基于过程总线的数字化变电站体系结构和关键技术研究

基于过程总线的数字化变电站是未来发展的必然趋势，但目前仍有较多的理论与方法问题有待解决。设计合理的变电站过程层体系结构并结合网络在线监测技术，将为实现基于过程总线的数字化变电站创造条件。尽管体系结构方面已有较多的研究成果，但仍不能完全满足要求，而变电站功能的优化布置和网络冗余技术的进步为体系结构设计增添了新的内容。此外，由于缺乏通信设备信息模型和网络故障诊断方法，网络在线监测技术的研究还很少涉及。本项目将对基于过程总线的数字化变电站的关键问题进行深入研究，内容包括：基于过程总线的数字化变电站体系结构、计及网络冗余协议的数字化变电站体系结构可靠性评估、基于IEC 61850的数字化变电站通信设备信息模型、基于不完整信息的数字化变电站通信网络在线故障诊断方法等。本项目的研究可为基于过程总线的数字化变电站提供理论和技术支撑，并为数字化变电站的进一步推广应用奠定基础，具有重要的理论意义和实用价值。

近年来，数字化变电站技术得到了迅猛发展，并正进一步向以全站信息化、通信平台网络化和信息共享标准化为主要特性，具备多种高级应用功能的智能变电站方向发展。本项目以提高数字化/智能变电站的可靠性为目标，主要从过程层体系结构设计和变电站通信网络在线监测及管理两方面开展相关研究工作。.在过程层体系结构方面：分析了三种典型的变电站二次功能布置方案（功能按间隔布置、母线保护采用分布式、后备保护集中布置），基于并行冗余协议和高可用无缝环两种通信网络冗余技术，提出了计及变电站二次功能优化布置的变电站过程层体系结构。分析了虚拟局域网和网络动态冗余等网络协议对可靠性评估的影响，提出了基于带约束的最小路搜索和基于二元决策图的两种可靠性评估方法。仿真结果表明，两种方法均能计及通信网络协议对可靠性评估的影响，使评估结果更加准确。与带约束的最小路搜索法相比，二元决策图法的计算量随节点数近似呈线性增长，因而可显著减少计算时间。.在变电站通信网络在线监测及管理方面：以变电站通信网络的不同功能为对象，利用功能分解/信息提取、映射管理信息库等方法，建立了基于IEC 61850的数字化/智能变电站通信网络状态监测信息模型，丰富和完善了IEC 61850标准体系。该模型既可应用于变电站通信网络的状态监视，也可应用于交换机等网络设备参数的标准化配置。对现有的变电站配置描述进行了扩展，提出了变电站通信网络的配置描述方法，可以详细地描述变电站通信网络拓扑和交换机等网络设备。该描述方法仅需要对现有的变电站配置描述方法进行较小的扩展，与目前版本的IEC 61850具有较好的兼容性。此外，提出了基于模糊推理脉冲神经膜系统的故障诊断方法和基于径向基函数神经网络和模糊积分融合的故障诊断方法。仿真结果表明，上述两种方法的神经网络训练速度和诊断速度较快，故障容错能力较强，因而可适用于在线应用。.依托本项目的相关研究工作，共发表IEEE等国际期刊论文3篇，国内核心期刊论文4篇，国际会议论文1篇。