适用于站域后备保护的智能变电站站间信息传输方案.pdf

第４３卷第２期２０１５年１月１６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｖ０Ｉ．４３ＮＯ．２Ｊａｎ．１６．２０１５适用于站域后备保护的智台月匕又电站站间信息传输方案刘益青，高厚磊，李乃永。，王成友，闫红华（１．济南大学自动化与电气Ｘ－程学院，山东济南２５００２２；２．山东大学电气工程学院，山东济南２５０１００３．山东电力调度控制中心，山东济南２５０１００；４．山东迪生电子有限公司，山东济南２５０００１）摘要：要实现基于电流差动原理的智能变电站站域后备保护，需要获取相邻变电站的ｓＶ和ＧＯＯＳＥ信息，为此研究了变电站之间的信息传输方案。满足带宽和实时性要求的ｓＶ传输方案有以下三种：借用光纤纵差保护装置转发的方案、采用专用数据转发装置的方案和广域以太网扩展变电站过程层网络的方案。经过性能对比分析，第三个方案互操作性好、数据带宽高，最适合于站域后备保护的实际应用。对第三个方案从ｓＶ数据的同步性、数据通道带宽、通信传输距离及可靠性、数据传输延时等几个方面进行了初步分析，表明采用该方案在智能变电站之间透明传输ｓＶ和ＧＯＯＳＥ信息是可行的。最后指出了实用化过程中需要进一步研究的内容和可能存在的问题。关键词：智能变电站；站域后备保护；站间信息传输；ＩＥＣ６１８５０；ＧＯＯＳＥ；采样值；ＳＤＨ—ＡｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｂｅｔｗｅｅｎｓｍａｒｔｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓｆｏｒｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａｒｅａｂａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎＬＩＵＹｉｑｉｎｇ，ＧＡＯＨｏｕｌｅｉ，ＬＩＮａｉｙｏｎｇ，ＷＡＮＧＣｈｅｎｇｙｏｕ，ＹＡＮＨｏｎｇｈｕａ４（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＪｉｎａｎ，Ｊｉｎａｎ２５００２２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｈａｎｄｏｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＤｉｓｐａｔｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ；４．ＳｈａｎｄｏｎｇＤｉｓｈｅｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏ。，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ２５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ－ａｒｅａｂａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｒｅｌａｙｗｈｉｃｈａｄｏｐｔｓｃｕｒｒｅｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｎｓｍａｒｔｓｕｂｓｔｍｉｏｎ，ｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｄｖａｌｕｅｓ（ｓｖ）ａｎｄｇｅｎｅｒｉｃｏｂｊｅｃｔｏｒｉｅｎｔｅｄｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｅｖｅｎｔ（ＧＯＯＳＥ）ｆｒｏｍａｄｊａｃｅｎｔｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｂｅｔｗｅｅｎｓｍａｒｔｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．ＴｈｅｒｅａｒｅｔｈｒｅｅｓｃｈｅｍｅｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＳＶ—ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｗｉｔｈｈｉｇｈｂａｎｄｗｉｄｔｈａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ａｓｆｏｌｌｏｗｓ：ｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙｍｅａｎｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ—ｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙｄｅｄｉｃａｔｅｄｄａｔａｆｏｒｗａｒｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｎｄｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｅｘｔｅｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｌａｙｅｒｎｅｔｗｏｒｋｂｙｗｉｄｅａｒｅａＥｔｈｅｒｎｅｔ．Ａｆｔｅｒａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｔｈｉｒｄｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｇｏｏｄｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｂａｎｄｗｉｄｔｈｉｓｔｈｅｍｏｓｔｓｕｉｔａｂｌｅｓｃｈｅｍｅｆｏｒ—ｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａｒｅａｂａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｍａｋｅｓａｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｆｒｏｍｓｅｖｅｒａｌａｓｐｅｃｔｓ，ｓｕｃｈａｓＳＶｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｄａｔａｃｈａｎｎｅｌｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｄｉｓｔａｎｃｅ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｅｌａｙ．ＳｏｉｔｄｒａｗｓａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇＳＶｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｌｙｂｅｔｗｅｅｎｓｍａｒｔｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓｂｙｔｈｅｔｈｉｒｄｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ａｆｅｗｐｏｓｓｉｂｌｅｉｓｓｕｅｓｎｅｅｄｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｉｓｄｅｄｉｃａｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ－ａｒｅａｂａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ；ＩＥＣ６１８５０；ｇｅｎｅｒｉｃｏｂｊｅｃｔｏｒｉｅｎｔｅｄｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｅｖｅｎｔ（ＧＯＯＳＥ）；ｓａｍｐｌｅｄｖａｌｕｅｓ（ＳＶ）；ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｄｉｇｉｔａｌｈｉｅｒａｒｃｈｙ（ＳＤＨ）中图分类号：ＴＭ７７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４．３４１５（２０１５）０２．００９６．０７０引言电力系统后备保护一直是继电保护系统中的薄弱环节，传统的后备保护依靠定值和时限的阶梯式配合保证选择性，但由此带来一系列威胁电网安全基金项目：山东省自然科学基金（ＺＲ２０１４ＥＥＭ０３９）；济南大学博士科研启动基金项目（ＸＢＳ１４０８）稳定运行的隐患。另一方面，智能变电站实现了数字化采集、网络化传输和信息高度共享，这些新的技术条件为从根本上改善和提高后备保护性能提供了新的研究思路。文献［１］以整个变电站为研究对象，以提高智能变电站的后备保护性能为目的，提出了基于电流差动原理的站域后备保护方法。该方法相对于基于ＷＡＭＳ（ＷｉｄｅＡｒｅａＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）的广域继电刘益青，等适用于站域后备保护的智能变电站站问信息传输方案一９７．保护［２－４］而言，可靠性、实时性更高，对数据通信网的依赖程度也较低，更易于在智能变电站中实施。尽管如此，信息传输方案的设计仍是实现智能变电站站域后备保护的关键技术之一，信息传输包括同一变电站内部和相邻变电站之间两个方面。前者可以方便地通过符合ＩＥＣ６１８５０标准的过程层网络实现；而如何获取相邻变电站的ＳＶ和ＧＯＯＳＥ信息是需要着重研究和解决的新问题，也是实现站域后备保护的难点。本文从电力系统现有的继电保护通信技术入手，重点研究了智能变电站之间进行信息传输（ｓｖ和ＧＯＯＳＥ信息）的方案，并对可行性、适应性进行了初步分析，希望能为进一步深入研究提供基础。