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变电站智能!智能变电站通信系统的实时性和可靠性

导读:主要论述了变电站智能论文范文相关参考文献文献

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(陕西省地方电力(集团)有限公司榆林电力分公司,陕西榆林 719000)

摘 要:在智能变电站中通信系统具有不可替代的作用,对于保证电力系统的正常运行具有重要意义.实时性和可靠性是通信系统的两大性能,这两大性能对通信系统的影响最大.通过介绍智能变电站的特点及网络的基本结构,探讨了智能变电站通信系统的实时性和可靠性,为提高智能变电站通信系统的实时性和可靠性提供参考.

关键词:智能变电站;通信系统;可靠性;实时性

0 引 言

随着我国电力建设事业的快速发展,智能变电站在我国快速发展.在人们生活水平不断提高的背景下,人们对电网的稳定性、可靠性、信息交互性以及安全性等方面提出了更高的要求.面对这些要求,只有智能变电站能够适应这些新要求,因而智能变电站成为今后电力发展的必然趋势.在智能变电站中通信系统具有不可替代的作用,对于保证电力系统的正常运行具有重要意义.实时性和可靠性是通信系统的两大性能,这两大性能对通信系统的影响最大.电力形势的日益复杂迫切要求加强智能变电站通信系统实时性和可靠性的研究.

1. 智能变电站自身的特点

智能变电站与传统变电站相比具有明显优势,智能变电站有其自身特点.加强对智能变电站特点的研究是深入研究通信系统可靠性和实时性的重要前提.智能化是智能变电站最典型的特征,同时也是最大的优势.

具体而言智能变电站具有以下三个特点:①一次设备实现了数字化.一次设备是智能变电站的重要组成部分.在智能变电站中的一次设备实现了数字化.互感器由原来的电磁式互感器换成了光电式互感器和电子式互感器.新型互感器可以提供数字式光纤以太网接口,通过这一接口能够实现同站内变压器以及智能断路器等设备的连接,最终满足一次设备数字化的要求.②二次设备的网络化.智能变电站中的二次设备不再是以传统电缆作为媒介,而是通过加装对外光纤网络通信接口、以光纤以太网为基础来实现二次信号的传输.③通信系统自身实现了IEC61850标准化.传统变电站中由于厂家标准不同,从而导致设备信息描述以及网络通信协议标准存在一定差异.各种设备之间的协同性、相互操作性也就很差.新型智能变电站中采用的是国际上统一的IEC61850标准,采用这一标准能够有效增强变电站的相互操作性.

2. 智能变电站网络的基本结构

智能变电站网络的基本物理结构是多种多样的,研究智能变电站不同类型的网络物理结构的特性有助于我们深入了解智能变电站自身的特性.通常情况下在智能变电站中网络的基本物理结构主要指的是星型结构和环形结构.

(1)星型结构通常是由一个主交换机来连接其他交换机的,这种结构的最大优点就是结构清晰简单,任意两点之间的通信能经过 交换机.与其他结构相比等待时间更短.当然我们也要意识到这种网络架构本身也存在没有冗余度以及主交换机一旦发生故障之后就会所有其它交换机IED信息等缺点.

(2)环形结构最大的特点就是冗余度较高.在环中任意一点发生故障之后,都可由其它链路来进行传输,很少会引起通信中断.这是环形结构的一大优势,同时也要看到环形结构本身的通信是不能经过多级交换机的,需要延时增加,这对交换机性能的要求较高.

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3. 通信系统的可靠性

可靠性和实时性是智能变电站通信网络系统的最为重要的两个指标,这两个指标对通信系统的影响较大.可靠性主要指的是电力生产存在的连续性,智能变电站对可靠性的要求较高.可靠性是通信系统的第一位要求.

在通信网络中我们又可以把网络连续无故障能力叫做网络可靠性,网络可靠性主要取决于网络拓扑结构、设备链路等因素.针对智能变电站中通信网络的可靠性分析主要是采用贝叶斯分析法来进行专业性的分析.这种方法能够实现在元器件故障模式下专业地进行系统分析、能够科学评估故障发生的概率以及可能性影响.概率分析、推理模型和图论的不确定性表达是贝叶斯网络方法理论基础.在对通信网络系统的可靠性进行深入分析的过程中,贝叶斯网络不仅能够由原因推出结果,同时还能够从结果分析出原因来.在实际应用过程中,工程人员首先是要运用贝叶斯网络模型和已知的网络节点信息子集以及条件概率的计算方法计算出决策节点自己的条件分布概率,再把结果应用到决策分析中.

