下载

1下载券

加入VIP
  • 专属下载特权
  • 现金文档折扣购买
  • VIP免费专区
  • 千万文档免费下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 22、基于IEC61850的数字化变电站安全稳定控制装置

22、基于IEC61850的数字化变电站安全稳定控制装置.doc

22、基于IEC61850的数字化变电站安全稳定控制装置

潜水艇094
2010-07-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《22、基于IEC61850的数字化变电站安全稳定控制装置doc》,可适用于工程科技领域

基于IEC的数字化变电站安全稳定控制装置宋锦海宣筱青朱开阳叶振风李秋华李雪明罗剑波(国网电力科学研究院南京南瑞集团公司江苏省南京市)摘要:针对数字化变电站的一次设备、二次设备的变化本文研究了数字化变电站安全稳定控制技术并从信号方式、控制方式、通讯方式等方面作了具体的介绍。根据数字化变电站的特点和要求研究开发了适应数字化变电站的安全稳定装置。论文详细介绍了基于IEC的安全稳定控制装置系统构架、硬件平台和软件结构并对系统采用的基于FPGA的高实时性电气量算法作了描述实验结果证明这种电气量算法的实时性和精度高于传统方法能够满足数字化变电站安全稳定控制的要求基于FPGA的电气量算法特别在频率偏离工频时基波有效值计算有明显的精度优势。关键词:IEC数字化变电站安全稳定控制GOOSEFFT引言数字化变电站是以具备数字化接口的一次设备和高速网络通信平台为基础通过统一的协议标准实现信息共享和互操作、达到继电保护等二次设备网络化、数据管理等自动化的变电站。符合IEC标准的变电站通信网络和系统、智能化的一次设备、网络化的二次设备、自动化的运行管理系统是其最主要的技术特征。随着智能化开关、电子式TA、TV等技术日趋成熟高速实时网络在实时控制系统中的开发应用数字化变电站将会逐渐推广和广泛的应用。安全稳定控制技术和设备作为保证电力系统安全稳定运行的第二和第三道防线是电网二次自动化技术不可缺少的设备。对于数字化变电站由于一次设备的智能化其二次设备系统结构发生了根本性的变化因此其安全稳定控制装置的构架、控制方式也将不同于传统的安全稳定控制装置,必须在智能化一次设备接口、装置网络化以及信息化等方面满足数字化变电站的要求。对于数字化变电站安全稳定控制技术及控制策略的研究是保证数字电网安全稳定运行、提高运行效率的重要措施。数字化变电站对安全稳定控制技术的影响数字化变电站将变电站分为过程层、间隔层、站控层并以某个对象元件为单位进行建模与传统的变电站的控制和管理模式有明显的不同。首先过程层与间隔层由以往的电缆连接变成光纤连接由原先的模拟信号连接转变成数字信号交互由原先的电气串并联方式变成网络方式其次间隔层内的设备之间通过网络共享输入信号共同控制智能一次设备同时具备设备的互换性和互操作性。站控层采用统一的IECMMS协议进行组网分别与间隔层不同设备进行信息交互。这些变化对安全稳定控制技术将产生一系列的影响:.信息采集安全稳定控制装置的采集信息主要有电流、电压等模拟量信息开关、刀闸等位置信号以及异地的线路、元件等运行信息。数字化变电站采用了电子式互感器电流、电压信号通过合并单元直接提供光以太网接口的数字信号满足IEC标准这就要求安全稳定控制装置也必须有多个对应的接口对于开关量信号目前的数字化变电站多数采用增加智能控制单元部分来实现数字化即通常所说的智能操作箱负责接收控制命令并以传统电气接口的方式输出控制信号给一次开关设备同时将一次开关设备的当前信号转成数字信号按IECGOOSE协议输出到过程层网络。通常测控单元和保护装置都是面向单元的一个装置面对一个元件而安全稳定控制装置除了失步解列装置以外通常面向整个站甚至一个区域需要同时采集多个元件的信息因此其与数字化变电站的保护装置和测控装置有很大不同。对于数字化信息的断面统一问题数据合法性问题以及信息提取和处理问题都是传统的安全稳定控制装置没有遇到的。控制出口数字化变电站的控制信号采用网络方式在过程层以GOOSE协议形成网络方式进行出口控制传统的安全稳定控制方式是采用开关量接点进行点对点控制每个环节的传输时间相对不变而GOOSE网络的控制方式对于多个轮次的控制特别是加速轮和特殊轮控制输出的实时性将会变得不确定而对于保护装置只有一个控制对象控制延时问题相对简单。此外对于现有的运行管理规定每个控制出口均可以通过投退有明显开断的硬件压板方式进行控制出口的投入和退出网络方式不能设置硬件压板而如果设置在智能操作箱的出口上将是面对所有的功能控制装置包括保护和测控装置给装置的调试、投退等带来不便这将是管理方面面临的新问题。