智能变电站自动化通信网络结构研究

胡毅　李璐

摘 要：相较于常规变电站，智能站内自动化通信网络接受数据量极大，任务繁多，对可靠性要求较高。本文对智能变电站的自动化通信网络的结构进行了研究，阐述了智能站“三层两网”构架，分析了自动化通信网络的硬件结构，讨论了智能变电站自动化通信网络组网方式，为自动化通信网络可靠性的研究奠定基础。

关键词：智能变电站;自动化系统;通信网络;网络结构

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.133

相较于常规变电站，智能站内自动化通信网络的任务极其重要，接受数据量极大，可靠性要求较高[1]，对智能站的自动化通信网络结构进行研究具有极其重要的现实意义。

1 智能站“三层两网”骨架

“三层两网”骨架作为站内各种二次信息的传输通道，在智能站的自动化通信网络中占有核心地位，其可靠性直接决定了站内信息的传输可靠性[2-3]。

“三网”即是指过程层、间隔层和站控层这三个物理结构，各层的定义以及其主要作用如下所示： （1）过程层：该层处于网络构架的底层，主要负责与一次设备之间完成数字化信息的转换与互联。该层智能电子设备（IED）采集一次设备交流量，完成模数转换（A/D）后转化为数字量，传输给上层设备作为分析计算的依据。此外，过程层设备还应接受和完成间隔层发送的各类控制命令。 （2）间隔层：该层处于网络构架的中层，主要是发挥承上启下的作用。该层需要完成对过程层上传数字信号的分析，并将分析结果传输给站控层，而且还需要下发对过程层设备的控制命令。 （3）站控层：该层处于网络构架的顶层，功能为将站内信号和信息发至远方调度，以供调度中心可以实现对全站信息的实时监控。此外，站控层还需要向间隔层下发各类操作命令。

将各层之间的通信网络定义为站控层网络与过程层网络。“两网”即是指这两个网络，各网络的定义及其主要作用如下所示： （1）过程层网络：该网主要负责过程层与间隔层的网络连接，实现了保护测控装置和过程层各类接口装置、传感器以及执行元器件间的数据共享与应用。 （2）站控层网络：该网主要负责站控层和间隔层的网络连接，实现了保护测控装置和站控层IED的数据共享与应用，还有间隔层IED间的信息共享。

“三层两网”的骨架体系中传输的站内信息流主要包含电压信息、电流信息、各类控制信息、保护测量信息等，一个高可靠性的网络结构是保证站内信息流传输正常的根本。

2 智能站自动化通信网络硬件结构

过程层设备主要负责与一次设备之间完成数字化信息的转换与互联[4]。有以下几类设备：（1）电流互感器（CT）与合并单元（MU）。电流互感器CT采集三相电流后，通过二次线接入MU，MU经过模数转化将模拟量转变成数字量，供IED使用。（2）断路器（开关）与智能终端。断路器（开关）与智能终端成配置出现，一起实现跳闸命令和收集开关刀閘的相关信号。智能终端与断路器一般经由电缆相连，将保护装置以及测控装置发送的跳闸信号完成数模转化后，操作断路器跳闸机构完成跳闸。（3）母线合并单元。电压互感器（PT）一般根据母线配置，其数量要远少低于CT。为了采集电压数值，每个PT都会配置对应的电压合并单元，即母线合并单元。（4）本体智能终端。本体智能终端需要监测变压器本体的相关数据及信号，同时还需要配合瓦斯继电器的动作情况给变压器的三侧开关发出相应跳闸指令。

间隔层设备发挥了承上启下的作用，主要以下几类设备：（1）继电保护和测控装置。与传统站不同，智能站的保护、测控装置了删减了交流插件，替换为SV光信号接口，删除了开入开出插件，替换为GOOSE光信号接口。合并单元及智能终端替代了传统保护中的交流及开入开出插件。（2）故障录波装置与网络报文分析装置。故障录波装置与网络报文分析仪的配置方式一致，故障录波装置的作用是分析故障后的波形，网络报文分析装置的作用则是分析各类报文。两个装置均采取组网的方式采集各类开入量。（3）电能表。电能表一般按照电压等级和间隔配置，主要是采集合并单元的各类SV信息，发送至营销中心用以统计电量。

站控层设备包括各类监测设备、通讯设备、网络记录设备、网关设备、电能采集装置以及对视装置，就不在此赘述了。

3 智能站自动化通信网络组网方式

智能站自动化通信网络组网方式可以分为直采直跳、网采网跳以及混合组网方式[5]。

直采直跳即是指直接采样和直接跳闸，其中没有添加其他任何环节。直采直跳方式具有结构简单、可靠性高的优点，但是站内数据的共享程度低。继电保护装置在变电站内占有极其重要的地位，一般采取直采直跳方式。直采直跳虽然具有可靠性较高的优点，但是其数据共享度较差的缺点与智能站的发展前景相悖，并不是最终方式。

网采网跳即是指网络采样和网络跳闸，需要经过交换机的转接，结构较为复杂，可靠性相较直采直跳较差，但有利于完成装置间的数据共享。一般而言，测控装置对于可靠性的要求较低，可以依据实际需求采取网采网跳模式。而除了保护与测控以外的间隔层设备，由于其不具备跳闸，可采取网采方式。

混合组网方式包含直采网跳、网采直跳等方式。目前在变电站采用较多的方式是直采网跳。至于测控装置，由于其跳闸对应的均为无故障的分闸操作，对可靠性的要求相对较低，在保证数据共享性的前提下，需要根据实际需求采用网络跳闸的方式。

4 结论

本文对智能变电站的自动化通信网络的结构进行了研究，阐述了智能站“三层两网”构架，分析了自动化通信网络的硬件结构，讨论了智能变电站自动化通信网络组网方式，为自动化通信网络可靠性研究打下了基础。

参考文献：

[1]耿英格.变电站自动化系统及网络优化[J].科技创新与应用，2017（14）：177.

[2]黄新庭.智能变电站数据流分析及其网络通信性能研究[D].广东工业大学，2016.

[3]汪龙.基于IEC61850智能变电站通信网络的可靠性研究[D].华北电力大学（北京），2017.

[4]冯豆，张春龙，李君，杨光辉.基于以太网的变电站自动化网络通信系统设计[J].制造业自动化，2018，40（01）：154-156.

[5]汪东.智能变电站信息流静态计算与VLAN精细化配置研究[D].广东工业大学，2018.

作者简介：胡毅（1982-），男，湖北通城人，本科，工程师，研究方向：智能变电站自动化系统。