智能變電站通信網(wǎng)絡架構基礎和模型研究

南方電網(wǎng)迪慶供電局 松海林 徐 彬 張雪祥 李紅武 李曉花

在中國，變電站自動化系統(tǒng)已經(jīng)應用超過幾十年，變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行發(fā)揮著極其重要的作用[1,2]。隨著信息化浪潮的推進，電力系統(tǒng)結構日趨復雜，對自動化系統(tǒng)傳輸信息能力提出了更高的要求，因此研究智能變電站通信網(wǎng)絡結構基礎及其模型具有現(xiàn)實意義。

1 智能變電站通信網(wǎng)絡特點

智能變電站的主要功能是運用先進的計算機軟件和硬件技術，或者運用泛人工智能技術代替人工進行廣泛的通信操作，其主要由監(jiān)控單元、通信總線系統(tǒng)及監(jiān)控云端構成，同時基于智慧的二次設備搭載最先進的網(wǎng)絡通訊技術，運用強大的計算機計算能力處理變電站各類型傳感器的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)變電站通信網(wǎng)絡的綜合功能[2]。隨著中國集成電路等核心技術的完善，現(xiàn)階段變電站綜合系統(tǒng)一般按照分層式的模式來構建網(wǎng)絡通信系統(tǒng)。目前IEC61850技術標準依然是目前國際上廣泛采用的技術準則，其主要特點如下：

功能分層。變電站的功能主要分為許多層，各個分層之間的功能非常全面，各個層之間關聯(lián)度較強。運用變電站通信功能能夠?qū)崿F(xiàn)通信系統(tǒng)功能的合理分配，主要包括對多個間隔或全變電站的一次設備進行程序保護、在線監(jiān)測及智能控制等，例如全變電站范圍內(nèi)使用的邏輯閉鎖或母線保護等。

面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模技術。在強大的變電站通信自動化系統(tǒng)中給每個實際設備分配了節(jié)點，每個物理設備都具有明確的網(wǎng)絡地址，具有明確的通信接口，同時可以對多個外部設備進行數(shù)據(jù)交換操作。需要說明的是，物理設備有服務硬件裝置以及應用軟件共同組成，數(shù)據(jù)對象具有多種不同的數(shù)據(jù)屬性，其用于廣泛定語各種不同的名稱，計算方法等。

2 變電站通信網(wǎng)絡的特征要求

對于實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)的主要功能的要求，最核心和最關鍵的一點就是變電站內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)必須要進行實時交換和無障礙的共享，并且要求系統(tǒng)具有安全可靠的運行水平。網(wǎng)絡作為實現(xiàn)變電站通信裝置良好運轉的主體，其具有極其重要的地位，因為其聯(lián)系不同的智慧電子裝置，通過不同數(shù)據(jù)接口和不同的對象進行無差別的數(shù)據(jù)交換。當今時代，智能變電站的無人值守化已經(jīng)成為時代發(fā)展的新趨勢，必須增強網(wǎng)絡之間傳輸數(shù)據(jù)量，通過精心描繪的操作命令、運行事件來滿足對變電站系統(tǒng)的監(jiān)控。具體有如下要求[3,4]：

網(wǎng)絡規(guī)格和環(huán)境。運用先進的信息技術和網(wǎng)絡技術武裝智慧變電站是時代發(fā)展的要求。但不可否認目前依然存在一些問題：變電站通信自動化系統(tǒng)容易受到電源跳閘和雷電風險的危害，這是難以避免的。這些因素將嚴重干擾變電站通信系統(tǒng)的工作環(huán)境，因此必須研究一些避免干擾的措施，解決上述問題。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩?。變電站通信自動化系統(tǒng)的運行可靠性極其重要，如果想要維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，其通信系統(tǒng)必須保持超高的可靠性，保持變電站通信網(wǎng)絡能長期安全穩(wěn)定運行，如果變電站通信裝置發(fā)出錯誤信號，有可能影響電網(wǎng)調(diào)度人員的判斷，進而造成極大的損失。因此，變電站通信自動化系統(tǒng)必須要考慮其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩?，主要包括故障預防、故障快速發(fā)現(xiàn)、故障診斷以及故障精準處理等。

3 網(wǎng)絡負載的模型

變電站通信自動化系統(tǒng)存在兩種主要的信息源，包括周期性信息和突發(fā)性信息，其具有不同的顯著特點，需要分開建模[5]。針對過程層網(wǎng)絡的周期性信息建模技術，其采集到的的電壓和電流信號的周期采樣值在不同的過程層之間相互傳輸，在這個過程中對變電站通信自動化系統(tǒng)的快速性具備特別高的要求。

對于突發(fā)性信息，例如脈沖信號，這是變電站通信自動化系統(tǒng)中必不可少的關鍵信息，變電站通信自動化系統(tǒng)需要重點記錄和處理?；贗EC61850芯片對突發(fā)事件為通用對象的模型進行定義，為突發(fā)性信息的相關模型進行建模。和先進報文處理裝置一樣，為對節(jié)點通信協(xié)議在處理報文的速度方面做出快速有效提升，能優(yōu)化變電站通信自動化系統(tǒng)處理突發(fā)信息的能力。

4 結語

本文簡明扼要地介紹了智能變電站通信網(wǎng)絡的特點，主要涵蓋了功能分層和面向?qū)ο蠼＜夹g兩方面；闡述了變電站通信網(wǎng)絡的特征要求，包括網(wǎng)絡規(guī)格和環(huán)境、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詫用?；最后介紹了變電站通信自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡負載模型，為變電站通信自動化系統(tǒng)發(fā)展打下了理論基礎。