第33卷 第19期2009年10月10日Vo l . 33 N o . 19Oc t . 10, 2009
新型变电站综合测控装置优化设计
黄国方, 徐石明, 周 斌, 于海波, 沈 健, 张 何, 梅德冬, 丁 杰, 王善祥
(国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司, 江苏省南京市210003)
摘要:结合特高压电网、数字化变电站的建设, 研究变电站自动化系统测控技术, 并对测控装置进
行优化设计。在变电站信息采集源头进行信息的整合和标准化, 使其得到更有效的利用。结合IEC 61850标准中通用面向对象的变电站事件(GOOSE ) 机制和其他一些新技术, 实现过程层网络化信息传输, 推动变电站的数字化建设。
关键词:变电站自动化; 特高压; IEC 61850; 测控装置; 优化设计中图分类号:TM 764
0 引言
随着1000kV 特高压输电技术的推广应用[1], 需要研究适应将来以特高压为基础的电力系统对测控装置新的技术需求。首先, 要优化测控装置的信息采集。目前, 各种电力自动化应用系统采集的信息分散、重复且缺少统一的时标, 如果在测控装置上实现信息的统一采集和标准化, 可以简化变电站自动化系统结构, 并为调度中心提供标准化的信息。而要赋予采集信息统一的时标, 需要采用高可靠、高精度的对时方式。另外, 测控技术需要考虑支持IEC 61850标准和智能一次设备接入, 从而实现标
[2]
准化综合信息的传输和共享。为此, 本文对测控装置功能进行了综合优化设计, 对硬件进行灵活配置, 使其可应用于各种电压等级的变电站自动化系统。
1 变电站综合测控优化设计需求
目前变电站自动化系统中数据采集与监控(SCADA ) 系统的稳态数据、保护及故障录波的暂态数据、相量测量单元(PM U ) 的动态数据分别由3套不同的系统采集, 并且SCADA 系统的稳态数据、PM U 的动态数据均由电压互感器、电流互感器采集, 现场接线非常复杂。如果在信息采集源头集中采集并进行标准化, 不仅可以解决以往多套系统的多数据源不统一问题, 而且可以减少变电站的设备配置, 简化变电站的二次接线及二次系统设计。另外, 信息集中采集和整合, 有利于提高事故分析能力, 并为智能电网调度技术支持系统提供归一化的信息源。
收稿日期:2009-05-06; 修回日期:2009-06-23。
1. 1 变电站采集信息的整合
电网相量数据随时间快速变化, 而现在广泛使用的SCADA 系统只能提供稳态、低采样率、不同步的电网时间断面信息, 调度中心难以根据这些信息跟踪系统的发展轨迹, 准确掌握系统运行的动态[3]。电网故障时的暂态数据主要由故障录波装置和继电保护装置采集记录。故障录波数据的采样频率一般在几千赫以上, 并带有时标信息, 但只是在故障时间点附近数秒内的数据, 只能记录扰动前后局部的动态信息, 难以用于对全系统动态行为监视和分析。
目前PM U 的测量通道与电厂和变电站中使用的测控装置相同。在数据共享原则下, 在变电站中采用具有同步相量测量功能的新型测控装置是变电站自动化系统的发展方向。新型测控装置具有传统的远动功能, 并具有同步相量采集计算功能和故障数据记录功能, 将提升变电站自动化系统的动态监测能力, 为电力系统的实时分析和控制奠定基础。
随着电力电子技术、电弧炉以及轨道交通等技术的广泛应用, 电网的谐波污染问题日益严重, 对变电站测控装置的交流采样计算产生影响。新型测控装置的设计和算法都需要有较大改进才能在电网受到谐波等干扰情况下保证测量精度, 并进行电网电能质量的监测, 保障电网安全运行。1. 2 统一时标的变电站采集信息
在整合变电站信息的同时, 还需统一信息时标, 以便于广域范围内在主站将稳态、动态和暂态信息集成。利用统一时标综合管理不仅可以实现功角、频率、电压在线分析和事故处理决策, 还可以实现预防和紧急控制在线决策以及电网模型参数校核。不同应用的同源数据(如调度、运方、保护等数据) 时标不一致, 不利于集约式管理。目前利用SCADA 系统数据进行状态估计, 稳态数据的时间断面不同步
2009, 33(19)
