一种基于EPON的变电站站域保护系统及方法与流程

本发明属于无源光网络技术领域。

背景技术：

传统变电站保护按间隔配置，对于典型的35kV变电站，通常配置35kV出线保护、10kV出线保护、变压器差动保护、后备保护和非电量保护、电容器保护等等，一般不配母差保护，母线故障通常由变压器后备保护动作切除。上述配置节省了一套母差保护，缺点是母线故障不能快速切除故障。另一方面，若主变过载需联切线路负荷，常规保护需增加变压器保护出口，并连接到相应线路的断路器跳闸回路，将大大增加变压器保护装置硬件复杂度和站内二次回路接线工作量。

随着数字化变电站的逐步推广，通信技术的长足发展和计算机处理能力的快速提高，基于光纤以太网的站域保护应运而生。中国电力科学院于2013年牵头完成了《Q/GDW 11053—2013站域保护控制系统检验规范》。该规范规定站域保护控制系统为“由一台或若干台装置构成，基于智能变电站网络数据共享，综合利用站内多间隔线路、元件的电气量、开关量信息，采用网采网跳方式实现安全自动控制功能及站内保护冗余、优化、补充的系统”，并规定了“站域保护控制系统应用时根据需要选配以下保护控制功能：a)冗余保护功能：包括含重合闸功能的线路后备距离保护、线路后备零序方向过流保护及母联分段过流保护，作为单套配置保护的冗余保护功能；b)优化后备保护功能：包括110kV失灵保护、基于GOOSE信息的低压简易母线保护及加速主变低压侧过流保护；c)安全自动控制功能：包括低周减载、低压减载、主变过负荷联切及站域备自投功能。”。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于EPON的变电站站域保护系统及方法，解决了变电站内各间隔对应保护终端的同步采样问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于EPON的变电站站域保护系统，包括变电站站域保护主机和无源光网络，所有变电站间隔所对应的保护采集终端均通过无源光网络和变电站站域保护主机相连；

无源光网络包括OLT光线路终端、数个ONU光网络单元、数个分光器和单模光纤，所有ONU光网络单元均通过单模光纤连接一个分光器，所有分光器均通过单模光纤连接OLT光线路终端，OLT光线路终端连接变电站站域保护主机，每一个所述保护采集终端均连接一个ONU光网络单元。

所述OLT光线路终端设于变电站站域保护主机内。

所述ONU光网络单元设于保护采集终端内。

所述保护采集终端的型号为智能采集控制终端APCU-1000。

与所述的一种基于EPON的变电站站域保护系统配套的保护方法，包括如下步骤：

步骤1：设定IEC61850协议中设有SMV报文、GOOSE报文和MMS报文；对所有ONU光网络单元进行编号，设定每一个轮询周期Tdba均包括高带宽授权窗口G和低带宽授权窗口Gs，高带宽授权窗口G根据ONU光网络单元的编号依次划分为数个高优先授权窗口，每一个ONU光网络单元对应一个高优先授权窗口，低带宽授权窗口Gs根据ONU光网络单元的编号依次划分为数个低优先授权窗口，每一个ONU光网络单元对应一个低优先授权窗口；设定第N轮询周期Tdba为任意一个轮询周期Tdba，第N+1轮询周期Tdba为紧接着第N轮询周期Tdba之后的一个轮询周期Tdba；

步骤2：在每个轮询周期Tdba内，OLT光线路终端给每一个ONU光网络单元下发两次GATE授权：第一次下发的GATE授权包括最高优先级业务的带宽授权，所述最高优先级业务为SMV报文；第二次下发的GATE授权包括中优先级业务和低优先级业务的带宽授权，所述中优先级业务为GOOSE报文，所述低优先级业务为MMS报文；

步骤3：在第N轮询周期Tdba内，任意一个ONU光网络单元在对应的高优先授权窗口内，首先上传SMV报文，并在上传SMV报文之后紧接着上传一个REPORT报文，OLT光线路终端收到该ONU光网络单元上传的REPORT报文后，首先对SMV报文带宽申请立即进行分配，并下发一个授权报文至该ONU光网络单元；

步骤4：在第N轮询周期Tdba内，OLT光线路终端收到所有ONU光网络单元上传的REPORT报文后，统计所有ONU光网络单元的中优先级业务和低优先级带宽申请，统筹分配带宽，并将中优先级业务和低优先级业务分配的带宽信息的下发时间安排在第N+1轮询周期Tdba内的低带宽授权窗口Gs内；

