顾林 陈刚

(国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京 211106)

智能变电站通信系统的实时性和可靠性研究

顾林 陈刚

(国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京 211106)

智能变电站通信系统是智能变电站正常工作的重要保证,对电力系统的正常运行具有重要意义。通信系统最重要的两大性能就是实时性和可靠性,同时这两大性能也决定着智能变电站的可用性。通过对智能变电站通信系统的实时性和可靠性的研究,为提高智能变电站通信系统的实时性和可靠性提供参考,促进智能变电站的进一步发展。

智能变电站 通信系

1 引言

现在,人们的日常生活水平不断提高,从而对电网的要求也不断提高,只有更为安全、稳定、可靠的电网才能满足人们的生活需求。智能变电站具有高稳定性、可靠性、安全性等特点,是今后电力发展的必然趋势。通信系统对于智能变电站是非常重要的,是电力系统正常运行的重要保证。加强智能变电站通信系统实时性和可靠性的研究对于我国的电力发展非常重要。

2 智能变电站

与传统变电站相比智能变电站具有明显优势,智能变电站最典型的特征是智能化,这也是它的最大优势所在。智能变电站的特点主要有以下三个。

第一点。智能变电站实现了一次设备的数字化。智能变电站使用光电式互感器和电子式互感器代替传统系统中的电磁式互感器。智能变电站通过新型互感器的数字式光纤以太网接口实现站内站外的设备的连接,最终实现一次设备数字化。

第二点。智能变电站实现了二次设备的网络化。不同于传统变电站利用电缆为媒介,智能变电站中的二次设备加装对外光纤网络通信接口,从而实现网络化,二次信号传输是以光纤以太网为基础的网络传输。

第三点。智能变电站通信系统实现了IEC61850标准化。传统变电站中由于不同厂家采用标准不同,不同厂家生产出来的各种设备之间的协同性、相互操作性很差。新型智能变电站中采用国际上统一的IEC61850标准,标准化的实现大大提高了变电站的相互操作性。

3 智能变电站通信系统的可靠性研究

通信系统的可靠性极大程度影响着智能变电站甚至是整个电力系统的稳定运行的可靠性。智能电网环境下数字、图像等多媒体信息的集成与应用使得智能变电站对网络可靠性的要求较高。

通信网络的网络可靠性可以用网络连续无故障能力表示,一般来说,网络可靠性的影响因素主要有主要网络的拓扑结构、设备链路等。贝叶斯分析法是智能变电站通信网络的可靠性分析的常用方法。利用贝叶斯分析法,能够在元器件故障的时候对通信网络进行专业地系统可靠性分析。在深入分析通信网络系统的可靠性的过程中,贝叶斯分析法不仅能够根据故障原因分析推导出结果,同时能够根据结果反推出故障原因。在实际利用贝叶斯分析法的过程中,工程人员首先根据已知的网络节点信息子集和贝叶斯网络模型,利用条件概率的计算方法进行计算,得出决策节点的条件分布概率,再在决策分析中应用所得结果。

4 智能变电站通信系统的实时性研究

通信系统的实时性是指站内要求数据的实时传输,一般这些数据类型中包括保护信号、测量数据、控制命令等。为了保证在故障发生后电力系统能够及时进行继电保护,必须保证数据在传输过程中具有实时性。

为了研究智能变电站通信系统的实时性,采用GOOSE通信网作为分析实时性的列子。GOOSE是一种通用变电站事件模型类,遵从IEC61850标准,设备间能够进行互相操作。现在,GOOSE网络已经广泛应用到智能变电站中了,因此以GOOSE网络为例分析实时性具有典型意义。通常采用OPNET仿真软件对GOOSE网络实时性进行仿真分析。

应用OPNET这种仿真网络软件对通信网和分布式系统进行有效仿真模拟。主要是应用OPNET对GOOSE网络的环形及星形拓扑结构进行实时性分析。主要对变电站在以下几种情况下进行仿真分析。

(1)变电站正常操作的情况。深入分析实时性,发现在这种情况下星型网络拓扑结构和环形网络拓扑结构中的相同交换机的智能单元与测控装置具有相同的端到端时延值。但将两种网络拓扑结构的智能单元和母线测控装置的端到端时延进行比较时,由于环形网络拓扑结构的母线智能单元和母线测控装置之间的通信需要经过更多交换机,因此时延更长,所以星形网络拓扑结构比环形网路拓扑结构更具优势。在分析过程中还可以发现,减少发送的时间间隔并不会增加节点之间端到端的时延量,因为GOOSE网络带宽非常充足,不会出现网络拥塞的情况,一定程度上保证了网络的实时性。(2)变电站正常运行的情况。变电站正常运行时,由于环形拓扑机构中母线智能单元与母线测控装置的通信经过多个交换机,因此有较大的时延消耗,因此环形拓扑结构中的母线智能单元到测控装置的端到端时延大于星形拓扑结构。在变电站正常运行时,为了保证GOOSE网络的实时性要求,应采用星形拓扑结构。(3)变电站事故发生的情况。通信系统在变电站发生事故时具有非常重要的意义。因此对变电站事故发生后进行高效仿真实时性分析具有重要意义。仿真分析后发现GOOSE网络的环形网络拓扑结构和星形网络拓扑结构的相同交换机具有极为接近的保护装置到智能单元与智能单元与测控装置的端到端时延值。分析后还发现,环形结构中的母线智能单元到母线测控装置和母差保护装置到母线智能单元的通信需经过的交换机较多,同时,环形网络拓扑结构的传播时延明显大于星形网络拓扑结构。

5 结语

为了促进我国电力发展,智能变电站的出现和发展的必然趋势。而通信网络的实时性和可靠性对智能变电站的可用性起着直接决定作用,分析研究智能变电站通信网络的实时性和可靠性对智能变电站的发展具有重要意义。

[1]李小滨,韩明峰.GOOSE实时通信的分析与实现[J].电力系统保护与控制,2009(10).

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[3]吴在军,胡敏强,杜炎森.变电站通信网络实时性能仿真分析[J].电力系统自动化,2005,29(8):45-49.

统 可靠性 实时性

顾林(1982—),男,本科,职务:项目经理,研究方向:变电站综合自动化;陈刚(1988—),男,江苏南京人,本科,职务:工程师,研究方向:变电站综合自动化。