是其不收敛原因之一; 另外, 跨区域事故分析的数据时间断面不一致问题加大了事故分析难度。
3 对时网络的优化设计
为了保证测控装置采集的交流量信息、状态量信息有统一的时标, 以便进行更好的广域调度决策, 测控装置的对时功能尤为重要。
目前, 变电站自动化系统对时方式主要有:方式1为串行时间报文+脉冲对时; 方式2为IRIG -B 码总线对时方式。方式1的对时精度能达到1μs , 但由于受负载限制, 对时网络需要采用多分支的架构, 增加了自动化系统的复杂性和工程成本。方式2的对时精度能达到几微秒, 难以满足功角测量、线路行波故障测距、广域保护等高精度对时要求。
基于IEEE 1588[6]的对时方式可以与自动化系统通信网复用, 不需配置独立的对时网络, 结构简单, 时间精度最高可达10ns ～100ns , 可满足自动化系统所有对时功能要求。现在基于IEEE 1588的全球定位系统(GPS ) 主时钟单元、采用边界时钟或透明时钟的交换机等网络技术设备已接近成熟。测控装置实现IEEE 1588对时有以下几种方式:
1) 基于应用层解释机制:在应用层中实现IEEE 1588报文解释, 此时IEEE 1588时间戳由于受操作系统、应用任务等多种因素影响, 精度约为1ms ～500m s 。
2) 网络中断驱动层解释机制:在中断程序中实现IEEE 1588报文解释, 响应快。此时, IEEE 1588时间戳通常受中断响应方式、中断优先级等因素影响, 精度约为1μs ～500μs 。
3) 硬件实现:采用具有IEEE 1588功能的网络收发器或CPU 平台, 精度可以高达10ns ～100ns 。特高压变电站测控装置的对时最好采用硬件实现, 以提高IEEE 1588对时精度。
2 IEC 61850标准数字化功能的开发
IEC 61850标准是方便变电站中各种智能电子设备(IED ) 的管理以及设备间互联的一个通用的通信标准体系。随着数字化变电站的技术发展, 通用面向对象的变电站事件(GOOSE ) 机制、采样值等技术使变电站信号采集控制模式发生了变化, 为变电站信息共享、数据综合提供了良好的基础。
基于IEC 61850标准的数字化变电站中, 电子式电流互感器、电压互感器和合并单元(M U ) 等过程层设备取代了传统测控装置中的模拟量采集部件, 开关设备状态信号和控制信号先接入智能终端, 然后通过GOOSE 网络接入测控装置, 一次侧采样值和状态信号不再是由电缆传送的模拟量, 而是由通信网络传送的数字量。
过程层网络化信息传输有以下优势:1) 使用光缆代替电缆, 简化了屏柜设计, 减少了控制小室面积, 大大降低了变电站的建造成本。
2) 解决了电缆带来的伴生问题, 降低了一次设备产生的干扰被引入到控制小室的概率, 提高了系统运行的可靠性。
3) 所有配置好的信息(如跳闸、互锁、断路器状态) 能在一个简单的网络上传输; IDE 之间通信数据的增加或更改变得更加容易实现。
过程层GOOS E 网络采用双网配置, 在二次设备双重化的情况下, 冗余的二次设备可以采用单网接入其中一个GOOSE 网, 在提高可靠性的同时降低系统成本。同时, 通过对GOOSE 报文优先级的设置, 来提高保护跳闸等重要报文的传输速度[4]。
电子式互感器的应用改变了保护测控装置直接
[5]
模拟采样并进行数据运算的方式, 并对装置数据运算处理有了新的要求。由于电子式互感器分散采样并采用数字输出, 为了保证测量精度及保护动作的可靠性, 各个电子式互感器必须同步采样, 即在电力系统的不同采样点同时开始等间隔采样, 使不同互感器采样点的采样值在时间上同步, 同步采样对故障判断和系统稳定分析与控制等都具有重要意义。
交流电气信号是一种特殊的周期信号, 其频谱是分布在基波及其整数倍频率上的线谱, 为了保证测量精度, 需要保证采样信号与原信号严格同步, 否则将出现频谱泄漏, 造成信号频谱中各谱线之间相互影响, 同时在谱线两侧其他频率点上出现一些幅值较小的假谱, 使测量结果偏离实际值。可以采用基于频率跟踪的软件重采样方法提高计算精度。4 综合测控装置实现
