基于数字化变电站SV报文通信可靠性问题研究

吴婷婷++李建坤++刘铭俊

摘 要：变电站是输配电系统的重要组成部分。随着数字变电站技术的不断发展，电子式电流电压互感器、合并单元、智能断路器等数字化设备在实际中的应用越来越多，过程层和间隔层之间大量的电缆连接将被串行光纤通信所取代，为集成保护的实现奠定了坚实基础。制约集成保护发展应用最大的问题是通信瓶颈。如何实现提高SV报文的稳定性，解决SV报文通信不稳定现象进行分析，查找原因，并找出解决的办法使SV报文可靠的传输是一关键性问题。

关键词：SV报文；通信；智能变电站；协议

引言

通信网络是智能化变电站设计中一个重要组成部分。通信网络系统是智能变电站内智能设备之间、智能设备和其他系统、各系统之间信息交换的桥梁，它的可靠性和稳定性直接关系到数据传输的实时性和系统功能的实现，随着数字化变电站技术的不断发展，通信网络在智能化变电站中的重要性越来越明显。

1 通信网络的性能要求

随着智能化变电站技术的不断向前发展，对通信网络的要求会越高，通信网络必须有足够的能力传输大量的实时电量数据、操作控制数据和故障录波数据等等。总的来说，要实现智能化变电站集成保护，对通信网络的性能要求体现在以下几点[1-2]：

（1）实时性。由于数字化变电站系统中需要进行大量的实时运行信息和实时操作控制信息，如过程总线上SV报文和GOOSE报文。这些报文实时性要求很高，报文应及时送入保护装置进行保护计算。否则保护装置会拒跳或者误跳。

（2）安全、可靠性。通信网络故障不仅影响电网正常运行，可能还会给企业造成巨大经济损失，严重时甚至会危及工作人员的生命安全。因此通信网络系统正常、安全、可靠运行是智能变电站设计时需要重点关注的问题。

2 提高SV报文通信可靠性的插值方法简介

在GPS不能正常工作的情况下，而多个MU间晶振频率不可能完全相同，经一个固定的周期后，会出现失步。况且根据《IEC60044-8电子式电流互感器》标准，并不提倡对保护装置到合并单元方向的命令（如调整采样时刻命令）。为了保证在GPS不能正常工作的情况下仍保持同步采样，可采取下面两种方法：MU内部提供对时，通过插值法实现，采样值通过插值法在对侧实现同步，从而无需调整采样时刻；改变DM9000存储方式。

3 插值法简介

IEC61850标准同时建议在非同步采样情况下，采用插值法实现数据同步。插值法是通过每个采样间隔传送一次采样值补偿两段采样时刻的延时，从而使对侧数据保持同步。

有文献提出可以用一种新的办法实现数据同步，即通过采样时间补偿法。该方法不依赖于GPS同步，不调整采样时间，仅通过补偿采样时间实现同步采样值。

为了保持采样时间同步，可让一侧MU给另一侧MU提供对时信号。在传输过程中会产生延时，为消除这个延时时间，可以在两个MU采样时间基准值之间进行补偿。计算过程见图1。图中横线都为时间轴。

根据通信信道的插值法应采用以下四个步骤：

MU1发送一个带同步时间基准的脉冲信号；MU1收回这个脉冲信号，并测量传输延时时间tm；MU1将传输延时时间tm传给MU2；对MU2进行时间补偿

其中t1，t2，t3，…，tn，tn+1，…代表MU1采样脉冲序列，而a1，a2，a3，…，an，an+1，…代表MU2采样脉冲序列，“↑”表示采样脉冲。在开始同步采样前，由MU1在t1时刻向MU2发送一帧计算信号传输延时时间tm的命令信息，MU2收到报文后将命令码和MU2接收本侧命令信息所引起的延时tr在a3时刻一起传送回MU1。由于两个方向的信息传送是通过同一路径，可认为传输延时相同。td为MU1收回信号的时刻，那么就可以计算出传输延时时间：进而推断MU2 a3时刻对应MU1的td之前tm时间的tmc时刻。在t2与t3之间通过插值求得虚拟的tmc时刻采样值，即tmc与MU2的a3同步。

由于两侧MU处理机制是对等的，通过插值计算MU1采用与MU2相同方法也可以得到同步采样数据。

在插值环节中，插值同步法不可避免会造成一定的理论误差。通过相关分析可以得到，在现有常规技术条件下该误差可以满足继电保护的要求。

4 结束语

通过对SV通信研究，得出以下结论：

（1）数字化变电站集成保护系统中一定需要对时系统，且须让不同MU间采样保持一个固定的间隔。这个间隔时间在现有的硬件平台上需大于10.2us。

（2）MU装置可采用内部对时系统来应对GPS出现故障这种情况。

（3）可提高集成保护装置接收SV报文的速度，能尽量减少丢包。

参考文献

[1]刘洋.智能变电站通信网络系统设计[D].华北电力大学，2011，6.

[2]王俊.数字化变电站的设计方案研究[D].合肥工业大学，2010，6.

[3]曹团结，陈建玉，黄国方.基于IEC 61850-9的光纤差动保护数据同步方法[J].电力系统自动化，2009，6（24）：35-37.

[4]高翔，周健，周红，等.IEC6185.标准在南桥变电站监控系统中应用[J].电力系统自动化，2006，30（16）：105-107.

[5]童晓阳，李岗，陈德明，等.采用IEC6185的变电站间隔层IED软件设计方案[J].电力系统自动化，2006，30（14）：54-57.