智能变电站自动化化网络方案

马洪凯 张大江

摘要：作为电力系统的重要组成部分，电力网络的组成离不开变电站的支持，近年来，我国在电网智能化建设、改造方面投入了大量的人力、物力和财力，当前我国智能化电网建设已经取得了显著成绩，尤其是智能变电站的投入使用，加快了我国智能电网建设的规模和速度。近年来，随着变电站自动化系统技术的不断创新，我在智能电网建设方面的技术越发成熟，为适应未来智能电网建设的要求，则需要在智能变电站自动化系统新的设计方案中综合考虑功能分布、网络冗余、信息共享、远程交互等技术的应用，从而促进我国智能电网的进一步发展。

关键词：智能变电站；自动化系统；方案

智能变电站是智能电网的核如、是连接发电和用电的枢纽、是整个电网安全可靠运行的重要环节。网络应用技术的不断创新发展、变电站电力系统数据平台的不断完善、开发协议及电力接口标准等信息的不断开放，促使变电站一、二次设备和技术的融合W及变电站运行方式的转变，由此逐渐形成了完备的智能变电站技术体系。与传统变电站相比，其技术更加具有先进性、安全可靠、占地少、成本低、维护少、环境友好等系统优势。因此，研究和建设智能变电站不仅是未来变电站发展的方向，也将是智能电网建立所需要的顿理基础和要求。

1变电站自动化系统现状及问题

随着智能一次设备、电子互感器、设备在线状态监测、变电站运行操作仿真培训等技术日趋成熟并在实际工程中得到应用，以及计算机网络技术在实时分布工业环境下的应用，IEC61850变电站自动化系统建模及通信体系标准的推广应用，变电站自动化技术进入了以数字化建模及通信为基础支撑的智能化时代。

智能變电站按照IEC61850标准，将变电站分成三层，即站控层、间隔层、过程层。站控层与间隔层之间称为站控层网络，过程层与间隔层之间称为过程层网络，即通常所说的“三层两网”结构。过程层网络组网方案较多，保护可采用直采直跳、直采网跳、网采网跳方式，GOOSE、SV可采用不组网、共网、独立组网等方式，组网方式更加灵活。

2变电站自动化网络分析

2.1变电站自动化体系各子系统组网方案

变电站自动化体系按安全分区由以下各系统构成：安全I区：一体化监控系统、相量测量系统。安全II区：继电保护故障信息系统、电能量计量系统。安全III区：在线监测系统、智能辅助控制系统。由于受安全分区的限制，已建智能变电站自动化体系按各安全分区独立，根据《智能变电站一体化监控系统建设技术规范》规定，各系统与站外安全III、IV区系统连接是通过正反向隔离装置实现，因此其满足变电站二次系统安全防护要求。

2.2网络负载分析

2.2.1站控层网络负载

智能变电站站控层网络主要有故障信息系统的数据流量、遥测、遥信、录波等报文的数据流量，网络负载量不大，据多数自动化系统厂家所作试验的测试结果，最严重的故障情况下站控层网络的负载量仅占到百兆带宽的12%。

2.2.2过程层网络负载

1）采样值SV报文流量

过程层网络采样值报文传输采用IEC61850-9-2协议。IEC61850-9-2采样值报文帧中存在一些不确定的长度，其具体值由配置和编码来决定，为了便于分析，下面所有的数据流量分析都以保护数据每周波80点采样率、计量数据每周波200点采样率，每帧1个ASDU计算，可以算出，根据不同的配置和编码风格，每帧数据的长度为169～226字节。针对数据流量分析，数据长度取最大的226字节参与估算。

用于保护、测控等采样值带宽为：

226byte/合并单元8bits/byte 80点/周波50周波=7.2Mbits。

用于电能计量、PMU等采样值带宽为：226byte/合并单元8bits/byte 200点/周波50周波=18.1Mbits。

2）GOOSE报文

GOOSE报文主要实现保护装置间配合命令、间隔联闭锁信号的网络传输。当采用交换式光纤以太网和报文优先级设置时，大量实验证明GOOSE报文连续丢失的帧数最多不超过2。在正常情况下，GOOSE网络仅维持一些必要的状态查询报文，这也是在定义GOOSE方面，IEC61850较之UCA2.0的一个灵活之处，其网络流量几乎可以忽略不计，而在事故状态下，针对不同的事故状况，多涉及到的二次设备间配合命令的不同，GOOSE报文的大小也是各不相同，大部分的GOOSE报文在200字节左右，也有少量GOOSE报文达到300甚至600字节（如主变本体智能终端的开关量信号）。

2.3网络方案研究

针对变电站数据流特点，为避免网络风暴等问题，推荐智能变电站站控层网络和过程层网络均选用双星型网络结构。智能变电站的站控层网络相对过程层网络而言在实时性方面要求没有那么苛刻，通过流量计算以及多年来的运行经验也表明，百兆快速以太网能满足站控层网络的数据传输要求，站控层网络推荐选用100Mbps以太网。

接入过程层网络单间隔二次设备流量一般不超过40Mbps，且二次设备以太网口处理能力也小于40Mbps，二次设备1000Mbps端口尚未成熟，同时考虑测试过程中，当过程层网络流量小于40Mbps情况基本不会丢包，因此本工程过程层网络选用100M以太网络，同时装置接入交换机的流量不大于40Mbps。对于交换机级联端口，由于流量有可能超过100Mbps，因此选用1000Mbps端口。智能变电站的过程层网络承担着电流电压采样值（SV）、一次设备状态信息以及二次设备保护、控制信号GOOSE报文的传输工作，较之站控层网络，要求更高的实时性和更强的报文处理能力。智能交换机需满足智能变电站对所内信息实时性、高效性及精确对时的要求，支持IEC61588协议。

3结束语

智能变电站是智能电网建设的重要内容，是发、输、变、配、用电和调度等智能电网各环节信息交互的关键支撑点，站内信息网络基于IEC61850标准，满足保护、测控、计量等功能装置信息交互需求。网络通信在智能变电站自动化系统中起着重要作用。

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[7]国家电网公司企业标准，智能变电站一体化监控系统建设技术规范（Q/GDW679—2011），国家电网公司发布，2012.

（作者单位：国电南瑞南京控制系统有限公司）