海上风电场智能变电站网络设计方案的探究

樊 静

（国电南瑞南京控制系统有限公司，南京 210032）

海上风电场通常建设在离岸10km以外的海域，占海面积广阔，且海洋气候复杂多变，给巡视和检修造成了很大的不便，设备一旦发生故障，需要长时间才能修复或更换，造成严重的经济损失。海上升压站由于其特殊性，施工难度大，可以利用装配式变电站二次设备预制舱的设计理念，缩短海上升压站二次系统安装、调试工期，降低施工难度。

智能变电站是由先进、可靠、环保、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，同时具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能化变电站作为数字化变电站的延续，是实现建设统一坚强智能电网的重要环节。

1 二次设备预制舱

预制式二次组合设备由预制式二次组合设备舱（以下简称预制舱）、舱体辅助设施、二次设备屏柜（或机架）等组成，在工厂内完成相关配线、调试等工作，并作为一个整体运输至工程现场，就地安装于基础上。预制舱采用集装箱式构造，可为单个舱体，也可为多个分舱体拼接而成。舱内根据需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等辅助设施，其环境满足变电站二次设备运行条件及变电站运行调试人员现场作业的要求。

2 智能变电站网络设计方案

智能变电站一体化监控系统采用分层分布式网络结构的设计模式，采用三层设备两层网络结构。在功能逻辑上由站控层、间隔层、过程层以及网络和安全防护设备组成。

2.1 站控层

站控层设备包括一体化监控主机（兼操作员站、工程师站）、数据通信网关机、数据服务器，综合应用服务器、远动通信设备、网络打印机等。整个系统层软件采用一体化设计，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全站监控、管理中心，并与远方监控/调度中心通信。

站控层采用双星型以太网结构，MMS、GOOSE、SNTP三网合一，分别设置A网和B网，两个网段在物理上相互独立。配置4台主干交换机，其中安全I区2台，安全II区2台，I区与II区之间采用防火墙连接。站控层交换机与站控层设备之间的通信采用100M电口，站控层交换机与间隔层交换机通信采用100M光口。

2.2 间隔层

图1 站控层/间隔层交换机配置及连接方案图

间隔层由若干个二次子系统组成，包括继电保护、测控装置、安全自动装置、故障录波装置、电能计量装置等，在站控层及站控层网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。

间隔层网络采用双星型网络结构，分别设置A网和B网。间隔层交换机与间隔层设备之间的通信采用100M电口，双重化的保护第一套保护装置接入A网，第二套保护接入B网。各电压等级间隔层交换机与站控层交换机通信采用100M光口。

2.3 过程层网络设计

结合国家电网公司智能变电站设计规范，并考虑南方电网公司对数字化变电站的要求，根据目前已经运行的智能变电站调研情况，过程层采用采样值SV网络和GOOSE组网共网传输模式，保护装置采用直采直跳模式，测控装置、电度表、故障录波器、网络报文分析装置则是从过程层采样值网络获取相关信息。过程层由网络负责实现间隔层与过程层设备之间、间隔层设备之间以及过程层设备之间的数据通信，传输GOOSE报文及SV报文。过程层由电子式互感器、合并单元、智能终端等，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行的电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。

过程层按间隔配置交换机：即每个间隔单网配一台交换机，每台交换机完成本间隔言息的汇聚与分配，其中一个网口与过程层中心交换机交换信息。

3 对时系统解决方案

智能变电站系统采用主从式时间同步系统，由一台主时钟、多台从时钟和信号传输介质组成，用以为被授时设备或系统对时。根据实际需要和技术要求，主时钟可设用以接收上一级时间同步系统下发的有线时间基准信号的接口。接收单元接收到外部时间基准信号后，时钟单元按优先顺序选择外部时间基准信号作同步源，将时钟牵引入跟踪锁定状态，并补偿传输延时。这时，时钟受外部时间基准信号的控制，并输出与其同步的时间同步信号和时间信息。如接收单元失去外部时间基准信号，则时钟进入守时保持状态。这时，时钟仍能保持一定的时间准确度，并输出时间同步信号和时间信息。外部时间基准信号恢复后，时钟单元自动结束守时保持状态，并被外部时间基准信号牵引入跟踪锁定状态。

在变电站配置一套主钟，通过主时钟发送时间信号至从时钟，实现全站智能装置对时和同步采样。站控层采用SNTP方式实现对时，过程层采用IRIG-B（DC）实现。

4 结束语

本文对智能电网网络设计方案进行了详细的阐述，该方案已成功的应用于某海上风电场，未来此方案相关的技术提升和改进还有很广阔的前景，希望以本文为契机激发更多的技术人员投身该项技术的研究中去，并最终促进我国的电力电网快速发展。