基于IEC的安全稳定控制装置系统硬件构架基于IEC的安全稳定控制装置硬件采用模块化设计方式模块之间采用基于FPGA的高速同步串行通讯的方式交互信息。装置硬件平台共由五个功能模块组成分别为采样值(SVsamplevalue)接收处理模块决策判断模块控制信号接口模块通讯模块后台信息管理模块。系统的结构图见图。图系统结构图SV接收处理模块主要实现与MU(合并单元)的信息交互获取元件的实时运行信息。通过光纤以太网接口以IEC协议接收MU传送出的信息。由于MU采样频率较高不同MU发出的信息时间可能存在差异因此需要对接收到的SV进行转换和处理。安全稳定控制系统是跨间隔设备面向整站或区域电网的一个装置系统往往要采集和控制数个甚至数十个元件因此每个SV接收处理模块设计可以同时与四个合并单元通讯接口每个决策判断模块可以同时挂接个SV接收处理模块单层装置最多可以采集控制个元件通过光纤还可以级联另外一个决策判断模块这样两层装置最多可以采集控制个元件基本上能满足大型变电站复杂控制的需要。SV接收处理模块以LVDS方式通过高速同步串行通讯与决策判断模块交互信息。决策判断模块为装置的核心模块神经中枢负责收集各个SV接收处理模块传来的信息进行综合计算根据预先当前的控制策略作出相应的判断决策并通过高速同步串行通讯接口将决策结果下发到控制出口模块或通讯模块。控制信号接口模块接收到决策判断模块发出的控制信息后根据CID文件的配置将控制命令以GOOSE方式发送到GOOSE网上。此外控制信号接口模块连接到GOOSE网上可以实时接收到GOOSE网上的开关量信息并将开关量信息上传到决策判断模块。通讯模块负责与异地安全稳定控制装置系统进行信息交互获取异地电网运行情况实现远方切机切负荷。通讯模块通过高速同步串行通讯接口与决策模块进行信息交互通过E、K等与SDH等设备连接接入电力系统通讯网络。后台信息管理模块负责后台MMS通讯、CID文件解析、人机接口等功能通过高速同步串行通讯接口与决策模块进行通讯。系统软件方案对于电网安全稳定控制装置要求电网发生异常时尽可能快地采取措施保证电网稳定实时性要求非常高整组动作时间是几十个毫秒因此对软件的效率和实时性要求很高。传统的变电站信息量均为模拟量装置本身直接对模拟量进行采样和转换而对于数字化变电站二次信息均为满足特定规约如IEC等的数字化信息要通过以太网接口接收和发送因而对软件的要求更高。对于以太网通讯采用操作系统可以大大降低软件的复杂程度提高软件的可靠性对于目前广泛应用的操作系统LINUX由于其源代码完全开放软件人员可以根据需要进行裁剪和修改以保证系统的实时性因此本平台实时性要求严格的IEC、GOOSE部分采用了LINUX操作系统。系统的软件整体逻辑框图见图二。图系统软件逻辑框图每个SV接收处理模块要接收处理个元件的实时信息如果完全依靠一个嵌入式CPU去实现非常困难多个CPU协调处理会使得系统非常复杂成本和可靠性风险也将会大大增加本系统采用硬件实现核心计算的方案在FPGA芯片上用VHDL语言实现电气量计算实时计算元件的有效值、频率等参数。采用点FFT计算单个元件的电气量(三相电压、三相电流、零序电压、零序电流)FPGA计算时间最快时间小于微秒具体算法下文将作详细叙述。SV接收处理模块的软件框图见图。图SV接收处理模块软件框图基于FPGA的电气量计算FPGA由于其并行执行的架构在数字信号高速处理方面很有优势因此基于FPGA硬件方式实现离散傅氏算法时往往选择全并行快速傅里叶变换(FFT)。在电力系统应用方面国内部分高校开展了基于FPGA实现电气量FFT计算的仿真研究在数字化变电站的安全稳定控制装置中采用了基于FPGA的电气量计算模块用于多条电力线路或元件的电气量实时计算。基于FPGA的电气量计算模块主要有以下几个部分组成:CPU接口单元、时钟逻辑单元、命令状态寄存器、系统控制器、智能FFT处理单元(FFTLINE)、坐标旋转计算机单元(CORDIC)。其组成结构见图。与CPU接口部门可以看作为CPU的外设CPU可以象访问普通SRAM一样访问FPGA模块。CPU只需向FPGA内部写入各相电压电流当前采样值然后启动计算FPGA会实时计算出各电气量有效值和三相电压相角通过两次相位差可以计算出相应的频率根据计算出的频率可以修正有效值。采用基于基于FPGA的电气量计算模块测量的有效值和频率精度分别见表、表。图基于FPGA的电气量计算模块结构图表有效值测量精度(单位:V,精度计算为相对误差)输入实测精度表频率测量精度(单位:Hz)输入实测误差结语基于IEC的数字化变电站安全稳定控制装置已经通过了电力工业电力系统自动化设备检验测试中心的检验和动模试验即将投入现场试运行。新的信号计算算法和信息处理方法需要在实际运行中进一步验证。随着国家智能电网建设的速度加快数字化变电站作为智能电网的基础必然将广泛推广基于IEC的数字化变电站安全稳定控制装置也将大量应用。