數(shù)字化變電站體系結(jié)構(gòu)與通訊網(wǎng)絡(luò)

高培淞 曾曉璞

（1.成都電業(yè)局城網(wǎng)管理所，成都 610061；2.成都電業(yè)局人力資源部，成都 610061）

1 數(shù)字化變電站概述

數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信協(xié)議基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。與常規(guī)變電站相比，數(shù)字化變電站間隔層和站控層的設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)接口只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由傳統(tǒng)的電流、電壓互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)殡娮邮交ジ衅鳌⒅悄芑淮卧O(shè)備、合并單元、光纖連接等內(nèi)容。

2 數(shù)字化變電站的體系結(jié)構(gòu)與通訊網(wǎng)絡(luò)

IEC61850將數(shù)字化變電站分為過程層、間隔層和站控層，各層內(nèi)部及各層之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。整個(gè)系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)可以分為：站控層和間隔層之間的間隔層通訊網(wǎng)、以及間隔層和過程層之間的過程層通訊網(wǎng)。

站控層通信全面采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)通信管理機(jī)和保護(hù)信息子站均可直接接入IEC61850裝置。同時(shí)提供了完備的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6規(guī)范的SCL文件，可在不同廠家的工程工具之間進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互。

間隔層通訊網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在該網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)跨間隔的橫向聯(lián)鎖功能。110kV及以下電壓等級(jí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可采用單以太網(wǎng)，110kV以上電壓等級(jí)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)需采用雙以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)采用IEC61850國際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，非IEC61850規(guī)約的設(shè)備需經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后接入。考慮到傳輸距離和抗干擾要求，各繼電小室與主控室之間應(yīng)采用光纖，而在各小室內(nèi)部設(shè)備之間的通訊則可采用屏蔽雙絞線。

根據(jù)過程層的不同需求，本文給出以下兩種數(shù)字化變電站解決方案。

2.1 支持電子式互感器和GOOSE的數(shù)字化變電站

以及智能化開關(guān)設(shè)備，變電站所有裝置的交流采樣數(shù)據(jù)通過與MU合并單元通信獲得，各種測量與保護(hù)裝置的交流采樣部分全部取消，通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)跳合閘和保護(hù)間配合信號(hào)，全站使用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息交互。

該方案的組網(wǎng)原則主要包含以下幾點(diǎn)：

(1)監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)使用星型獨(dú)立雙網(wǎng)。星型網(wǎng)絡(luò)相比環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、配置簡潔，且降低了網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴形成的風(fēng)險(xiǎn)；

(2)由于數(shù)字化變電站中的過程層通訊網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾裕^程層通訊網(wǎng)需要和間隔層通訊網(wǎng)從物理上分開。過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)采用星型雙光纖以太網(wǎng)，與站控層分開組網(wǎng)。對(duì)于超高壓變電站，推薦按電壓等級(jí)分開組網(wǎng)。同一電壓等級(jí)的GOOSE網(wǎng)絡(luò)連接在一起，可以充分保證GOOSE的信息共享的特點(diǎn)；

(3)電子式互感器模擬量數(shù)據(jù)傳輸采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的符合IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)的光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。確保了模擬采樣值傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。（如圖2-1）

圖2-1 支持電子式互感器和GOOSE的數(shù)字化變電站解決方案

2.2 支持電子式互感器和智能控制柜的數(shù)字化變電站。 （如圖2-2）

圖2-2 支持電子式互感器和智能控制柜的數(shù)字化變電站解決方案

在該方案中，通過PCS-9820GIS智能控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)一次和二次設(shè)備的智能化控制，將二次保護(hù)測控和GIS的智能控制功能有機(jī)整合后下放至GIS本體旁，對(duì)上按IEC61850規(guī)范接入站控層設(shè)備，對(duì)下與開關(guān)機(jī)構(gòu)之間通過電纜連接接插端子，整個(gè)方案大大減少了控制電纜，優(yōu)化了二次回路，簡化了設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了智能開關(guān)功能。同時(shí)滿足和體現(xiàn)了數(shù)字化變電站的可靠性和先進(jìn)性。

結(jié)語

數(shù)字化變電站是未來變電站發(fā)展的主流，根據(jù)過程層的需求不同，變電站間隔層、站控層的通信方案又有所不同。本文通過支持電子式互感器和GOOSE的數(shù)字化變電站、支持電子式互感器和智能控制柜的數(shù)字化變電站通訊方案的介紹，來說明數(shù)字化變電站通訊網(wǎng)絡(luò)方案，具有一定的工程參考價(jià)值。

[1]劉從洪.基于IEC61850的數(shù)字化變電站通信研究.西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008（05）.

[2]竇曉波.基于IEC61850的新型數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)踐.東南大學(xué)博士學(xué)位論文，2006（09）.

[3]梁曉兵,周捷,楊永標(biāo),等.基于IEC61850新型合并單元的研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007,31（7）:85-89.

[4]IEC.IEC61850.Communication Networks and in Substations-Part9-2:Specific Communication Service Mapping (SCSM)-Sampled analogue values over ISO8802-3.