浅析智能变电站二次回路结构特征

王超+侯龙景

摘要：智能变电站采用性能优越的数字式互感器进行电气量采集，与站内各类信息均通过通信网络进行传输交换，不同的信号传输方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路转变为通信网络后，网络性能的优劣对智能变电站的功能实现具有较大影响。

关键词：二次回路；电子式互感器；合并单元；通信网络；网络性能

1、智能变电站二次回路变革

1.1 电压电流互感器

智能变电站采用电子式互感器对站内一次设备进行电气量采样。电子式互感器具有体积小、重量轻、动态范围宽、无磁饱和、PT无谐振、CT可开路的优点，且采样信号通过光缆进行传送，抗噪声干扰性强的优点。ECT数字化输出数据的额定采样频率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工频系统)中的任意一种，最高采样速率可达500KHz，用以满足高频保护（例如行波保护）的精度需求。

1.2 合并单元MU

智能变电站采用合并单元将电子式电流电压互感器所采集的三相电流和电压进行组合并按照协议规则进行传输，传送的通用帧包括12路采样值信息。相应地，一台合并单元（MU）可汇集（合并）12个二次转换器数据通道，一个数据通道只能承载一台电子式电流互感器或一台电子式电压互感器采样测量值的单一数据流，在工程现场，MU采集的12路信息包括三相测量电流、三相保护电流、中性点电流、三相测量电压、中性点电压及母线电压（见图1所示）。

图1合并单元定义

Fig.1Definition of merging unit

合并单元传送的点对点链接数据的长度通常是56字节，帧间隙最少需要70个空闲位，数据帧以曼彻斯特编码格式传输，通用帧的标准传输速度为2.5 Mbit/s，合并单元到二次设备的联结，可用光纤传输系统或铜线型传输系统实现［1］。

1.3 通信网络

智能变电站网络主要分为SV网及GOOSE网，SV网主要完成采样值信息的传输，GOOSE网主要完成不同优先级开入量的传送，包括最高级（电气量保护跳闸、保护闭锁信号）、次高级（遥控分合闸、断路器位置信号）及普通级（刀闸位置信号、一次设备状态信号）三级开入量的传送［2］。

当前智能变电站网络通信结构主要有以下几种：（1）采用光纤点对点与GOOSE网络相结合的方式，包括 “直采直跳”及“直采网调”两种方式；（2）采用光纤点对点、采样值网络与 GOOSE网络相结合的方式（3）采用过程总线方式，即采用交流采样（SMV）和GOOSE组网的方式，其中又分为共网或分网模式。

鉴于网络信息传输可靠性考虑，工程中多采用直采网跳方式，随着交换机技术等技术的不断发展，未来智能变电站二次系统的组网方式将采用网采网跳方式，SV网及GOOSE网既可双网合一，也可分开铺设。

2、网络性能指标

智能变电站通过过程层网络对SV报文、GOOSE报文进行传输［3］。过程层网络性能直接影响数字化变电站内继电保护设备的灵敏性和可靠性。网络性能的研究，首先需选取适当的性能指标参数。指标参数体系可从多个角度来描述，如按照TCP/IP协议层划分，以反映不同网络层次中的性能状况；也可以按指标内容来划分，如时延、时延抖动、包丢失率、误码率、吞吐量、带宽、信道利用率、信道容量、带宽利用率、连通性等，反映了网络资源利用率和网络服务等网络性能［4］。

针对于通信网络性能，目前主要利用OPNET软件进行模拟仿真，对比不同传输方式（单播、组播）、划分VLAN与否［5］等来评估网络性能，提出更优的网络架构模型，以满足各类信息传输的实时性、可靠性。

3、结语

智能变电站二次回路结构较常规变电站发生了深刻变革，由于常规信号的一一对应关系不再存在，且二次回路网络化使得网络性能的变电站功能实现中具有较大影响，在满足网络性能指标的前提下，如何实现网络的最优化成为一个具有研究意义的课题方向。

［注释］

①殷志良，刘万顺，杨奇逊等. 变电站自动化系统过程层与间隔层串行通信研究［J］，中国电力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，马千里. GOOSE通信及应用［J］，电力系统自动化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孙一民．数字化变电站过程层GOOSE通信方案［J］．电力系统自动化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中华人民共和国信息产业部．YD/T 1171-2001 IP网络技术要求-网络性能参数与指标［S］，北京：人民邮电出版社，2002．第7页，第六节.

