智能变电站继电保护网络可视化研究与应用

来源: 发布时间:2019-08-02 09:53:55

  摘要:智能化变电站自提出以来,经历了多种技术的革新与融合,逐渐走向成熟,但是面对日益增多的业务需求和安全性考虑,对作为信息传输与分享枢纽的继电保护网络提出了更高的要求。文章立足于通过研究智能继电保护网络可视化技术,利用SCD文件实现业务自动区分以及设备自动识别,结合传统的电缆电气回路点对点传输的优点,做到虚拟连接点对点,进而实现继电保护网络可视化功能,使得继电保护网络透明化、智能化,从而解决目前传统交换机带来的“黑匣子”难题,提高智能站的建设、运行、检修智能化水平,进一步为智能站继电保护网络智能化做贡献。

  关键词:继电保护;SCD;网络;智能变电站;可视化

  引言

  随着变电站综合技术的发展,传统的自动化变电站逐步被智能化变电站所取代,与传统变电站由确定的电缆组成的电气回路所不同,智能变电站由光纤组成了虚拟的二次回路,由虚端子取代了实体二次端子排,这些变化带来了诸多问题,比如继电保护网络信息不透明,物理链路与报文联系不确定,智能电子设备(IED)通信链路不清楚等,由此增加了智能站运行、检修工作的难度。为了解决这些问题,需要将智能站继电保护网络可视化,基于变电站配置描述文件(SCD)可以获取IED之间的通信逻辑关系,为实现继电保护网络可视化提供了基础。

  1 智能站网络特征分析

  智能变电站中数据传输的变革,带来了很多相对于传统变电站的变化,智能变电站中二次连线变为虚拟连线,虚拟连线的两端连接的是虚端子,虚端子是 IED 设备对外输出的信息端子,用于不同 IED 设备间数据的交互。每一个 IED 设备都有虚端子,有些虚端子定义用于接收其他 IED 设备的输出信息;有些虚端子定义用于发送信息,供其他的 IED 设备接收使用。比如保护设备,需要接收对应的合并单元给出的输出信息,对于保护设备,这些虚端子是接收信息,对于合并单元,这些虚端子是输出信息。

  2 应用基础

  2.1 SCD文件是基础

  SCD文件描述了变电站内所有继电保护相关对象(合并单元,智能单元,保护元件)重要的外特征,其中包括开入和开出信息,以及这些对象间开入/开出信息的关联关系,即虚拟二次回路(见图1)。SCD 文件是智能变电站基本信息描述的载体,覆盖一次系统接线、二次系统装置信息(功能节点)、报文属性(类型、长度、发送规律、订阅关系、地址等),未来还扩展到二次网络接线(即交换机连接关系)。 因此,智能变电站继电保护网络可视化应以 SCD 文件为根本依据,以面向通用对象的变电站事件(GOOSE)、采样值(SMV)报文为对象,以 IEC61850 标准为基本规则,以获取报文属性为目标。

  图1 SCD文件解析结果

  2.2 IED 设备投入监控技术

  通过解析 SCD 文件可以获取智能变电站全站 IED 设备信息和智能变电站全站继电保护业务信息,而业务信息的发送和 IED 逻辑是严格关联的。交换机通过解析继电保护业务报文的头部得知所传输的业务的类型和应用标识(APPID),通过业务信息的交互, 可以感知智能变电站全站 IED 设备是否正常投用(见图2),并将 IED 设备上线投用消息报告到相关管理和决策单元。 采用基于继电保护业务(GOOSE 或SV)APPID 实现业务转发和交互的信息传输方案,通过检测传输业务的 APPID 信息,和 SCD 文件解析到的 IED 装置信息与继电保护业务的逻辑关系表进行比对,即可确定 IED 装置上线。

  图2 IED感知结果

  3 现场应用

  3.1 应用目的

  在变电站的发展过程中,电力运维人员更习惯于可视化的管理方式,无论是对于采集的实时量还是管理信息都可以依靠各种工具实现可视化,由此运维人员可以明白直观的了解真实的运行状态。但是进入到智能变电站阶段,由于光纤网络和交换机的应用,作为智能变电站最重要的数据传输网络变成了不透明的过程,由此给电力运维人员带来了更为复杂的难题,而常规工业以太网交换机的应用只是解决了智能变电站数据如何传输的问题,并没有在运维管理可视化等方面有任何的进展,甚至由于专业技术的区别给电力运维人员带来了更加复杂的认识过程。运维人员可以通过可视化的管理界面实时查看交换机网络的拓扑结构及每台交换机每个端口接入 IED 设备的基 本运行情况,对设备进行管理维护。

  3.2 应用案例

  该系统应用于南网云南电网公司昆明供电局变电管理一所继保自动化实验室,该实验室拥有一个模拟的变电站系统,包括后台综合自动化系统,测控装置,通信管理机,多种元件的继电保护装置等,具备一个完善且典型的应用环境。

  1)站内业务解析功能,通过解析SCD文件,得到站内GOOSE、SV报文的发送和订阅关系,同时会列出站内所有IED设备的名称、型号、厂家信息等(见图4),相当于自带SCD解析工具,方便运维人员查看SCD文件。

  2)IED识别定位功能,当有IED设备接入交换机某个端口后,会在交换机该端口上显示接入设备的名称及型号,IED设备接入前交换机的端口是空的(见图5),IED设备接入交换机之后,交换机各个端口会显示接入的是哪一台IED设备,这样就减轻了光纤打标签的工作复杂程度,可以作为纸质标签的一个电子化补充。

  3)动态网络拓扑展示功能,当通信路径建立起来之后,可以通过查看网络拓扑图来掌握整个网络的组织结构,一旦网络通信节点出现问题,方便溯源查缺,提高运维效率,由于现场实际只应用了一台交换机,没有与其级联的交换机,所以交换机邻居节点的拓扑关系此处没有展示出来,如果有级联交换机的话,会将所有级联的交换机全部展示出来,同时这个拓扑图会随着IED设备的实际接入情况而动态更新。

  单台网络拓扑图

  多台网络拓扑图

  4)虚拟二次回路展示功能,通过将业务传输路径可视化,与实际物理光纤链路进行对比,可以实现报文全路径监控,打破原有网络“黑匣子”的状况,将报文传输过程变得“透明化”,帮助运维人员更好的理解继电保护网络,提升工作效率。

  4 结语

  结合目前的继电保护网络运维现状,本文立足于继电保护网络可视化,利用智能站固有信息流的特征,实现了虚拟二次回路的实时在线监视与管理,解决了网络运维不能及时定位问题点,定位之后不能有效的排除问题,恢复通信路径的正常传输耗时、耗力难题,有效弥补了现有传统以太网交换机在智能变电站中存在的智能化不足的短板,简化了网络架构,提高了运行效率,降低了运维难度,为智能电网的安全可靠运行做一份有力的保障。

  参考文献:

  [1] 荀思超, 沈雨生, 王小波,等.SDN在新一代智能变电站通信网中的应用[J]电力信息与通信技术,2016, 14(1):49-52.

  [2] 王文龙, 杨贵, 刘明慧. 智能变电站过程层用交换机的研制[J].电力系统自动化,2011,35(18):72-76.

  [3] 张杰, 侯思祖, 陈小倩, 等. 基于IEC61850信息建模方法的应用 研究[J].电力系统通信,2011,32(11): 31-35.

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