智能變電站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究

胡毅　李璐

摘 要：相較于常規(guī)變電站，智能站內(nèi)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)接受數(shù)據(jù)量極大，任務(wù)繁多，對(duì)可靠性要求較高。本文對(duì)智能變電站的自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，闡述了智能站“三層兩網(wǎng)”構(gòu)架，分析了自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)，討論了智能變電站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，為自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能變電站;自動(dòng)化系統(tǒng);通信網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.133

相較于常規(guī)變電站，智能站內(nèi)自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)極其重要，接受數(shù)據(jù)量極大，可靠性要求較高[1]，對(duì)智能站的自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能站“三層兩網(wǎng)”骨架

“三層兩網(wǎng)”骨架作為站內(nèi)各種二次信息的傳輸通道，在智能站的自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)中占有核心地位，其可靠性直接決定了站內(nèi)信息的傳輸可靠性[2-3]。

“三網(wǎng)”即是指過程層、間隔層和站控層這三個(gè)物理結(jié)構(gòu)，各層的定義以及其主要作用如下所示： （1）過程層：該層處于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的底層，主要負(fù)責(zé)與一次設(shè)備之間完成數(shù)字化信息的轉(zhuǎn)換與互聯(lián)。該層智能電子設(shè)備（IED）采集一次設(shè)備交流量，完成模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）后轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，傳輸給上層設(shè)備作為分析計(jì)算的依據(jù)。此外，過程層設(shè)備還應(yīng)接受和完成間隔層發(fā)送的各類控制命令。 （2）間隔層：該層處于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的中層，主要是發(fā)揮承上啟下的作用。該層需要完成對(duì)過程層上傳數(shù)字信號(hào)的分析，并將分析結(jié)果傳輸給站控層，而且還需要下發(fā)對(duì)過程層設(shè)備的控制命令。 （3）站控層：該層處于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的頂層，功能為將站內(nèi)信號(hào)和信息發(fā)至遠(yuǎn)方調(diào)度，以供調(diào)度中心可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全站信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，站控層還需要向間隔層下發(fā)各類操作命令。

將各層之間的通信網(wǎng)絡(luò)定義為站控層網(wǎng)絡(luò)與過程層網(wǎng)絡(luò)?！皟删W(wǎng)”即是指這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，各網(wǎng)絡(luò)的定義及其主要作用如下所示： （1）過程層網(wǎng)絡(luò)：該網(wǎng)主要負(fù)責(zé)過程層與間隔層的網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)測(cè)控裝置和過程層各類接口裝置、傳感器以及執(zhí)行元器件間的數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用。 （2）站控層網(wǎng)絡(luò)：該網(wǎng)主要負(fù)責(zé)站控層和間隔層的網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)測(cè)控裝置和站控層IED的數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用，還有間隔層IED間的信息共享。

“三層兩網(wǎng)”的骨架體系中傳輸?shù)恼緝?nèi)信息流主要包含電壓信息、電流信息、各類控制信息、保護(hù)測(cè)量信息等，一個(gè)高可靠性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是保證站內(nèi)信息流傳輸正常的根本。

2 智能站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)硬件結(jié)構(gòu)

過程層設(shè)備主要負(fù)責(zé)與一次設(shè)備之間完成數(shù)字化信息的轉(zhuǎn)換與互聯(lián)[4]。有以下幾類設(shè)備：（1）電流互感器（CT）與合并單元（MU）。電流互感器CT采集三相電流后，通過二次線接入MU，MU經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化將模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，供IED使用。（2）斷路器（開關(guān)）與智能終端。斷路器（開關(guān)）與智能終端成配置出現(xiàn)，一起實(shí)現(xiàn)跳閘命令和收集開關(guān)刀閘的相關(guān)信號(hào)。智能終端與斷路器一般經(jīng)由電纜相連，將保護(hù)裝置以及測(cè)控裝置發(fā)送的跳閘信號(hào)完成數(shù)模轉(zhuǎn)化后，操作斷路器跳閘機(jī)構(gòu)完成跳閘。（3）母線合并單元。電壓互感器（PT）一般根據(jù)母線配置，其數(shù)量要遠(yuǎn)少低于CT。為了采集電壓數(shù)值，每個(gè)PT都會(huì)配置對(duì)應(yīng)的電壓合并單元，即母線合并單元。（4）本體智能終端。本體智能終端需要監(jiān)測(cè)變壓器本體的相關(guān)數(shù)據(jù)及信號(hào)，同時(shí)還需要配合瓦斯繼電器的動(dòng)作情況給變壓器的三側(cè)開關(guān)發(fā)出相應(yīng)跳閘指令。

