光電傳感器在變電站通信控制系統中的應用探討

2020-11-26 OFweek

　　光電傳感器的應用對通信系統的影響和改進主要體現在兩個方面：

　　1）由於光電傳感器具有數字輸出、接口方便、通信能力強的天然特性，其應用將直接改變變電站通訊系統的通信方式，特別是一次設備與間隔層二次設備間的通信方式。傳統的信號都是以模擬量的形式傳送到間隔層，同一個CT/PT可能會連接到多個不同的設備，造成二次接線複雜，互感器負荷重等問題。利用光電傳感器輸出的數位訊號，使用現場總線技術實現點對點/多個點對點或過程總線通信方式。將完全取代大量的二次電纜線，徹底解決二次接線複雜的現象，可實現真正意義上的信息共享。

　　並且光電傳感器的接口設計方便，利用模塊化和面向對象技術實現硬體、軟體的標準化設計，滿足不同傳輸介質和各種通信協議和標準的需要，具有靈活的擴展性和自適應性。而這是傳統互感器所不可能具備的特性。

　　2）對通信系統結構的影響。由於通信方式的改變，加上數字斷路器控制和電子開關裝置等智能電子設備（IED）的採用，使得功能不斷下放，變電站自動化系統由兩層結構變為三層結構：過程層、間隔層和變電站層。

　　其中過程層主要安放有光電傳感器、合併單元、開關電子裝置模塊、斷路器智能控制模塊等部件，過程層可以完成電力運行的實時電氣量檢測；運行設備的狀態參數檢測；操作控制執行與驅動等功能。間隔層安放保護、測量、和間隔控制單元，主要功能有匯總本間隔過程層實時數據信息；實施對一次設備保護控制功能；實施本間隔操作閉鎖功能；實施操作同期及其他控制功能；對數據採集、統計運算及控制命令的發出具有優先級別的控制；承上啟下的通信功能等［6］。

　　而結構的改變和通信網絡技術的進步，變電站通信系統最終將成為如圖2所示的結構。現場過程總線和站級總線合二為一，最大程度地實現信息共享和系統集成。

 

 

　　4光電傳感器在變電站自動化系統中的應用

 

　　我國變電站自動化系統發展水平不均衡，既有集中組屏的老式自動化系統，又有分散分層先進的自動化系統。光電傳感器的應用必須滿足不同水平的變電站自動化系統。為了與老系統兼容，將IEC定義的合併單元（Merging Unit，MU）擴展到儀用傳感器單元（Instrument Transducer Unit，ITU），使光電傳感器既具備將傳統互感器輸出模擬量數位化的功能，也具備輸出模擬量的功能［7］。從而具有較高的靈活性，很容易與各種系統接口配合使用。ITU的功能結構圖如圖3所示。

 

 

 

　　ITU的設計應該遵循模塊組件化原則。ITU中含有合併單元、數據通信模塊、集成故障錄波儀、時鐘控制裝置等模塊。利用模塊化的通信組件，ITU實現與間隔層設備的點對點和過程總線通信，並可方便地升級到IEC 61850-9-2標準通信協議。以ITU為底層基本處理單元，取代傳統互感器和二次電纜，實現光電傳感器在變電站自動化系統中的應用。

　　在我國，為了更好地推動變電站自動化系統水平的提高，ITU在變電站自動化系統的應用存在3個階段：

　　1）兼容傳統互感器，點對點通信和過程總線相結合階段

　　該階段中，光電傳感器的測量數據是通過點對點連接，直接傳送到保護裝置的，目前IEC定義了該連接的標準協議有IEC 61850-9-1和IEC 60044-8。同時ITU還將RMS值通過過程總線傳送到間隔層處理單元，過程總線還負責監控開關設備信息的傳送。過程總線標準有IEC61850-9-2，實施中可以考慮10Mbit/s的乙太網。其原理示意圖如圖4所示。

 

 

　　2）過程總線共享傳感器數據階段

　　該階段，原來分開傳送的測量數據和控制數據將通過過程總線合二為一。該合併簡化了間隔單元裡複雜的接線狀況，但同時由於實時的ITU測量數據和保護設備的控制命令都是通過過程總線傳送的，過程總線的傳輸速度和響應能力比前一階段要求更高。過程總線標準IEC 61850-9-2依然適用，實施中可以考慮100Mbit/s的乙太網。

　　3）過程總線和站級總線統一，全站共享數據階段

　　隨著快速乙太網技術的發展以及現代網絡交換技術，使得連接站級總線和下面的過程層總線成為可能，在網絡通信應用層中統一使用MMS協議標準的基礎上，將保證通信系統的實時響應等性能指標不受影響。總線統一的好處首先是信息的完全共享，統一的訪問和存儲方式，並且間隔層的設備只需要一個通信接口，將大大降低設備和變電站運行和維護費用。該階段的實現有賴於分等級的快速乙太網技術的成熟和變電站通信協議的完善［8］。其原理示意圖參見圖2所示。

 

　　5結論

 

　　由於光電傳感器自身的數字輸出特性和智能電子設備的特點，其應用對變電站自動化通信系統的影響是全面和深遠的。利用光電傳感器的光電轉換和數據通信功能改造電磁式互感器，實現過程層和間隔層的點對點/多點對多點或現場總線通信，將會成為我國變電站自動化系統改造升級的有效途徑。而建設以光電傳感器和其他智能電子設備為基礎的新型變電站自動化系統，實現變電站站內各層間的無縫通信，最大限度的滿足信息共享和系統集成的要求，則是我國變電站自動化系統的發展方向。

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　　參考文獻

　　1喬峨，安作平，羅承沐。光電式電流互感器的開發與應用-21世紀互感器技術展望。繼電器，2000，37（1）：40~43

　　2金午橋，洪憲平。變電站自動化新技術的應用研究。電網技術，2000，24（5）：38~42

　　3曾慶禹。變電站自動化技術的未來發展（一）—電力市場與協調型自動化.2000，24（9）：1~4

　　4聶一雄，尹項根，張哲。基於光學傳感器和光纖網的變電站自動化系統構想。中國電力，2001，34（8）：35~38

　　5聶一雄，尹項根，張哲。磁位計暫態響應的仿真計算。電力系統自動化，2002，26（11）：28~31

　　6揭萍。基於光電互感器的變電站自動化通訊系統的研究：［學位論文］。武漢：華中科技大學，2002.

　　7R.Gross，H.J.Herrmann，U.Katschinski.Substation Control and Protection Systems for Novel Sensors.CIGRE Session，Paris，2000:Paper 12/23/3403

　　8Tor Skeie，Svein Johannessen，Christoph Brunner.Ethernet in Substation Automation.IEEE control system Magazine，2002，22（3）：43~51

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