随着基于IEC 61850的数字化变电站的推广,多功能智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)逐渐取代传统的微机保护、测控等装置。与传统的微机保护装置相比,除了保护功能外,多功能IED还可能集成以下非保护功能,如测量、控制、监视、录波、事件记录等,实现了多功能的集成。传统微机保护装置的硬件结构都包含数据采集系统和开关量输入/输出系统。数据采集系统把从TA/TV二次侧获得的模拟量转化为数字量采样值,并通过保护装置内的数据总线传递给数据处理单元。数据处理单元运行各种保护算法,根据所输入的各种采样值或计算值产生保护动作、开关动作、闭锁信号等开出信号。
基于IEC 61850的数字化变电站逻辑上把变电站分为三层设备和两层网络(站控层网络和过程层网络),如图29所示。在数字化变电站的发展过程中,还会有一种中间过渡状态,即仅实现站控层网络,而没有过程层网络。对于这种过渡状态,多功能IED与传统微机保护装置在硬件结构上没有太大区别,模拟量采样值和开入/开出量仍然采用二次电缆传输,IED内仍然有模拟量输入模块和开入/开出模块,只是在站控层用以太网代替各种工业现场总线,并采用IEC 6185081(映射为MMS报文)作为站控层通信协议。
图29 数字化变电站结构
在数字化变电站发展到成熟阶段后,即过程层也实现网络化后,会对传统微机保护装置的硬件结构产生重大影响。过程层网络用以太网代替二次电缆实现模拟量采样值和开入/开出量的传输,采用IEC 6185092通信协议。这时,传统微机保护装置中的模拟量输入模块和开入/开出模块下放到过程层设备实现,分别用TA/TV合并单元(Merging Unit,MU)和智能开关单元(Input/Output Unit,IOU)实现,如图210所示。TA/TV合并单元直接以SMV报文形式向间隔层保护IED输出模拟量采样值的数字量,智能开关单元以GOOSE报文形式与间隔层保护IED交换开入/开出量。间隔层的保护IED设备仅需配置传统微机保护装置中的数据处理单元硬件模块,如图210所示。但要注意,在实现过程层网络中,数字信号的时钟精确同步是个关键的问题。(www.xing528.com)
图210 微机保护装置硬件结构
合并单元与间隔层IED设备之间的互操作由IEC 61850标准的相关文档保证,并由专门的第三方机构进行互操作测试。合并单元与间隔层IED设备之间的采样值传输有两种模式。对于保护应用来说,合并单元每周波发送80个报文,每个以太网报文包含一组电压、电流采样,即每周波发送80个采样值。对于电能质量监视和录波的应用来说,这种采样率难以满足应用需求,这时一般采用每周波256个采样值的传输模式。这种传输模式每周波发送32个报文,每个报文包含8组采样值。
采样值的信息交换基于订阅/发布机制。发布者在发送侧把采样值写入本地缓存,而订阅者在接受侧从本地缓存中读取采样值。采样值都附带了时间戳,这样订阅者可以检查采样值的时序,把它们按照时间顺序整理后用于进一步的分析。装置内的通信模块负责更新订阅者的本地缓存。
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