智能变电站故障录波系统设计与探索
I■——
第30卷第7期
2010年7月
I
电力自动化设备E1ef£一rP0werAutomati。nEquipm州
I
I
I
V01.30No.7
Jul.2010@■●-l_
智能变电站故障录波系统设计与探索
付国新,戴超金,侍昌江,张明勇
(国电南京自动化股份有限公司,江苏南京210003)
摘要:智能变电站故障录波系统是针对当前智能电网的发展而设计开发的故障录波分析系统。系统可接入智能变电站过程层网络的IEC61850—9一l或IEC61850—9—2模拟量采样值(SMV)报文和IEC61850—8一l面向变电站事件的通用对象(GOOSE)报文。并将GOOSE解析成实际的开关状态,并且系统也支持SMV+GOOSE共网模式.直接从交换机获取SMV和GOOSE。系统与站控层设备的通信采用IEC61850制造报文规范(MMS
ISO
9506)通信规约,实现与站控层设备的互操作。系统采用嵌入式POWERPC硬件平台和嵌入
式实时多任务VxWorks操作系统.满足了当前智能变电站对故障录波器提出的新要求。关键词:IEC61850;智能变电站故障录波系统;POWERPC;VxWorks;F13中图分类号:TM
734
文献标识码:B
文章编号:1006—6047(2010)07—0131—03
电力系统故障录波器是研究现代电网不可缺少的工具.其主要任务是记录电力系统大扰动(如各种短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等)发生后的系统电压、电流及其导出量,如系统有功功率、无
功功率.以及系统频率的变化全过程。
随着GOOSE的应用成熟变电站逐步实现了全面数字化.要求录波器提供开入的数字化接入.数字化站开始实现由模拟量的点对点通信到模拟量组网[¨。录波器由集中式到分散式。
1
由于单向多路点对点串行链路传输协议mSampled
valuespoint
over
serialunidirectional
multidroppoint
to
link(Fr3)协议将逐渐不被采用.二次设备的模拟量接收将全面实现IEC61850—9—2E引.所以1713模拟量接收这种方式只是过渡过程。如图l所示基于F1.3模拟量接入方式的系统结构图:系统主要分为4大单元,即GOOSE接收、解析单元、数据集中器单元、录波处理单元和录波管理单元。单元之间的数据走向.以及单元内部数据的流程均以方向线标出。图2是基于IEC61850—9—2模拟量接入方式的系统结构图:系统主要分为4大单元,即GOOSE接收、解析单元、IEC61850—9—2报文接收单元、录波处理单元和录波管理单元。单元之间的数据走向.以及单元内部数据的流程均以方向线标出。
A网I
B网
●●-‘●●●...●…●。。……●●-……-…一^
系统结构
智能故障录波器能全面适用于智能变电站.既
可集中设计也可分散组网【21,对于模拟量接收方式,
=£=[
1GOOSE接收、l解析单元
GOOSE接收.
A网l
B网
录波单元处理
开关量状态接收模块模拟
量接
解析单元
9-2
9—2
Fr3刮数据FT3亡爿集中m吲器单元
9—2报文接收
9—29—29—29—29-29-2
单元9—2报
文接收
收模块
嚣懈蚓斟巨
和录波处理
单元通信模块
;
{
分脉冲秒脉冲串口对时B码对时
单元
系统参数及启i定值配置模块
和录波管理单元通信模块
监控、信息
子站、远方调度
系统参数及启动卜—一和录波处理定值配置模块k—一单元通信模块MMS埘外通信模块
在线监测模块:向量监视.序分量监视、功率监视、频率监视、开戈量监视
监控、信息
子站、
远方
调度
图l基于兀3模拟量接入方式系统结构圈
Fig.1
System
structure
图2基于IEC61850-9—2模拟量接入方式系统结构图
Fig.2System
structure
based
Oil
f耶
based
ON
IEC61850-9—2
收稿日期:2010—01—06;修回日期:2010—04—19
万方数据
@
电力自动化设备
第30卷
2系统各单元设计
2.1
GOOSE接收、解析单元
