智能变电站过程层应用技术研究

郑小军，徐 秦

积成软件有限公司，江苏 南京 210000

0 引言

采用新型技术能提升过程层的实时性和可靠性，维持安全应用效果，满足智能变电站综合应用管控要求。在现场施工中，需发挥过程层连接作用，实现操作控制指令执行、实时性采集管理等工作。

1 智能变电站过程层应用要求

智能变电站的过程层主要包括变压器、断路器、电流/电压互感器等一次设备，能形成独立智能电子装置，利用GOOSE和采样值传输机制能更好地打造稳态、暂态和动态数据应用体系。

1.1 采样数值传输技术

对于智能变电站，过程层和间隔层之间的采样值传输工作是非常关键的环节，能对数据流予以电子式管控，维持测控流程、保护流程的规范性。在数值管理工作中，采样值报文的传输效果对实时性效果的要求较高。

一方面，对传输流量较大且实时性标准较高的采样数值予以控制，并且匹配信息发布/信息订阅的应用模式。另一方面，需结合IEC61850-9-2标准定义建立完整的数值分析模式，并且利用光纤方式实现过程层网络的处理，确保保护、测控、计量等单元都能有序落实。另外，利用交换机优先级技术和虚拟VLAN技术即可维持传输流量管理的规范性，打造更加合理的过程层应用控制平台[1]。

1.2 GOOSE实时性需求

GOOSE是智能变电站非常关键的应用环节，其本身是面向通用对象的变电站处理机制，通过建立对应的控制方案可以更加快速和可靠地建立交换数据集，保证模型对象和服务工作都能落实到位。

一方面，智能变电站中借助GOOSE服务能匹配间隔层保护测控等单元的信息传输处理。例如，传输跳合闸信号以及命令，配合报文数据量应用控制以及突发性控制管理，实现综合管理目标。另一方面，过程层能维持规定时间内传送数据到指定地点，有效满足实时性应用要求，建构面向非嵌入式系统，保证报文传输时间延迟在4 ms以内。

1.3 合并单元智能终端

在合并单元应用模式中，能对来自二次转换器的电流/电压数据建立组合、处理物理单元，建构完整的电子式互感器，匹配保护测控二次设备应用体系，维持电流和电压采样数值的规范性。并且，在合并单元智能终端应用工序中，汇集和合并电子式互感器数据，维持电力系统电流以及电压瞬时值的规范性。同时，每个数据通道都能有效实现采样数值数据的承载处理，匹配采样传输技术可以维持物理形式下的互感器组成模式，保证分立单元的规范性[2]。

第一，合并单元在接收同步对时信号的基础上，维持采样处理的规范性，确保组网方式能匹配对时处理工作的基本要求，打造完整的应用平台。

第二，合并单元在规范的数值处理工序中，对时精度为1 μs，对应的守时精度范围则在±4 μs。

第三，外部同步信号若是消失，则需结合合并单元的应用要求和规范，落实内部时钟守时处理机制，建构完整的精度分析平台，在精度和同步要求匹配后，即可获取对应的报文信息，满足同步标识处理的要求，标识内容为“TRUE”；若是守时精度参数和同步要求不匹配，则对应的采样值报文显示“FALSE”。

基于此，合并单元智能终端是维持过程层应用和信息处理控制的关键，能打造更加和谐有效的数据信息交互平台，维持综合应用效果的基础上，保证实时性信息数据传递更加规范有效。

1.4 智能终端要求

对于智能变电站过程层，智能终端也是非常关键的应用环节之一，是重要的处理设备。从逻辑层面分析，智能终端即智能组件结构，与一次设备进行连接处理，配合保护机制、测控机制等二次设备即可实现综合控制。其中，与一次设备的连接依靠电缆，与二次设备的连接应用光纤。并且，智能终端无论是安装在户内柜还是户外柜，均需安装在规范的封闭空间内，从而有效发挥其应用效果。一般而言，在户外控制柜安装中，装置的壳体防护等级需设置为IP42，若是安装户内柜，则防护等级为IP40。