基于以上功能优化的考虑, 新型变电站综合测控装置采用了性能先进的微处理器(MPC ) 、现场可编程门阵列(FPGA ) 、数字信号处理器(DSP ) 多CPU 硬件平台。装置包含高速通信模块、高精度对时模块、高性能信号处理和测控模块、采样值和GOOSE 接口与处理模块, 实现电参量数据同步采集, 完成监控、故障录波、相角测量、电能质量分析等功能, 提高了数据处理能力和采样精度。新型测控装置结构如图1所示。
M PC 模块提供多个百兆以太网接口和千兆以太网接口, 实现与站控层以IEC 61850等协议高速通信。另外, 它还在硬件上实现IEEE 1588时钟对时功能, 通过通用输入输出(GPIO ) 模块产生时间脉冲信号输出到FPGA 模块产生中断。该模块还实
·研制与开发· 黄国方, 等 新型变电站综合测控装置优化设计
现故障信号、动态信号等录波功能, 包括长期实时数据记录, 以及系统发生扰动时完整记录系统扰动发生后暂态及动态过程各阶段的电参量变化过程。录波文件以Comtrade 文件格式存放在大容量USB 接口的Nand Flash 存储器中
。
能终端的GOOSE 信息采集与控制。
5 结语
随着特高压电网建设的加快和智能电网研究的深入, 优化设计的新型综合测控装置将在变电站信息源头对基础数据标准化, 保证未来智能电网数据的可用性, 同时极大地减少变电站的设备配置, 简化变电站二次系统接线。
参考文献
[1]刘振亚. 特高压电网. 北京:中国经济出版社, 2006. [2]赵希才, 曹冬明. 2008年国际大电网会议系列报道———电力系
统保护与自动化. 电力系统自动化, 2008, 32(23) :1-3.
ZH AO Xicai , C AO Dongming . A review of CIGRE ' 2008on protection an d au tomation . Automation of Electric Pow er S ystem s , 2008, 32(23) :1-3.
图1 新型测控装置结构
Fig . 1 Architecture of new synthesized
measurement and control device
[3]薛禹胜, 徐伟, DONG Zhaoyang , 等. 关于广域测量系统及广域
控制保护系统的评述. 电力系统自动化, 2007, 31(15) :1-5.
XU E Yus heng , XU W ei , DONG Zhaoyang , et al . A review of wide area measurem en t system and w ide area control system . Autom ation of Electric Power System s , 2007, 31(15) :1-5. [4]王松, 陆承宇. 数字化变电站继电保护的GOOS E 网络方案. 电
力系统自动化, 2009, 33(3) :51-54.
WANG Song , LU Chengyu . A GOOS E netw ork sch eme for relay protection in digitiz ed sub stations . Au tomation of Electric Pow er Sy stem s , 2009, 33(3) :51-54. [5]陈文升, 唐宏德. 数字化变电站关键技术研究与工程实现. 华东
电力, 2009, 37(1) :124-128.
C HE N Wensh en , TANG Hongde . Key tech nologies of digital subs tations an d related engineering implemen tation . East C hina Electric Pow er , 2009, 37(1) :124-128.
[6]IE EE S td 1588—2008Standard for a precision clock
synch ronization protocol for netw ork ed measurem en t and con trol system s . 2008.
