智能变电站故障录波系统的设计与实现

智能变电站故障录波系统的设计与实现

电力系统故障录波器是研究现代电网的不可或缺的工具。它的主要任务是记录能源系统的重大扰动（如各种短路故障、系统振动、频率崩溃、电压崩溃等）后的系统电压、电流及其输出量，如系统的功率、无功率和系统频率的变化过程。随着GOOSE的应用成熟变电站逐步实现了全面数字化,要求录波器提供开入的数字化接入,数字化站开始实现由模拟量的点对点通信到模拟量组网,录波器由集中式到分散式。1基于ft3模拟量接入方式智能故障录波器能全面适用于智能变电站,既可集中设计也可分散组网,对于模拟量接收方式,由于单向多路点对点串行链路传输协议Sampledvaluesoverserialunidirectionalmultidroppointtopointlink(FT3)协议将逐渐不被采用,二次设备的模拟量接收将全面实现IEC61850-9-2,所以FT3模拟量接收这种方式只是过渡过程。如图1所示基于FT3模拟量接入方式的系统结构图:系统主要分为4大单元,即GOOSE接收、解析单元、数据集中器单元、录波处理单元和录波管理单元,单元之间的数据走向,以及单元内部数据的流程均以方向线标出。图2是基于IEC61850-9-2模拟量接入方式的系统结构图:系统主要分为4大单元,即GOOSE接收、解析单元、IEC61850-9-2报文接收单元、录波处理单元和录波管理单元,单元之间的数据走向,以及单元内部数据的流程均以方向线标出。2设计每个系统单元2.1南通信软件设计GOOSE接收解析单元负责GOOSE报文的接收和解析,同时将解析好的开关量状态传送给录波处理单元,如图3所示GOOSE接收、解析软件进程,根据IEC61850通信系统中GOOSE的要求,需完成GOOSE协议栈的嵌入式系统实现和Windows环境下GOOSE配置软件开发。主要功能是:GOOSE配置文件解析;ASN.1解码;GOOSE应用层协议栈;数据集的存储;与录波管理单元的通信。2.2录波处理单元数据集中单元主要负责接收模拟量报文,并将设计进入录波器的所有模拟量进行同步并集中送给录波处理单元,本单元的设计对外提供了灵活、丰富的协议接口,既可提供24路FT3输入接口,又可提供8路IEC61850-9-2或IEC61850-9-1报文接收百兆以太网光口,2种方式均可满足96路模拟量的通道容量。2.3电力系统故障动态记录装置启动录波处理单元采用实时多任务模块化软件设计方法,各个模块(任务)主要有6点功能。a.接收开关量、模拟量缓存中断任务,负责将GOOSE接收、解析单元和数据集中单元接收的开关量状态和模拟量采样值进行实时缓存,形成实时数据窗。b.数值计算任务负责实时计算每一路交流通道的幅值和相位,每一条线路的负序电流、有功功率、无功功率,每一组电压的频率、正序电压。c.录波启动任务负责按DL/T663-1999220~500kV电力系统故障动态记录装置检验测试要求提供各项启动,即任何一路交流通道突变启动,且突变启动能在1ms内判出;任何一路交流电流过量启动;任何一条线路负序过流启动及电力变差振荡判别启动元件;任何一组电压高频、低频启动,正序过压、欠压启动;变压器过激磁启动。针对通道和设备启动的流程,每一种启动均可根据情况进行配置,设备启动和通道启动流程图如图4所示。d.任何一种启动满足启动条件后,通知故障波形记录任务按照DL/T553-94220~500kV电力系统故障动态记录技术准则和DL/T663-1999220~500kV电力系统故障动态记录装置检验测试要求所要求的采样及记录方式形成故障波形文件,且各阶段的采样速率和记录长度均可调,在录波处理单元里配置了100GB的SATA(SerialAdvancedTechnologyAttachment)硬盘,足以满足长振荡过程以及复杂转换性故障启动长时间高速记录,形成波形文件后立刻通过文件传输协议FTP(FileTransferProtocol)镜像备份到录波管理单元,实现录波数据双备份。e.全球定位系统(GPS)对时及时钟维护模块可接收站内GPS各种对时方式,保证录波时间绝对准确。f.由和录波管理单元通信模块负责启动定值、启动配置任务,实时监视数据。2.4监视及配套服务录波管理单元主要负责:故障录波器模型建立,配置管理下发,波形文件管理,故障波形分析,启动定值管理,故障测距,MMS对外通信,每一路模拟量的实时向量监视,有功功率、无功功率、频率、正序电压、负序电压、负序电流的实时监视以及开关量状态实时监视。与站控层设备通信主要提供以下服务:a.IEC61850FILE文件服务,传输故障录波文件及故障录波简报;b.IEC61850SGCB定值组控制块服务,实现定值查看、修改、投退;c.IEC61850Report报告服务,传输故障装置故障信号和故障录波启动信号;d.IEC61850Control控制服务,实现远方启动录波和复归录波告警信号。3fpga网口能力智能变电站故障录波系统采用了嵌入式、32位双核处理器MPC8270,它具有强大的以太网通信能力和数据处理能力,其603e内核CPU主频工作在450MHz,自带硬浮点处理器,通信CPM工作频率300MHz,有4个100M网口和2个10M网口,2个串口。软件平台采用嵌入式强实时多任务操作系统VxWorks。4高速光纤联网智能变电站故障录波系统能全面满足现在的数字化变电站和今后的智能变电站的录波需求,可集中录波也可分布组网录波,它能全面支持IEC61850协议,设备间通过高速光纤以太网实现数据、信息共享;与站控层设备的通信采用IEC61850MMS通