１电力系统继电保护数据通信技术１．１ＳＤＨ及光纤通信目前电力系统数据通信主要以光纤通信技术为基础，在光纤信道上传输继电保护信息、调度远动信息及其他各类电力生产管理信息。其中，与继电保护直接相关的纵联（纵差）保护信息，是其中占比较小的一部分，但是对实时性和可靠性要求极高。ＳＤＨ（ＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＤｉｇｉｔａｌＨｉｅｒａｒｃｈｙ）传输网已经成为电力系统通信的基础平台，也是除专用光纤以外最重要的继电保护信息传输网络Ｌ５Ｊ。从ＯＳＩ模型来看，ＳＤＨ属于物理层，并不对上层协议进行限制，因此对于任何上层应用层协议而言，可将ＳＤＨ视为透明的物理通道。目前适用于光纤信道的数据通信模式主要有图１所示的几种【ｏＪ，是否适合于继电保护信息的传输，一国一囝、～………三一，Ｈ一……………笪婪生一一，统计时分复用模式可嘲定带宽模式图１电力系统光纤通信方式示意图Ｆｉｇ．１Ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｒｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ模式１和模式２由于采用统计时分复用的交换技术，通道的利用率较高，但是对有固定带宽需求的继电保护通道，需要通过其他技术才能支持。模式３～模式５是可以提供固定带宽的通信模式，适用于继电保护通信。模式３在裸光纤上直接传输数据链路层协议，广泛用于纵联保护的专用光纤通道；模式４可在ＳＤＨ数据网上直接传输符合ＩＥＥＥ８０２－３标准的以太网数据帧；模式５实现在ＳＤＨ网上传输—ＩＰ包，符合ＩＥＣ６１８５０８．１的ＭＭＳ信息可通过这种方式传输。１．２ＩＥＣ６１８５０标准对变电站站间通信的建议ＩＥＣ６１８５０标准第一版并未涉及变电站与调度中心以及变电站之间的通信。ＩＥＣ６１８５０Ｅｄ２．０版已将应用范围扩展至更广泛领域，其中ＩＥＣ６１８５０．９０．１就是对变电站之间通信的指导性文件，涉及继电保护和自动控制两类主要的变电站间通信应用，对通信的可靠性、报文延时特性、数据完整性等进行了分析与规范。根据ＩＥＣ６１８５０．９０．１，变电站之间的信息传输可以归纳为网关机￣ｌＪ（ＰｒｏｘｙＧａｔｅｗａｙ）￣Ｈ隧道机制（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ）两种方式。网关机制是指采用专门的通信网关，作为远方信息的中转设备，完成变电站之间的信息传输，往往与带宽有限的低速传输信道配合使用，例如用于纵联保护的载波信道等。这里的网关可以是物理设备或逻辑设备，也可以是完成该功能的软件组件。隧道机制可实现变电站之间的虚拟点对点通信，但是需要足够带宽的高速信道。由“”软件实现的信息隧道需要通过特定类型的协议支持，而且对上层应用应该是透明的，基于ＶＬＡＮ的过程层信息传输是这种方式的典型应用。１．３变电站之间传输ＧＯＯＳＥ信息文献［１］所研究的站域后备保护在变电站之间需要交换采样值和数字量两种信息，分别对应于ＩＥＣ６１８５０的ＳＶ和ＧＯＯＳＥ两类快速信息模型。相对而言，ＧＯＯＳＥ传输所需带宽及实时性要求比ＳＶ略宽松。文献［７］提出了一种基于ＩＥＣ６１８５０标准的站问通信信息建模和配置方法，适用于隧道和网关模式，并可对隧道方式增加信道监管和检测功能，提高了传输可靠性。文献［８】采用ＧＥ公司的ＴＮ１ＵｅＳＤＨ／Ｅｔｈｅｍｅｔ转换设备和Ｌ９０保护装置，进行了ＧＯＯＳＥ信息的站问传输测试，初步验证了其有效性。虽然Ｌ９０保护装置在处理ＧＯＯＳＥ时会出现最长７０ｍｓ的延时，但是就整个传输机制而言，采用ＥｏＳ（ＥｔｈｅｍｅｔｏｖｅｒＳＤＨ）￣术【９Ｊ传输ＧＯＯＳＥ信息是可行的。２站域后备保护的站间ＳＶ信息传输方案ＩＥＣ６１８５０．９０．１虽然对变电站间信息传输的技术需求和通信模型进行了规范，但并没有对站间ＳＶ传输的具体实现细节进行描述。同时，电力系统通信基础设施往往先于继电保护设备建设完成，因此站域后备保护应尽可能利用现有通信手段，或者增一９８．电力系统保护与控制加尽量少的转接设备实现变电站之间的保护信息传输。因此本节结合站域后备保护的具体需求，研究站间传输ＳＶ的三种通信方案。２．１借用光纤纵差保护装置转发（方案１）利用现有的光纤纵差保护装置获取相邻变电站的ＳＶ数据，方案如图２所示。以变电站Ａ的站域后备保护为例说明如何获取某一条出线对端电子式互感器（ＥＣＴ１的采样值数据。变电站Ｂ的纵差保护装置直接获取线路在变电站Ｂ内的ＥＣＴ采样值；为完成线路主保护功能，将采样值帧通过光纤数据通道传送给变电站Ａ的纵差保护；变电站Ａ的纵差—保护装置将接收到的采样值按照ＩＥＣ６１８５０．９２格式重新组帧，并提供给变电站Ａ站域后备保护。图２借用光纤纵差保护装置转发方案Ｆｉｇ．２Ｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙｍｅａｎｓｏｆｏｐｔｉｃａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ该方案不需增加额外设备，但要在纵差主保护——中增加ＩＥＣ６１８５０９２格式的采样值组帧发送模块，增加了主保护的复杂度，影响可靠性。而且站间传输采样值使用私有协议，不符合ＩＥＣ６１８５０的思想，造成设备间的互操作困难。２．２专用数据转发装置（方案２）在方案１的基础上，对现有二次设备的组织模…式加以改造，增加ＳＶ数据转发装置ＩＪ，将数据接收及ＩＥＣ６１８５０９．２采样值组帧转发功能从主保护中独立出来，方案如图３所示。一器图３专用数据转发装置方案Ｆｉｇ．３Ｓｏｌｕｔｉｏｎｂｙｄｅｄｉｃａｔｅｄｄａｔａｆｏｒｗａｒｄｉｎｇｄｅｖｉｃｅ变电站Ｂ的采样值由方案１中直接发送给变电站Ａ的纵差保护装置改为通过转发装置发送。变电站Ａ的站域后备保护就可以直接从转发装置中获取线路对端变电站Ｂ的采样值信息，完整的数据流如④⑤⑥图３中一一的路径所示。如果需要进行协议转换，由数据转发装置完成，不会对纵差主保护造成影响。２．３广域以太网扩展变电站过程层网络（方案３）方案１和方案２共同特点是采用保护纵联通道传输采样值，优点是可以充分利用现有继电保护信道。但是纵联保护通道通常采用私有协议传输数据，——需要增加私有协议到ＩＥＣ６１８５０９２格式的转换模块。这两种方案都属于网关方式，信息传输不透明，且存在通信带宽有限，灵活性差，互操作困难等的缺点［１１］。方案３采用全新的变电站问信息传输方案，将相邻变电站合并单元（ＭｅｒｇｉｎｇＵｎｉｔ，ＭＵ）通过广域以太网直接接入站域后备保护，如图４所示。该方案采用与主保护信道完全隔离的方式，并减少了中间转换环节，对主保护影响最小。通过广域以太网完成变电站之间的信息传输，可实现通信信道对上层应用的完全透明，站域后备保护访问任何ＭＵ或ｌＥＤ设备时，可以不必关心它是在本变电站还是在相邻变电站。该方案符合ＩＥＣ６１８５０描述的隧道方式，能很好地实现信息传输的透明性和无损性。Ｆ；ＩＥｃＴＦＥｃＴ变电站Ｉ图４广域以太网扩展过程层网络方案Ｆｉｇ．４Ｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｅｘｔｅｎｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｌａｙｅｒｎｅｔｗｏｒｋｂｙｗｉｄｅ－ａｒｅａＥｔｈｅｒｎｅｔ实现方案３的关键问题是采用何种广域以太网方案来扩展过程层网络，图５给出了几种广域以太网实现方案。变电站之间采用ＯＰＧＷ（Ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｖｅｒｈｅａｄｇｒｏｕｎｄｗｉｒｅ１或ＡＤＳＳ（Ａｌ１．ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｌｆ－ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｃａｂｌｅ）通信光缆。ＡＤＭ是指分／插复用￣（Ａｄｄ／ｄｒｏｐＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ），属于ＳＤＨ接入设备的一种。鐾．．鑫毓其他业务ｆａ１ＥｏＳ设备ＥｏＳ设备—回一嘲（ｂ）ＥｏＳ设备．～、、ＥｏＳｉ￣廿＊啪（ｃ）图５广域以太网实现方案—Ｆｉｇ．５ＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｗｉｄｅａｒｅａＥｔｈｅｍｅｔ刘益青，等适用于站域后备保护的智能变电站站间信息传输方案一９９．如果变电站之间距离较短且有专用纤芯时，可采用图５（ａ）所示方案：通过工业以太网交换机实现广域以太网连接，是否可行取决于两个因素：交换机光发功率及传输距离，详见３．４节分析。当ＯＰＧＷ光缆无法提供单独纤芯，但变电站之间有直接相连的ＳＤＨ链路时，可以与其他业务复接ＳＤＨ信道，如图５（ｂ）所示方案。当变电站之间没有直接相连的ＯＰＧＷ光缆时，需要通过ＳＤＨ网络的迂回通道进行信息传输，如图５（ｃ）所示。其中，图５（ｂ）、图５（ｃ）的方案需要采用ＥｏＳ技术实现ＩＥＥＥ８０２＿３帧在ＳＤＨ上的透明传输。如前文所述，通过ＥｏＳ技术可以传输变电站之问的ＧＯＯＳＥ信息，同样也可以传输ＳＶ信息。ＥｏＳ的实现原理如图６所示。ＩＥＥＥ８０２．３以太网帧到ＳＤＨ的映射过程可采用ＬＡＰＳ（ＬｉｎｋＡｃｃｅｓｓ—ＰｒｏｃｅｄｕｒｅＳＤＨ）协议进行封装。ＬＡＰＳ帧结构与ＨＤＬＣ类似，属于ＨＤＬＣ格式的一种，通过ＬＡＰＳ可建立面向字节同步的点对点链路，并支持ＩＥＥＥ８０２．１ｑＶＬＡＮ透传功能。ＩＥＤ路由器ｉ路ｒ｛ｊ器些应州层ｌｓＤＨ复接设备：ｓＤＨ复接设备ｌ应用网：ｌＭＡＣＩＭＡＣ匪ＩｌＩＰＩｌＭＡＣｌＭＡＣｌ：］ｊ厨丁以太网变电站Ａ以太网：变电站Ｂ图６ＥｏＳ传输原理及协议封装Ｆｉｇ．６ＥｔｈｅｍｅｔｏｖｅｒＳＤＨｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｐｒｏｔｏｃｏｌｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ３扩展过程层网络方案的可行性分析表１对上一节研究的三种站问信息传输方案的特性进行了比较。从上述３个方案的性能对比可以看出，方案３表１变电站站间信息传输方案特性比较Ｔａｂｌｅ１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｉｎｔｅｒ－ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉＯｎｓｃｈｅｍｅｓ更符合ＩＥＣ６１８５０标准的思想，是实现ＧＯＯＳＥ、ＳＶ等过程层信息跨站传输的理想方案。该方案将ＥｏＳ等通信新技术引入到继电保护领域，是否可行，需要详细分析。３．１ＳＶ数据的同步方案分析无论采用图５中的哪种方式实现广域以太网扩展变电站过程层网络，要么存在以太网交换机，要么通过复杂的ＳＤＨ传输网，传输时延不可避免的存“”在抖动。而传输延时固定是智能变电站主保护所采用的插值同步方法的基本前提［１２－１３］。本文方案中这一前提不再成立，不宜直接采用数据插值方法实现ＳＶ数据的同步，可以依据ＧＰＳ全局时钟的秒脉冲信号控制ＳｍｐＣｎｔ序号，以实现ＳＶ数据同步。实现过程如图７所示。ＪＩｊｌＳｍｐＣｎｔ＝２ＪＳＶｊＩＳＶ２｛ＳＶ３ｌ：一图７基于全局时钟的ＳＶ同步方法Ｆｉｇ．７ＳＶｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂｙｇｌｏｂａｌｃｌｏｃｋ另外一种可行的ＳＶ数据同步方案，可以对现“有数据插值方法进行改造，将ＳＶ数据帧中的额”定延时字段，由固定不变改为每经过一级智能化交换设备都自动累加本级交换设备的实际延时，由接收端根据每一帧的实际延时，确定原始采样时刻，从而实现对一次采样时刻的插值同步。这种ＳＶ同步方法需要对现有交换设备进行大范围升级改造，实现难度较大。３．２数据通道带宽分析图５ｆａ）方式实现广域以太网互联，可以提供百兆或千兆链接，传输带宽主要受传输距离限制。需要着重分析图５（ｂ）、图５（ｃ）方式下的通道带宽影响。电力通信网的拓扑结构一般成环形，而电力一次输电系统成辐射状或网状，且中低压变电站之间不一定架设直连的ＯＰＧＷ光缆，因此须依靠ＳＤＨ网络迂回传递ＳＶ信息。典型的电力系统ＳＤＨ通信网，光缆与输电线路同杆架设。主干线和地区系统的光缆通常为１６￣４８芯的单模光纤。主干线传输速率达到１０Ｇ／２．５Ｇ；地区系统以６２２Ｍ／１５５Ｍ的传．１Ｏ０．电力系统保护与控制输速率为主Ｉ¨］。然而ＳＤＨ通信网传输调度信息、语音视频信息及其他生产管理信息的业务量相当大，留给站域后备保护可用的带宽资源可能较紧张。成熟的商用ＥｏＳ设备主要提供两种速率的接口方式：１００Ｍ以太网口到ＳＴＭ．１转换接口（简称宽带方式）；１ＯＭ以太网接口到４个Ｅ１转换接口（简称窄带方式）。站域后备保护只需要电流采样值，为节省带宽资源，可以有针对性的订阅ＳＶ数据集，以减小数—据流量。具体的，在ＩＥＣ６１８５０．９２标准帧格式中可将ｎｏＡＳＤＵ、ＣｏｎｆＲｅｖ、ｓｖＩＤ等字段长度固定（例如取ｌｅｎｇｔｈ（ｓｖｌＤ）＝２）：省略ＳａｍｐＲａｔｅ、ＳｍｐＳｙｎｃｈ、Ｓｅｃｕｒｉｔｙ、ＲｅｆｒＴｍ、ＤａｔＳｅｔ等字段；固定数据集为３相电流及其品质因数；采样率固定１．２ｋＨｚ。经过上述处理后，ＳＶ数据帧长固定为９５Ｂｙｔｅ。这样，１０／１００Ｍ以太网可接入ＭＵ数量理论上分别为ＨＭＵ１００Ｍ＝１００×１０。／（１２００ｘ９５×８）＝１０９（１）ＨＭＵ】０Ｍ＝１０×１０。／（１２００×９５×８）：１０（２）因此，宽带方式下可以满足站域后备保护的ＳＶ传输需求，而窄带方式下不能满足需求。应首选１００Ｍ以太网到ＳＴＭ一１（１５５Ｍｂｉｔ／ｓ）光口的ＥｏＳ接入方式。但是这对以１５５Ｍｂｉｔ／ｓ速率为主的地区通信网将是巨大挑战。因此通过ＳＤＨ通信网扩展过程层网络的方式传输ＳＶ，需要足够带宽的ＳＤＨ网络支持，并需要周密规划ＳＤＨ点对点链路。或者通过架设直连的ＯＰＧＷ光缆，尽量减少对ＳＤＨ网络的依赖。３．３通信传输距离及可靠性分析专用光纤通道方式广泛应用于线路电流差动保护，以现场运行的某型号光差保护为例，其光发功率一６ｄＢｍ，接收灵敏度一４８ｄＢｍ，按照单模光纤最大衰减０－３～０．４ｄＢ／ｋｍ，考虑熔接损耗并留有足够裕量，可保证８０ｋｍ的可靠传输距离。光差保护的光模块一般为专用定制，那么采用图５（ａ１方式时，交换机是否能满足传输距离要求应具体分析。国内用于智能变电站的典型工业以太网交换机ＳＩＣＯＭ３０２４，标称传输距离４０￣８０ｋｍ。其光发功率一１３ｄＢｍ，接收灵敏度一２８ｄＢｍ采用Ｇ．６５２单模光纤传输速率１００Ｍｂｐｓ时，考虑熔接衰减及裕量后可支持３０￣４０ｋｍ的广域以太网传输。若传输千兆以太网数据，需改用（３．６５５单模光纤或者进一步缩短传输距离。当线路长度超过３０ｋｍ，建议采用图５（ｂ１、图５（ｃ）所示方式，由于ＳＤＨ通信设备的保证，一般不存在传输距离受限制的问题，但需要校验光饱和功率，防止通信质量下降。