GOOSE接收解析单元负责GOOSE报文的接收和解析.同时将解析好的开关量状态传送给录波处理单元.如图3所示GOOSE接收、解析软件进程.根据IEC61850通信系统中GOOSE的要求(51.需完成GOOSE协议栈的嵌入式系统实现和Windows环境下GOOSE配置软件开发[6]。主要功能是:GOOSE配置文件解析;ASN.1解码;GOOSE应用层协议栈;数据集的存储:与录波管理单元的通信。
报—]报文接收广—_1孽If耍I陌]I翟l发需
文发B
—]报文接收广—1堡l单
网厂石西两习消息队列1鎏l’l鎏1’圄7l壅l
送掣
进程
图3GOOSE接收、解析软件进程
Fig.3
FlowchartofGOOSEreceivingandparsing
2.2数据集中器单元
数据集中单元主要负责接收模拟量报文.并将设计进入录波器的所有模拟量进行同步并集中送给录波处理单元,本单元的设计对外提供了灵活、丰富的协议接E1.既可提供24路FT3输入接口.又可提供8路IEC61850—9—2或IEC61850—9—1报文[7J接收百兆以太网光口.2种方式均可满足96路模拟量的通道容量。
2.3录波处理单元
录波处理单元采用实时多任务模块化软件设计方法.各个模块(任务)主要有6点功能。
a.接收开关量、模拟量缓存中断任务.负责将GOOSE接收、解析单元和数据集中单元接收的开关量状态和模拟量采样值进行实时缓存.形成实时数据窗。
b.数值计算任务负责实时计算每一路交流通道的幅值和相位,每一条线路的负序电流、有功功率、无功功率,每一组电压的频率、正序电压。
c.录波启动任务负责按DL/T663—1999220。
500kV电力系统故障动态记录装置检验测试要求提供各项启动….即任何一路交流通道突变启动.且突变启动能在lms内判出:任何一路交流电流过量启动:任何一条线路负序过流启动及电力变差振荡判别启动元件;任何一组电压高频、低频启动。正序过压、欠压启动;变压器过激磁启动。针对通道和设备启动的流程.每一种启动均可根据情况进行配置.设备启动和通道启动流程图如图4所示。
d.任何一种启动满足启动条件后.通知故障波形记录任务按照DL/T553—94220~500kV电力系统故障动态记录技术准则【9】和DL/3"663—1999220。500kV电力系统故障动态记录装置检验测试要求所要求的采样及记录方式形成故障波形文件.且各阶段的采样速率和记录长度均可调.在录波处理单元里
万方数据
配置了100GB的SATA(SerialAdvanced’Technology
Attachment)硬盘.足以满足长振荡过程以及复杂转换性故障启动长时间高速记录.形成波形文件后立刻通过文件传输协议FFP(FileTransferProtoc01)镜像备份到录波管理单元.实现录波数据双备份[10l。
e.全球定位系统(GPS)对时及时钟维护模块可接收站内GPS各种对时方式.保证录波时间绝对准确。
f.由和录波管理单元通信模块负责启动定值、启动配置任务.实时监视数据。
巴刘
.......................!读取设备两通道配置
l:.......,.......一<.塑塑旦塑墼墨!)
N
信息和启动配置信息
N
————————Jj!—一
调用高频启动元件
负序电压过量启动配置’
....................』:..........瓢丽歪东痛语≯卫
调用负序电压过量启动元件一
........................,..:』!调用电流变羞肩动元件l
.!:...........一
负序电压过量启动配置?
Y
调用负序电流过量启动元件
q巫杰巫查岁
k丽丽舂圃
上Y
调用过激磁启动元件
‘Y
返回
l调用低频肩动元件
(a)设备启动流程图
开始
<过量启动配置?_)
读取通道0的配置信息
荔Y藤蓊奄
————————土二£—一
调用过量启动元件
‘
l读取下一个通I
调用突变启动元件ll道的配置信息I巴坚型型#里旦曼
I登竺.二一。二竺=
<筌里旦垫墼篁!;
±Y
调用欠量启动元件
(b)通道启动流程图
图4设备启动和通道启动流程图
Fig.4
Flowchartofdevice
start
andchannel
8t】t.rt
2.4录波管理单元
录波管理单元主要负责:故障录波器模型建立[u】。配置管理下发.波形文件管理。故障波形分析,启动定值管理,故障测距.MMS对外通信[呓]。每一路模拟量的实时向量监视,有功功率、无功功率、频率、正序电压、负序电压、负序电流的实时监视以及开关量状态实时监视.
