0 前言
智能變電站是推進(jìn)我國電網(wǎng)智能化建設(shè)的重要一環(huán)，對電網(wǎng)的發(fā)、輸、變、配等環(huán)節(jié)起到重要的支撐作用，其中網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是該領(lǐng)域內(nèi)的重要技術(shù)之一 [1]。目前我國智能變電站通信部分建設(shè)的過程層網(wǎng)絡(luò)通常是利用工業(yè)以太網(wǎng)來進(jìn)行組網(wǎng)，該過程所需要用到的工業(yè)交換機(jī)成本相當(dāng)昂貴，使得智能電網(wǎng)的建設(shè)成本急劇攀升?，F(xiàn)階段一般利用 EPON 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來替代工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能變電站的信息傳遞。
變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)是為確保變電站系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，**時(shí)間隔離故障設(shè)備，維持變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。其中對繼電保護(hù)測試技術(shù)的研究是提升變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要途徑[2-4]。采用 EPON 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)雖然能很好地滿足智能變電站的通信需求，并且減少建設(shè)成本，但也會(huì)對系統(tǒng)的繼電保護(hù)造成安全性、可靠性、實(shí)時(shí)性等問題，同時(shí)也容易導(dǎo)致變電站繼電保護(hù)產(chǎn)生拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn) [5-7]。所以研究如何解決這些問題極為必要。
1 問題分析
現(xiàn)階段變電站常用的數(shù)字繼電保護(hù)測試儀通常基于單個(gè)保護(hù)測試項(xiàng)目的測試儀器，測試時(shí)可對保護(hù)裝置、測控裝置、智能終端進(jìn)行相應(yīng)的測試。通過大量的調(diào)研分析，現(xiàn)將目前的數(shù)字繼電保護(hù)測試儀所存在問題總結(jié)如下：
1）現(xiàn)有的智能變電站數(shù)字繼電保護(hù)測試儀不能實(shí)現(xiàn)對保護(hù)裝置、測控裝置、智能終端的通信一致性進(jìn)行檢查；
2）現(xiàn)有的數(shù)字繼電保護(hù)測試儀不能實(shí)現(xiàn)智能化，即每一種測試類型的設(shè)置都需經(jīng)過調(diào)試人員的計(jì)算并手動(dòng)輸入到測試儀；
3）現(xiàn)有的數(shù)字繼電保護(hù)測試儀不能實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)過程中自動(dòng)讀取保護(hù)裝置、測控裝置、智能終端的定值，即每一種測試類型的定值設(shè)置都需經(jīng)過調(diào)試人員的察看保護(hù)裝置的定值參數(shù)并手動(dòng)輸入到測試儀中；
4）現(xiàn)有的數(shù)字繼電保護(hù)測試儀不能檢測基于 EPON 網(wǎng)絡(luò)通信的繼電保護(hù)設(shè)備。
針對上述問題，本文研究設(shè)計(jì)了一種基于EPON 網(wǎng)絡(luò)的智能變電站繼電保護(hù)測試技術(shù)來滿足基于 EPON 網(wǎng)絡(luò)的智能變電站發(fā)展建設(shè)的需要。
2 技術(shù)與功能
本文所研究的基于 EPON 網(wǎng)絡(luò)的智能變電站繼電保護(hù)測試儀可對智能變電站的保護(hù)裝置、測試裝置、智能終端進(jìn)行測試，并且可以通過導(dǎo)入全站 SCD 模型文件針對智能變電站的保護(hù)裝置、測控裝置、智能終端三者進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定測試方案并模擬現(xiàn)場實(shí)際情況與故障，輸出符合智能變電站的規(guī)約或模擬報(bào)文錯(cuò)誤，從而達(dá)到對保護(hù)裝置、測控裝置、智能終端的通信一致性和可靠性進(jìn)行檢查的目的。該測試所采用的主要技術(shù)如下：
1）EPON 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)可支持以太網(wǎng)類的多種業(yè)務(wù)傳輸，實(shí)現(xiàn)信息在無源光纖上的點(diǎn)到點(diǎn)傳輸。相較于傳統(tǒng)技術(shù)而言，其覆蓋范圍更廣、造價(jià)更為低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的自動(dòng)讀取以及通信一致性等功能；
2）新型數(shù)字繼電保護(hù)測試儀，包括中央處理單元、對時(shí)單元、光輸入輸出單元等，能夠?qū)崿F(xiàn)上行數(shù)據(jù)的收集以及下行數(shù)據(jù)的分發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)對智能變電站的保護(hù)裝置、測控裝置以及智能終端的自動(dòng)化測試。
3 EPON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
