智能变电站保护测控装置探讨

张利斌

(黑龙江省大庆油田电力集团供电二公司，黑龙江 大庆 163711)

如果智能变电站的发展一直沿用传统的变电站功能，就无法满足保护测控装置的实际要求，甚至还可能直接威胁到电力系统的安全与稳定。所以研究智能变电站保护测控装置，才能推动智能变电站的可持续发展。

1　智能变电站的构成与功能

基于现代化高科技的智能变电站，其支撑是数字化技术和网络技术，从而实现保护、实际操作以及监控等各项工作。并且其目标定位于精确化、自动化以及标准化之上，确保整个网络都能够保持信息的畅通性，通过对故障的及时处理，打造出全新的变电站。从系统的构成进行分析，智能变电站本身就属于一个复杂的体系结构，利用光缆可以满足不同层级之间相互的关联。具体来说，每一层都包含了不同的系统、设备以及装置，通过相互之间的作用与配合，就能够让智能变电站形成一个完整而健全的系统。

1.1　站控层

站控层是智能变电站不可或缺的系统结构，包含了自动化系统、对时系统以及通信系统等不同的设备，担负了运行状态监测、数据收集等多项不同的核心任务，它可以实现一次设备乃至于整个变电站的安全检测。此外，在正常运行过程中，站控层也需要及时记录与登记，将相关的能量数据以及运行数据记录下来，如此，在了解智能变电站的实际运行之后，相关的工作人员才可以进行后续的操作[1]。

1.2　间隔层

间隔层包含了二次设备与二次装置，如继电保护装置、故障滤波等。在智能变电站运行之中，间隔层主要起到一个间隔的功能，如数据的间隔、设备的间隔。在实际的操作环节，利用专用的光纤，通过间隔层就可以实现与过程层之间信息的相互沟通与交换，并且确保变电站的每一层次都可以进行信息的相互交流与传递。

1.3　过程层

过程层主要针对智能变电站之中各个构成的智能设备与智能终端，其主要是为了完成变电站内部的管理、控制、分配等诸多工作。

通过三个层次的网络系统，智能变电站可以在科学化、经济化的前提下，实现相互的作用与配合，满足对智能变电站数据的采集，及时地检测运行状态，并且实现对工作强度的调整，最终满足电网系统正常运行的需求[2]。

2　智能变电站保护测控装置

2.1　保护测控装置的硬件设计

在智能变电站的保护测控装置内部拥有多个分散的保护测控功能单元。针对一个单元来说，保护测控装置需要积极的处理信息，因此，对硬件部分有一定的要求。单个的保护测控单元，在1 s之内需要接受4 000包的SV报文，并且每一个报文的长度也需要达到200B。因此，1 s内装置所接受到的报文为200B的倍数。考虑到接收数据的大小，就可以直接确定网口大小，最终满足数据大小吞吐量CPU的型号要求。另外，在实际的处理环节，这一部分数据处理需要的时间只占据整体的很小一部分。因为智能变电站的保护测控装置需要处理大量的信息，一旦CPU满足不了需求，或者只有部分数据处理容量需求满足了，都会使实际的运行速度无法达标。所以，CPU应该保持两个以上，确保要求能够达标。在具体的操作中，可以采用MPC与DSP这样的硬件结构，具体见图1所示[3]。

图1　双CPU硬件架构

FPUG通过以太网接收过程层的SV数据，直接填写时间，并将接收到的数据通过双口RAM传递给通信管理以及相对应的显示单元。

通信管理单元和显示单元与保护测控单元之间通过双口的RAM来实现数据的相互传递。其功能是相互同步的，并且计算过程层的SV网数据以及过程层的GOOSE通信，都可以直接利用站控层和以太网接口来实现彼此的通信。

通过双口的RAM就可以完成MPC显示和通信管理单元之间的数据交换。

2.2　保护测控装置的软件设计

对于保护测控装置而言，需要做好一次设备运行状态的时刻监测，并且做好详细的记录，一旦出现故障，要正确及时判断，并且做好对应处理。因此，保护测控装置本身需要处理的信息量偏大，并且实时性较高。为了能够满足这一要求，软件操作系统需要选择实时性较高，并且稳定可靠的嵌入式实时操作系统，这种高效的多任务有限管理以及微秒级中断管理等技术，也能够确保测控本身的性能[4]。

为了提升软件部分的成型效率，便于调试与移植，本次选择模块化的软件设计。在设计之中，每一个软件功能模块都能够独立的设计与调试，这样有利于效率的提升。按照事先的功能分类，就可以将程序进行模块的划分，具体包含：保护测量计算、SV接收、保护逻辑判断、测控测量计算、遥控、系统数据库结构、显示、时间等，具体的程序模块结构如图2所示。

考虑到保护测控装置软件本身的模块数量问题，为了满足有效、安全、稳定的运行要求，各个软件模块都不允许出现错误与故障。当然，监测软件模块是必须的操作，针对这一个问题，可以利用看门狗程序来实现。利用看门狗程序监视每一个装置的软件模块，对于故障模块还可以利用闭锁保护、程序重启、报警等措施来进行相应的保护。看门狗软件本身是针对所有的硬件设备，对于硬件的管理也是通过软件来实现，同样，当程序本身出现了不可逆转的问题时，就需要监测整个装置，并且由看门狗硬件来开展重启工作。另外，做好故障问题的分析与记录，这对于后续的故障处理也有一定的帮助。

图2　程序结构图

2.3　保护测控装置的GOOSE通信设计

GOOSE通信模块作为一种通信结构，主要是针对发布者/订阅者。该通信结构的优点在于：第一，能够满足IED彼此之间的快速通信与直接传递。第二，同时传递不同IED的GOOSE信息，并且信息传递的有效性也可以得到保障。对于GOOSE通信模型如图3所示。

图3　GOOSE通信模型

在图3的GOOSE通信模块中，发布者直接选择本地传输的方式，将数据传至缓冲区域，之后，订阅者接受缓冲区，再利用特定的通信服务，就可以将缓冲区之中所发射的数据直接映射出来。GOOSE通信模块进行报文传输时，其控制需要由GoCB来实现，这样可以更好地组织与分配数据集中的数据信息，并且也可以满足数据与数据之间的交互，直接定义数据信息的功能。

3　结束语

电网规模的快速扩大，使得输电线路的复杂度在不断提升，而随之出现的继电保护装置也会增多，所需要的监测数据量、节点数量以及通道量都会有所增加，无形之中就增加了检修人员的工作量。相对而言，在应用并推广智能变电站的测控保护装置之后，工作人员的监控与监测的工作得到一定程度的减少，这样就可以满足其工作的针对性和高效性需求，同时也让安全事故发生的可能性降至最低。

参考文献：

[1]曾伟华，史非，韩少卫.集中式保护测控装置在智能变电站中的应用研究[J].自动化与仪器仪表，2017，(08)：199-200+203.

[2]王川，崔勇.变电站测控和保护装置中电源模块优化设计[J].江西电力，2014，(04)：61-63.

[3]刘国伟.数字化变电站双保护测控一体化装置智能切换技术探讨[J].科技信息，2011，(05)：352+370.

[4]林海锋.智能变电站的线路保护测控装置的应用设计[D].济南：山东大学，2013.