基于背板总线的继电保护装置过程总线功能设计

上传人:本站    上传时间:2013/11/20    浏览次数:   下载次数:

摘要:本文提出一种基于背板总线的继电保护装置平台架构,优化装置内部面向过程总线数据流和配置流程,简化装置功能和参数配置。在扩展继电保护装置通信和计算能力的同时,提升装置接入过程总线的灵活性。

  0 引言

  IEC61850将智能变电站自动化系统分为站控层、间隔层、过程层3层设备,其中继电保护装置属于间隔层设备。相比于常规变电站,智能变电站在过程层采用智能电子设备(IED)完成开关量/模拟量采集和控制命令发送等与一次设备相关功能,并以数字信号方式经由过程总线与继电保护装置等间隔层设备通信。过程总线应用简化了继电保护装置内部结构,但对其功能和性能提出新的要求,包括多间隔高速以太网通信、采样值(SV)接收与同步处理、GOOSE报文收发、基于IEC61850模型的功能配置以及数据传输的实时性和可靠性保证等。

  基于以太网的过程总线技术已得到广泛应用,采用快速、交换式以太网技术,SV及GOOSE报文在过程总线上传输的实时性和可靠性已得到充分验证。而组网和点对点这2种过程总线应用模式的提出,要求继电保护装置必须提升其通信及处理能力以接收过程总线数据。一般采用功能独立的分立模件分别实现过程总线数据接收处理、继电保护逻辑运算等功能,模件之间采用直接通信或使用兼容CAN总线的FlexRay总线交换数据。通过增加通信模件仅能扩展有限过程总线通信能力,且装置内部数据流和配置流程复杂;而FlexRay总线数据传输速率偏低,不能满足智能变电站多间隔通信要求,且硬件接口和配置参数复杂。

  针对以上问题,本文提出一种基于背板总线的继电保护装置平台架构,优化装置内部面向过程总线数据流和配置流程,简化装置功能和参数配置。在扩展继电保护装置通信和计算能力的同时,提升装置接入过程总线的灵活性。

  1 过程总线功能设计

  1.1主变保护测控一体化装置典型配置

  智能变电站继电保护装置与一次设备的直接电气连接被独立于一次设备的IED代替,包括合并单元和智能终端。以110kV智能变电站主变保护测控一体化装置为例,该装置与过程层IED典型连接配置按功能分类如图1所示,包括高、中、低压三侧及其他部分共接入5个合并单元、11个智能终端,均通过过程总线接入。图中每侧方框左边为SV接入,右侧为GOOSE接入。

 

  继电保护装置与过程层IED之间连接方式分组网和点对点2种。结合110kV主变保护测控一体化装置,继电保护装置过程总线相关功能描述为:

  a.多端口高速以太网通信,满足点对点和组网2种应用模式要求,实现多间隔通信;

  b.SV接收,具备IEC61850-9-2报文解码及处理能力;

  c.支持GOOSE报文处理,按应用层配置实现状态量、模拟量、整数、品质属性、时标等信息收发;

  d.结合IEC61850模型实现过程总线功能灵活配置;

  e.过程总线通信状态监视,提供异常告警功能。

  1.2功能总体设计

  110kV智能变电站主变保护测控一体化装置由保护模件、测控模件、监控模件以及若干通信模件组成,其功能总体设计如图2所示,点划线表示地址线。过程总线数据由通信模件接入,装置采用背板总线对数据进行优化处理。

 

  图2中背板总线连接各模件,背板地址线唯一标识模件。保护模件、测控模件以及监控模件等应用模件功能可分应用、以太网接口以及总线驱动3个部分。其中应用功能由主控制器完成,各应用模件实现不同应用功能;以太网接口和总线驱动功能由现场可编程门阵列(FPGA)芯片实现,以太网接口配合硬件接口完成多路以太网收发。

  背板总线在各分立模件间建立物理通信连接。通过总线可扩展模件间灵活的逻辑连接,满足模件间多样的通信要求,实现装置面向过程总线程序、配置、数据以及通信状态监视一体化。

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