數字化水電站網絡結構優化研究

李慧音，朱聿元，魏 源

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明650051）

自2006年我國首座基于IEC61850通信標準的數字化變電站投運以來，我國數字化變電站建設發展迅猛，至今已經取得了巨大的成就，在大力建設智能電網和數字化變電站的過程中，國內外也在嘗試建設數字化水電站，我國走在了這方面的前列。國內已建成的白山、松江河、葛洲壩、桐柏等水電站實現了部分的數字化功能，上述電站中，僅實現站控層網絡的通信，數據量較小且通過站控層網進行通信的設備較少。當數字化程度進一步深化，實現全站的數字化時，面臨的問題是數據量激增、網絡結構復雜、各個系統之間互相影響，網絡結構的優化就顯得尤為重要。

數字化水電站的通信網絡由冗余的過程層網絡（GOOSE網、SV網）與站控層網絡（MMS網）構成[1]，依據各層設備本身的特性以及與其他設備之間的關系，不同設備與各網的A網和B網之間的連接方式各異，其配置的基本原則如下：

（1）在保證網絡可靠性的前提下，網絡的配置應盡可能的簡潔，在數據冗余的同時應減輕網絡負擔來縮減數據傳輸的延時。

（2）雙重化配置的過程層、間隔層設備分別接入對應過程層網絡[2]，雖然不要求數字化水電站執行數字化變電站的相關要求，但仍需將其納入考慮范圍內。

（3）某設備的單一故障不應引起其他設備的主備裝置/元件間的切換。基于上述原則，本文將對數字化水電站各設備和兩網的連接方式分別進行論證和比較。

1 設備的分類

各層設備依據配置方式以及設備間的主備關系可分為以下3類：

第1類設備為單套配置；第2類設備雙重化配置，同時兩套設備無主備關系，兩套設備同時采集數據、同時出口，當某套設備出故障時不需要切換；第3類設備為主備關系的雙重化配置，兩套裝置同時采集數據但同一時刻僅有一套裝置出口，在故障時需要進行主備切換以保證指令的正常下發和數據的上送。

第1類設備包括輔控系統、公用控制系統、測控裝置、自動化元件的數字化采集單元、直流系統、振擺保護裝置等。

第2類設備包括合并單元、智能終端、智能測速裝置以及保護系統等。

第3類設備包括監控系統上位機、機組LCU、勵磁系統、調速器系統等。

2 各類設備網絡連接方式

2.1 第1類設備與兩網的連接

第1類設備若僅連接至單網，當該網故障時，該設備無法與其他設備進行數據交換，因此單套配置的設備需同時連接至數字化水電站兩網的A網和B網以保證數據的可靠傳輸，見圖1。

圖1 第1類設備網絡結構

2.2 第2類設備與兩網的連接

第2類設備兩套裝置同時采集數據、同時出口，采取單套對單網的連接方式時，數據的采集沒有問題，輸出的數據同時存在于各網的A網和B網，網絡上的數據是冗余且可靠的，在單個網絡斷鏈或者單個裝置故障時仍正常工作；若采用單套對雙網的方式，數據的采集不受影響，但輸出的數據較單套對單網模式增加1倍，加重了網絡和數據接收端的負擔；第2類設備可以采用單套對單網的模式連接至各網交換機。

已投運的數字化變電站中，雙重化配置的保護裝置均采用單套對雙網的連接方式與MMS網連接，因保護裝置上送數據量不大，當前方式對網絡設備和數據接收端的影響較小，同時其他單元層設備與MMS網的連接方式均為單套對雙網，為保證單元層設備與MMS網連接方式的一致性，建議遵循慣例，采用單套對雙網的方式與MMS網連接，詳見圖2。

圖2 第2類設備網絡結構

2.3 第3類設備與兩網的連接

第3類設備兩套裝置同時采集數據但同一時刻僅一套裝置出口，采取單套對單網的連接方式時，數據的采集沒有問題，但輸出的數據只存在于主用裝置連接的網絡上，網絡上的數據沒有冗余，當該網網絡斷鏈時，需要進行裝置的主備切換，將可能會導致其他系統設備也隨之進行主備切換，增加了發生故障的機率，因此建議采用單套對雙網的模式見圖3。

圖3 第3類設備網絡結構

3 結語

通過本文分析可以看到，在綜合考慮設備運行可靠性，權衡設備配置投資以及網絡帶寬的需求后，針對各類設備分別提出了網絡結構的基本原則。因現階段調速器、勵磁和監控系統暫時沒有全面支持IEC61850通信標準的設備，相關功能仍處在研究開發階段，本文的研究均基于傳統電站中該系統的調節控制原理，該類設備經研發后原理若有變動，將需要重新進行分類并采用對應類別下的連接方式。