步骤5：在第N+1轮询周期Tdba内的每一个低优先授权窗口内，OLT光线路终端将中优先级业务和低优先级业务分配的带宽信息下发给该低优先授权窗口对应的ONU光网络单元。

所述OLT光线路终端按SMV报文、GOOSE报文和MMS报文的三种优先级依次完成对三种类型业务的带宽分配：高优先级SMV报文业务带宽单独用一个GATE授权报文下发；中优先级GOOSE报文和低优先级MMS报文业务带宽合并到一个GATE授权中进行下发。

本发明所述的一种基于EPON的变电站站域保护系统及方法，解决了变电站内各间隔对应保护终端的同步采样问题；本发明各终端实现就地保护和站域保护主机实现跨间隔保护相结合，既简化了站内保护通信网络，又提高了整站保护可靠性、快速性、灵敏性和快速性；本发明解决了IEC61850协议中SMV、GOOSE和MMS报文对于通信快速性、可靠性的协调问题。

附图说明

图1是本发明的电气图；

图2是本发明的时序流程图；

图中：保护采集终端1、变电站站域保护主机2、分光器3、单模光纤4。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示的一种基于EPON的变电站站域保护系统，包括变电站站域保护主机2和无源光网络，所有变电站间隔所对应的保护采集终端1均通过无源光网络和变电站站域保护主机2相连；

无源光网络包括OLT光线路终端、数个ONU光网络单元、数个分光器3和单模光纤4，所有ONU光网络单元均通过单模光纤4连接一个分光器3，所有分光器3均通过单模光纤4连接OLT光线路终端，OLT光线路终端连接变电站站域保护主机2，每一个所述保护采集终端1均连接一个ONU光网络单元。

所述OLT光线路终端设于变电站站域保护主机2内。

所述ONU光网络单元设于保护采集终端1内。

所述保护采集终端1的型号为智能采集控制终端APCU-1000。

所述变电站间隔包括变电站设计及建设中，将按照进线、主变高压、主变低压、主变、低压出线等部分分别组合而成，每部分称为一个间隔。

本发明所有保护采集终端均实现就地保护和站域保护主机实现跨间隔保护相结合。就地保护功能包括不依赖于通道的线路保护、变压器高低压后备保护和电容器保护功能。主机实现全站跨间隔保护包括母差保护、主变差动和备自投。

实施例二：

与实施例一所述的一种基于EPON的变电站站域保护系统配套的保护方法是在实施例一所述的一种基于EPON的变电站站域保护系统的基础上实现的，包括如下步骤：

步骤1：设定IEC61850协议中设有SMV报文、GOOSE报文和MMS报文，SMV报文具有高优先级，GOOSE报文具有中优先级，MMS报文具有低优先级；对所有ONU光网络单元进行编号，设定每一个轮询周期Tdba均包括高带宽授权窗口G和低带宽授权窗口Gs，高带宽授权窗口G根据ONU光网络单元的编号依次划分为数个高优先授权窗口，每一个ONU光网络单元对应一个高优先授权窗口，低带宽授权窗口Gs根据ONU光网络单元的编号依次划分为数个低优先授权窗口，每一个ONU光网络单元对应一个低优先授权窗口；设定第N轮询周期Tdba为任意一个轮询周期Tdba，第N+1轮询周期Tdba为紧接着第N轮询周期Tdba之后的一个轮询周期Tdba，如图2所示，图2为一种基于EPON的变电站站域保护系统中拥有两个ONU光网络单元的实施例，设定第一个ONU光网络单元为ONU1光网络单元，第二个ONU光网络单元为ONU2光网络单元；设定G1窗口为在第N+1轮询周期Tdba内ONU1光网络单元对应的高优先授权窗口，Gs1为在第N+1轮询周期Tdba内ONU1光网络单元对应的低优先授权窗口；设定G2窗口为在第N+1轮询周期Tdba内ONU2光网络单元对应的高优先授权窗口，Gs2为在第N+1轮询周期Tdba内ONU2光网络单元对应的低优先授权窗口；

图2中，Tup表示高带宽授权窗口G，Tdown表示低带宽授权窗口Gs，轮询周期Tdba＝Tup+Tdown；在一种基于EPON的变电站站域保护系统初始化时，Tup＝Tdba÷2；R1表示ONU1光网络单元上传的REPORT报文，R2表示ONU2光网络单元上传的REPORT报文；SV1表示ONU1光网络单元上传的SMV报文，SV2表示ONU2光网络单元上传的SMV报文；GOOSE1表示ONU1光网络单元上传的GOOSE报文，GOOSE2表示ONU2光网络单元上传的GOOSE报文，MMS1表示ONU1光网络单元上传的MMS报文，MMS2表示ONU2光网络单元上传的MMS报文；

