淺析智能變電站自動化網絡架構

劉潔星

摘 要：在國民經濟發展過程中，電力可以說是支撐國民經濟發展的重要保障，而在電力發展過程中，變電站在其中發揮著至關重要的作用，是整個電網得以順利進行的基礎。而智能變電站的出現，更是在很大程度上促進了電力企業的健康發展，而智能變電站的網格結構作為變電站的核心內容對變電站的健康發展有著至關重要的作用，故在本文中我們主要對智能變電站自動化網絡架構進行了簡要的分析與探討。

關鍵詞：智能；變電站；自動化網絡；架構

中圖分類號： TM4 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）17-151-2

1 背景及意義

在智能變電站發展過程中，其通過使用先進、低碳以及集成的環保設備，并且以全站信息數字化以及通信平臺網絡化等先進技術為基本要求，自動的完成了對基礎信息的采取與測量、控制、保護以及檢測的任務，同時還可以依據實際情況來支持電網的實時自動控制、以及完成電網的智能調節和在線分析等具有比較高級的使用功能的變電站。

智能化一次設備包括電子式互感器、智能化開關等。網絡化二次設備包括過程層，其中是一次設備與二次設備的結合部分，包括光電式互感器、合并單元、智能終端，間隔層是由保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置以及其他智能設備構成，站控層包括監控系統主機、操作員工作站、遠動機、保護信息子站、維護工程師站等。

智能變電站用光纖取代傳統的二次回路硬接線，通過網絡連接全站所有的智能設備。網絡系統是智能變電站自動化系統的重要組成部分，關系到整個變電站自動化系統的正常運作。網絡技術在變電站自動化的深化，對智能變電站進步起到了至關重要的作用。

2 智能變電站的優點

2.1 常規變電站特點

常規的變電站其具有自動化系統的特點主要是通過在二次系統中使用單元間隔的一種布置方式，并且其在裝置中通常是相對獨立的，而且各個裝置之間也缺乏一定的統一性和協調性，在功能上也比較欠優化，在進行信息輸入時，其也不能有效的實現資源的共享，不僅接線比較復雜，而且在系統擴展方面也存在很大的困難。

2.2 數字變電站優缺點

數字變電站的主要特點就是在一次設備方面有效的實現了數字智能化，在二次設備方面實現了數字網絡化，并且在變電站通信網絡系統方面也逐漸地實現了標準統一。與常規變電站相比，其已經有了很大的進步，不僅體現在其實現了站控、過程以及間隔三層的功能結構，此外還能通過太網對變電站進行科學的管理，并且具有遙控、遙測以及遙調等優秀的功能。但是在實質上其與信息模型以及互操作性還有很大的不同。

2.3 智能變電站優點

智能變電站通過使用先進、低碳以及集成的環保設備，并且以全站信息數字化以及通信平臺網絡化等先進技術為基本要求，自動的完成了對基礎信息的采取與測量、控制、保護以及檢測的任務，同時還可以依據實際情況來支持電網的實時自動控制，以及完成電網的智能調節和在線分析等具有比較高級的使用功能的變電站。其在實際操作過程中不僅在很大程度上提高了操作的精確性，而且與數字變電站相比具有非常明顯的優勢，就是有效的實現了在線監測與體系化緊密的智能化設備以及高端程序的應用，智能化變電站不僅具有很高的智能性，而且還具有很高級的互動功能，而且也能夠把不同廠家的設備進行有效的連接，從而使其在使用功能方面更加順利，更加暢通。

3 智能變電站自動化相關技術

3.1 網絡規約

常規站的通訊規約為IEC103等，只作為通信規范站控層、網絡層、間隔層光纖或雙絞線以太網，利用現有二次技術同時結合一次設備運行模式。

數字化變電站通訊規約為IEC61850標準，這種規約作為通信規范采用采樣/傳輸等模式，光纖或雙絞線以太網，分別有站控層、間隔層、過程層，一、二次設備使用光纜連接，用智能互感器或開關。

3.2 IEC61850標準

IEC61850除了具有通信規約以外其還為智能變電站系統提供了一個統一的標準，同時還對變電站的設計、開發以及工程維護等諸多領域進行科學的指導，這一點與傳統的IEC60870-5-103標準相比具有非常明顯的優勢。其次IEC61850標準還能夠對變電站自動化系統對象進行建模，并且通過專業的面向對象技術以及相對比較獨立的網絡結構的抽象通信服務接口在很大程度上增加了變電站不同設備之間的互操作性，能在不同廠家之間的設備中進行很好的銜接，由此在很大程度上提高了變電站自動化技術操作的水平，以及運行的安全性，能夠有效的實現完全互操作。

3.3 IEC61850定位

目前，IEC61850標準是最為先進的變電站自動化標準，而嵌入式硬件以及嵌入式操作系統技術的應用又在很大程度上促進了IEC61850標準在智能變電站系統中的應用，可以說其是唯一的一種基于網絡通信平臺的變電站自動化系統的國際標準。

IEC61850標準不僅對數據的定義以及命名和設備的行為等進行了詳細的規范，此外還有效的溝通了不同電氣設備，使不同電氣設備之間實現了信息的共享以及互操作性。此外不僅對測控裝置的模型以及通信接口進行了有效的規范和保護，還對電子式的CT、PT以及智能化開關等一次性設備的模型和通信接口進行了科學的定義。

