嵌入式以太網(wǎng)的變電站間隔層保護系統(tǒng)研究

摘要：結合IEC 61850標準和國內(nèi)電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，針對數(shù)字化變電站過渡方案中的間隔層保護系統(tǒng)進行硬件及軟件設計。詳細分析了裝置功能的劃分、實時任務優(yōu)先級設計及任務間通信的實現(xiàn)。實踐表明該設計系統(tǒng)能夠滿足間隔層保護裝置的性能要求。
關鍵詞：IEC61850；間隔層保護；PowerPC 8247；實時任務；任務間通信

引言
IEC 61850標準為數(shù)字化變電站奠定了標準化基礎，變電站自動化系統(tǒng)最主要的功能是實現(xiàn)裝置的自我保護。國內(nèi)探索應用IEC 61850時卻并沒有首先從保護裝置入手，主要是考慮到保護功能的復雜性、多樣性以及配置的靈活性，使得對完全符合IEC 61850的保護功能的建模具有一定的難度。
標準的互操作及功能自由分布特性要求變電站自動化系統(tǒng)中的不同智能電子設備(IED)間能更靈活地協(xié)同。本文在深入研究IEC 61850標準對保護功能建模的基礎上，針對國內(nèi)保護裝置發(fā)展和應用的現(xiàn)狀，提出一種適合國內(nèi)電網(wǎng)結構及運行方式的數(shù)字化變電站過渡方案，并給出了基于該方案的間隔層保護系統(tǒng)設計方法。

1 數(shù)字化變電站過渡方案
就目前而言，采用智能化的一次設備(如電子式互感器及智能化開關等)、網(wǎng)絡化的二次設備，以及符合IEC61850通信規(guī)范、自動化的運行管理系統(tǒng)，是數(shù)字化變電站主要技術特征。圖1為數(shù)字化變電站系統(tǒng)結構。

鑒于我國對IEC 61850標準的研究和實踐還處于探索階段，國內(nèi)電子式互感器技術的成熟度尚待考核，變電站過程層和間隔層的IEC 61850實現(xiàn)應分步驟漸進實施。針對該情況，提出一種現(xiàn)階段的數(shù)字化變電站系統(tǒng)過渡方案，如圖2所示。

該方案中的過程層一方面采用ECT／EPT和智能開關，模擬量采集和開關量控制實現(xiàn)完全數(shù)字化，完成電力運行的實時電氣量檢測、運行設備狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測與統(tǒng)計、操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動；另一方面也支持傳統(tǒng)一次設備下硬接線模式，采用連接導線接入常規(guī)互感器和開關。合并單元匯總本間隔的實時數(shù)據(jù)信息并以多播方式經(jīng)由過程總線傳送間隔層保護裝置，使間隔層實現(xiàn)對一次沒備的保護控制功能，對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計運算及控制命令的發(fā)出進行優(yōu)先級控制，另外也可在傳統(tǒng)模式下通過采樣板獲得常規(guī)互感器和開關的數(shù)據(jù)。變電站層采用符合IEC61850標準的數(shù)字化變電站站控層系統(tǒng)，為分布式系統(tǒng)設計?？紤]到61850裝置的網(wǎng)絡接入能力，后臺采用C／S模式，工作站需從主服務器取數(shù)據(jù)。
該方案在傳統(tǒng)變電站兩層結構的基礎上實現(xiàn)了間隔層和變電站層的數(shù)字化。傳統(tǒng)保護裝置中的數(shù)據(jù)采集部分包括模擬量(電流、電壓)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，開入量(如斷路器位置、隔離刀閘輔助接點)讀取等，但要采用數(shù)據(jù)映射的方式接入：A／D轉(zhuǎn)換模塊映射成IEC 61850過程層數(shù)字式傳感器的一部分；開關量輸出模塊映射成IEC 61850過程層數(shù)字式執(zhí)行器的一部分；開關量輸入模塊映射成IEC 61850過程層數(shù)字式斷路器的一部分；完成濾波、計算、邏輯和控制功能的主控模塊映射成IEC 61850間隔層的保護控制設備。
采取這種映射方式，保護裝置可以在接收通道模擬量的同時直接接收數(shù)字量。也就是說，裝置可以很好地實現(xiàn)IEC 61850系統(tǒng)中過程層和間隔層功能，也可以兼顧現(xiàn)有的系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了常規(guī)設備和基于IEC 61850的二次設備之間良好的并存和過渡。