一種基於EPON的變電站站域保護系統及方法與流程
2023-09-21 11:53:00 2
本發明屬於無源光網絡技術領域。
背景技術：
傳統變電站保護按間隔配置，對於典型的35kV變電站，通常配置35kV出線保護、10kV出線保護、變壓器差動保護、後備保護和非電量保護、電容器保護等等，一般不配母差保護，母線故障通常由變壓器後備保護動作切除。上述配置節省了一套母差保護，缺點是母線故障不能快速切除故障。另一方面，若主變過載需聯切線路負荷，常規保護需增加變壓器保護出口，並連接到相應線路的斷路器跳閘迴路，將大大增加變壓器保護裝置硬體複雜度和站內二次迴路接線工作量。
隨著數位化變電站的逐步推廣，通信技術的長足發展和計算機處理能力的快速提高，基於光纖乙太網的站域保護應運而生。中國電力科學院於2013年牽頭完成了《Q/GDW 11053—2013站域保護控制系統檢驗規範》。該規範規定站域保護控制系統為「由一臺或若干臺裝置構成，基於智能變電站網絡數據共享，綜合利用站內多間隔線路、元件的電氣量、開關量信息，採用網採網跳方式實現安全自動控制功能及站內保護冗餘、優化、補充的系統」，並規定了「站域保護控制系統應用時根據需要選配以下保護控制功能：a)冗餘保護功能：包括含重合閘功能的線路後備距離保護、線路後備零序方向過流保護及母聯分段過流保護，作為單套配置保護的冗餘保護功能；b)優化後備保護功能：包括110kV失靈保護、基於GOOSE信息的低壓簡易母線保護及加速主變低壓側過流保護；c)安全自動控制功能：包括低周減載、低壓減載、主變過負荷聯切及站域備自投功能。」。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於EPON的變電站站域保護系統及方法，解決了變電站內各間隔對應保護終端的同步採樣問題。
為實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
一種基於EPON的變電站站域保護系統，包括變電站站域保護主機和無源光網絡，所有變電站間隔所對應的保護採集終端均通過無源光網絡和變電站站域保護主機相連；
無源光網絡包括OLT光線路終端、數個ONU光網絡單元、數個分光器和單模光纖，所有ONU光網絡單元均通過單模光纖連接一個分光器，所有分光器均通過單模光纖連接OLT光線路終端，OLT光線路終端連接變電站站域保護主機，每一個所述保護採集終端均連接一個ONU光網絡單元。
所述OLT光線路終端設於變電站站域保護主機內。
所述ONU光網絡單元設於保護採集終端內。
所述保護採集終端的型號為智能採集控制終端APCU-1000。
與所述的一種基於EPON的變電站站域保護系統配套的保護方法，包括如下步驟：
步驟1：設定IEC61850協議中設有SMV報文、GOOSE報文和MMS報文；對所有ONU光網絡單元進行編號，設定每一個輪詢周期Tdba均包括高帶寬授權窗口G和低帶寬授權窗口Gs，高帶寬授權窗口G根據ONU光網絡單元的編號依次劃分為數個高優先授權窗口，每一個ONU光網絡單元對應一個高優先授權窗口，低帶寬授權窗口Gs根據ONU光網絡單元的編號依次劃分為數個低優先授權窗口，每一個ONU光網絡單元對應一個低優先授權窗口；設定第N輪詢周期Tdba為任意一個輪詢周期Tdba，第N+1輪詢周期Tdba為緊接著第N輪詢周期Tdba之後的一個輪詢周期Tdba；
步驟2：在每個輪詢周期Tdba內，OLT光線路終端給每一個ONU光網絡單元下發兩次GATE授權：第一次下發的GATE授權包括最高優先級業務的帶寬授權，所述最高優先級業務為SMV報文；第二次下發的GATE授權包括中優先級業務和低優先級業務的帶寬授權，所述中優先級業務為GOOSE報文，所述低優先級業務為MMS報文；
步驟3：在第N輪詢周期Tdba內，任意一個ONU光網絡單元在對應的高優先授權窗口內，首先上傳SMV報文，並在上傳SMV報文之後緊接著上傳一個REPORT報文，OLT光線路終端收到該ONU光網絡單元上傳的REPORT報文後，首先對SMV報文帶寬申請立即進行分配，並下發一個授權報文至該ONU光網絡單元；
