淺析智能變電站二次回路結構特征

王超+侯龍景

摘要：智能變電站采用性能優越的數字式互感器進行電氣量采集，與站內各類信息均通過通信網絡進行傳輸交換，不同的信號傳輸方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路轉變為通信網絡后，網絡性能的優劣對智能變電站的功能實現具有較大影響。

關鍵詞：二次回路；電子式互感器；合并單元；通信網絡；網絡性能

1、智能變電站二次回路變革

1.1 電壓電流互感器

智能變電站采用電子式互感器對站內一次設備進行電氣量采樣。電子式互感器具有體積小、重量輕、動態范圍寬、無磁飽和、PT無諧振、CT可開路的優點，且采樣信號通過光纜進行傳送，抗噪聲干擾性強的優點。ECT數字化輸出數據的額定采樣頻率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工頻系統)中的任意一種，最高采樣速率可達500KHz，用以滿足高頻保護（例如行波保護）的精度需求。

1.2 合并單元MU

智能變電站采用合并單元將電子式電流電壓互感器所采集的三相電流和電壓進行組合并按照協議規則進行傳輸，傳送的通用幀包括12路采樣值信息。相應地，一臺合并單元（MU）可匯集（合并）12個二次轉換器數據通道，一個數據通道只能承載一臺電子式電流互感器或一臺電子式電壓互感器采樣測量值的單一數據流，在工程現場，MU采集的12路信息包括三相測量電流、三相保護電流、中性點電流、三相測量電壓、中性點電壓及母線電壓（見圖1所示）。

圖1合并單元定義

Fig.1Definition of merging unit

合并單元傳送的點對點鏈接數據的長度通常是56字節，幀間隙最少需要70個空閑位，數據幀以曼徹斯特編碼格式傳輸，通用幀的標準傳輸速度為2.5 Mbit/s，合并單元到二次設備的聯結，可用光纖傳輸系統或銅線型傳輸系統實現［1］。

1.3 通信網絡

智能變電站網絡主要分為SV網及GOOSE網，SV網主要完成采樣值信息的傳輸，GOOSE網主要完成不同優先級開入量的傳送，包括最高級（電氣量保護跳閘、保護閉鎖信號）、次高級（遙控分合閘、斷路器位置信號）及普通級（刀閘位置信號、一次設備狀態信號）三級開入量的傳送［2］。

當前智能變電站網絡通信結構主要有以下幾種：（1）采用光纖點對點與GOOSE網絡相結合的方式，包括 “直采直跳”及“直采網調”兩種方式；（2）采用光纖點對點、采樣值網絡與 GOOSE網絡相結合的方式（3）采用過程總線方式，即采用交流采樣（SMV）和GOOSE組網的方式，其中又分為共網或分網模式。

鑒于網絡信息傳輸可靠性考慮，工程中多采用直采網跳方式，隨著交換機技術等技術的不斷發展，未來智能變電站二次系統的組網方式將采用網采網跳方式，SV網及GOOSE網既可雙網合一，也可分開鋪設。

2、網絡性能指標

智能變電站通過過程層網絡對SV報文、GOOSE報文進行傳輸［3］。過程層網絡性能直接影響數字化變電站內繼電保護設備的靈敏性和可靠性。網絡性能的研究，首先需選取適當的性能指標參數。指標參數體系可從多個角度來描述，如按照TCP/IP協議層劃分，以反映不同網絡層次中的性能狀況；也可以按指標內容來劃分，如時延、時延抖動、包丟失率、誤碼率、吞吐量、帶寬、信道利用率、信道容量、帶寬利用率、連通性等，反映了網絡資源利用率和網絡服務等網絡性能［4］。

針對于通信網絡性能，目前主要利用OPNET軟件進行模擬仿真，對比不同傳輸方式（單播、組播）、劃分VLAN與否［5］等來評估網絡性能，提出更優的網絡架構模型，以滿足各類信息傳輸的實時性、可靠性。

3、結語

智能變電站二次回路結構較常規變電站發生了深刻變革，由于常規信號的一一對應關系不再存在，且二次回路網絡化使得網絡性能的變電站功能實現中具有較大影響，在滿足網絡性能指標的前提下，如何實現網絡的最優化成為一個具有研究意義的課題方向。

［注釋］

①殷志良，劉萬順，楊奇遜等. 變電站自動化系統過程層與間隔層串行通信研究［J］，中國電力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，馬千里. GOOSE通信及應用［J］，電力系統自動化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孫一民．數字化變電站過程層GOOSE通信方案［J］．電力系統自動化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中華人民共和國信息產業部．YD/T 1171-2001 IP網絡技術要求-網絡性能參數與指標［S］，北京：人民郵電出版社，2002．第7頁，第六節.

