一种可配置的合并单元电压并列与切换方案研究

任红旭，朱建斌，王龙飞，王西邓

（许继电气股份有限公司，河南许昌 461000）

随着电子式互感器技术、网络通信技术、自动化技术的发展，以一次设备智能化、二次设备网络化为主要特征的数字化变电站技术蓬勃发展。过程层作为数字化变电站的三层之一，越来越受到重视，作为过程层的关键产品，合并单元的应用越来越多，研究也越来越深入。合并单元的定义最初在IEC 60044-7／8中提出：是一种用以对来自电子互感器二次转换器（也称采集器）的电流或电压数据进行时间相关组合的物理单元［1，2］。通常接入间隔的电压、电流互感器数据，经过一定的处理，按指定的帧格式输出到过程层网络或间隔层智能设备［3］。

单母分段和双母线接线方式广泛用于大中型变电站中，两段母线既可并列运行也可分列运行，出线电压可在不同母线间切换，而具有电压并列与切换功能的合并单元，是保证此类接线变电站供电可靠性的重要手段［4，5］。合并单元与保护测控装置之间通过面向通用对象的变电站事件（GOOSE）实时传送刀闸开关、状态量信号等［6］。利用编程语言实现的合并单元电压并列与切换功能的灵活性差且难保证程序稳定，针对这种情况，本文采用配置并列与切换的状态列，配合接收刀闸信号量逻辑判断机制，给出了一种具体可行的实现合并单元电压并列与切换功能的方案。

1 并列与切换

由于母线合并单元牵涉众多间隔，可靠性要求较高。当母线合并元异常时，可能导致所有间隔均失压，故有些工程要求母线合并单元双重化，那么一台间隔合并单元就需要接收两台母线合并单元的数据，并具备电压并列与切换功能。电压并列是将两个母线电压连接在一起，形成一个电压；电压切换是从一个母线电压切换到另一个母线电压。结合变电站中母线合并单元的具体接线情况，以单母线分段、双母线接线为实例，介绍电压并列与切换的功能。

1.1 并列功能

如果是单母线分段接线，当某段母线电压互感器（PT）停运，而该母线的线路要继续工作，需要二次电压，则投入具有并列功能的合并装置，将另外一段母线PT二次电压并列至停运的PT侧。如果是双母线接线，在出现母线并列运行方式下，如果某组母线的PT停运，也可以通过并列功能使用另外一组母线线路的二次电压，从而保证了线路继续工作。

1.2 切换功能

两段母线分列运行时，母联断路器断开，当由于试验等原因而进行倒母线操作时，一次元件所在母线发生变换，保护测控装置的二次电压也应进行相应的切换，以保证二次电压与一次元件所连接的母线电压对应。

2 配置方案

根据母线合并单元电压输出方案，按照功能类型将其分为无母线电压并列切换、1母2母并列、双母单分并列、1母2母电压切换、2母3母电压切换、并列切换合并等6种类型。配置母线合并单元电压并列与切换状态列的正确性，直接影响到SV9-2数据值的可靠性。本文以配置1母2母并列状态列、1母2母切换状态列为实例，介绍具体的配置流程与操作方案。

2.1 合并单元配置

合并单元运行包括平台程序和配置。配置主要包括以下3部分：

（1）与IEC61850相关的CID文件：包括SV发送数据集、GOOSE发送数据集、GOOSE接收信号实例等［7］，并将各个DO关联的内部通道号，通过短地址方式放在对应DO的DA属性里。

（2）与采集器相关的属性配置：采集器没有对应的61850模型，只能根据现场采集器的具体情况，配置通道个数、通道属性、帧类型（MU输出母线电压、SV9-2、FT3数据等）、波特率、延时、采样率等信息，并存入并列切换状态文件中。

（3）SV9-2与采集器及通道映射关系：SV9-2通道原始数据究竟从哪个采集器通道来，需要配置SV9-2与采集器及通道映射关系。通过将SV发送配置中的关联通道号与并列切换配置中的关联通道号相关联，实现SV9-2通道数据来源与采集通道的映射关联，并存入并列切换状态文件中。

2.2 配置并列状态列

在配置SV9-2与采集通道映射关系时，选择9-2通道的电压属性，将需要并列的两个通道关联对应的母线电压类型。1母2母双母并列配置如图1所示，选择1母A相电压1与2母A相电压1成对出现。在生成状态列时，按照9-2通道电压属性对应的逻辑关系替换对应的采集器ID和采集通道ID，用作并列及解列时9－2数据采集通道映射来源。