对于通信信道的可靠性问题，为了防止通道中断导致的站域后备保护退出，可以考虑采用双通道互为备用的措施，即选用图５中的任意两种通道方式，或采用同样的通道方式但通道路由不同，以防止任一光缆中断时影响保护运行。３．４数据传输延时分析—ＤＬ／Ｔ３６４２０１０规定用于继电保护的通信通道单向延时应不大于１０ｍｓ，这一指标是针对超高压输电线路的纵联主保护提出的。目前使用的光差主保护装置普遍可以适应１５～２０ｍｓ的单向延时。站域后备保护的动作延时相对较长（０．３～０．５ｓ），所使用的信道传输延时可以放宽到５０ｍｓ。采用通道保护方式或复用段保护方式时，倒换时间、恢复时间小于１００ｍｓ时，不会对站域后备保护的动作逻辑产生严重影响。图５（ａ）所示方式的传输延时与变电站内经交换机的过程层以太网性能类似，唯一区别在于增加了通信光缆的传输延时，而光通信延时基本固定，可按照５ｇｓ／ｋｍ估算，３０ｋｍ的站间光缆传输延时约为１５０ｇｓ。图５（ｂ）、图５（ｃ）接入ＳＤＨ通信网方式的传输延时可按式（３）进行估算ｆＪ。＋ｔｐ＋×，ｚ＋ｔｏ（３）式中：为ＳＤＨ设备的传输延时，与设备型号及传输速率有关，典型值小于１７０ｇｓ：ｔ为终端接入设。备延时，典型值小于１ｍｓ；ｔ为中继复接设备延时ｒ（采用ＡＤＭ或ＤＸＣ）约０．１ｍｓ；ｔｏ为光信号在光纤中的传输延时，约５ｓ／ｋｍ。理论计算按中继距离４０ｋｍ计算，满足５０ｍｓ传输延时的通道总长度超过５０００ｋｍ；满足２０ｍｓ传输延时的通道总长度超过２０００ｋｍ，足以满足站域后备保护的需求。文献［１６］对电力系统实际运行的光纤白愈环网进行计算和实测，２Ｍ信号的传输延时在１１．５６￣２２．２４ｍｓ之间，可满足站域后备保护的要求。关于双向延时一致性问题。由于光差保护多采用基于数据通道的双端采样值同步算法，要求通道的双向延时相等，因此复用ＳＤＨ通道时限制了某些复用段倒换环和通道倒换环的使用，不但有碍于发挥ＳＤＨ的自愈优势，还可能对其他业务产生不利影响。站域后备保护由于采用全局时钟的数据同步方式，刘益青，等适用于站域后备保护的智能变电站站问信息传输方案因此对通道路由的双向延时一致性不需严格限定。４结论及展望基于电流差动原理的智能变电站站域后各保护需要获取相邻变电站的ｓｖ和ＧＯＯｓＥ信息，为此研究了变电站之间的信息传输方案。通过广域以太网扩展站内过程层网络的方案，符合ＩＥＣ６１８５０标准，对主保护影响较小，具有很好的适应性，可以较好地满足站域后备保护在变电站之间传输ＳＶ和ＧＯＯＳＥ信息的需求。本文对扩展过程层网络方案进行了初步分析，但是仍存在以下问题需要进一步深入研究：１）电力通信网几乎全部采用架空形式，不使用地埋光缆，抗自然灾害能力差，在极端自然灾害情况下的备用通信方案需要考虑。２）全局时钟异常时，将导致采样同步异常闭锁站域后备保护，因此需要研究不依赖于全局时钟的采样值同步方案，以提高适应性和可靠性。基于ＩＥＣ６１５８８方法是可选方案之一。３）电力通信网除了传输继电保护信息外，大量承载远动及管理信息，继电保护的信息安全问题需要考虑，以免影响保护的稳定运行。４）本文仅对传输方案的可行性作了初步分析，下一步需要对通信丢包、延时抖动、突发流量、网络拥塞等情况进行详细分析和实验验证，这都是实用化亟待解决的问题。参考文献［１］高厚磊，刘益青，苏建军，等．智能变电站新型站域后备保护研究［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１３，４１（２）：３２．３８．ＧＡＯＨｏｕｌｅｉ，ＬＩＵＹｉｑｉｎｇ，ＳＵＪｉａｎｊｕｎ，ｅｔａ１．Ｎｅｗｔｙｐｅｏｆ—ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａｒｅａｂａｃｋｕｐｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，—２０１３，４１（２）：３２３８．［２］ＳＥＲＩＺＡＷＡＳＨＩＭＩＺＵＫ，ＦＵＪＩＫＡＷＡＦ＇ｅｔａ１．ＡＴＭ—ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｏｆｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｂａｓｅｄｃｕｒｒｅｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｔｅｌｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ—ｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙ，１９９９，１４（２）：３３５３４１．［３］李振兴，尹项根，张哲，等．基于序电流相位比较和幅值比较的广域后备保护方法［Ｊ］．电工技术学报，２０１２，—２７（４）：２６３２６８．ＬＩＺｈｅｎｘｉｎｇ，ＹＩＮＸｉａｎｇｇｅｎ，ＺＨＡＮＧＺｈｅ，ｅｔａ１．—Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｗｉｄｅａｒｅａｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｕｒｒｅｎｔｐｈａｓｅａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１２，２７（４）：２６３－２６８．［４］殷玮瑁，袁丁，李俊刚，等．基于ＳＤＨ网络的广域保护系统研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１１，３９（５）：—１２０１２３，１２７．ＹＩＮＷｅｉｊｕｎ，ＹＵＡＮＤｉｎｇ，ＬＩＪｕｎｇａｎｇ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ—ｗｉｄｅａｒｅａｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＳＤＨｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（５）：１２０－１２３，１２７．［５］张文瀚．ＳＤＨ光纤白愈环网传输延时的计算与分析［ＪＪ＿电力系统通信，２００５，２６（１５４）：５６．６０．ＺＨＡＮＧＷｅｎｈａｎ．ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓａｂｏｕｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｉｍｅｄｅｌａｙｏｆＳＤＨｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇｌｏｏｐｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ—Ｓｙｓｔｅｍ，２００５，２６（１５４）：５６６０．［６］辛耀中，卢长燕．电力系统数据网络技术体制分析［Ｊ］．电力系统自动化，２０００，２４（２１）：１－６．ＸＩＮＹａｏｚｈｏｎｇ，ＬＵＣｈａｎｇｙａｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄａｔａｎｅｔｗｏｒｋｔｅｃ￣ｏｌｏｇｙａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｆｏｒｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２０００，２４（２１）：１－６．［７］ＫＯＷＡＬＩＫＲ．ＪＡＮＵＳＺＥＷＳＫＩＭ．ＤｉｓｔａｎｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｔｈｅｅｘｃｈａｎｇｅｏｆｂｉｎａｒｙｓｉｇｎａｌｓｉｎｔｈｅＩＥＣ６１８５０ｐｒｏｔｏｃｏｌ［Ｃ］／／ＩＥＥＥＢｕｃｈａｒｅｓｔＰｏｗｅｒＴｅｃｈＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００９．［８］ＡＢＢＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡＧＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆａｎＩＥＣ６１８５０ｔｅｌｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎＩＥＤｆｏｒｉｎｔｅｒ－ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：—Ｅｕｒｏｐｅａｎ，ＥＰ２５５７６４６Ａ１［Ｐ］．２０１３０２－１３．［９］刘方楠，孙力军，白瑶晨．ＥｏＳ的原理及其关键技术［Ｊ］．通信技术，２００７，４０（７）：１９．２１．ＬＩＵＦａｎｇｎａｎ，ＳＵＮＬｉｊｕｎ，ＢＡＩＹａｏｃｈｅｎ．ＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＥｏＳ［Ｊ］．ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，４０（７）：１９－２１．［１Ｏ］许继集团有限公司．纵联通道传输装置、光纤差动保护装置及方法：中国，２０１０１０１８２０９５．５【Ｐ］．２０１０・０９－２２．ＸＪＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．ＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＵｎｉｃｏｍｃｈａｎｎｅｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄｅｖｉｃｅ，ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅａｎｄｍｅｔｈｏｄ：Ｃｈｉｎａ，２０１０１０１８２０９５．５【Ｐ］．２０１Ｏ．