数字化变电站集成保护信息共享通信特性分析研究.pdf数字化变电站中继电保护的数据通信与保护跳闸等环节

文件名称: 数字化变电站集成保护信息共享通信特性分析研究.pdf

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详细说明：数字化变电站中继电保护的数据通信与保护跳闸等环节的实现形式已经发生了重大变革，其技术条件也促进了集成保护的发展。目前，对35 kV及35 kV以下变电站，保护测控相互融合、信息共享，保护、测控功能集成在一个独立的装置中，已经成为业界共识。而实时、可靠的网络通信是数字化变电站实现集成保护的先决条件和关68 东北电力大学学报第34卷表1集成保护与4个MU通信的仿真结果采样率(H) SAⅤ报文的发送间隔ms) 平均网络负载( Mbits/s) 平均端对端时延(ms) 800 3.1488 0.045 2400 0.4 9.4388 0.045 4000 0.25 15.744 0.045 10000 0.045 由仿真结果可得,采样率增大,网络负载增大,站域as ratc5mnk.上ndo七 nd Deloy second 保护接收到SAV报文的端对端时延保持在0.0454me,07 远小于4ms,满足IC61850规定的SAV报文传输的时间要求当采样率为20000H时,端对端时延逐渐上升并不断发散,这是由于通信流量超过网络带宽后数据通信出现阻塞引起的。由仿真结果可得,当采样率为2000H时三个 20s MU同时发SAV报文给集成保护时,集成保护接图320000Hz采样率时SAⅴ报文的端对端时延收到SAV报文的端对端时延保为0.039ms,满足IEC61850规定的SAV报文传输的时间要求。表2集成保护与3个MU通信的仿真结果采样率(Hz) SAⅴ报文的发送间隔(ms) 平均网络负载(Mbts/s) 平均端对端时延(ms) 800 1.25 2.3616 2400 0.417 7.079 0.039 4000 0.25 11.808 0.039 10000 0.1 29.52 0.039 20000 0.05 57.298 0.039 综上分析可得,采样率为20000Hz时,100Mbps以太网可使用的带宽不足以允许3个以上的MU 同时向集成保护传送采样测量值。同时也发现,当样率为20000Hz时,3个MU同时发SAV报文时网络负载达到57 Mbits/s,网络负载增加了,端对端时延却比4个MU同时发SAⅴ报文情况下要小。下面对报文的长度、网络拓扑结构、网络带宽与上面仿真一致、网络负载几乎一样的情况下,分别对仿真场景1(四个MU同时向集成保护发送SAV报文)和仿真场景2(三个MU同时向集成保护发送 SAV报文)进行仿真,仿真结果见表3-表4。表3场景1的仿真果平均网络负载( Mbits/s) 3.1488 7.872 15.744 39.36 59.099 平均端对端时延(ms) 0.045 0.045 0.045 0.045 0.045 表4场景2的仿真结果平均网络负载(Mbis/s) 3.1404 7.872 15.536 39.36 平均端对端时延(ms) 0.039 0.039 0,039 0.039 0.039 场景1和场景2的端对端时延差△t由报文在交换机中排队等待的时延差t和交换机因网络负载增加而多转发所造成的时延差t2组成,计算公式场景1下报文在交换机的排队等待时延要比场景2大,记这两个场景的报文在交换机的排队等待时延差为t1,总是正数。在各MU发送数据流量相同的情况下,场景1的流量肯定要比场景2的多,场景1下的交换机转发的次数要比场景2多,从而带来多转发所造成的时延,则t2为正数。第2期姜瀚书等:数字化变电站集成保护信息共享通信特性分析研究 69 当两个场景下网络负载几乎一致的情况下,场景1交换机转发的次数肯定要比场景2少,则t2为负数由仿真结果可得, 当各MU发生的数据流量相同时,△t=0.045-0.039=t1(正数)+t2(负数)=0.006m; 当两个场景下网络负载儿乎一致的情况下,△t=0.045-0.039=1(正数)+t2(正数)=0.06ms 综上分析可得,在网络可使用的带宽满足网络负载传输时,因网络负载增大所造成的时延对网络时延的影响微乎其微,可以忽略不计,报文在交换机中的排队等待转发时延对网络时延影响较大。 23统一的集成保护通信网络的通信仿真木仿真例子中的35KV数字化变电站配备有载调压变压器2台;35kV单母线分段,两路进线一主一备;10kV单母线分段,每段母线各5路馈线。主接线和间隔划见图4。每个线路间隔、母联间隔各配置一个MU、一台ICB和一台交换机;两个变压器间隔各配置两个 MU、两台ICB和一台交换机。采用 OPNET对该变电站进行建模,仿真模型见图5。 35K进续 35M2进线 (L135间) (L235K间隔) 35KV母线主变 T1间隔)(B35KV间隔) P2间隔菪§墓 (BUS 图435kV数字化变电站主接线和间隔划分图5统一过程总线中集成保护的通信 OPNET模型各节点的通信行为说明如下表5仿真参数合并单元MU以采样周期为周期链路类型通信协议通信方式以单播的方式持续向集成保护发送 100BaseT 以太网帧单播、全双工流量开始流量加载发送间隔数据长度 SAⅤ报文,报文长度规定为123byte;智数流类型派节点时间s)时间(s) (bytes) 能断路器ICB以固定周期持续向集成SAV报文保护单播 GOOSE状态报文,报文长度 GOOSE状态 (123 ICB const Const const 固定为130byes0;集成保护P&C接受报文 (0 (60) (0.005) (130) 各间隔的SAV报文和C00E状态报注:对应表中的SAV报文发包间隔文。主要仿真参数见表5。集成保护接收到SAV报文的平均端对端时延如表6所示。表6SAV报文的平均端对端时延 aMhc SinkEndto-End Lelay [seconds] 采样率(Hz) 1000 2400 SAV报文的发送间隔(ms)1.25 0.417 0.25 平均端对端时延(ms)0.18450.18450.18450.1845 从仿真结果分析可得,由于G0OSE状态报文发0 送时间间隔较长,单位时间内的 GOOSE状态报文数3 .2 据量不是很大,对SAV报文的网络延时影响并不是很大,但对于较大的采样率或者电压等级较高的变电站设备较多情况,向集成保护发送的数据量将会超过网络所能使用的带宽。