步骤2：在每个轮询周期Tdba内，OLT光线路终端给每一个ONU光网络单元下发两次GATE授权：第一次下发的GATE授权包括最高优先级业务的带宽授权，所述最高优先级业务为SMV报文；第二次下发的GATE授权包括中优先级业务和低优先级业务的带宽授权，所述中优先级业务为GOOSE报文，所述低优先级业务为MMS报文；

步骤3：在第N轮询周期Tdba内，任意一个ONU光网络单元在对应的高优先授权窗口内，首先上传SMV报文，并在上传SMV报文之后紧接着上传一个REPORT报文，OLT光线路终端收到该ONU光网络单元上传的REPORT报文后，首先对SMV报文带宽申请立即进行分配，并下发一个授权报文至该ONU光网络单元；

如图2所示，在第N轮询周期Tdba内，ONU1光网络单元首先上传SMV报文，并在上传SMV报文之后紧接着上传一个REPORT报文，OLT光线路终端收到ONU1光网络单元上传的REPORT报文后，首先对SMV报文带宽申请立即进行分配，并下发一个授权报文G1至ONU1光网络单元；

在第N轮询周期Tdba内，ONU2光网络单元首先上传SMV报文，并在上传SMV报文之后紧接着上传一个REPORT报文，OLT光线路终端收到ONU2光网络单元上传的REPORT报文后，首先对SMV报文带宽申请立即进行分配，并下发一个授权报文G2至ONU2光网络单元；

在第N轮询周期Tdba内，OLT光线路终端将中优先级业务和低优先级业务分配的带宽授权报文Gs1下发给该低优先授权窗口对应的ONU1光网络单元；

在第N轮询周期Tdba内，OLT光线路终端将中优先级业务和低优先级业务分配的带宽授权报文Gs2下发给该低优先授权窗口对应的ONU2光网络单元；

步骤4：在第N轮询周期Tdba内，OLT光线路终端收到所有ONU光网络单元上传的REPORT报文后，统计所有ONU光网络单元的中优先级业务和低优先级带宽申请，统筹分配带宽，并将中优先级业务和低优先级业务分配的带宽信息的下发时间安排在第N+1轮询周期Tdba内的低带宽授权窗口Gs内；

步骤5：在第N+1轮询周期Tdba内的每一个低优先授权窗口内，OLT光线路终端将中优先级业务和低优先级业务分配的带宽信息下发给该低优先授权窗口对应的ONU光网络单元。

如图2所示，在第N+1轮询周期Tdba内，ONU1光网络单元首先上传SMV报文，并在上传SMV报文之后紧接着上传一个REPORT报文，OLT光线路终端收到ONU1光网络单元上传的REPORT报文后，首先对SMV报文带宽申请立即进行分配，并下发一个授权报文G'1至ONU1光网络单元；

在第N+1轮询周期Tdba内，ONU2光网络单元首先上传SMV报文，并在上传SMV报文之后紧接着上传一个REPORT报文，OLT光线路终端收到ONU2光网络单元上传的REPORT报文后，首先对SMV报文带宽申请立即进行分配，并下发一个授权报文G'2至ONU2光网络单元；

在第N+1轮询周期Tdba内，OLT光线路终端将中优先级业务和低优先级业务分配的带宽授权报文Gs'1下发给该低优先授权窗口对应的ONU1光网络单元；

在第N+1轮询周期Tdba内，OLT光线路终端将中优先级业务和低优先级业务分配的带宽授权报文Gs'2下发给该低优先授权窗口对应的ONU2光网络单元；

所述OLT光线路终端按SMV报文、GOOSE报文和MMS报文的三种优先级依次完成对三种类型业务的带宽分配：高优先级SMV报文业务带宽单独用一个GATE授权报文下发；中优先级GOOSE报文和低优先级MMS报文业务带宽合并到一个GATE授权中进行下发。

本发明所述的一种基于EPON的变电站站域保护系统及方法，解决了变电站内各间隔对应保护终端的同步采样问题；本发明各终端实现就地保护和站域保护主机实现跨间隔保护相结合，既简化了站内保护通信网络，又提高了整站保护可靠性、快速性、灵敏性和快速性；本发明解决了IEC61850协议中SMV、GOOSE和MMS报文对于通信快速性、可靠性的协调问题。