配置完1母2母并列逻辑后，在状态列文件中，生成5个逻辑状态列。

（1）状态1：原始配置逻辑，各自母线PT电压。

（2）状态2：1母强制2母，均用1母PT电压。

（3）状态3：2母强制1母，均用2母PT电压。

图1 1母并2母配置图

（4）状态4：2母强制3母，均用2母PT电压。

（5）状态5：3母强制2母，均用3母PT电压。

2.3 配置切换状态列

在配置切换状态列时，选择采集器通道的母线电压属性，将需要切换的两个通道关联到对应的电压属性。如1母切2母，采集器通道相关的属性配置如图2（a）所示，属性为1母A相电压1与2母A相电压1采集器通道成对出现。配置SV9-2与采集通道映射关系及9-2通道属性，如图2（b）所示。在生成状态列时，根据9-2通道属性与采集器通道属性，替换对应的采集器ID和采集通道ID，用作切换时9-2数据的采集通道数据来源。

图2 切换逻辑配置图

配置完1母2母切换逻辑后，在状态列文件中，生成7个逻辑状态列。

（1）状态1：电压值为0品质无效的无效状态列。

（2）状态2：母线MU1的1母电压。

（3）状态3：母线MU1的2母电压。

（4）状态4：电压值为0品质有效。

（5）状态5：母线MU2的1母电压。

（6）状态6：母线MU2的2母电压。

（7）状态7：原始配置逻辑。

3 并列切换实验

合并单元将来自不同采集器不同通道的数据进行时间相关的组合，使之在发出的一帧SV9-2报文中，不同通道的数据表现为同一时刻的采样值。搭建的测试环境如图3所示。

图3 合并单元测试环境

3.1 并列

平台创建1母强制2母刀闸硬开入点，母联1开关、母联1隔刀2位置、母联2开关、母联2隔刀1位置等GOOSE软开入点。合并单元平台程序解析并列状态列，配合电压并列逻辑机制，将使用的状态列提交平台母线选择接口，平台根据状态列配置信息，提取所需采集器采集通道的数据进行重采样，并组成SV9-2报文。1母并2母逻辑测试如图4（a）所示，并列波形如图4（b）所示。

3.2 切换

平台创建1母强制2母刀闸硬开入点，母联1开关、母联1隔刀1位置、母联1隔刀2位置、母联2开关、母联2隔刀1位置、母联2隔刀2位置等GOOSE软开入点。合并单元平台程序解析切换状态列信息，配合电压切换逻辑机制，将结果提交平台母线选择接口，平台根据状态列配置信息，提取所需采集器采集通道的数据进行重采样，并组成SV9-2报文。1母切2母逻辑如图5（a）所示，逻辑波形如图5（b）所示。

图4 1母并2母实验图

图5 1母切2母实验图

当间隔合并单元非检修态，母线MU1检修态，而母线MU2非检修态且接收数据正常，切为母线MU2；连续20 ms收不到母线MU1数据，且接收母线MU2数据正常，切为母线MU2；母线MU1数据正常，且母线MU1非检修状态，恢复母线MU1切换。实验表明，合并单元快速调节进入稳态，保证采样值输出的稳定性，通过配置合并单元状态列实现的电压并列与切换方案，能够输出正确的二次电压值，实现了合并单元的电压并列与切换功能。

4 结语

在数字化变电站中利用母线合并单元完成二次电压的并列与切换，可以省去传统的电压并列切换装置，缩短电压并列切换的时间。利用合并单元状态列加刀闸逻辑判别机制实现的二次电压的并列与切换功能充分体现了合并单元设计的灵活性，可扩展性、更加适应今后数字化变电站的发展需要。实验证明，该方案可以满足电压并列与切换功能的指标要求，具有一定的推广价值。

［1］IEC 60044-7 Electrical voltage transformers［S］.1999.

［2］IEC 60044-8 Electrical current transformers［S］.1999.

［3］ 徐 科，张会建，邢立坊.典型数字化变电站网络结构下电压切换方式的研究［J］.电力系统保护与控制，2009，37（21）：99-102.

XU Ke，ZHANG Hui-jian，XING Li-gong.Research of voltage switching in typical network structure of digital substation［J］.Power System Protection and Control.2009，37（21）：99-102.

［4］ 李英明.一种智能变电站合并单元关键环节的实现方法［J］.电力系统自动化，2013，37（11）：94-98.

LI Ying-ming.A Realization Solution of Key Links for Merging Unit in Smart Substation［J］.Automation of E-lectric Power Systems.2013，37（11）：94-98.

［5］ 黄 灿.基于FPGA的数字化变电站电压并列与切换设计［J］.电力系统保护与控制，2010，38（22）：195-198.

HUANG Can.FPGA-based logical control strategy of voltage parallel and voltage switch in digital substation［J］.Power System Protection and Control.2010，38（22）：195-198.

［6］ 张耀洪.考虑PT二次电压及刀闸辅助触点的电压并列判据［J］.电力系统保护与控制，2011，39（15）：138-141.

ZHANG Yao-hong.A new criterion for voltage juxtaposition considering the secondary voltage and auxiliary contact of PT disconnector［J］.Power System Protection and Control，2011，39（15）：138-141.

［7］ 国家电网公司.Q／GDW 441 20l0智能变电站继电保护技术规范［S］.2010.