智能變電站采用 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，通過架構(gòu)分層完成智能變電站內(nèi)各智能設(shè)備間的信息共享與互操作，這就對變電站的通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，我國變電站通信網(wǎng)絡(luò)仍經(jīng)由數(shù)字微波和光纖進(jìn)行傳播為主，同時(shí)也有電力線載波以及衛(wèi)星通訊等多種類型的輔助通信方式。為了實(shí)現(xiàn)變電站的智能化升級，同時(shí)伴隨著光通信技術(shù)的進(jìn)步，EPON 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也逐步開始運(yùn)用到智能變電站的建設(shè)當(dāng)中。EPON 網(wǎng)絡(luò)主要由光線路終端 (OLT)、光配線網(wǎng)絡(luò) (ODN)、光網(wǎng)絡(luò)單元 (ONU) 組成，形成單纖雙向系統(tǒng)。其中，光纖、無源光分路器（或連接器）組成 ODN，ODN 在 ONU 與 OLT 之間構(gòu)建起光通道，起到收集上行數(shù)據(jù)、分發(fā)下行數(shù)據(jù)的功能，此外還具有波長復(fù)用和分配光信號功率的作用。EPON 網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸是通過波分復(fù)用技術(shù)對雙向信號的傳輸進(jìn)行處理，上行數(shù)據(jù)可由不同的 ONU 處通過時(shí)分復(fù)用的方式聚集到中心局端處的 OLT，而下行數(shù)據(jù)則是通過點(diǎn)對點(diǎn)的類型廣播方式又沿著 OLT 傳輸?shù)饺康?ONU 上 [8]。EPON 的網(wǎng)絡(luò)組成以及其各部分間的信息傳遞的示意圖如下所示：
總體而言，EPON 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信號傳輸方式更加科學(xué)合理化，并且其動(dòng)態(tài)帶寬分配、補(bǔ)償測距、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)技術(shù)、基于時(shí)分復(fù)用的同步技術(shù)、光纖保護(hù)倒換、物理層的加解密等特點(diǎn)也使得其相較于傳統(tǒng)通信技術(shù)而言，具有更大的優(yōu)勢。
4 數(shù)字測試儀的組成及功能
基于 EPON 網(wǎng)絡(luò)的智能變電站數(shù)字繼電保護(hù)測試儀的主要組成部分包括中央處理單元以及分別與其連接的對時(shí)單元、EPON 輸出 / 輸入單元等三個(gè)部分。其連接框圖如圖 2 所示。
1）中央處理單元，包括 ADSP、FPGA 兩個(gè)子處理模塊。其中 ADSP 子模塊包括 BF518處理器，是作為主控 CPU，用于與工控機(jī)的通訊和 EPON 無 源 光 數(shù) 字 部 分 輸 入 輸 出； 而FPGA 子模塊包括 XC3S500E，用于與 CPU 同步及通訊、對時(shí)；中央處理單元將控制與通訊分開處理實(shí)時(shí)性可達(dá) 30 ns。
2）對時(shí)單元，包括 GPS 模塊、IRIG-B 碼對時(shí)模塊和 IEEE1588 對時(shí)模塊。GPS 模塊和IEEE1588 對時(shí)模塊分別與 ADSP 子模塊中的BF518 處理器連接；GPS 模塊、IRIG-B 碼對時(shí)模塊和 IEEE1588 對時(shí)模塊均與 FPGA 子模塊連接。該單元主要用于矯正測試儀器的**時(shí)刻，完成同步的時(shí)間測試，保證在**的相同時(shí)間完成測試。
3）光輸出 / 輸 入 單 元， 包 括 FTLF1217P2xTL 模塊，用于以太網(wǎng)電信號產(chǎn)生 EPON 無源光模塊輸出的以太網(wǎng) EPON 無源光信息。該單元提供針對 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的 9-1、9-2、9-1 擴(kuò)展和 GOOSE 信息，完整解析保護(hù)模型文件，實(shí)現(xiàn)電流電壓通道選擇、比例系數(shù)、ASDU數(shù)目、采樣率、GOOSE 信息的配置，可靈活方便地與不同型號保護(hù)接口。
5 新型數(shù)字測試儀流程及連接方式
該新型數(shù)字測試儀在使用時(shí)，對時(shí)模塊矯正測試儀器的**時(shí)刻并完成同步的時(shí)間測試，中央處理單進(jìn)行解析、處理；EPON 無源光輸出 / 輸入單元用于以太網(wǎng)電信號產(chǎn)生 EPON 光模塊輸出的以太網(wǎng)無源光信息，中央處理單元再進(jìn)行處理、判斷。測試裝置的各單元連接關(guān)系如圖 3 所示。
EPON 無源光輸出 / 輸入單元與外部單元之間的連接采用 SC 接口，減小了接口面積，可以縮小到普通接口面積的 1/3。中央處理單元與EPON 無源光網(wǎng)絡(luò)單元之間通過 MII 數(shù)據(jù)總線連接。GPS 模塊通過串口通訊與 BF518 連接。IEEE1588 對時(shí)模塊通過以太網(wǎng)與 BF518 連接，BF518 獲取時(shí)間信息。
6 結(jié)束語
通過梳理目前智能變電站繼電保護(hù)數(shù)字測試儀的使用現(xiàn)狀，針對其一些痛點(diǎn)問題，提出了一種基于 EPON 網(wǎng)絡(luò)的智能變電站繼電保護(hù)測試技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款新型繼電保護(hù)數(shù)字測試儀器，并對其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行了詳細(xì)說明，從而有效地解決了目前變電站繼電保護(hù)測試不能實(shí)現(xiàn)各單元間地通信一致性、自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)以及手工作業(yè)量過大導(dǎo)致效率低下等問題。一方面實(shí)現(xiàn)了智能變電站繼電保護(hù)測試的智能化管理，另一方面也改變了變電站的傳統(tǒng)通信現(xiàn)狀，極大地提高了智能變電站的通信能力，減少了變電站的建設(shè)成本。
由于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的復(fù)雜性和繁瑣性，在實(shí)際的繼電保護(hù)測試過程中，仍會(huì)碰到各種其他問題，比如采用 EPON 網(wǎng)絡(luò)所造成的安全性、實(shí)時(shí)性以及可靠性的問題，可能隨著測試設(shè)備的精度提高而需要繼續(xù)加以優(yōu)化與提升。