間隔層設(shè)備發(fā)揮了承上啟下的作用，主要以下幾類設(shè)備：（1）繼電保護(hù)和測(cè)控裝置。與傳統(tǒng)站不同，智能站的保護(hù)、測(cè)控裝置了刪減了交流插件，替換為SV光信號(hào)接口，刪除了開入開出插件，替換為GOOSE光信號(hào)接口。合并單元及智能終端替代了傳統(tǒng)保護(hù)中的交流及開入開出插件。（2）故障錄波裝置與網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置。故障錄波裝置與網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析儀的配置方式一致，故障錄波裝置的作用是分析故障后的波形，網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置的作用則是分析各類報(bào)文。兩個(gè)裝置均采取組網(wǎng)的方式采集各類開入量。（3）電能表。電能表一般按照電壓等級(jí)和間隔配置，主要是采集合并單元的各類SV信息，發(fā)送至營銷中心用以統(tǒng)計(jì)電量。

站控層設(shè)備包括各類監(jiān)測(cè)設(shè)備、通訊設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)記錄設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、電能采集裝置以及對(duì)視裝置，就不在此贅述了。

3 智能站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式

智能站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式可以分為直采直跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳以及混合組網(wǎng)方式[5]。

直采直跳即是指直接采樣和直接跳閘，其中沒有添加其他任何環(huán)節(jié)。直采直跳方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是站內(nèi)數(shù)據(jù)的共享程度低。繼電保護(hù)裝置在變電站內(nèi)占有極其重要的地位，一般采取直采直跳方式。直采直跳雖然具有可靠性較高的優(yōu)點(diǎn)，但是其數(shù)據(jù)共享度較差的缺點(diǎn)與智能站的發(fā)展前景相悖，并不是最終方式。

網(wǎng)采網(wǎng)跳即是指網(wǎng)絡(luò)采樣和網(wǎng)絡(luò)跳閘，需要經(jīng)過交換機(jī)的轉(zhuǎn)接，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可靠性相較直采直跳較差，但有利于完成裝置間的數(shù)據(jù)共享。一般而言，測(cè)控裝置對(duì)于可靠性的要求較低，可以依據(jù)實(shí)際需求采取網(wǎng)采網(wǎng)跳模式。而除了保護(hù)與測(cè)控以外的間隔層設(shè)備，由于其不具備跳閘，可采取網(wǎng)采方式。

混合組網(wǎng)方式包含直采網(wǎng)跳、網(wǎng)采直跳等方式。目前在變電站采用較多的方式是直采網(wǎng)跳。至于測(cè)控裝置，由于其跳閘對(duì)應(yīng)的均為無故障的分閘操作，對(duì)可靠性的要求相對(duì)較低，在保證數(shù)據(jù)共享性的前提下，需要根據(jù)實(shí)際需求采用網(wǎng)絡(luò)跳閘的方式。

4 結(jié)論

本文對(duì)智能變電站的自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，闡述了智能站“三層兩網(wǎng)”構(gòu)架，分析了自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)，討論了智能變電站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，為自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)可靠性研究打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿英格.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（14）：177.

[2]黃新庭.智能變電站數(shù)據(jù)流分析及其網(wǎng)絡(luò)通信性能研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2016.

[3]汪龍.基于IEC61850智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2017.

[4]馮豆，張春龍，李君，楊光輝.基于以太網(wǎng)的變電站自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2018，40（01）：154-156.

[5]汪東.智能變電站信息流靜態(tài)計(jì)算與VLAN精細(xì)化配置研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2018.

作者簡(jiǎn)介：胡毅（1982-），男，湖北通城人，本科，工程師，研究方向：智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。