FPGA 模块采用Xilinx 公司基于90nm 技术
的Spartan -3A 器件, 它不仅集成了专用DSP 模块, 与逻辑门加乘法器的实现方案相比, 逻辑资源使用效率平均提高70%,而且无需额外的协处理器芯片, 即可达到与专用集成电路(ASIC ) 相当的性能。FPGA 模块实现装置精确对时和守时、交流量信息的同步采集和运算、MPC 与DSP 的信息交互等, 接收IEEE 1588的秒脉冲、GPS IRIG -B 码差分或秒脉冲对时信号, 输出5kH z 和10kHz 高速同步采样脉冲以及GPS 对时时标, 时钟误差不大于1μs , 采样脉冲与秒脉冲之间的时间误差只有20ns ～30ns 。该模块给整合的采集信息加上统一时标。
高性能信号处理和测控模块采用32位主频为150M H z 高速DSP , 实现直流模拟量、开入量信号高精度信号采集和处理, 以及断路器、刀闸等对象的控制输出和闭锁控制输出。采样值和GOOSE 模块实现电子式互感器数字采样及断路器、母线设备智
黄国方(1971—), 男, 通信作者, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向:电力系统自动化。E -mail :huangg f @naritech . cn
徐石明(1967—), 男, 高级工程师, 主要研究方向:电力系统自动化。
周 斌(1970—), 男, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向:电力系统自动化。
Optimization Design of a New Synthesized Measuring and Control Device for Su bstations
HUA N G Guo f ang , XU S himing , Z HOU Bin , Y U Haibo , S HE N J ian , Z H A N G H e ,
MEI Dedong , DI N G J ie , WAN G S hanx iang
(S ta te G rid Elect ric Po wer Resea rch I nstitute , Na njing 210003, China )
A bstract :By referring to the construction o f the ultra -high v oltage (U HV ) g rid , dispa tch centre and co mmunication
informa tion platfo rm , the measuring and contro l techno lo gy o f the substation automa tion sy stem and the o ptimiza tion desig n o f the measuring and contro l device ar e studied . Info rma tion can be integ rated at the substa tion info rmation source to realize its more efficient use . Some new technolo gies such as IEC 61850g eneric o bject -oriented substation ev ents (G OO SE ) a re a pplied in the dev ice that can transform the pr ocess layer infor matio n thr ough the ne two rk and pr omo te dig itized construction o f substation .
Key words :substa tion automatio n ; U H V ; IEC 61850; measurement and contro l device ; o ptimal desig n
第33卷 第19期2009年10月10日Vo l . 33 N o . 19Oc t . 10, 2009
新型变电站综合测控装置优化设计
黄国方, 徐石明, 周 斌, 于海波, 沈 健, 张 何, 梅德冬, 丁 杰, 王善祥
(国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司, 江苏省南京市210003)
摘要:结合特高压电网、数字化变电站的建设, 研究变电站自动化系统测控技术, 并对测控装置进
