网络通信技术在变电站自动化系统中的应用

网络通信技术在变电站自动化系统中的应用摘要本论文阐述了网络通信在变电站综合自动化系统中应用的通信通道、通信功能、通信规约、网络结构、IEC61850通信规约以及基于IEC61850通信规约的数字化变电站等内容。从变电站综合自动化系统对站内通信网的要求入手，解释了网络通信的一些基本概念和网络通信的一些技术，总结了网络通信技术在变电站综合自动化系统中的实际应用情况，对变电站综合自动化系统今后的发展做出简要说明。本文共分7章。第1章变电站综合自动化系统的简介；第2章变电站综合自动化系统的数据通信，第3章变电站综合自动化系统的通信网络结构，第4章变电站自动化系统的通信网络及传输规约的选择；第5章基于IEC61850的变电站自动化系统的应用研究，第6章基于IEC61850标准的750KV数字化变电站建设；第7章是对于变电站综合自动化的现状和发展方向做一简要的说明。关键词：变电站自动化网络通信局域网以太网IEC61850标准2目录摘要...................................................................1前言...................................................................3第1章变电站综合自动化系统技术基础.....................................41.1变电站综合自动化的概念...........................................41.2变电站实现综合自动化系统的基本功能...............................51.3变电站综合自动化系统的结构形式...................................6第2章变电站综合自动化系统的数据通信...................................92.1变电站综合自动化系统的通信内容...................................92.2变电站综合自动化系统通信功能.....................................92.3数据通信的传输方式..............................................102.4数据远传信息通道................................................11第3章综合自动化系统的通信网络结构....................................143.1通信网拓扑结构..................................................143.2变电站综合自动化系统采用的通信网络结构..........................15第4章变电站自动化系统的通信网络及传输规约的选择......................164.1变电站自动化系统的通信网络选择..................................164.2变电站自动化系统中的传输规约选择................................18第5章基于IEC61850的变电站自动化系统的应用研究......................205.1智能变电站的主要技术特征........................................205.2IEC61850概述...................................................215.3IEC61850通信规约的技术特点.....................................225.4IEC61850模型概述...............................................245.5基于IEC61850变电站自动化系统..................................255.6IEC61850与智能变电站的关系.....................................275.7基于IEC61850标准变电站的通信网络和系统协议....................28第6章基于IEC61850标准的750KV变电站的建设..........................306.1变电站的通信规约说明............................................306.2过程层安装方式..................................................316.3交换机配置及GOOSE的实现........................................326.4小结............................................................33第7章变电站综合自动化系统的存在问题和发展趋势.........................357.1存在问题........................................................357.2发展趋势........................................................36结语..................................................................383前言变电站自动化系统是在计算机技术和网络通信技术基础上发展起来的。变电站自动化能够显著提高变电站的运行水平，增强变电站的各种功能，一经推出即得到迅速的应用。它改变了传统的二次设备的组态模式，大大提高了电网的自动化水平，增强了系统的可靠性，降低了变电站的总造价，因此近几年来在电力系统中被广泛应用。