［5］方曉潔，季夏軼，盧志剛. 基于OPNET的數字化變電站繼電保護通信網絡仿真研究［J］，電力系統保護與控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者單位：國網棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）

摘要：智能變電站采用性能優越的數字式互感器進行電氣量采集，與站內各類信息均通過通信網絡進行傳輸交換，不同的信號傳輸方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路轉變為通信網絡后，網絡性能的優劣對智能變電站的功能實現具有較大影響。

關鍵詞：二次回路；電子式互感器；合并單元；通信網絡；網絡性能

1、智能變電站二次回路變革

1.1 電壓電流互感器

智能變電站采用電子式互感器對站內一次設備進行電氣量采樣。電子式互感器具有體積小、重量輕、動態范圍寬、無磁飽和、PT無諧振、CT可開路的優點，且采樣信號通過光纜進行傳送，抗噪聲干擾性強的優點。ECT數字化輸出數據的額定采樣頻率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工頻系統)中的任意一種，最高采樣速率可達500KHz，用以滿足高頻保護（例如行波保護）的精度需求。

1.2 合并單元MU

智能變電站采用合并單元將電子式電流電壓互感器所采集的三相電流和電壓進行組合并按照協議規則進行傳輸，傳送的通用幀包括12路采樣值信息。相應地，一臺合并單元（MU）可匯集（合并）12個二次轉換器數據通道，一個數據通道只能承載一臺電子式電流互感器或一臺電子式電壓互感器采樣測量值的單一數據流，在工程現場，MU采集的12路信息包括三相測量電流、三相保護電流、中性點電流、三相測量電壓、中性點電壓及母線電壓（見圖1所示）。

圖1合并單元定義

Fig.1Definition of merging unit

合并單元傳送的點對點鏈接數據的長度通常是56字節，幀間隙最少需要70個空閑位，數據幀以曼徹斯特編碼格式傳輸，通用幀的標準傳輸速度為2.5 Mbit/s，合并單元到二次設備的聯結，可用光纖傳輸系統或銅線型傳輸系統實現［1］。

1.3 通信網絡

智能變電站網絡主要分為SV網及GOOSE網，SV網主要完成采樣值信息的傳輸，GOOSE網主要完成不同優先級開入量的傳送，包括最高級（電氣量保護跳閘、保護閉鎖信號）、次高級（遙控分合閘、斷路器位置信號）及普通級（刀閘位置信號、一次設備狀態信號）三級開入量的傳送［2］。

當前智能變電站網絡通信結構主要有以下幾種：（1）采用光纖點對點與GOOSE網絡相結合的方式，包括 “直采直跳”及“直采網調”兩種方式；（2）采用光纖點對點、采樣值網絡與 GOOSE網絡相結合的方式（3）采用過程總線方式，即采用交流采樣（SMV）和GOOSE組網的方式，其中又分為共網或分網模式。

鑒于網絡信息傳輸可靠性考慮，工程中多采用直采網跳方式，隨著交換機技術等技術的不斷發展，未來智能變電站二次系統的組網方式將采用網采網跳方式，SV網及GOOSE網既可雙網合一，也可分開鋪設。

2、網絡性能指標

智能變電站通過過程層網絡對SV報文、GOOSE報文進行傳輸［3］。過程層網絡性能直接影響數字化變電站內繼電保護設備的靈敏性和可靠性。網絡性能的研究，首先需選取適當的性能指標參數。指標參數體系可從多個角度來描述，如按照TCP/IP協議層劃分，以反映不同網絡層次中的性能狀況；也可以按指標內容來劃分，如時延、時延抖動、包丟失率、誤碼率、吞吐量、帶寬、信道利用率、信道容量、帶寬利用率、連通性等，反映了網絡資源利用率和網絡服務等網絡性能［4］。

針對于通信網絡性能，目前主要利用OPNET軟件進行模擬仿真，對比不同傳輸方式（單播、組播）、劃分VLAN與否［5］等來評估網絡性能，提出更優的網絡架構模型，以滿足各類信息傳輸的實時性、可靠性。

3、結語

智能變電站二次回路結構較常規變電站發生了深刻變革，由于常規信號的一一對應關系不再存在，且二次回路網絡化使得網絡性能的變電站功能實現中具有較大影響，在滿足網絡性能指標的前提下，如何實現網絡的最優化成為一個具有研究意義的課題方向。

［注釋］

①殷志良，劉萬順，楊奇遜等. 變電站自動化系統過程層與間隔層串行通信研究［J］，中國電力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，馬千里. GOOSE通信及應用［J］，電力系統自動化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孫一民．數字化變電站過程層GOOSE通信方案［J］．電力系統自動化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中華人民共和國信息產業部．YD/T 1171-2001 IP網絡技術要求-網絡性能參數與指標［S］，北京：人民郵電出版社，2002．第7頁，第六節.