步驟4：在第N輪詢周期Tdba內，OLT光線路終端收到所有ONU光網絡單元上傳的REPORT報文後，統計所有ONU光網絡單元的中優先級業務和低優先級帶寬申請，統籌分配帶寬，並將中優先級業務和低優先級業務分配的帶寬信息的下發時間安排在第N+1輪詢周期Tdba內的低帶寬授權窗口Gs內；
步驟5：在第N+1輪詢周期Tdba內的每一個低優先授權窗口內，OLT光線路終端將中優先級業務和低優先級業務分配的帶寬信息下發給該低優先授權窗口對應的ONU光網絡單元。
所述OLT光線路終端按SMV報文、GOOSE報文和MMS報文的三種優先級依次完成對三種類型業務的帶寬分配：高優先級SMV報文業務帶寬單獨用一個GATE授權報文下發；中優先級GOOSE報文和低優先級MMS報文業務帶寬合併到一個GATE授權中進行下發。
本發明所述的一種基於EPON的變電站站域保護系統及方法，解決了變電站內各間隔對應保護終端的同步採樣問題；本發明各終端實現就地保護和站域保護主機實現跨間隔保護相結合，既簡化了站內保護通信網絡，又提高了整站保護可靠性、快速性、靈敏性和快速性；本發明解決了IEC61850協議中SMV、GOOSE和MMS報文對於通信快速性、可靠性的協調問題。
附圖說明
圖1是本發明的電氣圖；
圖2是本發明的時序流程圖；
圖中：保護採集終端1、變電站站域保護主機2、分光器3、單模光纖4。
具體實施方式
實施例一：
如圖1所示的一種基於EPON的變電站站域保護系統，包括變電站站域保護主機2和無源光網絡，所有變電站間隔所對應的保護採集終端1均通過無源光網絡和變電站站域保護主機2相連；
無源光網絡包括OLT光線路終端、數個ONU光網絡單元、數個分光器3和單模光纖4，所有ONU光網絡單元均通過單模光纖4連接一個分光器3，所有分光器3均通過單模光纖4連接OLT光線路終端，OLT光線路終端連接變電站站域保護主機2，每一個所述保護採集終端1均連接一個ONU光網絡單元。
所述OLT光線路終端設於變電站站域保護主機2內。
所述ONU光網絡單元設於保護採集終端1內。
所述保護採集終端1的型號為智能採集控制終端APCU-1000。
所述變電站間隔包括變電站設計及建設中，將按照進線、主變高壓、主變低壓、主變、低壓出線等部分分別組合而成，每部分稱為一個間隔。
本發明所有保護採集終端均實現就地保護和站域保護主機實現跨間隔保護相結合。就地保護功能包括不依賴於通道的線路保護、變壓器高低壓後備保護和電容器保護功能。主機實現全站跨間隔保護包括母差保護、主變差動和備自投。
實施例二：
與實施例一所述的一種基於EPON的變電站站域保護系統配套的保護方法是在實施例一所述的一種基於EPON的變電站站域保護系統的基礎上實現的，包括如下步驟：
步驟1：設定IEC61850協議中設有SMV報文、GOOSE報文和MMS報文，SMV報文具有高優先級，GOOSE報文具有中優先級，MMS報文具有低優先級；對所有ONU光網絡單元進行編號，設定每一個輪詢周期Tdba均包括高帶寬授權窗口G和低帶寬授權窗口Gs，高帶寬授權窗口G根據ONU光網絡單元的編號依次劃分為數個高優先授權窗口，每一個ONU光網絡單元對應一個高優先授權窗口，低帶寬授權窗口Gs根據ONU光網絡單元的編號依次劃分為數個低優先授權窗口，每一個ONU光網絡單元對應一個低優先授權窗口；設定第N輪詢周期Tdba為任意一個輪詢周期Tdba，第N+1輪詢周期Tdba為緊接著第N輪詢周期Tdba之後的一個輪詢周期Tdba，如圖2所示，圖2為一種基於EPON的變電站站域保護系統中擁有兩個ONU光網絡單元的實施例，設定第一個ONU光網絡單元為ONU1光網絡單元，第二個ONU光網絡單元為ONU2光網絡單元；設定G1窗口為在第N+1輪詢周期Tdba內ONU1光網絡單元對應的高優先授權窗口，Gs1為在第N+1輪詢周期Tdba內ONU1光網絡單元對應的低優先授權窗口；設定G2窗口為在第N+1輪詢周期Tdba內ONU2光網絡單元對應的高優先授權窗口，Gs2為在第N+1輪詢周期Tdba內ONU2光網絡單元對應的低優先授權窗口；
圖2中，Tup表示高帶寬授權窗口G，Tdown表示低帶寬授權窗口Gs，輪詢周期Tdba＝Tup+Tdown；在一種基於EPON的變電站站域保護系統初始化時，Tup＝Tdba÷2；R1表示ONU1光網絡單元上傳的REPORT報文，R2表示ONU2光網絡單元上傳的REPORT報文；SV1表示ONU1光網絡單元上傳的SMV報文，SV2表示ONU2光網絡單元上傳的SMV報文；GOOSE1表示ONU1光網絡單元上傳的GOOSE報文，GOOSE2表示ONU2光網絡單元上傳的GOOSE報文，MMS1表示ONU1光網絡單元上傳的MMS報文，MMS2表示ONU2光網絡單元上傳的MMS報文；