［5］方晓洁，季夏轶，卢志刚. 基于OPNET的数字化变电站继电保护通信网络仿真研究［J］，电力系统保护与控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者单位：国网枣庄供电公司，山东 枣庄 277000）

摘要：智能变电站采用性能优越的数字式互感器进行电气量采集，与站内各类信息均通过通信网络进行传输交换，不同的信号传输方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路转变为通信网络后，网络性能的优劣对智能变电站的功能实现具有较大影响。

关键词：二次回路；电子式互感器；合并单元；通信网络；网络性能

1、智能变电站二次回路变革

1.1 电压电流互感器

智能变电站采用电子式互感器对站内一次设备进行电气量采样。电子式互感器具有体积小、重量轻、动态范围宽、无磁饱和、PT无谐振、CT可开路的优点，且采样信号通过光缆进行传送，抗噪声干扰性强的优点。ECT数字化输出数据的额定采样频率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工频系统)中的任意一种，最高采样速率可达500KHz，用以满足高频保护（例如行波保护）的精度需求。

1.2 合并单元MU

智能变电站采用合并单元将电子式电流电压互感器所采集的三相电流和电压进行组合并按照协议规则进行传输，传送的通用帧包括12路采样值信息。相应地，一台合并单元（MU）可汇集（合并）12个二次转换器数据通道，一个数据通道只能承载一台电子式电流互感器或一台电子式电压互感器采样测量值的单一数据流，在工程现场，MU采集的12路信息包括三相测量电流、三相保护电流、中性点电流、三相测量电压、中性点电压及母线电压（见图1所示）。

图1合并单元定义

Fig.1Definition of merging unit

合并单元传送的点对点链接数据的长度通常是56字节，帧间隙最少需要70个空闲位，数据帧以曼彻斯特编码格式传输，通用帧的标准传输速度为2.5 Mbit/s，合并单元到二次设备的联结，可用光纤传输系统或铜线型传输系统实现［1］。

1.3 通信网络

智能变电站网络主要分为SV网及GOOSE网，SV网主要完成采样值信息的传输，GOOSE网主要完成不同优先级开入量的传送，包括最高级（电气量保护跳闸、保护闭锁信号）、次高级（遥控分合闸、断路器位置信号）及普通级（刀闸位置信号、一次设备状态信号）三级开入量的传送［2］。

当前智能变电站网络通信结构主要有以下几种：（1）采用光纤点对点与GOOSE网络相结合的方式，包括 “直采直跳”及“直采网调”两种方式；（2）采用光纤点对点、采样值网络与 GOOSE网络相结合的方式（3）采用过程总线方式，即采用交流采样（SMV）和GOOSE组网的方式，其中又分为共网或分网模式。

鉴于网络信息传输可靠性考虑，工程中多采用直采网跳方式，随着交换机技术等技术的不断发展，未来智能变电站二次系统的组网方式将采用网采网跳方式，SV网及GOOSE网既可双网合一，也可分开铺设。

2、网络性能指标

智能变电站通过过程层网络对SV报文、GOOSE报文进行传输［3］。过程层网络性能直接影响数字化变电站内继电保护设备的灵敏性和可靠性。网络性能的研究，首先需选取适当的性能指标参数。指标参数体系可从多个角度来描述，如按照TCP/IP协议层划分，以反映不同网络层次中的性能状况；也可以按指标内容来划分，如时延、时延抖动、包丢失率、误码率、吞吐量、带宽、信道利用率、信道容量、带宽利用率、连通性等，反映了网络资源利用率和网络服务等网络性能［4］。

针对于通信网络性能，目前主要利用OPNET软件进行模拟仿真，对比不同传输方式（单播、组播）、划分VLAN与否［5］等来评估网络性能，提出更优的网络架构模型，以满足各类信息传输的实时性、可靠性。

3、结语

智能变电站二次回路结构较常规变电站发生了深刻变革，由于常规信号的一一对应关系不再存在，且二次回路网络化使得网络性能的变电站功能实现中具有较大影响，在满足网络性能指标的前提下，如何实现网络的最优化成为一个具有研究意义的课题方向。

［注释］

①殷志良，刘万顺，杨奇逊等. 变电站自动化系统过程层与间隔层串行通信研究［J］，中国电力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，马千里. GOOSE通信及应用［J］，电力系统自动化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孙一民．数字化变电站过程层GOOSE通信方案［J］．电力系统自动化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中华人民共和国信息产业部．YD/T 1171-2001 IP网络技术要求-网络性能参数与指标［S］，北京：人民邮电出版社，2002．第7页，第六节.