随着电网信息化的进程推进数字化变电站的实时全景信息将会实现网络共享这为紧急控制与校正控制的协调控制提供基础条件基于数字化信息平台的安全稳定协调控制技术将是需要进一步研究的课题。参考文献张沛超高翔数字化变电站系统结构电网技术():ZHANGPeichao,GAOXiangSystemarchitectureofdigitizedsubstationPowerSystemTechnology,,():朱大新数字式变电站综合自动化系统的发展电工技术杂志l:ZhuDaxinThedevelopmentofintegratedautomationsystemofdigitaltransformerstationElectroTechnicalJournal,,:鲁国刚刘骥等变电站的数字化技术发展电网技术O(S):LUGuogang,LIUJi,etaThetechnologydevelopmentofsubstationdigitizationPowerSystemTechnology,,(S):高翔张沛超数字化变电站的主要特征和关键技术电网技术():GAOXiang,ZHANGPeicha,MainfeaturesandkeytechnologiesofdigitalsubstationPowerSystemTechnology,():曾庆禹电力系统数字光电量测系统的原理及技术电网技术():ZengQingyuPrincipleandtechnologyofdigitalelectroopticmeasurementforpowersystemPowerSystemTechnology,,():张贵新赵清姣罗承沐等电子式互感器的现状与发展前景电力设备():ZHANGGuixin,ZHAOQingjiao,LUOChengmu,etaTheCurrentsituationandprospectsofelectronictransformerElectricalEquipment,():王海峰丁杰对变电站内若干网络通信问题的探讨电网技术():WangHalfeng,DingJieResearchonseveralissuesofsubstationnetworkcommunicationsPowerSystemTechnology,,():国家电网公司数字化电网及数字化变电站关键技术研究框架StateGridCorporationofChina.Keytechnologiesresearchframeworkofdigitalpowergridanddigitalsubstation,吴在军胡敏强基于IEC标准的变电站自动化系统电网技术():WUZaijun,HUMinqiangResearchonasubstationautomationsystembasedonIECPowerSystemTechnology,,():何世恩刘峻IEC数字化变电站对继电保护专业的影响电力系统保护与控制,,():HEShienLIUJunImpactsofIECdigitalsubstationonrelayingprotectionPowerSystemProtectionandControl,,():王丽华江涛盛晓红等基于IEC标准的保护功能建模分析.电力系统自动化():WANGLihuaJIANGTao,SHENGXiaohong,etaAnalysisonprotectionfunctionmodelingbasedonIECstandardAutomationofElectricPowerSystems,,():王攀峰张克元文明浩程天保应用于数字化变电站的分布式母线保护的研究电力系统保护与控制,,():WANGPanfeng,ZHANGKeyuan,WENMingha,CHENGTianbaoResearchondistributedbusbarprotectionappliedtodigitaltransformersubstationPowerSystemProtectionandControl,,():吴国吻王庆平李刚基于数字化变电站的集中式保护研究电力系统保护与控制,,():WUGuoyang,WANGQingping,LIGangStudyofcentralizedprotectionbasedondigitalsubstationPowerSystemProtectionandControl,,():殷志良刘万顺杨奇逊等一种遵循IEC标准的合并单元同步的实现新方法.电力系统自动化():YINZhiliang,LIUWanshun,YANGQixun,etaNewmethodimplementingthesynchronizationmergingunitaccordingtotheIECstandardAutomationofElectricPowerSystems,,():宋锦海余文杰宣筱青等适应特高压互联电网的SCSE安全稳定控制平台研制.