智能变电站的网络结构及通讯协议

宋斌

摘 要：智能变电站以三层两网总体结构和统一的IEC61850协议标准为基础，通过网络实现了数据的共享，节约了硬件的资源与成本。

关键词：智能变电站；三层两网；IEC61850协议

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0120-01

现代智能变电站是配备先进、集成、可靠的智能化设备，并有环保、低碳的特点。以网络化通信平台及通讯协议标准化、数字化的全站信息为基石，实现从信息采集到测量、远控、二次保护、电量计算等功能的自动化。同时依据电网实际需求，实现智能化调节，协同动作，实时自动化控制及在线分析判断等一系列智能标准的变电站。而实现变电站智能化的基石是三层两网的整体结构和统一的IEC61850通讯协议标准。

1 智能化变电站的三层两网整体结构

1.1 三 层

三层结构由站控层、过程层、间隔层组成。

其中站控层包含监控主机、远动工作机、操作员工作机、工程师工作机、GPS卫星对时装置、PMU数据集中器和计划管理终端等，形成全站监控管理中心。站控层提供站内运行人机界面，管理控制间隔层的设备，并通过电力数据传输网与调度中心或集控中心通信。

间隔层包含测量控制设备及继电保护设备等。间隔层设备实现本间隔中实时数据信息的汇总，并通过站内网络传送到站控层设备，而站控层发出的控制及操作指令也同步接收，达成承上启下的操作命令传输能力。同时间隔层还具有控制保护一次侧设备的及操作闭锁一系列功能。

过程层包含有常规互感器，主变压器、隔离开关、断路器等一次侧设备及配合使用的智能组件。智能组件含有断路器智能终端，常规互感器合并单元。采集模拟数据、发送操作控制命令、开关状态的输入及输出等与一次设备相应的功效是过程层主要功能。

1.2 两 网

以逻辑划分变电站网络实际为三网：过程层网络，站控层网络、间隔层网络。采用工业级以太设备组成全站通信网络。

站控层网络位于站控层设备及间隔层设备之间，作用于间隔层与站控层之间及站控层内部的信息传输。

过程层网络位于过程层设备及间隔层设备之间，作用于过程层与间隔层各自设备之间的。

而间隔层设备之间的信息传输，可以在物理层面通过端口映射至过程层网络或，站控层网络。不从逻辑划分，但就物理层面来说可划分为“两网”。

2 国际通用IEC61850标准

于IEC61850协议标准发布以前，每个厂家都是采用基于串口通信机制的通信规约：IEC60870-5（103），IEC60870-5（105）等，上述规约的实际应用功能过少，因此不同厂家为了实现各自的应用需求扩充了规约各种的功能插件。但因为对规约的编码不统一，使得不同厂家的设备兼容性很差，甚至同厂家对规约进行不同功能的扩展也不兼容，造成不同厂家，甚至同一厂家的设备都不可以进行兼容互操作。

IEC61850标准是适用于分层方式的自动化和IED的变电站电力网络通信协议。依据了电力系统实际运行中的特点，制定了实现数据的实时交互、传输任务的基础服务的规范；应用模糊控制服务端口、指定通信服务映射情形，同步网络技术的逐步发展。同时采用面对设备建立的模型和自述，面对对象建立模型技术，实现设备的开放性，多功能性和应用互操作性的需要。而且变电站同步性以及通信网络的测试、系统整体规范等也包含在通用标准中。IEC61850标准作为国际智能变电站统一的标准协议，奠定了智能电网的快速发展和开放性的坚固基础。

IEC61850解决了不同厂家设备之间的兼容性问题，从而大大简化了网络结构，搬开了一次设备的智能化发展的绊脚石。具体来说，基于IEC61850的变电站具有以下特点：

（1）统一协议，使不同厂家设备之间能以互相兼容、操作，依次取消了设备之间的协议转换器及常规变电站中大批的协议转换设备（保护管理机），使得变电站内的网络直接连接保护装置，以此实现变电站网络结构和层次的简化，去掉了保护管理机这层设备，减少调试维护时间，提高了系统可靠性。

（2）通用的协议，使得不同厂家产品的差异性减少，让客户对厂家的独占性减少。基于IEC61850国际标准的开放性，变电站采用IEC61850协议，后期的改扩建时，客户有更大的选择空间，杜绝了因为前期设备的协议特殊性而被局限到单独的厂家，使客户的投资效益最大化。

（3）统一了工程配置语言，实现系统的集成结构简化。统一使用IEC61850定义的SCL语言描述各厂家的模型，实现不同厂家的调试软件和产品之间的兼容及互相操作，减少调试时间，简化了系统架构。

（4）数字化和智能化的一次设备。因为有了可遵循的公开统一的标准，过程层中的一次设备智能化迅速发展，变电站内电子式互感器替代传统的电磁式互感器，可以直接向外部提供数字式光纤以太网接口；采用具备数字通信接口的断路器、智能变压器等设备，以此实现一次设备的智能化和数字化。

（5）减少电缆的使用量，简化变电站二次回路，数字化和网络化的二次电路得以形成。IEC61850包含了GOOSE通信模式，使得设备之间能够通过网络进行闭锁和逻辑配合。

常规变电站与使用IEC61850的智能变电站最大的区别是，优化网络架构使得二次回路简化，大批的二次电缆以光缆取代，并将一部分装置内部通信投影至过程层网络进行通信，一次设备通过数字通信接口与智能装置相连接，分离了数据采集、运算及出口服务，通过网络实现了数据的共享，节约了硬件的资源与成本。

综上所述，智能变电站中采用三层两网结构和通用的IEC61850协议对设备的二次回路进行简化，大批的二次电缆被光缆代替，对的开发、建设、设计、后期维护等各个环节进行规范。通过对智能变电站自动化系统中的项目统一标准。可以无缝连接不同厂家的设备，使变电站运行的安全稳定性和自动化水平大幅增加。使用面向对象技术及独立于网络结构的简单通信服务接口，使设备之间的互操作性大大加强。

参考文献

[1]林 冶，张孔林，唐志军.智能变电站二次系统原理与现场实用技术[M].北京：中国电力出版社，2016.

[2]曹团结，黄国方.智能变电站继电保护技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2013.

[3]宋福海.智能变电站二次设备调试实用技术[M].北京：機械工业出版社，2013.

收稿日期：2018-9-17