本站原创
摘要：本文在分析数字化变电站继电保护系统元件构成基础上，对保护系统的信息流进行了剖析，分析了各类信息流回路可能的拓扑结构，利用二端网络连通率的最小路集算法对信息流进行可靠性计算，并用串并联的模型将继电保护系统中的冗余配置考虑在内，最终建立起了通用的数字化保护系统的可靠性评价模型和方法。最后介绍了可靠性评价模型与方法的软件实现，并采用实际保护方案验证了可靠性评价模型和方法的有效性。
关键词：数字化变电站；继电保护系统；信息流；可靠性；
Abstract: This paper is based on the analysis of system components of digital substation relay protection based on the protection system, information analysis of the topological structure of all kinds of information flow loop is possible. The path connectivity using two terminal network set algorithm for reliability calculation of the information flow, and series parallel model will be redundant configuration in the system of relay protection, consideration, and eventually establish a reliability evaluation model and method of the digital protection system of the general. Finally introduces the model and method of reliability evaluation software, and uses the actual protection scheme to validate the model and methods of reliability evaluation.
Keywords: digital substation; protection system; information flow; reliability;
同步时钟源直接通过传输介质与需要对时的设备相连，一般为星型结构或分级星型结构，图1 所示为星型结构。
图1 脉冲对时和编码对时的对时回路结构图
络对时的方式如图2 所示。它需要借助支持网络对时的交换机以及由其组成的以太网，可以单独组网也可以与SV、GOOSE 等报文共用一个通信网，当采用后者时可以有效的减少交换机和光纤的使用。网络对时的拓扑一般为树状路径，对时信息由同步时钟源出发经过交换机组成的网络到达需要对时的设备，冗余度较高。
图2 网络对时的对时回路结构图
图3 SV 报文信息回路结构图
IEC 60044-7/8 采用FT3 帧格式，不支持以太网组网，只能通过串行口实现点对点传输，传输介质一般为光纤或是电缆，由于是非以太网传输方式，其数据传送的延时是恒定不变的，因而采用此规约的合并单元不需要外部对时，同时也省去了交换机的环节，结构较为简单，然而点对点的传输方式将使传输介质的使用量增加，对可靠性产生影响。
IEC 61850-9-1 是为兼容IEC 60044-7/8 而制定的规约，数据内容与后者相同均为固定格式，通讯方式为逻辑点对点的单向广播方式，所以通常也可以不使用交换机，由合并单元通过专用的线路与保护单元相连。然而由于是以太网的传输方式，其CA/CD 的介质访问控制方法将造成传输延时的不确定，所以要求合并单元对发出的信息附以精确的时标信息，这就要求外部的对时网络对合并单元的时钟进行对时。
IEC 61850-9-2 报文所传送的数据是可以灵活配置组合的，采用以太网络方式，可以使用点对点方式，也可以采用交换机组网，从而减少接口和传输光纤的数量，与9-1 相同，由于以太网传输延时的
如图4 所示。
图4 GOOSE 报文信息回路结构图
与SV 报文相同，GOOSE 可以采用点对点的方式连接，也可以采用组网的方式。前者不需要交换机，但在每个保护单元和智能终端之间都要用专用的光纤连接，后者更符合IEC 61850 的标准和信息共享的原则，但在网络流量过大时会对跳合闸的实时性产生影响，因此一般赋予GOOSE 报文较高的优先级，从而保证其可靠传输。
关键词：数字化变电站；继电保护系统；信息流；可靠性；
Abstract: This paper is based on the analysis of system components of digital substation relay protection based on the protection system, information analysis of the topological structure of all kinds of information flow loop is possible. The path connectivity using two terminal network set algorithm for reliability calculation of the information flow, and series parallel model will be redundant configuration in the system of relay protection, consideration, and eventually establish a reliability evaluation model and method of the digital protection system of the general. Finally introduces the model and method of reliability evaluation software, and uses the actual protection scheme to validate the model and methods of reliability evaluation.