电力系统自动化():.SONGJinhai,YUWenjie,XUANXiaoqing,etalDevelopmentofSCSEsecurityandstabilitycontrolplatformadaptabletoultrahighvoltageinterconnectedpowergridAutomationofElectricPowerSystems,():薛禹胜王达QHWU文福栓关于紧急控制与校正控制优化和协调的评述电力系统自动化,,():XUEYusheng,WangDa,QHWU,WENFushuanAreviewonoptimizationandeoordinationofemergencycontrolandcorrectcontrolAutomationofElectricPowerSystems,,():SecurityandStabilityControlDeviceforDigitalSubstationBasedonIECSONGJinhai,XUANXiaoqing,ZHUKaiyang,YEZhenfeng,LIQiuhua,LIXueming,LUOJianbo(StateGridElectricPowerResearchInstitute,Nanjing,China)Abstract:Accordingtothechangesofthedigitalsubstationequipment,thesecurityandstabilitycontroltechnologyfordigitalsubstationareresearchedPapermakesspecificintroductionfromthesignalmode,controlmode,meansofcommunication,etcAsecurityandstabilitycontroldeviceisresearchedandempolderedtoadapttothedigitalsubstationrequirementThesisdetailssystemarchitecture,hardwareplatformsandsoftwarestructureofthesecurityandstabilitycontroldevicebasedonIEC,andtherealtimeFPGAbasedalgorithmsforelectricparametersaredescribedTheexperimentalresultsshowthatthehighrealtimecapabilityandhighprecisionofthisalgorithmThecalculationwayhasobviousadvantageonaccuracyofthecalculationwhenthefrequencydeviationthefundamentalfrequency–HzKeywords:IECDigitalSubstationSecurityandStabilityControlGOOSEFFTvsd��开始�收到元件数据?保存数据帧收到元件数据?收到元件数据?保存数据帧收到元件数据?保存数据帧N保存数据帧点到点转换写入FFTBUFFER电气量计算数据上传读取FFT计算结果返回YYNNYNY数据同步处理vsd小组名称��公司名称���公司名称部门名称�决策判断模块SV接收处理模块�SV接收处理模块�SV接收处理模块�控制信号接口模块�通讯模块�LVDSLVDSLVDS后台信息管理模块�LVDSLVDSLVDS光纤后台管理系统IECMMSIECIECIECGOOSEEK扩展单元�vsdCPU接口模块时钟逻辑单元CPU智能FFT处理模块(FFTLINE)坐标旋转计算机模块(CORDIC)智能FFT处理模块(FFTLINE)智能FFT处理模块(FFTLINE)数据总线地址总线控制总线FPGA内部结构命令状态寄存器智能FFT处理模块(FFTLINE)vsd����开始CID文件解析�SV接收�判断、决策同步处理、转换二次计算�控制输出�

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

文档小程序码

使用微信“扫一扫”扫码寻找文档

1

打开微信

2

扫描小程序码

3

发布寻找信息

4

等待寻找结果

我知道了
评分:

/7

22、基于IEC61850的数字化变电站安全稳定控制装置

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利