變電站自動化系統在我國應用發展十多年來，為保障電網安全經濟運行發揮了重要作用。但目前也多少存在著二次接線復雜，自動化功能獨立、堆砌，缺少集成應用和協同操作，數據缺乏有效利用等問題。這些問題大多是由變電站整體數字化水平不高、缺乏能夠完備實現信息標準化和設備之間互操作的變電站通信標準造成的。 電力工業發展和市場化改革的深入對供電質量和電網安全經濟運行的要求不斷提高，作為輸配電系統的信息源和執行終端，變電站數字化、信息化的要求越發迫切，數字化變電站成為變電站自動化系統的發展方向。電子式電流/電壓互感器、智能開關等智能化一次設備的誕生使建設數字化變電站成為可能，高速、可靠和開放的通信網絡以及完備的通信系統標準是數字化變電站實現的保障，特別是最新頒布的變電站通信網絡與系統的國際標準-IEC 61850為建設數字化變電站提供了全面規范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的數字化變電站通信網絡為研究對象，結合新架構的全網絡化數字保護平臺與試驗系統研制的具體實踐，展開專門研究，主要內容包括： ◇ IEC 61850的理論分析①揭示了IEC 61850與數字化變電站的內在關聯。 ②總結了IEC 61850的內涵，通過分析說明IEC 61850不再是簡單的通信協議，更多意味的是變電站自動化系統的功能建模方法。 ③歸納了IEC 61850的主要技術特征，包括功能分層的變電站、面向對象的信息模型、功能與通信的解耦、變電站配置語言和面向對象的數據自描述等。 ④從“類”的角度入手分析了IEC 61850信息模型，指出信息模型具備了類的共性和特性。以合并單元為例，對信息模型的屬性和服務進行了具體分析。 ◇ IEC 61850的應用研究①從系統和設備兩個層面總結了實踐IEC 61850的一般步驟。 ②分析了采樣值傳輸(SVC)和通用變電站事件(GSE)2類重要的通信服務。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE，時間及時間同步等通信模型的特殊通信服務映射。 ④討論了信息模型實體的構建方法，即如何讓設備的實際功能、運行機制和數據能夠準確和完備的實現設備對應信息模型的所有細節。IEC 61850沒有對實現標準的具體方法作出規定，這給各廠商在技術實現上留出了足夠的自由發揮空間。但同時我們注意到若僅在“形態”層面上實踐IEC 61850，而不顧及IEC 61850的內涵和應用價值，則可能無法實現IEC 61850的預定目標或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考慮，在提出3種可能的構建方案的基礎上，經過分析從中選擇出作者認為最優的方案，并給出了示例。 ◇基于IEC 61850的數字化變電站通信網絡(CNDS)的研究①在分析以太網介質訪問控制方法的基礎上，針對標準以太網存在延時不確定的問題，總結了提高以太網實時性能的主要措施，并從中選擇出適用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征，特別是與同樣基于以太網的一般局域網的區別，針對CNDS在網絡可靠性和安全性等方面的特殊要求，提出了應對措施和解決方案。 ③提出了過程子網和全站惟一網絡2種組網方案。通過分析各自的特點與實現難度，指出過程子網目前較易實現，而全站惟一網絡將憑借信息高度共享等優勢成為CNDS的最終形態。闡述了VLAN、由交換機實現網絡冗余等組網技術在SAS中的應用方法及IED自身通信冗余的實現方法。 ④歸納了CNDS數據流的類型和到達時間規律：建立了簡單數據流模型為表征數據流、研究數據流業務特征和分析CNDS性能提供了有用工具；分析了TcP協議及其運行機制，提出了TcP應用于CNDS的優化方法。 ⑤利用OPNET網絡仿真技術，建立了EMAC和TCP/IP仿真節點模型，對以太網、TCP和交換式以太網的基本特征等進行了仿真研究；依據CNDS實際承載的功能，建立了過程子網和站級網絡的動態仿真模型，圍繞網絡延時和端到端延時等網絡性能指標，對不同組網方式和應用功能下的網絡性能進行了考察，得出了具有普遍適用性的結論和建議，為分析解決此類問題提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全網絡化數字保護平臺與試驗系統的設計與實現①闡述了一種新架構的、能夠無縫接入CNDS并具有多種運行方式的全網絡化數字保護平臺與試驗系統的軟硬設計和實現方法。提出了適用于數字保護的RTOS多任務劃分方法。 ②以饋線保護測控裝置為例，建立了平臺的IEC 61850信息模型。以此為基礎，在平臺內部實現了利用SMV和GOOSE報文傳輸采樣值和開入/開出信息，即實現了遵循IEC 61850的過程層通信，為平臺接入IEC 61850系統和數字化變電站做好了準備。 ③進行了保護測量功能和過程層通信試驗，驗證了平臺的可用性和過程層通信的可靠性，為類似設計方法在間隔層IED上的應用提供了可信依據。
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