第一，智能终端支持基于GOOSE方式建立的信息传输模式，并且对应的信息数据处理过程都要控制在规定的数值参数范围内，确保时延在1 ms以内。

第二，要匹配GOOSE的命令记录功能，有效记录对应的信息参数，尤其是对GOOSE命令时刻要予以监督，确保能对命令的来源以及出口动作等进行及时的信息收集整理，确保查看的及时性和规范性。

第三，智能终端要结合信息转换以及通信应用要求，满足GOOSE一次设备状态信息的标准，并且能及时接收来自二次设备回传的状态信息，技术完成下行控制命令的管理，保证一次设备实时性控制工作有序开展。

2 智能变电站过程层应用技术方案

2.1 常规化互感器过程层应用技术方案

以220 kV线路保护方案为例，利用常规化的互感器设备开展相应作业，建立对应的信息管控单元，完成采样值数字化处理，从而配合现场信息数值采集单元，集中获取互感器输出模拟量，并且完成FT3格式的合理性数据输出，具体示意图如图1所示。同时，需借助光纤完成合并单元的接入处理，利用同步分析控制的原则，配合使用IEC61850-9-2标准维持间隔层测控装置保护水平的规范性，维持网络交换机的应用效率。

图1 220 kV线路保护方案（常规化互感器）

在整个线路保护处理控制方案中，系统建立的基础流程应将IEC61850作为标准，有效维持保护装置的应用效果，在不匹配交换机的基础上完成直接采样管理，并且配合GOOSE跳断路器，实现启动和重合闸管理。该技术应用方案的最大优势在于可以借助单元独立配置采集模式维持应用效果，并且能结合技术方案升级为电子式互感器，但是存在系统复杂度较高的问题。

2.2 直采直跳方案

将220 kV线路保护方案作为研究对象，需利用电子式互感器，不增设采集单元。在实际应用中维持过程层采样数值和继电保护相关GOOSE信息数值处理方式时，采取点对点传输，实现直采直跳。非继电保护相关采样数值报文信息则需结合IEC60044-8的标准要求，基于GOOSE协议即可维持报文通信的规范性。直采直跳方案的最大优势在于能有效规避交换机环节，避免对同步信号过度依赖，真正融合信息数字化传输和功能集成化。

另外，非继电保护过程层采样数值的传输网络以及GOOSE网络独立设置模式均需依据电压等级进行组网控制：（1）间隔层设置线路保护、主变保护单元；（2）间隔层连接服务器、各级调度中心、操作员站等，配合GPS或者是北斗主机即可连接对应网络，并联络过程层实现监测；（3）过程层中GOOSE满足IEEE 1588协议要求，合并单元配合智能终端完成直采直跳的处理[3]。

直采直跳的应用方案更加强调的是双重化配置保护装置的应用规律，配合主保护和后备保护，即可维持智能变电站应用运行的整体式水平。在变压器高压侧和低压侧都需按照双重化配置要求落实具体工作，且中性点电流、间隔电流等会直接汇入相应侧的MU环节中，有效维持变压器保护跳母联和分段断路器，从而维持GOOSE网络传输的规范性。

2.3 过程层三合一方案

依据变电器保护工作，需利用标准化采样信息、GOOSE信息和IEEE 1588的原则，完成时信息共网传输处理，主要指将间隔层和过程层的合并单元按照标准予以统筹控制，并且保证过程层能依据间隔配置独立的间隔交换机，从而形成主干网交换机组成的过程层数据共享体系。

一方面，在组网机制中建立三合一技术体系，确保合并单元、交换机以及保护装置都能发挥实际作用，从而维持协议体系下运行的稳定性。另一方面，配合过程层网络应用环境，利用三级交换机时，能将同步误差控制在100 ns以下。并且，配合技术方案提出PRP并行冗余技术。

3 结束语

总之，智能变电站过程层的管控工作具有重要的应用价值和意义。在实际工作中，需结合典型组网应用方案落实技术应用平台，从而在完成技术测试的同时，配合网络冗余切换，维持综合技术可用度。