基于IEC61850的分布式母线保护方案李斌1,马超2,贺家李1,薄志谦3(1.天津大学电力系统仿真控制教育部重点实验室,天津市300072;2.天津市电力公司城南供电分公司,天津市300201)摘要:智能变电站是智能电网的关键组成部分,而基于IEC61850的分布式母线保护研究与应用对于保障变电站的安全可靠运行具有重要意义。分析了IEC61850的分层控制体系结构,提出了分布式母线保护的实现方案。基于IEC61850的信息模型结构,研究了分布式母线保护设备的建模过程与方法。针对IEC61850体系下过程层与间隔层的以太网通信网络,分析研究了分布式保护的采样值传输和通用面向对象变电站事件(GOOSE)传输实现方案。关键词:智能电网;数字化变电站;IEC61850;分布式母线保护收稿日期:2010-01-07;修回日期:2010-06-17。国家自然科学基金资助项目(50977061)。0引言智能变电站是智能电网的关键组成部分。作为智能变电站综合自动化体系的重要组成部分,母线及其保护功能的实现直接影响到电力系统的安全可靠运行[1]。目前,微机母线保护仍主要采用集中式方案,当母线上连接元件较多时,集中式母线保护二次回路接线十分复杂,容易误动作,给现场运行、维护带来很多困难[2-5]。随着新型互感器技术、智能开关技术和网络通信技术的发展,以一次设备智能化、二次设备网络化为主要特征的基于IEC61850的数字化变电站技术成为目前研究热点之一。基于IEC61850的数字化变电站体系结构中引入过程层的概念,要求不再依靠大量电缆来传输过程层参数,而是通过基于交换式以太网的过程层通信网络来传输采样值、一次设备的状态信息和一次设备的控制信息,这就为实现分布式母线保护提供了必要的技术支撑[6-11]。分布式母线保护面向间隔,具有分散处理能力,可以克服传统集中式母线保护的缺点,因而成为母线保护今后发展的主要方向。但同时分布式母线保护也具有间隔多、数据实时性要求高、数据通信量大等技术难题。本文研究了基于IEC61850标准的分布式母线保护建模,提出了基于以太网环网的分布式母线保护实现方案,并对分布式母线保护所涉及的采样值及通用面向对象变电站事件(GOOSE)信息传输方案进行了分析研究。1IEC61850标准及分布式母线保护方案如图1所示,IEC61850将变电站分为3层:变电站层、间隔层、过程层[5]。基于IEC61850的数字化变电站体系中,过程层与间隔层之间并行电缆连接的方式被基于交换式以太网的串行通信网络所代替,这种通信方式被称为过程总线通信[6]。图1变电站自动化系统分层结构Fig.1Layeredarchitectureofsubstationautomationsystem分布式母线保护方案可大致分为2类:一类是有主站式的分布式母线保护;另一类是无主站式分布式母线保护。有主站式的分布式母线保护存在因主站误判造成母线全部失电的可能性。本文基于IEC61850研究了无主站式的分布式母线保护,如图2所示。由图可知,每个间隔合并单元只负责采集母线上本间隔过程层一次设备的数据,并将模拟量采样值转换成数字量,通过过程总线与各母线保护单元进行数据通信。变电站间隔控制单元包括断路器控制等。)66)第34卷第20期2010年10月25日Vol.34No.20Oct.25,2010图2分布式母线保护的结构Fig.2Structureofdistributedbusbarprotection如图2所示,分布式母线保护通信网络采用环形结构,因此所有间隔的母线保护单元都能通过以太网共享母线上所有间隔的数据信息。各母线间隔保护单元相互独立,经计算后,如果判断出母线内部故障,只需将本回路从母线上断开,不影响其他回路。因此,如果发生某个母线保护单元误动时,只会影响该条回路,不会造成整条母线的停电。采用环型网络通信的优点是具有较高的冗余度,当通信网络中的一个节点发生故障时,可以通过其他网络节点反方向传输。分布式母线保护的每个保护单元可与对应回路(如线路或变压器)的保护合并或单独设置,以增加保护的冗余度,提高母线保护防误动或拒动的可靠性。这样,由于人员误操作、误碰等原因造成的母线上所有断路器跳闸等恶性事故的发生概率大大减小。显然,分布式母线保护与基于IEC61850的变电站自动化分层分布式的结构相适应,可以就地布置,不要求将各回路的电流互感器并联形成差回路。这样既便于扩展,又节省了大量的二次电缆,降低了工程造价,...
