智能變電站自動化通信網絡結構研究

胡毅　李璐

摘 要：相較于常規變電站，智能站內自動化通信網絡接受數據量極大，任務繁多，對可靠性要求較高。本文對智能變電站的自動化通信網絡的結構進行了研究，闡述了智能站“三層兩網”構架，分析了自動化通信網絡的硬件結構，討論了智能變電站自動化通信網絡組網方式，為自動化通信網絡可靠性的研究奠定基礎。

關鍵詞：智能變電站;自動化系統;通信網絡;網絡結構

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

相較于常規變電站，智能站內自動化通信網絡的任務極其重要，接受數據量極大，可靠性要求較高[1]，對智能站的自動化通信網絡結構進行研究具有極其重要的現實意義。

1 智能站“三層兩網”骨架

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

“三網”即是指過程層、間隔層和站控層這三個物理結構，各層的定義以及其主要作用如下所示： （1）過程層：該層處于網絡構架的底層，主要負責與一次設備之間完成數字化信息的轉換與互聯。該層智能電子設備（IED）采集一次設備交流量，完成模數轉換（A/D）后轉化為數字量，傳輸給上層設備作為分析計算的依據。此外，過程層設備還應接受和完成間隔層發送的各類控制命令。 （2）間隔層：該層處于網絡構架的中層，主要是發揮承上啟下的作用。該層需要完成對過程層上傳數字信號的分析，并將分析結果傳輸給站控層，而且還需要下發對過程層設備的控制命令。 （3）站控層：該層處于網絡構架的頂層，功能為將站內信號和信息發至遠方調度，以供調度中心可以實現對全站信息的實時監控。此外，站控層還需要向間隔層下發各類操作命令。

將各層之間的通信網絡定義為站控層網絡與過程層網絡。“兩網”即是指這兩個網絡，各網絡的定義及其主要作用如下所示： （1）過程層網絡：該網主要負責過程層與間隔層的網絡連接，實現了保護測控裝置和過程層各類接口裝置、傳感器以及執行元器件間的數據共享與應用。 （2）站控層網絡：該網主要負責站控層和間隔層的網絡連接，實現了保護測控裝置和站控層IED的數據共享與應用，還有間隔層IED間的信息共享。

“三層兩網”的骨架體系中傳輸的站內信息流主要包含電壓信息、電流信息、各類控制信息、保護測量信息等，一個高可靠性的網絡結構是保證站內信息流傳輸正常的根本。

2 智能站自動化通信網絡硬件結構

過程層設備主要負責與一次設備之間完成數字化信息的轉換與互聯[4]。有以下幾類設備：（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經過模數轉化將模擬量轉變成數字量，供IED使用。（2）斷路器（開關）與智能終端。斷路器（開關）與智能終端成配置出現，一起實現跳閘命令和收集開關刀閘的相關信號。智能終端與斷路器一般經由電纜相連，將保護裝置以及測控裝置發送的跳閘信號完成數模轉化后，操作斷路器跳閘機構完成跳閘。（3）母線合并單元。電壓互感器（PT）一般根據母線配置，其數量要遠少低于CT。為了采集電壓數值，每個PT都會配置對應的電壓合并單元，即母線合并單元。（4）本體智能終端。本體智能終端需要監測變壓器本體的相關數據及信號，同時還需要配合瓦斯繼電器的動作情況給變壓器的三側開關發出相應跳閘指令。

間隔層設備發揮了承上啟下的作用，主要以下幾類設備：（1）繼電保護和測控裝置。與傳統站不同，智能站的保護、測控裝置了刪減了交流插件，替換為SV光信號接口，刪除了開入開出插件，替換為GOOSE光信號接口。合并單元及智能終端替代了傳統保護中的交流及開入開出插件。（2）故障錄波裝置與網絡報文分析裝置。故障錄波裝置與網絡報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，網絡報文分析裝置的作用則是分析各類報文。兩個裝置均采取組網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和間隔配置，主要是采集合并單元的各類SV信息，發送至營銷中心用以統計電量。

站控層設備包括各類監測設備、通訊設備、網絡記錄設備、網關設備、電能采集裝置以及對視裝置，就不在此贅述了。

3 智能站自動化通信網絡組網方式

智能站自動化通信網絡組網方式可以分為直采直跳、網采網跳以及混合組網方式[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節。直采直跳方式具有結構簡單、可靠性高的優點，但是站內數據的共享程度低。繼電保護裝置在變電站內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點，但是其數據共享度較差的缺點與智能站的發展前景相悖，并不是最終方式。

網采網跳即是指網絡采樣和網絡跳閘，需要經過交換機的轉接，結構較為復雜，可靠性相較直采直跳較差，但有利于完成裝置間的數據共享。一般而言，測控裝置對于可靠性的要求較低，可以依據實際需求采取網采網跳模式。而除了保護與測控以外的間隔層設備，由于其不具備跳閘，可采取網采方式。

混合組網方式包含直采網跳、網采直跳等方式。目前在變電站采用較多的方式是直采網跳。至于測控裝置，由于其跳閘對應的均為無故障的分閘操作，對可靠性的要求相對較低，在保證數據共享性的前提下，需要根據實際需求采用網絡跳閘的方式。

4 結論

本文對智能變電站的自動化通信網絡的結構進行了研究，闡述了智能站“三層兩網”構架，分析了自動化通信網絡的硬件結構，討論了智能變電站自動化通信網絡組網方式，為自動化通信網絡可靠性研究打下了基礎。

參考文獻：

[1]耿英格.變電站自動化系統及網絡優化[J].科技創新與應用，2017（14）：177.

[2]黃新庭.智能變電站數據流分析及其網絡通信性能研究[D].廣東工業大學，2016.

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

[4]馮豆，張春龍，李君，楊光輝.基于以太網的變電站自動化網絡通信系統設計[J].制造業自動化，2018，40（01）：154-156.

[5]汪東.智能變電站信息流靜態計算與VLAN精細化配置研究[D].廣東工業大學，2018.

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