步驟2：在每個輪詢周期Tdba內，OLT光線路終端給每一個ONU光網絡單元下發兩次GATE授權：第一次下發的GATE授權包括最高優先級業務的帶寬授權，所述最高優先級業務為SMV報文；第二次下發的GATE授權包括中優先級業務和低優先級業務的帶寬授權，所述中優先級業務為GOOSE報文，所述低優先級業務為MMS報文；
步驟3：在第N輪詢周期Tdba內，任意一個ONU光網絡單元在對應的高優先授權窗口內，首先上傳SMV報文，並在上傳SMV報文之後緊接著上傳一個REPORT報文，OLT光線路終端收到該ONU光網絡單元上傳的REPORT報文後，首先對SMV報文帶寬申請立即進行分配，並下發一個授權報文至該ONU光網絡單元；
如圖2所示，在第N輪詢周期Tdba內，ONU1光網絡單元首先上傳SMV報文，並在上傳SMV報文之後緊接著上傳一個REPORT報文，OLT光線路終端收到ONU1光網絡單元上傳的REPORT報文後，首先對SMV報文帶寬申請立即進行分配，並下發一個授權報文G1至ONU1光網絡單元；
在第N輪詢周期Tdba內，ONU2光網絡單元首先上傳SMV報文，並在上傳SMV報文之後緊接著上傳一個REPORT報文，OLT光線路終端收到ONU2光網絡單元上傳的REPORT報文後，首先對SMV報文帶寬申請立即進行分配，並下發一個授權報文G2至ONU2光網絡單元；
在第N輪詢周期Tdba內，OLT光線路終端將中優先級業務和低優先級業務分配的帶寬授權報文Gs1下發給該低優先授權窗口對應的ONU1光網絡單元；
在第N輪詢周期Tdba內，OLT光線路終端將中優先級業務和低優先級業務分配的帶寬授權報文Gs2下發給該低優先授權窗口對應的ONU2光網絡單元；
步驟4：在第N輪詢周期Tdba內，OLT光線路終端收到所有ONU光網絡單元上傳的REPORT報文後，統計所有ONU光網絡單元的中優先級業務和低優先級帶寬申請，統籌分配帶寬，並將中優先級業務和低優先級業務分配的帶寬信息的下發時間安排在第N+1輪詢周期Tdba內的低帶寬授權窗口Gs內；
步驟5：在第N+1輪詢周期Tdba內的每一個低優先授權窗口內，OLT光線路終端將中優先級業務和低優先級業務分配的帶寬信息下發給該低優先授權窗口對應的ONU光網絡單元。
如圖2所示，在第N+1輪詢周期Tdba內，ONU1光網絡單元首先上傳SMV報文，並在上傳SMV報文之後緊接著上傳一個REPORT報文，OLT光線路終端收到ONU1光網絡單元上傳的REPORT報文後，首先對SMV報文帶寬申請立即進行分配，並下發一個授權報文G'1至ONU1光網絡單元；
在第N+1輪詢周期Tdba內，ONU2光網絡單元首先上傳SMV報文，並在上傳SMV報文之後緊接著上傳一個REPORT報文，OLT光線路終端收到ONU2光網絡單元上傳的REPORT報文後，首先對SMV報文帶寬申請立即進行分配，並下發一個授權報文G'2至ONU2光網絡單元；
在第N+1輪詢周期Tdba內，OLT光線路終端將中優先級業務和低優先級業務分配的帶寬授權報文Gs'1下發給該低優先授權窗口對應的ONU1光網絡單元；
在第N+1輪詢周期Tdba內，OLT光線路終端將中優先級業務和低優先級業務分配的帶寬授權報文Gs'2下發給該低優先授權窗口對應的ONU2光網絡單元；
所述OLT光線路終端按SMV報文、GOOSE報文和MMS報文的三種優先級依次完成對三種類型業務的帶寬分配：高優先級SMV報文業務帶寬單獨用一個GATE授權報文下發；中優先級GOOSE報文和低優先級MMS報文業務帶寬合併到一個GATE授權中進行下發。
本發明所述的一種基於EPON的變電站站域保護系統及方法，解決了變電站內各間隔對應保護終端的同步採樣問題；本發明各終端實現就地保護和站域保護主機實現跨間隔保護相結合，既簡化了站內保護通信網絡，又提高了整站保護可靠性、快速性、靈敏性和快速性；本發明解決了IEC61850協議中SMV、GOOSE和MMS報文對於通信快速性、可靠性的協調問題。