郭家屯数字化变电站网络构建及监测技术的应用与分析word格式论文.docx

第 1 章 绪 论1.1 课题的研究背景与意义数字化变电站技术是在计算机技术和网络通信技术基础上发展起来的。其基 本特征表现为一次设备智能化、二次设备网络化、数据平台标准化[1-3]。根据上 述特征，数字化变电站用光纤网络取代传统的硬电缆接线，通过网络连接全站的 所有二次设备，从而解决了常规变电站二次回路中电流回路开路、电压回路短路、 电缆施工难度大、调试复杂、维护工作繁琐、电缆传输信号精度差、易受干扰等 问题，由于网络的光纤化减少了传统变电站中二次回路的电缆消耗，节约了资源。 因此二次回路的网络化是数字化变电站相对常规变电站的重大进步，是数字化变 电站的核心内容。变电站数字化技术构成了现代化电网建设的重要组成部分，必 将是调度管理的发展方向之一[4]。唐山 220kV 郭家屯变电站是华北电网有限公司重点科技项目之一，该站位 于唐山市玉田县境内，建设的最终规模为：180MVA 变压器 3 台、220kV 出线 4 回、110kV 出线 14 回。本期规模为：220kV 主接线为双母线接线，180 MVA 变 压器 2 台、 220kV 出线线路 2 回，110kV 主接线为双母线接线，出线 8 回。郭 家屯变电站为全数字化变电站，按照 IEC 61850 标准，全站共分为变电站层、间 隔层、过程层 3 个层次，在变电站层和间隔层之间为间隔层网络，在间隔层与过 程层之间为过程层网络，它们之间的关系如图 1-1 所示。变电站层远方控制7功能A功能B技术服务1 ,631 ,683间隔层控制保护控制保护远方保护 34 ,54 ,53 远方保护过程层过程接口互感器执行器高压设备图 1-1 IEC61850 对数字化变电站的分层标准从安全角度上分析，过程层网络已成为安全自动装置的一部分，其可靠性直 接决定了变电站的运行是否稳定。由于过程层网络由大量的工业交换机和光纤网络组成，其故障点很难在短时间内判断出来（如图 1-2 所示）。因此，为了提高网络管理的效率、全面了解网络的性能、预防故障的发生，需要对数字化变电站 过程层的网络进行监控和管理。MSTI 2220T1SV220T2SVMSTI 2MSTI 3220MCSV110MC- B110MC- A220PAC1220PAC2110MLMSTI 3MSTI 1MSTI 4MSTI 1MSTI 4220MCGS220ML110MC- DMSTI 5110MC- E220T1GS220T2GS图 1-2 郭家屯数字化变电站间隔层网络1.2 技术领域国内外研究现状为了保证网络的安全，提高网络的管理效率，本文引入了网络管理技术来实 现这一目的，同时验证了其可行性和可用性，解决了实际应用中出现的问题。我 们首先了解一下数字化变电站的标准，即 IEC 61850 标准对网络管理方面是如何 规范的，其次关注一下这方面主流技术的应用。1）IEC 61850 标准数字化变电站中的通信网络主要是指已在通信领域广泛应用的以太网。在电 力系统中对以太网的应用主要是针对其已经很成熟了的部分，这些成熟的以太网 技术很容易获得广大设备的支持，同时作为通信网络载体的以太网交换机也容易 获得。因此，IEC 61850 标准已将以太网作为推荐的通信手段[5]。对于数字化变电站内的应用数据传输，IEC 61850 标准将其分为若干类型。 对于需要快速传输的数据，为减少逐层解码浪费的时间，标准规定其直接映射到 底层协议；对于速度要求不高的数据传输，标准规定其映射到较高层次的协议。 在数字化变电站中需要传输的报文主要有 3 类：状态报文（GOOSE）、采样值报 文（SV）、监控报文（MMS）[6]。GOOSE 报文和 SV 报文属于要求快速传输的报文，在标准中采用了发布者/订阅者（Publisher/Subscriber）的通信模式，数据的传输是单向的，如图 1-3 所 示。发布者订阅者跳闸发布订阅开入发布报文采样图 1-3 发布者/订阅者合示意图GOOSE 报文为变位发送机制，即当出现状态变化时立即发送报文，而后以 逐渐稀疏的频率重发报文，直到最大发送间隔。正常时 GOOSE 报文以最大发送 间隔重复发送；SV 报文为等间隔发送机制，即报文一直以固定间隔发送，发送 间隔取决于采样频率，如图 1-4 所示。GOOSE报文传输时刻T0(T0)T1 T1 T2T3T0状态变化SV报文传输时刻图 1-4 GOOSE 和 SV 报文发送示意图MMS 报文属于不要求快速传输的报文，在标准中采用了客户端/服务器（Client/Server）的通信模式，数据的传输是双向的，如图 1-5 所示。客户端服务器发送接收告警请求报文事件请求应答录波 定值接收发送控制应答报文图 1-5 客户端/服务器合示意图GOOSE 报文和 SV 报文应用数据