行优化设计。在变电站信息采集源头进行信息的整合和标准化, 使其得到更有效的利用。结合IEC 61850标准中通用面向对象的变电站事件(GOOSE ) 机制和其他一些新技术, 实现过程层网络化信息传输, 推动变电站的数字化建设。
关键词:变电站自动化; 特高压; IEC 61850; 测控装置; 优化设计中图分类号:TM 764
0 引言
随着1000kV 特高压输电技术的推广应用[1], 需要研究适应将来以特高压为基础的电力系统对测控装置新的技术需求。首先, 要优化测控装置的信息采集。目前, 各种电力自动化应用系统采集的信息分散、重复且缺少统一的时标, 如果在测控装置上实现信息的统一采集和标准化, 可以简化变电站自动化系统结构, 并为调度中心提供标准化的信息。而要赋予采集信息统一的时标, 需要采用高可靠、高精度的对时方式。另外, 测控技术需要考虑支持IEC 61850标准和智能一次设备接入, 从而实现标
[2]
准化综合信息的传输和共享。为此, 本文对测控装置功能进行了综合优化设计, 对硬件进行灵活配置, 使其可应用于各种电压等级的变电站自动化系统。
1 变电站综合测控优化设计需求
目前变电站自动化系统中数据采集与监控(SCADA ) 系统的稳态数据、保护及故障录波的暂态数据、相量测量单元(PM U ) 的动态数据分别由3套不同的系统采集, 并且SCADA 系统的稳态数据、PM U 的动态数据均由电压互感器、电流互感器采集, 现场接线非常复杂。如果在信息采集源头集中采集并进行标准化, 不仅可以解决以往多套系统的多数据源不统一问题, 而且可以减少变电站的设备配置, 简化变电站的二次接线及二次系统设计。另外, 信息集中采集和整合, 有利于提高事故分析能力, 并为智能电网调度技术支持系统提供归一化的信息源。
收稿日期:2009-05-06; 修回日期:2009-06-23。
1. 1 变电站采集信息的整合
电网相量数据随时间快速变化, 而现在广泛使用的SCADA 系统只能提供稳态、低采样率、不同步的电网时间断面信息, 调度中心难以根据这些信息跟踪系统的发展轨迹, 准确掌握系统运行的动态[3]。电网故障时的暂态数据主要由故障录波装置和继电保护装置采集记录。故障录波数据的采样频率一般在几千赫以上, 并带有时标信息, 但只是在故障时间点附近数秒内的数据, 只能记录扰动前后局部的动态信息, 难以用于对全系统动态行为监视和分析。
目前PM U 的测量通道与电厂和变电站中使用的测控装置相同。在数据共享原则下, 在变电站中采用具有同步相量测量功能的新型测控装置是变电站自动化系统的发展方向。新型测控装置具有传统的远动功能, 并具有同步相量采集计算功能和故障数据记录功能, 将提升变电站自动化系统的动态监测能力, 为电力系统的实时分析和控制奠定基础。
随着电力电子技术、电弧炉以及轨道交通等技术的广泛应用, 电网的谐波污染问题日益严重, 对变电站测控装置的交流采样计算产生影响。新型测控装置的设计和算法都需要有较大改进才能在电网受到谐波等干扰情况下保证测量精度, 并进行电网电能质量的监测, 保障电网安全运行。1. 2 统一时标的变电站采集信息
在整合变电站信息的同时, 还需统一信息时标, 以便于广域范围内在主站将稳态、动态和暂态信息集成。利用统一时标综合管理不仅可以实现功角、频率、电压在线分析和事故处理决策, 还可以实现预防和紧急控制在线决策以及电网模型参数校核。不同应用的同源数据(如调度、运方、保护等数据) 时标不一致, 不利于集约式管理。目前利用SCADA 系统数据进行状态估计, 稳态数据的时间断面不同步
2009, 33(19)
是其不收敛原因之一; 另外, 跨区域事故分析的数据时间断面不一致问题加大了事故分析难度。
3 对时网络的优化设计
为了保证测控装置采集的交流量信息、状态量信息有统一的时标, 以便进行更好的广域调度决策, 测控装置的对时功能尤为重要。
目前, 变电站自动化系统对时方式主要有:方式1为串行时间报文+脉冲对时; 方式2为IRIG -B 码总线对时方式。方式1的对时精度能达到1μs , 但由于受负载限制, 对时网络需要采用多分支的架构, 增加了自动化系统的复杂性和工程成本。方式2的对时精度能达到几微秒, 难以满足功角测量、线路行波故障测距、广域保护等高精度对时要求。
基于IEEE 1588[6]的对时方式可以与自动化系统通信网复用, 不需配置独立的对时网络, 结构简单, 时间精度最高可达10ns ～100ns , 可满足自动化系统所有对时功能要求。现在基于IEEE 1588的全球定位系统(GPS ) 主时钟单元、采用边界时钟或透明时钟的交换机等网络技术设备已接近成熟。测控装置实现IEEE 1588对时有以下几种方式:
1) 基于应用层解释机制:在应用层中实现IEEE 1588报文解释, 此时IEEE 1588时间戳由于受操作系统、应用任务等多种因素影响, 精度约为1ms ～500m s 。
2) 网络中断驱动层解释机制:在中断程序中实现IEEE 1588报文解释, 响应快。此时, IEEE 1588时间戳通常受中断响应方式、中断优先级等因素影响, 精度约为1μs ～500μs 。
3) 硬件实现:采用具有IEEE 1588功能的网络收发器或CPU 平台, 精度可以高达10ns ～100ns 。特高压变电站测控装置的对时最好采用硬件实现, 以提高IEEE 1588对时精度。
2 IEC 61850标准数字化功能的开发
IEC 61850标准是方便变电站中各种智能电子设备(IED ) 的管理以及设备间互联的一个通用的通信标准体系。随着数字化变电站的技术发展, 通用面向对象的变电站事件(GOOSE ) 机制、采样值等技术使变电站信号采集控制模式发生了变化, 为变电站信息共享、数据综合提供了良好的基础。
基于IEC 61850标准的数字化变电站中, 电子式电流互感器、电压互感器和合并单元(M U ) 等过程层设备取代了传统测控装置中的模拟量采集部件, 开关设备状态信号和控制信号先接入智能终端, 然后通过GOOSE 网络接入测控装置, 一次侧采样值和状态信号不再是由电缆传送的模拟量, 而是由通信网络传送的数字量。
过程层网络化信息传输有以下优势:1) 使用光缆代替电缆, 简化了屏柜设计, 减少了控制小室面积, 大大降低了变电站的建造成本。
2) 解决了电缆带来的伴生问题, 降低了一次设备产生的干扰被引入到控制小室的概率, 提高了系统运行的可靠性。
3) 所有配置好的信息(如跳闸、互锁、断路器状态) 能在一个简单的网络上传输; IDE 之间通信数据的增加或更改变得更加容易实现。
过程层GOOS E 网络采用双网配置, 在二次设备双重化的情况下, 冗余的二次设备可以采用单网接入其中一个GOOSE 网, 在提高可靠性的同时降低系统成本。同时, 通过对GOOSE 报文优先级的设置, 来提高保护跳闸等重要报文的传输速度[4]。
电子式互感器的应用改变了保护测控装置直接
[5]
模拟采样并进行数据运算的方式, 并对装置数据运算处理有了新的要求。由于电子式互感器分散采样并采用数字输出, 为了保证测量精度及保护动作的可靠性, 各个电子式互感器必须同步采样, 即在电力系统的不同采样点同时开始等间隔采样, 使不同互感器采样点的采样值在时间上同步, 同步采样对故障判断和系统稳定分析与控制等都具有重要意义。
交流电气信号是一种特殊的周期信号, 其频谱是分布在基波及其整数倍频率上的线谱, 为了保证测量精度, 需要保证采样信号与原信号严格同步, 否则将出现频谱泄漏, 造成信号频谱中各谱线之间相互影响, 同时在谱线两侧其他频率点上出现一些幅值较小的假谱, 使测量结果偏离实际值。可以采用基于频率跟踪的软件重采样方法提高计算精度。4 综合测控装置实现
基于以上功能优化的考虑, 新型变电站综合测控装置采用了性能先进的微处理器(MPC ) 、现场可编程门阵列(FPGA ) 、数字信号处理器(DSP ) 多CPU 硬件平台。装置包含高速通信模块、高精度对时模块、高性能信号处理和测控模块、采样值和GOOSE 接口与处理模块, 实现电参量数据同步采集, 完成监控、故障录波、相角测量、电能质量分析等功能, 提高了数据处理能力和采样精度。新型测控装置结构如图1所示。
M PC 模块提供多个百兆以太网接口和千兆以太网接口, 实现与站控层以IEC 61850等协议高速通信。另外, 它还在硬件上实现IEEE 1588时钟对时功能, 通过通用输入输出(GPIO ) 模块产生时间脉冲信号输出到FPGA 模块产生中断。该模块还实
·研制与开发· 黄国方, 等 新型变电站综合测控装置优化设计
现故障信号、动态信号等录波功能, 包括长期实时数据记录, 以及系统发生扰动时完整记录系统扰动发生后暂态及动态过程各阶段的电参量变化过程。录波文件以Comtrade 文件格式存放在大容量USB 接口的Nand Flash 存储器中
。
能终端的GOOSE 信息采集与控制。
5 结语
随着特高压电网建设的加快和智能电网研究的深入, 优化设计的新型综合测控装置将在变电站信息源头对基础数据标准化, 保证未来智能电网数据的可用性, 同时极大地减少变电站的设备配置, 简化变电站二次系统接线。
参考文献
[1]刘振亚. 特高压电网. 北京:中国经济出版社, 2006. [2]赵希才, 曹冬明. 2008年国际大电网会议系列报道———电力系
统保护与自动化. 电力系统自动化, 2008, 32(23) :1-3.