［5］方曉潔，季夏軼，盧志剛. 基于OPNET的數字化變電站繼電保護通信網絡仿真研究［J］，電力系統保護與控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者單位：國網棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）

摘要：智能變電站采用性能優越的數字式互感器進行電氣量采集，與站內各類信息均通過通信網絡進行傳輸交換，不同的信號傳輸方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路轉變為通信網絡后，網絡性能的優劣對智能變電站的功能實現具有較大影響。

關鍵詞：二次回路；電子式互感器；合并單元；通信網絡；網絡性能

1、智能變電站二次回路變革

1.1 電壓電流互感器

智能變電站采用電子式互感器對站內一次設備進行電氣量采樣。電子式互感器具有體積小、重量輕、動態范圍寬、無磁飽和、PT無諧振、CT可開路的優點，且采樣信號通過光纜進行傳送，抗噪聲干擾性強的優點。ECT數字化輸出數據的額定采樣頻率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工頻系統)中的任意一種，最高采樣速率可達500KHz，用以滿足高頻保護（例如行波保護）的精度需求。

1.2 合并單元MU

智能變電站采用合并單元將電子式電流電壓互感器所采集的三相電流和電壓進行組合并按照協議規則進行傳輸，傳送的通用幀包括12路采樣值信息。相應地，一臺合并單元（MU）可匯集（合并）12個二次轉換器數據通道，一個數據通道只能承載一臺電子式電流互感器或一臺電子式電壓互感器采樣測量值的單一數據流，在工程現場，MU采集的12路信息包括三相測量電流、三相保護電流、中性點電流、三相測量電壓、中性點電壓及母線電壓（見圖1所示）。

圖1合并單元定義

Fig.1Definition of merging unit

合并單元傳送的點對點鏈接數據的長度通常是56字節，幀間隙最少需要70個空閑位，數據幀以曼徹斯特編碼格式傳輸，通用幀的標準傳輸速度為2.5 Mbit/s，合并單元到二次設備的聯結，可用光纖傳輸系統或銅線型傳輸系統實現［1］。

1.3 通信網絡

智能變電站網絡主要分為SV網及GOOSE網，SV網主要完成采樣值信息的傳輸，GOOSE網主要完成不同優先級開入量的傳送，包括最高級（電氣量保護跳閘、保護閉鎖信號）、次高級（遙控分合閘、斷路器位置信號）及普通級（刀閘位置信號、一次設備狀態信號）三級開入量的傳送［2］。

當前智能變電站網絡通信結構主要有以下幾種：（1）采用光纖點對點與GOOSE網絡相結合的方式，包括 “直采直跳”及“直采網調”兩種方式；（2）采用光纖點對點、采樣值網絡與 GOOSE網絡相結合的方式（3）采用過程總線方式，即采用交流采樣（SMV）和GOOSE組網的方式，其中又分為共網或分網模式。

鑒于網絡信息傳輸可靠性考慮，工程中多采用直采網跳方式，隨著交換機技術等技術的不斷發展，未來智能變電站二次系統的組網方式將采用網采網跳方式，SV網及GOOSE網既可雙網合一，也可分開鋪設。

2、網絡性能指標

智能變電站通過過程層網絡對SV報文、GOOSE報文進行傳輸［3］。過程層網絡性能直接影響數字化變電站內繼電保護設備的靈敏性和可靠性。網絡性能的研究，首先需選取適當的性能指標參數。指標參數體系可從多個角度來描述，如按照TCP/IP協議層劃分，以反映不同網絡層次中的性能狀況；也可以按指標內容來劃分，如時延、時延抖動、包丟失率、誤碼率、吞吐量、帶寬、信道利用率、信道容量、帶寬利用率、連通性等，反映了網絡資源利用率和網絡服務等網絡性能［4］。

針對于通信網絡性能，目前主要利用OPNET軟件進行模擬仿真，對比不同傳輸方式（單播、組播）、劃分VLAN與否［5］等來評估網絡性能，提出更優的網絡架構模型，以滿足各類信息傳輸的實時性、可靠性。

3、結語

智能變電站二次回路結構較常規變電站發生了深刻變革，由于常規信號的一一對應關系不再存在，且二次回路網絡化使得網絡性能的變電站功能實現中具有較大影響，在滿足網絡性能指標的前提下，如何實現網絡的最優化成為一個具有研究意義的課題方向。

［注釋］

①殷志良，劉萬順，楊奇遜等. 變電站自動化系統過程層與間隔層串行通信研究［J］，中國電力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，馬千里. GOOSE通信及應用［J］，電力系統自動化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孫一民．數字化變電站過程層GOOSE通信方案［J］．電力系統自動化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中華人民共和國信息產業部．YD/T 1171-2001 IP網絡技術要求-網絡性能參數與指標［S］，北京：人民郵電出版社，2002．第7頁，第六節.

［5］方曉潔，季夏軼，盧志剛. 基于OPNET的數字化變電站繼電保護通信網絡仿真研究［J］，電力系統保護與控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者單位：國網棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）