与站控层设备通信主要提供以下服务:
如IEC61850FILE文件服务.传输故障录波文件及故障录波简报:
b.IEC61850SGCB定值组控制块服务.实现定值查看、修改、投退;
c.IEC61850Report报告服务.传输故障装置故障信号和故障录波启动信号:
d.IEC61850Control控制服务.实现远方启动录波和复归录波告警信号。
力系统自动化.2007.31(19):91—94.
3硬件平台及软件平台构成
智能变电站故障录波系统采用了嵌入式、32位双核处理器MPC8270.它具有强大的以太网通信能力和数据处理能力.其603e内核CPU主频T作在450MHz.自带硬浮点处理器。通信CPM工作频率300MHz.有4个100M网口和2个10M网口,2个串Et。软件平台采用嵌入式强实时多任务操作系统VxWorks。
XUChengbin.SUNYiming.AcommunicationsolutionlayerGOOSEin
Power
of
process
digitizedsubstation【J].Automation
ofElectric
Systems,2007,31(19):91—94.
[6]范建忠,马千里.GOOSE通信与应用[J].电力系统自动化,2007,
3l(19):85-90.FANJianzhong,MA
mation
Qianli.GOOSEanditsapplication[J].Auto-
ofElectric
PowerSystems,2007。3l(19):85.90.
[7]马文龙,黄健,谭文恕,等.DL/T860.81变电站通信网络和系统
第9一l部分:特定通信服务映射——通过单向多路点对点串行通
信链路的模拟量采样值『S].北京:中国电力出版社,2006.[8]邱宁峰,蒋宜国.DL/T663.94220kV~500kV电力系统故障动态记录技术准则[S].北京:中国电力出版社。2006.
[9]王梅义.谢葆炎.DL/T553—94220。500kV电力系统故障动态
记录技术准则fSl.北京:中国电力出版社.2006.
[10]胡道徐,李广华.IEC61850通信冗余实施方案[J].电力系统自
动化,2007.31(8):100.103.
HUDaoxu.LIGuanghua.Applieationofredundantcommunica-
tion
using
4结语
智能变电站故障录波系统能全面满足现在的数字化变电站和今后的智能变电站的录波需求.可集中录波也可分布组网录波.它能全面支持IEC61850协议.设备间通过高速光纤以太网实现数据、信息共享:与站控层设备的通信采用IEC61850MMS通信规约.实现与站控层设备的互操作[13].录波数据采用镜像双存储.启动判据灵敏且可靠.本智能变电站故障录波系统已于2008年在河南郑州陈庄220kV数字化变电站.2009年在天津陈甫数字化220kV变电站和广西桂林500kV数字化变电站相继投运。参考文献:
[1]汤汉松。孙志杰.徐大可.数字化变电站的现状与未来[J].江苏
电机工程,2007。26(增刊):527.
TANGHansong.SUNofdigital
IEC61850[J].AutomationofElectricPowerSystems,
2007,3l(8):100—103.
[11]殷志良,刘万顺,杨奇逊,等.基于IEC61850的通用变电站事
件模型[J].电力系统自动化,2005,29(19):45.50.
ⅥNZbiliang,UUWansbaN,YANGQixun.eta1.G∞e—csub-
station
envcnt
modelbased
on
IEC61850[J].Automation
of
Electric
PowerSystems。2005。29(19):45.50.
[12]任雁铭,黄健。谭文恕,等.DL/T860.81变电站通信网络和系
统第8.1部分:特定通信服务映射(SCSM)映射到MMS和ISO
/IEC880223[S].北京:中国电力出版社,2006.
[13]操丰梅,任雁铭,王照,等.变电站自动化系统互操作实验建议
[J].电力系统自动化,2005,29(3):86.89.
CAO
Fengmei,REN
test
Zhijie.XUDake.Theactualityandfuture
Yanming,WANGZhao。etofsubstation
automationo
a1.Adviees
system
011
substation[J].JiangsuElectricalEngineering,2007,26
interoperability
Ji.Auto-
marion
ofElectricPower
(Supplement):527.
[2]高翔.数字化变电站应用技术[M].北京:中国电力出版社,2008:
67.108.
Systems,2005.29(3):86—89.
(责任编辑:汪仪珍)
[3]殷志良,刘万顺,杨奇逊,等.一种遵循1EC61850标准的合并单
元同步的实现新方法[J].电力系统自动化,2004,28(11):57—61.