０９．２２．［１１］莫峻，谭建成．基于并行冗余协议的高可靠性过程总线通信研究［ＪＪ．电工技术学报，２０１３，２８（１）：２４２－２５０．ＭＯＪｕｎ，ＴＡＮＪｉａｎｃｈｅｎｇ．Ｈｉｇｈｌｙｒｅｌｉａｂｌｅｐｒｏｃｅｓｓｂｕｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐａｒａｌｌｅｌｂａｓｅｄｏｎｒｅｄｕｎｄａｎｃｙｐｒｏｔｏｃｏｌ［Ｊ］．．１０２一电力系统保护与控制ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，—２８（１）：２４２２５０．［１２］王业，陆于平，徐以超，等．一种用于差动保护的新型Ⅲ—重采样方法．电工技术学报，２０１２，２７（１１）：２３９２４７．ＷＡＮＧＹｅ，ＬＵＹｕｐｉｎｇ，ＸＵＹｉｃｈａｏ，ｅｔａ１．Ａｎｏｖｅｌｒｅｓａｍｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１２，—２７（１１１：２３９２４７．［１３］李文正，李宝伟，倪传坤，等．智能变电站光纤差动保护同步方案研究［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１２，—４０（１６）：１３６１４０．ＬＩＷｅｎｚｈｅｎｇ，ＬＩＢａｏｗｅｉ，ＮＩＣｈｕａｎｋｕｎ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｎｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｏｐｔｉｃａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎｓｍａｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄ—Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（１６）：１３６１４０．［１４］刘润发，房萍萍．山东电力省级光传输网优化及应用—【Ｊ１．电力系统通信，２００９，３０（１９７）：２０２３，４０．ＬＩＵＲｕｎｆａ，ＦＡＮＧＰｉｎｇｐｉｎｇ．ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳＤＨｏｐｔｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋｉｎＳｈａｎｄｏｎｇｐｏｗｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ】．Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒ—Ｅｌｅｃ￣ｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ，２００９，３０（１９７）：２０２３，４０．［１５］赵大平，孙业成．浅析ＳＤＨ光纤通信传输继电保护信号的误码特性和时间延迟［Ｊ］．电网技术，２００２，２６（１０）：—６６７Ｏ．ＺＨＡＯＤａｐｉｎｇ，ＳＵＮＹｅｃｈｅｎｇ．ＡｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｄｅｅｒｒｏｒａｎｄｔｉｍｅｄｅｌａｙｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｒｅｌａｙｉｎｇｓｉｇｎａｌｓｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｂｙＳＤＨｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，２６（１０）：６６７０．［１６］张文瀚．ＳＤＨ光纤自愈环网传输延时的计算与分析［ＪＪ．—电力系统通信，２００５，２６（１５４）：５６６０．ＺＨＡＮＧＷｅｎｈａｎ．ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓａｂｏｕｔｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｉｍｅｄｅｌａｙｏｆＳＤＨｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇｌｏｏｐｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ—Ｓｙｓｔｅｍ，２００５，２６（１５４）：５６６０．收稿日期：２０１４－０４－２８作者简介：刘益青（１９７７一），男，博士，副教授，高级工程师，研—究方向为电力系统继电保护；Ｅｍａｉｌ：ｃｓｅ—ｌｉｕｙｑ＠ｕｊｎ．ｅｄｕ．ｃｎ高厚磊（１９６３年，男，教授，博士生导师，研究方向为电力系统继电保护；李乃永（１９８卜），男，博士，高级工程师，研究方向为电力系统运行控制、分布式发电技术。