由于目前的变电站自动化系统中的后台监控系统和微机保护设备、直流设备、安稳设备等厂家的通信协议不统一，造成不同厂家连接困难，调试周期长，系统稳定性差，生命周期缩短，设备之间的互操作性差，维护工作量大，改造升级困难。国际电工委员会第57技术委员会制定的IEC61850标准，为数字化变电站的发展指明了新的方向，使变电站站内设备通信采用统一的标准。智能化一次电气设备的发展，特别是智能化开关设备、电子式电压和电流互感器等在变电站系统中的逐渐推广应用，电气设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机网络技术的高速发展，使得数字化变电站具备了必要的技术条件。基于IEC61850标准的数字化变电站在国内外基本处于试验和积累经验阶段，目前建成的或正在建设的数字化变电站大多不具备真正意义上数字化变电站的全部特征。有些变电站仅实现了站内的IED按照IEC61850标准进行通信，或者在站内采用电子式互感器。即使同时采用了以上两项技术，离实现整个变电站的数字化通信还有一段距离，特别是对断路器、隔离开关及变压器的数字化研究还不是很成熟。因此研究全数字化变电站的关键技术和理论以及设计方案对数字化变电站的推广应用具有重大意义。变电站综合自动化技术、通信技术、检测技术和控制技术等，将传统的继电保护系统、测量系统、控制系统、调节系统、信号系统和远动系统等多个独立的功能系统进行优化、组合为一套智能化的综合系统。变电站综合自动化系统是以计算机和网络通信技术为基础，将保护、控制、远动、自动装置、故障录波等分散的技术集成在一起，从而实现电网的现代化管理，并可以给运行、安全、设计、施工、检修、维护、管理等诸多方面带来直接或间接的经济效益和社会效益。4第1章变电站综合自动化系统技术基础1.1变电站综合自动化的概念1.1.1变电站综合自动化的概念将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。在国内，我们也可以说是包含传统的自动化监控系统、继电保护、自动装置等设备，是集保护、测量、监视、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。1.1.2变电站综合自动化的核心利用自动控制技术、信息处理和传输技术，通过计算机软硬件系统或自动装置代替人工进行各种变电站运行操作，对变电站执行自行监视、测量、控制和协调，变电站综合自动化的范畴包括二次设备，如控制、保护、测量、信号、自动装置和远动装置等。1.1.3变电站综合自动化系统基本特征①功能实现综合化变电站综合自动化技术是在微机技术、数据通信技术、自动化技术基础上发展起来的。它综合了变电站内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备。需要指出的是，综合自动化的综合功能，“综合”并非指将变电站所要求的功能以“拼凑”的方式组合，而是指在满足基本要求的基础上，达到整个系统性能指标的最优化。②系统构成模块化保护、控制、测量装置的数字化采用微机实现，并具有数字化通信能力，利用把各功能模块通过通信网络连接起来，便于接口功能模块的扩充及信息的共享。另外，模块化的构成，方便变电站实现综合自动化系统模块的组态，以适应工程的集中式、分布分散式和分布式结构集中式组屏等方式。③结构分布、分层、分散化综合自动化系统是一个分布式系统，其中微机保护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的，每个子系统可能有多个CPU分别完成不同功能，这样一个由庞大的CPU群构成了一个完整的、高度协调的有机综合（集成）系统。这样的综合系统往往有几十个甚至更多的CPU同时并列运行，以实现变电站自动化的所有功能。④操作监视屏幕化变电站实现综合自动化后，不论是有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内，就是在主控站或调度室内，面对彩色屏幕显示器，对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视与操作。⑤通信局域网络化、光缆化5计算机局域网络技术和光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍应用。因此，系统具有较高的抗电磁干扰的能力，能够实现高速数据传送，满足实时性要求，组态更灵活，易于扩展，可靠性大大提高，而且大大简化了常规变电站繁杂量大的各种电缆，方便施工。⑥运行管理智能化智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报表、电压无功自动调节，小电流接地选线，事故判别与处理等方面，还表现在能够在线自诊断，并不断将诊断的结果送往远方的主控端。⑦测量显示数字化用CRT显示器上的数字显示代替了常规指针式仪表，直观、明了；而且打印机打印报表代替了原来的人工抄表，这不仅减轻了值班员的劳动强度，而且提高了测量精度和管理的科学性。1.1.4变电站实现综合自动化的优越性①在线运行的可靠性高；②供电质量高；③专业综合，易于发现隐患，处理事故恢复供电快；④变电站运行管理的自动化水平高；⑤减少控制电缆，缩小占地面积；⑥维护调试方便；⑦为变电站实现无人值班提供了可靠的技术条件。1.2变电站实现综合自动化系统的基本功能1.2.1测量、监视、控制功能综合自动化系统应取代常规的测量装置，如变送器、录波器、指示针仪表等；取代常规的告警、报警装置，如中央信号系统、光字牌等。在变电站的运行过程中，监控系统对采集到的电压、电流、频率、主变压器油温等量不断的进行越限监视，如有越限立即发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值；出现电压互感器或电流互感器断线、差动回路电流过大、单相接地、控制回路断线等情况时也发出报警信号；另外，还要监视自动装置本身工作是否正常。1.2.2继电保护功能变电站综合自动化系统中的继电保护主要包括输电线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容器保护等。微机保护是综合自动化系统的关键环节，它的功能和可靠性