嵌入式以太網(wǎng)的變電站間隔層保護(hù)系統(tǒng)研究

摘要：結(jié)合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀，針對(duì)數(shù)字化變電站過(guò)渡方案中的間隔層保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行硬件及軟件設(shè)計(jì)。詳細(xì)分析了裝置功能的劃分、實(shí)時(shí)任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)及任務(wù)間通信的實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐表明該設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠滿足間隔層保護(hù)裝置的性能要求。
關(guān)鍵詞：IEC61850；間隔層保護(hù)；PowerPC 8247；實(shí)時(shí)任務(wù)；任務(wù)間通信

引言
IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)字化變電站奠定了標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)最主要的功能是實(shí)現(xiàn)裝置的自我保護(hù)。國(guó)內(nèi)探索應(yīng)用IEC 61850時(shí)卻并沒(méi)有首先從保護(hù)裝置入手，主要是考慮到保護(hù)功能的復(fù)雜性、多樣性以及配置的靈活性，使得對(duì)完全符合IEC 61850的保護(hù)功能的建模具有一定的難度。
標(biāo)準(zhǔn)的互操作及功能自由分布特性要求變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的不同智能電子設(shè)備(IED)間能更靈活地協(xié)同。本文在深入研究IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)保護(hù)功能建模的基礎(chǔ)上，針對(duì)國(guó)內(nèi)保護(hù)裝置發(fā)展和應(yīng)用的現(xiàn)狀，提出一種適合國(guó)內(nèi)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式的數(shù)字化變電站過(guò)渡方案，并給出了基于該方案的間隔層保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

1 數(shù)字化變電站過(guò)渡方案
就目前而言，采用智能化的一次設(shè)備(如電子式互感器及智能化開(kāi)關(guān)等)、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備，以及符合IEC61850通信規(guī)范、自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)，是數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征。圖1為數(shù)字化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

鑒于我國(guó)對(duì)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的研究和實(shí)踐還處于探索階段，國(guó)內(nèi)電子式互感器技術(shù)的成熟度尚待考核，變電站過(guò)程層和間隔層的IEC 61850實(shí)現(xiàn)應(yīng)分步驟漸進(jìn)實(shí)施。針對(duì)該情況，提出一種現(xiàn)階段的數(shù)字化變電站系統(tǒng)過(guò)渡方案，如圖2所示。

該方案中的過(guò)程層一方面采用ECT／EPT和智能開(kāi)關(guān)，模擬量采集和開(kāi)關(guān)量控制實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化，完成電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)電氣量檢測(cè)、運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)、操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)；另一方面也支持傳統(tǒng)一次設(shè)備下硬接線模式，采用連接導(dǎo)線接入常規(guī)互感器和開(kāi)關(guān)。合并單元匯總本間隔的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息并以多播方式經(jīng)由過(guò)程總線傳送間隔層保護(hù)裝置，使間隔層實(shí)現(xiàn)對(duì)一次沒(méi)備的保護(hù)控制功能，對(duì)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出進(jìn)行優(yōu)先級(jí)控制，另外也可在傳統(tǒng)模式下通過(guò)采樣板獲得常規(guī)互感器和開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)。變電站層采用符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站站控層系統(tǒng)，為分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。考慮到61850裝置的網(wǎng)絡(luò)接入能力，后臺(tái)采用C／S模式，工作站需從主服務(wù)器取數(shù)據(jù)。
該方案在傳統(tǒng)變電站兩層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了間隔層和變電站層的數(shù)字化。傳統(tǒng)保護(hù)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(kāi)入量(如斷路器位置、隔離刀閘輔助接點(diǎn))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(guò)程層數(shù)字式傳感器的一部分；開(kāi)關(guān)量輸出模塊映射成IEC 61850過(guò)程層數(shù)字式執(zhí)行器的一部分；開(kāi)關(guān)量輸入模塊映射成IEC 61850過(guò)程層數(shù)字式斷路器的一部分；完成濾波、計(jì)算、邏輯和控制功能的主控模塊映射成IEC 61850間隔層的保護(hù)控制設(shè)備。
采取這種映射方式，保護(hù)裝置可以在接收通道模擬量的同時(shí)直接接收數(shù)字量。也就是說(shuō)，裝置可以很好地實(shí)現(xiàn)IEC 61850系統(tǒng)中過(guò)程層和間隔層功能，也可以兼顧現(xiàn)有的系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了常規(guī)設(shè)備和基于IEC 61850的二次設(shè)備之間良好的并存和過(guò)渡。