徐春霞　葛躍田

【摘 要】IEC61850標準下的數(shù)字變電站是變電站自動化系統(tǒng)的研究方向。文章就數(shù)字化變電站中工程組網(wǎng)發(fā)展趨勢及現(xiàn)有模式、過程層傳輸標準、組網(wǎng)模式等內容，引用現(xiàn)場大量實例進行了對比分析，研究了各種方案的特性和發(fā)展趨勢。該文對于研發(fā)符合IEC618050標準的數(shù)字化變電站及現(xiàn)場工程應用有一定的現(xiàn)實意義。

【關鍵詞】IEC61850；過程層網(wǎng)絡；SMV；GOOSE

數(shù)字化變電站就目前應用來看，2006年以前基本是電子互感器的研制、試驗以及IEC61850規(guī)約的互操作試驗時期，2006年開始有基于IEC61850標準的監(jiān)控系統(tǒng)投入運行，2007年開始有基于電子互感器和智能終端的全數(shù)字化變電站投入運行。目前以110KV電壓等級變電站最多，有部分220KV電壓變電站實現(xiàn)全站數(shù)字化 [1]。

1.工程應用組網(wǎng)發(fā)展趨勢及現(xiàn)有模式

1.1發(fā)展趨勢

如圖1所示，數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)的變電站相比較主要特征是：采用數(shù)字輸出的電子式互感器、智能開關等智能一次設備；二次設備間用通信網(wǎng)絡交換模擬量、開關量和控制命令等信息，取消一、二次設備間的控制電纜，采用光纖網(wǎng)絡通信；根據(jù)IEC61850-7-1標準，過程層和間隔層采用協(xié)議是IEC61850-9-1/2和GOOSE，間隔層裝置和變電站層采用IEC61850-8-1。

1.2 現(xiàn)場組網(wǎng)模式

1）基于變電站層IEC61850的模式

該模式的間隔層智能電子設備IED可被安裝在間隔層設備上或集中組屏。這種模式的推廣是為了解決傳統(tǒng)變電站中智能設備的互聯(lián)互通及信息互操作問題。

2）基于傳統(tǒng)互感器及過程層信息交換模式

該模式在變電站層信息交換采用了IEC61850，也增加了過程層網(wǎng)絡進行該層信息交換。對于每一個間隔，配置了過程層設備合并單元、智能操作箱，將常規(guī)一次設備的信息及操作數(shù)字化，與之相關的間隔層智能電子設備IED則通過光纖以太網(wǎng)與對應間隔的合并單元、智能操作箱相連接。

3）基于變電站層及過程層全信息交換模式

該模式采用電子式互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)互感器。由于光電式互感器的性能優(yōu)勢，這種模式是高壓及超高壓變、特高壓電站的發(fā)展趨勢。過程層、間隔層到變電站層全部數(shù)字化。全站一次設備采用智能控制單元、電子互感器，二次側的間隔層設備采用點對點通信方式與電子互感器合并單元（MU）連接，與智能控制單元全部采用以太網(wǎng)絡進行連接，連接設備為光纜，取代了傳統(tǒng)電纜。

2.過程層組網(wǎng)方案

2.1 過程層組網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的標準

數(shù)字化變電站過程層網(wǎng)絡的出現(xiàn)實現(xiàn)了其高級應用。過程層合并器發(fā)送數(shù)據(jù)格式遵循標準有FT3、IEC61850-9-1、IEC 61850-9-2 [2][3]。 FT3采用光纖串口方式傳輸采樣值，帶寬較低，通道固定，擴展不易。早期的數(shù)字變電站多用此方式；而IEC61850-9-1于2009年由IEC的TC57工作組提議撤銷并執(zhí)行。因此，IEC61850-9-2標準成為采樣數(shù)據(jù)組網(wǎng)的唯一報文格式。由于IEC61850-9-2 配置定義靈活，為便于工程應用，國際上推出了工程定制版的IEC61850-9-2LE，由此形成了事實標準的IEC61850-9-2LE。

2.2 過程層組網(wǎng)模式

1） SMV點對點、GOOSE組網(wǎng)模式

圖2所示的方式SMV采用點對點，通過GOOSE單獨組網(wǎng)的網(wǎng)絡方式跳閘，符合IEC61850標準對GOOSE的使用要求，也符合智能開關設備接收GOOSE網(wǎng)跳閘命令趨勢，可以解決開關量信息共享問題，與跳閘點對點相比，該部分利于節(jié)省光纜，在一定程度上實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡化，具有較高自動化程度。但是此方式實現(xiàn)的SMV點對點傳輸，仍然無法實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)共享，且光纖數(shù)量多、交換機多。

2）SMV、GOOSE獨立組網(wǎng)模式

圖3所示的方式中SMV過程層組網(wǎng)能夠實現(xiàn)全站數(shù)據(jù)的共享，跳閘GOOSE組網(wǎng)也能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡跳閘，采用IEC 61850-9-2組網(wǎng)模式，體現(xiàn)了IEC 61850功能分布、信息共享的要求，避免點對點方式的光纖數(shù)量多、施工繁瑣、維護麻煩的缺點；維持了保護雙重化原則進行，實現(xiàn)了繼電保護采集、跳閘回路的完全獨立，即從互感器線圈一直到開關跳圈都是雙重化配置，不存在任何交叉。但此方式的網(wǎng)絡結構復雜，所需交換機數(shù)量較大，采用此方式的變電站投資都相當大。目前數(shù)字化變電站有較多此類工程實例，例如唐山郭家屯220KV數(shù)字化變電站。

3） 基于IEC61850-9-2的SWV與GOOSE共網(wǎng)模式

隨著網(wǎng)絡技術，智能設備的發(fā)展，SMV、GOOSE共網(wǎng)的過程層網(wǎng)絡是組網(wǎng)方式發(fā)展趨勢。如圖4所示，首先，GOOSE報文采用具有信息優(yōu)先級的交換式以太網(wǎng)技術，以發(fā)布者/訂閱者模式進行通信，有完善的超時重傳機制，GOOSE流量和占用的網(wǎng)絡帶寬也較小，基本不影響采樣值傳輸；其次，過程層傳輸?shù)男畔⒊薙MV和GOOSE信息外，還有少量輔助信息，如對時信息PTP1588等，這些信息采用獨立的物理通道后，技術實現(xiàn)和運行維護都不方便。最后，采用共網(wǎng)傳輸能大幅簡化網(wǎng)絡，降低數(shù)字化變電站的建設成本。例如山西及河南電網(wǎng)建設或規(guī)劃中的大多數(shù)數(shù)字化工程都采用此方案。

3.結語

本文引用現(xiàn)場大量實例對數(shù)字化變電站的組網(wǎng)類型、過程層傳輸標準及組網(wǎng)方案，進行了對比分析，研究了發(fā)展的趨勢。文章對于建設IEC618050標準數(shù)字化變電站有一定的借鑒及參考價值。

參考文獻：

[1]數(shù)字化變電站的調研報告http：//wenku.baidu.com/view/a38de9dad15abe23482f4d0a.html，2009年.

[2]IEC61850-9-1 Communication networks and systems in substation ，Part9-1 [S].2001.

[3]IEC61850-9-2 Communication networks and systems in substation ，Part9-2：[S].2004.

作者簡介：

徐春霞（1975-），女，四川廣安人，工學碩士，副教授，主要研究方向為電力系統(tǒng)自動化、IEC61850標準數(shù)字變電站。

葛躍田（1975-），男，江蘇南通人，工學碩士，副教授，主要研究方向為電力系統(tǒng)信息化，智能電網(wǎng)。