［5］方晓洁，季夏轶，卢志刚. 基于OPNET的数字化变电站继电保护通信网络仿真研究［J］，电力系统保护与控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者单位：国网枣庄供电公司，山东 枣庄 277000）

摘要：智能变电站采用性能优越的数字式互感器进行电气量采集，与站内各类信息均通过通信网络进行传输交换，不同的信号传输方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路转变为通信网络后，网络性能的优劣对智能变电站的功能实现具有较大影响。

关键词：二次回路；电子式互感器；合并单元；通信网络；网络性能

1、智能变电站二次回路变革

1.1 电压电流互感器

智能变电站采用电子式互感器对站内一次设备进行电气量采样。电子式互感器具有体积小、重量轻、动态范围宽、无磁饱和、PT无谐振、CT可开路的优点，且采样信号通过光缆进行传送，抗噪声干扰性强的优点。ECT数字化输出数据的额定采样频率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工频系统)中的任意一种，最高采样速率可达500KHz，用以满足高频保护（例如行波保护）的精度需求。

1.2 合并单元MU

智能变电站采用合并单元将电子式电流电压互感器所采集的三相电流和电压进行组合并按照协议规则进行传输，传送的通用帧包括12路采样值信息。相应地，一台合并单元（MU）可汇集（合并）12个二次转换器数据通道，一个数据通道只能承载一台电子式电流互感器或一台电子式电压互感器采样测量值的单一数据流，在工程现场，MU采集的12路信息包括三相测量电流、三相保护电流、中性点电流、三相测量电压、中性点电压及母线电压（见图1所示）。

图1合并单元定义

Fig.1Definition of merging unit

合并单元传送的点对点链接数据的长度通常是56字节，帧间隙最少需要70个空闲位，数据帧以曼彻斯特编码格式传输，通用帧的标准传输速度为2.5 Mbit/s，合并单元到二次设备的联结，可用光纤传输系统或铜线型传输系统实现［1］。

1.3 通信网络

智能变电站网络主要分为SV网及GOOSE网，SV网主要完成采样值信息的传输，GOOSE网主要完成不同优先级开入量的传送，包括最高级（电气量保护跳闸、保护闭锁信号）、次高级（遥控分合闸、断路器位置信号）及普通级（刀闸位置信号、一次设备状态信号）三级开入量的传送［2］。

当前智能变电站网络通信结构主要有以下几种：（1）采用光纤点对点与GOOSE网络相结合的方式，包括 “直采直跳”及“直采网调”两种方式；（2）采用光纤点对点、采样值网络与 GOOSE网络相结合的方式（3）采用过程总线方式，即采用交流采样（SMV）和GOOSE组网的方式，其中又分为共网或分网模式。

鉴于网络信息传输可靠性考虑，工程中多采用直采网跳方式，随着交换机技术等技术的不断发展，未来智能变电站二次系统的组网方式将采用网采网跳方式，SV网及GOOSE网既可双网合一，也可分开铺设。

2、网络性能指标

智能变电站通过过程层网络对SV报文、GOOSE报文进行传输［3］。过程层网络性能直接影响数字化变电站内继电保护设备的灵敏性和可靠性。网络性能的研究，首先需选取适当的性能指标参数。指标参数体系可从多个角度来描述，如按照TCP/IP协议层划分，以反映不同网络层次中的性能状况；也可以按指标内容来划分，如时延、时延抖动、包丢失率、误码率、吞吐量、带宽、信道利用率、信道容量、带宽利用率、连通性等，反映了网络资源利用率和网络服务等网络性能［4］。

针对于通信网络性能，目前主要利用OPNET软件进行模拟仿真，对比不同传输方式（单播、组播）、划分VLAN与否［5］等来评估网络性能，提出更优的网络架构模型，以满足各类信息传输的实时性、可靠性。

3、结语

智能变电站二次回路结构较常规变电站发生了深刻变革，由于常规信号的一一对应关系不再存在，且二次回路网络化使得网络性能的变电站功能实现中具有较大影响，在满足网络性能指标的前提下，如何实现网络的最优化成为一个具有研究意义的课题方向。

［注释］

①殷志良，刘万顺，杨奇逊等. 变电站自动化系统过程层与间隔层串行通信研究［J］，中国电力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，马千里. GOOSE通信及应用［J］，电力系统自动化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孙一民．数字化变电站过程层GOOSE通信方案［J］．电力系统自动化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中华人民共和国信息产业部．YD/T 1171-2001 IP网络技术要求-网络性能参数与指标［S］，北京：人民邮电出版社，2002．第7页，第六节.

［5］方晓洁，季夏轶，卢志刚. 基于OPNET的数字化变电站继电保护通信网络仿真研究［J］，电力系统保护与控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者单位：国网枣庄供电公司，山东 枣庄 277000）