图610000Hz采样率时的SAV报文端对端时延 70 东北电力大学学报第34卷 3总结由于集成保护需要通过通信网络获取多设备的数据和信息,因此,网络性能需满足可靠性和实时性。可采用双网通信提高通信的可靠性,实时性的解决较为复杂,可以通过以下方面进行改善: 方面需从通信网络的角度出发研究分析对网络延时的要素,改善网络性能; 另一方面变电站中可利用的数据和信息非常丰富,但如果不加选择的将站内所有间隔设备的数据和信息全部放到通信网络上,不仅不能实现保护控制系统性能的提高,反而会引起通信阻塞,影响数字化变电站的安全运行。需从满足集成保护要求的角度出发,研究各种信息之间的相关性,提取和被保护对象最相关的信息,这样既减少了通信量,又实现了信息集成对集成保护性能的提高值得注意的是这两个方面的研究不是相互独立的,应找出这两方面的平衡点,研究出通信和集成保护的最优方案参考文献 [1]王宾,戈政,等智能配电变电站过程总线信息共享通信特性分析[J.电力系统自动化,2011,35(18):62-66 ?]薄志谦,和敬涵,董新洲电力系统的集成保护[J」继电器,2005,33(14):6-10 [3]J书文数字化变电站自动化系统的网络选型[J.继电器,2003,31(7):37-40 [4]张奇智,尹汝波交换式工业以太网的现状和研究J].传感器世界,2005,02:34-39 t5 T Skeie, S Johanessen, C. Brunner. ETHERNET in substation automation J]. IEEE Control Syst. Mag., 22(3): 43-51 6 Brunncr C IEC 61850 Procegs connection-a smart solution to connect thc primary cquipmcnt to thc substation automation system. PSCC 2005 ( 15th Power System Computation Conference ), 132(4): 22-26 [7]辛建波,段献忠.基于优先级标签的变电站过程层交换式以大网的通信传输方案[J].电网技术,204,28(22):26-30 [8]殷志良,刘万顺,杨奇逊,等.基于IEC61850标准的过程总线通信研究与实现[J.中国电机T稈学报,2005,25(8):84-89 [9]CagiR. Ozansoy, Aladin Zayegh, Akhtar Kalam. The Real-Time Publisher/Subscriber Communication Model for Distributed Substation Sys- tems[ C].IFFE Transaction on Power Deliver, 22(3): 1411-1423 [10]王宾,戈政,董新洲,等智能配电变电站过程总线信息共享通信特性分析[J.电力系统自动化,2011,35(18):62-66 1]沈重,解东光,等,IEC-61850C0OSE在数字化变电站中的应用[J].东北电力大学学报,2010,30(4):41-44 Digitized Substation Integrated Protection Information Sharing Communication Characteristics Analysis Research JIANG Han-Shu', LIANG Feng, YU Xu (1. The Jilin Province Electric Power Company Electric Power Research Institute, Changchun 130021; 2. China Heilongjiang Daqing Power Supply, Co, Ltd, Daqin Heilongjiang 163000) Abstract: Realization of relay protection in digital substation data communication and protection trip link has been changed, the technology also promotes the development of integrated protection. At present, the substation on 35kv and 35kv, protection and control integration, information sharing, the functions of protection, measure- ment and control integrated in an independent device, has become the industry consensus. The network commu nication of real time, reliability is the condition and key technology of digital substation, the prerequisite to real ize the integration of protection, therefore, based on the 35k v digilal substation as all example, the use of main- stream communication simulation software-oPneT to the sharing of information to do simulation research Key words: Digital substation; Integrated protection; Information sharing; OPNET

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