通过专业性地分析,我们就可以发现环形网络的可靠性是要高于星形网络结构的.环形网络的自愈性、可靠性都要比星形拓扑结构更好.星型网络结构的可靠性可以通过网络双重化的方式来提升.通过这种方式能够有效满足数字化变电站的要求.

4. 通信系统的实时性

通信系统的实时性指的是站内要求数据能够实现实时传输,通常此类数据包括保护信号、控制命令、测量数据等数据.在发生故障之后要能够及时对电力系统进行继电保护.在数据传输过程中必须要保证具有严格的时限要求.

针对智能变电站通信系统实时性,本文将以GOOSE通信网为例来进行深入分析.GOOSE是IEC61850中一种通用变电站事件模型类,能够实现设备间的互相操作.当前GOOSE网络在智能变电站中已经得到了广泛应用,详细分析GOSSE网络的实时性具有典型意义.在本文中针对GOOSE网实时性的分析主要是采用OPNET仿真软件来对其进行仿真,从而来了解通信系统的实时性.

OPNET是一种应用广泛的网络仿真软件,应用这种软件能够实现对通信网和分布式系统的有效模拟.在本文中主要是应用这种仿真软件来实现对GOOSE网络环形拓扑结构和星形拓扑结构的实时性分析.在仿真过程中首先是要设置参数,节点发送GOOSE报文均设置在256Byte,各节点稳态重发时间间隔是1s,事件变位之后则要按照0ms、1ms、2ms以及4ms的间隔来进行事件重发,之后再转入到稳态重发中.本文分以下几种情况来进行分析:

(1)变电站正常操作的情况下进行仿真.在这种情况下进行深入分析,发现星型网络拓扑结构和环形网络拓扑结构中同一个交换机的智能单元与测控装置的端到端时延值是相同的.但是从智能单元和母线测控装置的端到端时延角度分析就会发现星形网络拓扑结构是要优于环形网路拓扑结构的.这主要是因为环形网络拓扑结构本身母线智能单元和母线测控装置通信需要跨越更多的交换机,这在一定程度上就增加时延.此外我们可以得知,尽管减少发送的时间间隔,节点之间端到端的时延量并没有增加.这是因为GOOSE网络带宽100Mit/s.这一带宽是非常充足的,网络是不会发生拥塞的.这对于保证GOOSE网的实时性是有非常重要的意义的.

(2)变电站正常运行条件下的仿真.这种条件下母线智能单元到测控装置的端到端时延是不同的,环形拓扑结构中的节点时延要大于星形拓扑结构的节点时延.这还是因为环形拓扑中母线智能单元与母线测控装置的通信需要跨越3个乃至于4个交换机,消耗时延非常大.这种条件下的环形结构是不能够满足GOOSE网高实时性的要求的.

(3)变电站发生事故之后的仿真.在变电站运行过程中不可避免地会发生事故,一旦发生事故通信系统的重要性就立马凸显出来.对这种情况进行高效仿真有重要意义.对他们进行深入分析就会发现当前在GOOSE网中环形网络拓扑结构和星形网络拓扑结构,同一个交换机内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是非常接近的.此外我们也可以分析到环形结构中的母差保护装置到母线智能单元和母线智能单元到母线测控装置的通信跨越需要更多的交换机.传播时延也要明显大于星形网络拓扑结构.

5. 结 论

在智能变电站成为电力发展的必然趋势的背景下,加强智能变电站的研究具有重要意义.本文重点分析了当前智能变电站通信系统的可靠性和实时性.在今后应该不断加强这方面的研究,不断提升通信系统的实时性和可靠性.

参考文献:

[1] 王松,黄晓明. GOOSE报文过滤方法研究[J]. 电力系统自动化,2008(19).

袁宇波:智能变电站保护监控测试技术 视频时长:26:54 袁宇波:智能变电站保护监控测试技术 播放:16948次 评论:6343人

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

[3] 柯善文,刘曙光,何能,等. 关于变电站GOOSE报文传输的研究[J]. 继电器,2007(26).

作者简介:孙建彬(1979~),男,工程师,在读工程硕士,从事二次设备管理工作;延涛(1984~),男,助理工程师,本科,从事电力系统继电保护及其自动化设备应用与管理工作.

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