YINZhiliang,UUforImplementing
to
作者简介:
付国新(1976一),陕西汉中人,工程师,主要从事电力系
统故障录波方面的研究(E.mail:fgx@sac.china.com);
Wanshun,YANG
Qixun。eta1.Newmethod
mergingunitaccording
Power
thesynchronizationof
戴超金(1964一)。江苏泰州人,工程师,主要从事电力系
theIEC61850
standard[J].AutomationofElectric
统故障录渡方面的研究(E.mail:dchaojin@VlP.163.corn);
侍昌江(1976一),江苏射阳人,工程师,主要从事电力系统故障录波和调度自动化方面的研究(E-mail:scj@sac.chim.
tom);
Systems,2004,28(11):57—61.
[4]马文龙,黄健,谭文恕,等.DL/T860.81变电站通信网络和系统
第9-2部分:特定通信服务映射——通过IS0880223的模拟量采
样值fS].北京:中国电力出版社,2006.
[5]徐成斌。孙一明.数字化变电站过程层GOOSE通信方案[J].电
张明勇(1976一),浙江绍兴人,工程师.主要从事电力系
统故障录波方面的研究(E-mail:zhangmy@sac.china.corn)。
Designofintelligentsubstationfaultrecorder
FUGuoxin。DAI
Chaojin。SHIChangjiang。ZHANGMingyong
(GuodianNanjingAutomationCo.Ltd.,Nanjing210003,China)
Abstract:The
intelligentsubstationfaultrecorderiSdesignedforthedevelopmentofsmart
or
grid.The
are
system
supportstheIEC61850.9.1IEC61850.9.2SMV(SampledAnalogue
SMV+GOOSE
coexistence
Value)packetsofsubstationprocess
parsed
the
acquiring
them
from
networksandtheIEC61850-8-1into
switch
status.It
also
GOOSE(GeneticObjectOrientedSubstationEvent)packets。which
mode,directly
supports
exchanger.ItcommunicateswithsubstationcontrollaydevicesusingIEC61850MMS(ManufacturingMessageSpecification)torealizetheinter-operation.TheembeddedPOWERPChardwaresystemandVxWorksreal-timeoperatingsystemareadopted,meetingthenewrequirementsofintelligentsubstation.Keywords:IEC61850;intelligentsubstationfaultrecorder;POWERPC;VxWorks;FT3
万方数据
智能变电站故障录波系统设计与探索
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
付国新, 戴超金, 侍昌江, 张明勇, FU Guoxin, DAI Chaojin, SHI Changjiang,ZHANG Mingyong
国电南京自动化股份有限公司,江苏,南京,210003电力自动化设备
ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT2010,30(7)
参考文献(13条)
1. 殷志良;刘万顺;杨奇逊 一种遵循IEC61850标准的合并单元同步的实现新方法[期刊论文]-电力系统自动化2004(11)
2. 高翔 数字化变电站应用技术 2008
3. 汤汉松;孙志杰;徐大可 数字化变电站的现状与未来[期刊论文]-江苏电机工程 2007(增刊)4. 徐成斌;孙一明 数字化变电站过程层GOOSE通信方案[期刊论文]-电力系统自动化 2007(19)
5. 马文龙;黄健;谭文恕 DL/T860.81变电站通信网络和系统第9-2部分:特定通信服务映射--通过ISO880223的模拟量采样值 2006
6. 操丰梅;任雁铭;王照 变电站自动化系统互操作实验建议[期刊论文]-电力系统自动化 2005(03)
7. 任雁铭;黄健;谭文恕 DL/T860.81变电站通信网络和系统第8-1部分:特定通信服务映射(SCSM)映射到MMS和ISO/IEC880223 2006
8. 殷志良;刘万顺;杨奇逊 基于IEC61850的通用变电站事件模型[期刊论文]-电力系统自动化 2005(19)9. 胡道徐;李广华 IEC61850通信冗余实施方案[期刊论文]-电力系统自动化 2007(08)10. 王梅义;谢葆炎 DL/T 553-94 220~500 kV电力系统故障动态记录技术准则 200611. 邱宇峰;蒋宜国 DL/T 663-94 220 kV~500 kV电力系统故障动态记录技术准则 2006
12. 马文龙;黄健;谭文恕 DL/T860.81变电站通信网络和系统第9-1部分:特定通信服务映射--通过单向多路点对点串行通信链路的模拟量采样值 2006
13. 范建忠;马千里 GOOSE通信与应用[期刊论文]-电力系统自动化 2007(19)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dlzdhsb201007028.aspx