3.4 智能變電站與常規變電站的不同

常規站是一二次設備設計重視通訊網絡的部分；數字化變電站是重視二次設備智能與一次設備連接，智能開關/互感器不同于傳統變電站，通信網絡與GOOSE網絡分開。

常規站是二次結構分為站控層、網絡層、間隔層；數字化變電站是過程層、間隔層、站控層。

常規站是站控層包括監控后臺（嵌入五防系統） 、工程師站、保護信息子站、運動設備，獨立五防它們之間的規約是傳統的通訊規約；數字化變電站是站控層設備同常規站，但是規約是IEC61850規約。

常規站是監控雙網配置，網絡采用星型結構；數字化變電站是監控雙網傳輸保護信息、測控采樣信息、聯閉鎖GOOSE信息、順控信息等，保護信息單網傳輸保護信息、錄波信息等，GOOSE雙網配置，都使用IEC61850標準。

4 智能變電站網絡基本架構

4.1 三層兩網結構

智能變電站三層兩網結構分別為：從結構上講，智能變電站可分為站控層設備、間隔層設備、過程層設備、站控層網絡和過程層網絡，即“三層兩網”，如圖1。

4.2 結構特點

與傳統的變電站網絡相比較，智能變電站內采用直采直跳的架構，電子設備間不經過交換機而以點對點連接方式直接進行采樣值傳輸，同時電子設備間不經過交換機而以點對點連接方式進行直接跳合閘信號的傳輸。智能變電站過程層網絡相當于常規變電站的二次電纜，各IED之間的信息通過報文交換，信息回路主要包括SV采樣、GO開入和開出。從功能實現上講，智能變電站可分為過程層（含設備和網絡）和站控層。過程層面向一次設備，站控層面向運行和繼保人員。

5 網絡應用設計

5.1 概述

某智能變電站以“系統高度集成、結構布局合理、裝備先進適用、經濟節能環保”為技術特征的新一代智能變電站，以“集成化智能設備與一體化業務系統”為主要特征，實現了專業設計向整體集成設計的轉變，一次設備智能化向智能一次設備的轉變，是先進適用技術的集成應用。

該站可以建立在IEC61850通信技術規范基礎上，按分層分布方式實現智能變電站內智能電氣設備間的信息共享和互操作性。從整體上分為站控層、間隔層、過程層三層。

全站均可采用高速以太網組成，通信規約采用DL/T860標準，設備統一建模。例如，站控層網絡采用星形結構MMS網獲取全站的全景數據。過程層與間隔層設備，如合并單元、智能終端、保護、測控、一、二次設備在線檢測等設備，采用就地化布置原則與合并單元與智能終端等過程層設備優化組合實現就地安裝。

站控層設備均可安裝在二次設備室，主要包含一體化監控系統平臺、站域保護、智能遠動裝置、一體化電源等，從而能夠實現順序控制、遠程瀏覽、告警直傳、一體化五防、繼電保護故障信息管理功能、智能告警及故障信息綜合分析決策、設備狀態可視化、遠端維護、智能輔助控制系統等高級應用功能，能夠充分完成與主站端的數據通信與交互工作。

5.2 全站網絡配置

站控層、間隔層網絡均可采用雙重化星型以太網結構，傳輸MMS報文和GOOSE報文。過程層網絡：220kV部分采用雙重化星型光纖以太網結構， 110kV部分的主變間隔采用雙重化星型光纖以太網結構，其余間隔采用單星型光纖以太網結構，10kV站域控制功能部分，設置獨立的10kV過程層網絡，單網配置。

對于層設備的應用，站控層設備：包括監控主機、數據服務器、綜合應用服務器、數據通訊網關機等；

間隔層設備：包括主變成套保護、主變非電量保護、備用電源自投裝置、線路保護、測控裝置、一體化電源、二次設備監測裝置等；

過程層設備：包括電子式互感器、合并單元和智能終端等。

6 今后面臨的問題

隨著變電站智能化，網絡在變電站內的重要程度也越來越高，那么如何保障網絡的安全性及可靠性就成為面臨的重要問題，如通過設置每一層的安全防火墻來保證橫向的網絡安全、縱向的安全隔離，使整個變電站的網絡可靠安全。同時，還可從變電站的網絡拓撲結構選型、系統的冗余配置、網絡的優化等進行全方位的網絡設計，從而提高全站的網絡可靠性及安全性。

7 結語

通過建立智能電網，不僅能夠有效的促進人與自然之間實現和諧發展，有效的提升電力系統的革新和升級，此外還能有效的實現電網管理與消費者之間的親密互動。而智能化變電站在智能化電網建設過程中發揮著重要的作用，因為智能化變電站不僅在電網運行以及信息控制方面取得了非常顯著的成績，此外也使得電力系統更加人性化和智能化，而智能化變電站的實現又離不開對架構體系的完善與更新，只有對變電站架構體系進行有效的更新才能更好的促進智能變電站功能的有效實現。

參 考 文 獻

[1] 李斌.智能變電站技術及其應用研究[D].華北電力大學（北京），2011.

[2] 俞辰穎.智能變電站網絡技術研究[D].華北電力大學，2014.

[3] 尚興明.智能變電站關鍵技術分析及應用[D].燕山大學，2014.

[4] 李向峰.智能變電站技術及其應用的研究[D].華北電力大學，2013.