ZH AO Xicai , C AO Dongming . A review of CIGRE ' 2008on protection an d au tomation . Automation of Electric Pow er S ystem s , 2008, 32(23) :1-3.
图1 新型测控装置结构
Fig . 1 Architecture of new synthesized
measurement and control device
[3]薛禹胜, 徐伟, DONG Zhaoyang , 等. 关于广域测量系统及广域
控制保护系统的评述. 电力系统自动化, 2007, 31(15) :1-5.
XU E Yus heng , XU W ei , DONG Zhaoyang , et al . A review of wide area measurem en t system and w ide area control system . Autom ation of Electric Power System s , 2007, 31(15) :1-5. [4]王松, 陆承宇. 数字化变电站继电保护的GOOS E 网络方案. 电
力系统自动化, 2009, 33(3) :51-54.
WANG Song , LU Chengyu . A GOOS E netw ork sch eme for relay protection in digitiz ed sub stations . Au tomation of Electric Pow er Sy stem s , 2009, 33(3) :51-54. [5]陈文升, 唐宏德. 数字化变电站关键技术研究与工程实现. 华东
电力, 2009, 37(1) :124-128.
C HE N Wensh en , TANG Hongde . Key tech nologies of digital subs tations an d related engineering implemen tation . East C hina Electric Pow er , 2009, 37(1) :124-128.
[6]IE EE S td 1588—2008Standard for a precision clock
synch ronization protocol for netw ork ed measurem en t and con trol system s . 2008.
FPGA 模块采用Xilinx 公司基于90nm 技术
的Spartan -3A 器件, 它不仅集成了专用DSP 模块, 与逻辑门加乘法器的实现方案相比, 逻辑资源使用效率平均提高70%,而且无需额外的协处理器芯片, 即可达到与专用集成电路(ASIC ) 相当的性能。FPGA 模块实现装置精确对时和守时、交流量信息的同步采集和运算、MPC 与DSP 的信息交互等, 接收IEEE 1588的秒脉冲、GPS IRIG -B 码差分或秒脉冲对时信号, 输出5kH z 和10kHz 高速同步采样脉冲以及GPS 对时时标, 时钟误差不大于1μs , 采样脉冲与秒脉冲之间的时间误差只有20ns ～30ns 。该模块给整合的采集信息加上统一时标。
高性能信号处理和测控模块采用32位主频为150M H z 高速DSP , 实现直流模拟量、开入量信号高精度信号采集和处理, 以及断路器、刀闸等对象的控制输出和闭锁控制输出。采样值和GOOSE 模块实现电子式互感器数字采样及断路器、母线设备智
黄国方(1971—), 男, 通信作者, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向:电力系统自动化。E -mail :huangg f @naritech . cn
徐石明(1967—), 男, 高级工程师, 主要研究方向:电力系统自动化。
周 斌(1970—), 男, 硕士, 高级工程师, 主要研究方向:电力系统自动化。
Optimization Design of a New Synthesized Measuring and Control Device for Su bstations
HUA N G Guo f ang , XU S himing , Z HOU Bin , Y U Haibo , S HE N J ian , Z H A N G H e ,
MEI Dedong , DI N G J ie , WAN G S hanx iang
(S ta te G rid Elect ric Po wer Resea rch I nstitute , Na njing 210003, China )
A bstract :By referring to the construction o f the ultra -high v oltage (U HV ) g rid , dispa tch centre and co mmunication
informa tion platfo rm , the measuring and contro l techno lo gy o f the substation automa tion sy stem and the o ptimiza tion desig n o f the measuring and contro l device ar e studied . Info rma tion can be integ rated at the substa tion info rmation source to realize its more efficient use . Some new technolo gies such as IEC 61850g eneric o bject -oriented substation ev ents (G OO SE ) a re a pplied in the dev ice that can transform the pr ocess layer infor matio n thr ough the ne two rk and pr omo te dig itized construction o f substation .
Key words :substa tion automatio n ; U H V ; IEC 61850; measurement and contro l device ; o ptimal desig n