Keywords: digital substation; protection system; information flow; reliability;
1 数字化变电站继电保护系统的组成
信息的数字化和通信的网络化是数字化变电站的特点，因此继电保护系统不同于传统变电站由互感器、保护单元和断路器通过点对点方式连接的简单结构，会有更多的元件加入其中。合并单元用于汇集和合并多个互感器的采样数据并以一定的格式编制成数据帧上传给交换机。智能终端作为断路器等一次设备侧的数字化智能组件，在保护系统中主要用于接收保护单元发来的跳合闸和闭锁信息去控制断路器的动作，以及负责采集断路器的开关位置等信息并上传给保护单元。交换机组成的网络取代了传统的二次电缆，成为合并单元与二次设备之间信息传递的平台，有利于各设备之间信息的共享。由于继电保护对各种事件发生的时间序列有严格的准确性要求，各设备在输出信息时需要附加精准的时标信息，这就需要全站的同步时钟源进行统一对时。2 数字继电保护系统的信息流与拓扑结构
同步对时信息、以SV 报文形式传输的采样信息、以GOOSE 报文形式传输的断路器控制及状态信息是数字化继电保护系统中的三类重要信息。2.1 同步对时信息
同步对时信息回路的起点是同步时钟源，其主要用来接收GPS 或北斗系统的时钟信号，然后以固定的时间间隔向合并单元、保护单元和智能终端等设备发送对时信息。现有的变电站对时方式主要有脉冲对时、编码对时和网络对时三种，其中在过程层最常用的是编码对时中的IRIG-B 码对时和网络对时中的PTP（IEEE 1588）对时。当对时方式不同时，其拓扑结构也会有所变化。脉冲对时和编码对时需要专用的对时网络，由同步时钟源直接通过传输介质与需要对时的设备相连，一般为星型结构或分级星型结构，图1 所示为星型结构。
图1 脉冲对时和编码对时的对时回路结构图
络对时的方式如图2 所示。它需要借助支持网络对时的交换机以及由其组成的以太网，可以单独组网也可以与SV、GOOSE 等报文共用一个通信网，当采用后者时可以有效的减少交换机和光纤的使用。网络对时的拓扑一般为树状路径，对时信息由同步时钟源出发经过交换机组成的网络到达需要对时的设备，冗余度较高。
图2 网络对时的对时回路结构图
2.2 SV 报文信息
SV 报文信息回路起始于互感器，经由合并单元和交换机网络后，最终到达保护单元，如图3 所示，其中交换机网络用虚线表示，是由于采样值传输可采用不同的规约，有些规约只支持点对点传输，不需要交换机网络。目前常用的采样值传输规约有IEC 60044-7/8、IEC 61850-9-1 和IEC 61850-9-2。图3 SV 报文信息回路结构图
IEC 60044-7/8 采用FT3 帧格式，不支持以太网组网，只能通过串行口实现点对点传输，传输介质一般为光纤或是电缆，由于是非以太网传输方式，其数据传送的延时是恒定不变的，因而采用此规约的合并单元不需要外部对时，同时也省去了交换机的环节，结构较为简单，然而点对点的传输方式将使传输介质的使用量增加，对可靠性产生影响。
IEC 61850-9-1 是为兼容IEC 60044-7/8 而制定的规约，数据内容与后者相同均为固定格式，通讯方式为逻辑点对点的单向广播方式，所以通常也可以不使用交换机，由合并单元通过专用的线路与保护单元相连。然而由于是以太网的传输方式，其CA/CD 的介质访问控制方法将造成传输延时的不确定，所以要求合并单元对发出的信息附以精确的时标信息，这就要求外部的对时网络对合并单元的时钟进行对时。
IEC 61850-9-2 报文所传送的数据是可以灵活配置组合的，采用以太网络方式，可以使用点对点方式，也可以采用交换机组网，从而减少接口和传输光纤的数量，与9-1 相同，由于以太网传输延时的
源于：党校毕业论文www.udooo.com
不固定，所以需要同步对时。2.3 GOOSE 报文信息
GOOSE 报文采用发布者/订阅者的方式，实现装置间一点对多点数据的快速传递。在继电保护系统中，GOOSE 报文一般作为跳合闸信号、开关位置信息和闭锁信号等信息的载体，在保护单元和智能终端之间传输，并最终达到控制断路器的目的，如图4 所示。
图4 GOOSE 报文信息回路结构图
与SV 报文相同，GOOSE 可以采用点对点的方式连接，也可以采用组网的方式。前者不需要交换机，但在每个保护单元和智能终端之间都要用专用的光纤连接，后者更符合IEC 61850 的标准和信息共享的原则，但在网络流量过大时会对跳合闸的实时性产生影响，因此一般赋予GOOSE 报文较高的优先级，从而保证其可靠传输。