

圖1 1母并2母配置圖

（4）狀態4：2母強制3母，均用2母PT電壓。

（5）狀態5：3母強制2母，均用3母PT電壓。

2.3 配置切換狀態列

在配置切換狀態列時，選擇采集器通道的母線電壓屬性，將需要切換的兩個通道關聯到對應的電壓屬性。如1母切2母，采集器通道相關的屬性配置如圖2（a）所示，屬性為1母A相電壓1與2母A相電壓1采集器通道成對出現。配置SV9-2與采集通道映射關系及9-2通道屬性，如圖2（b）所示。在生成狀態列時，根據9-2通道屬性與采集器通道屬性，替換對應的采集器ID和采集通道ID，用作切換時9-2數據的采集通道數據來源。

圖2 切換邏輯配置圖

配置完1母2母切換邏輯后，在狀態列文件中，生成7個邏輯狀態列。

（1）狀態1：電壓值為0品質無效的無效狀態列。

（2）狀態2：母線MU1的1母電壓。

（3）狀態3：母線MU1的2母電壓。

（4）狀態4：電壓值為0品質有效。

（5）狀態5：母線MU2的1母電壓。

（6）狀態6：母線MU2的2母電壓。

（7）狀態7：原始配置邏輯。

3 并列切換實驗

合并單元將來自不同采集器不同通道的數據進行時間相關的組合，使之在發出的一幀SV9-2報文中，不同通道的數據表現為同一時刻的采樣值。搭建的測試環境如圖3所示。

圖3 合并單元測試環境

3.1 并列

平臺創建1母強制2母刀閘硬開入點，母聯1開關、母聯1隔刀2位置、母聯2開關、母聯2隔刀1位置等GOOSE軟開入點。合并單元平臺程序解析并列狀態列，配合電壓并列邏輯機制，將使用的狀態列提交平臺母線選擇接口，平臺根據狀態列配置信息，提取所需采集器采集通道的數據進行重采樣，并組成SV9-2報文。1母并2母邏輯測試如圖4（a）所示，并列波形如圖4（b）所示。

3.2 切換

平臺創建1母強制2母刀閘硬開入點，母聯1開關、母聯1隔刀1位置、母聯1隔刀2位置、母聯2開關、母聯2隔刀1位置、母聯2隔刀2位置等GOOSE軟開入點。合并單元平臺程序解析切換狀態列信息，配合電壓切換邏輯機制，將結果提交平臺母線選擇接口，平臺根據狀態列配置信息，提取所需采集器采集通道的數據進行重采樣，并組成SV9-2報文。1母切2母邏輯如圖5（a）所示，邏輯波形如圖5（b）所示。

圖4 1母并2母實驗圖

圖5 1母切2母實驗圖

當間隔合并單元非檢修態，母線MU1檢修態，而母線MU2非檢修態且接收數據正常，切為母線MU2；連續20 ms收不到母線MU1數據，且接收母線MU2數據正常，切為母線MU2；母線MU1數據正常，且母線MU1非檢修狀態，恢復母線MU1切換。實驗表明，合并單元快速調節進入穩態，保證采樣值輸出的穩定性，通過配置合并單元狀態列實現的電壓并列與切換方案，能夠輸出正確的二次電壓值，實現了合并單元的電壓并列與切換功能。

4 結語

在數字化變電站中利用母線合并單元完成二次電壓的并列與切換，可以省去傳統的電壓并列切換裝置，縮短電壓并列切換的時間。利用合并單元狀態列加刀閘邏輯判別機制實現的二次電壓的并列與切換功能充分體現了合并單元設計的靈活性，可擴展性、更加適應今后數字化變電站的發展需要。實驗證明，該方案可以滿足電壓并列與切換功能的指標要求，具有一定的推廣價值。

［1］IEC 60044-7 Electrical voltage transformers［S］.1999.

［2］IEC 60044-8 Electrical current transformers［S］.1999.

［3］ 徐 科，張會建，邢立坊.典型數字化變電站網絡結構下電壓切換方式的研究［J］.電力系統保護與控制，2009，37（21）：99-102.

XU Ke，ZHANG Hui-jian，XING Li-gong.Research of voltage switching in typical network structure of digital substation［J］.Power System Protection and Control.2009，37（21）：99-102.

［4］ 李英明.一種智能變電站合并單元關鍵環節的實現方法［J］.電力系統自動化，2013，37（11）：94-98.

LI Ying-ming.A Realization Solution of Key Links for Merging Unit in Smart Substation［J］.Automation of E-lectric Power Systems.2013，37（11）：94-98.

［5］ 黃 燦.基于FPGA的數字化變電站電壓并列與切換設計［J］.電力系統保護與控制，2010，38（22）：195-198.

HUANG Can.FPGA-based logical control strategy of voltage parallel and voltage switch in digital substation［J］.Power System Protection and Control.2010，38（22）：195-198.

［6］ 張耀洪.考慮PT二次電壓及刀閘輔助觸點的電壓并列判據［J］.電力系統保護與控制，2011，39（15）：138-141.

ZHANG Yao-hong.A new criterion for voltage juxtaposition considering the secondary voltage and auxiliary contact of PT disconnector［J］.Power System Protection and Control，2011，39（15）：138-141.

［7］ 國家電網公司.Q／GDW 441 20l0智能變電站繼電保護技術規范［S］.2010.