浅析智能变电站自动化网络架构

刘洁星

摘 要：在国民经济发展过程中，电力可以说是支撑国民经济发展的重要保障，而在电力发展过程中，变电站在其中发挥着至关重要的作用，是整个电网得以顺利进行的基础。而智能变电站的出现，更是在很大程度上促进了电力企业的健康发展，而智能变电站的网格结构作为变电站的核心内容对变电站的健康发展有着至关重要的作用，故在本文中我们主要对智能变电站自动化网络架构进行了简要的分析与探讨。

关键词：智能；变电站；自动化网络；架构

中图分类号： TM4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）17-151-2

1 背景及意义

在智能变电站发展过程中，其通过使用先进、低碳以及集成的环保设备，并且以全站信息数字化以及通信平台网络化等先进技术为基本要求，自动的完成了对基础信息的采取与测量、控制、保护以及检测的任务，同时还可以依据实际情况来支持电网的实时自动控制、以及完成电网的智能调节和在线分析等具有比较高级的使用功能的变电站。

智能化一次设备包括电子式互感器、智能化开关等。网络化二次设备包括过程层，其中是一次设备与二次设备的结合部分，包括光电式互感器、合并单元、智能终端，间隔层是由保护装置、测控装置、故障录波装置以及其他智能设备构成，站控层包括监控系统主机、操作员工作站、远动机、保护信息子站、维护工程师站等。

智能变电站用光纤取代传统的二次回路硬接线，通过网络连接全站所有的智能设备。网络系统是智能变电站自动化系统的重要组成部分，关系到整个变电站自动化系统的正常运作。网络技术在变电站自动化的深化，对智能变电站进步起到了至关重要的作用。

2 智能变电站的优点

2.1 常规变电站特点

常规的变电站其具有自动化系统的特点主要是通过在二次系统中使用单元间隔的一种布置方式，并且其在装置中通常是相对独立的，而且各个装置之间也缺乏一定的统一性和协调性，在功能上也比较欠优化，在进行信息输入时，其也不能有效的实现资源的共享，不仅接线比较复杂，而且在系统扩展方面也存在很大的困难。

2.2 数字变电站优缺点

数字变电站的主要特点就是在一次设备方面有效的实现了数字智能化，在二次设备方面实现了数字网络化，并且在变电站通信网络系统方面也逐渐地实现了标准统一。与常规变电站相比，其已经有了很大的进步，不仅体现在其实现了站控、过程以及间隔三层的功能结构，此外还能通过太网对变电站进行科学的管理，并且具有遥控、遥测以及遥调等优秀的功能。但是在实质上其与信息模型以及互操作性还有很大的不同。

2.3 智能变电站优点

智能变电站通过使用先进、低碳以及集成的环保设备，并且以全站信息数字化以及通信平台网络化等先进技术为基本要求，自动的完成了对基础信息的采取与测量、控制、保护以及检测的任务，同时还可以依据实际情况来支持电网的实时自动控制，以及完成电网的智能调节和在线分析等具有比较高级的使用功能的变电站。其在实际操作过程中不仅在很大程度上提高了操作的精确性，而且与数字变电站相比具有非常明显的优势，就是有效的实现了在线监测与体系化紧密的智能化设备以及高端程序的应用，智能化变电站不仅具有很高的智能性，而且还具有很高级的互动功能，而且也能够把不同厂家的设备进行有效的连接，从而使其在使用功能方面更加顺利，更加畅通。

3 智能变电站自动化相关技术

3.1 网络规约

常规站的通讯规约为IEC103等，只作为通信规范站控层、网络层、间隔层光纤或双绞线以太网，利用现有二次技术同时结合一次设备运行模式。

数字化变电站通讯规约为IEC61850标准，这种规约作为通信规范采用采样/传输等模式，光纤或双绞线以太网，分别有站控层、间隔层、过程层，一、二次设备使用光缆连接，用智能互感器或开关。

3.2 IEC61850标准

IEC61850除了具有通信规约以外其还为智能变电站系统提供了一个统一的标准，同时还对变电站的设计、开发以及工程维护等诸多领域进行科学的指导，这一点与传统的IEC60870-5-103标准相比具有非常明显的优势。其次IEC61850标准还能够对变电站自动化系统对象进行建模，并且通过专业的面向对象技术以及相对比较独立的网络结构的抽象通信服务接口在很大程度上增加了变电站不同设备之间的互操作性，能在不同厂家之间的设备中进行很好的衔接，由此在很大程度上提高了变电站自动化技术操作的水平，以及运行的安全性，能够有效的实现完全互操作。

3.3 IEC61850定位

目前，IEC61850标准是最为先进的变电站自动化标准，而嵌入式硬件以及嵌入式操作系统技术的应用又在很大程度上促进了IEC61850标准在智能变电站系统中的应用，可以说其是唯一的一种基于网络通信平台的变电站自动化系统的国际标准。

IEC61850标准不仅对数据的定义以及命名和设备的行为等进行了详细的规范，此外还有效的沟通了不同电气设备，使不同电气设备之间实现了信息的共享以及互操作性。此外不仅对测控装置的模型以及通信接口进行了有效的规范和保护，还对电子式的CT、PT以及智能化开关等一次性设备的模型和通信接口进行了科学的定义。

3.4 智能变电站与常规变电站的不同

常规站是一二次设备设计重视通讯网络的部分；数字化变电站是重视二次设备智能与一次设备连接，智能开关/互感器不同于传统变电站，通信网络与GOOSE网络分开。

常规站是二次结构分为站控层、网络层、间隔层；数字化变电站是过程层、间隔层、站控层。

常规站是站控层包括监控后台（嵌入五防系统） 、工程师站、保护信息子站、运动设备，独立五防它们之间的规约是传统的通讯规约；数字化变电站是站控层设备同常规站，但是规约是IEC61850规约。

常规站是监控双网配置，网络采用星型结构；数字化变电站是监控双网传输保护信息、测控采样信息、联闭锁GOOSE信息、顺控信息等，保护信息单网传输保护信息、录波信息等，GOOSE双网配置，都使用IEC61850标准。

4 智能变电站网络基本架构

4.1 三层两网结构

智能变电站三层两网结构分别为：从结构上讲，智能变电站可分为站控层设备、间隔层设备、过程层设备、站控层网络和过程层网络，即“三层两网”，如图1。

4.2 结构特点

与传统的变电站网络相比较，智能变电站内采用直采直跳的架构，电子设备间不经过交换机而以点对点连接方式直接进行采样值传输，同时电子设备间不经过交换机而以点对点连接方式进行直接跳合闸信号的传输。智能变电站过程层网络相当于常规变电站的二次电缆，各IED之间的信息通过报文交换，信息回路主要包括SV采样、GO开入和开出。从功能实现上讲，智能变电站可分为过程层（含设备和网络）和站控层。过程层面向一次设备，站控层面向运行和继保人员。

5 网络应用设计

5.1 概述

某智能变电站以“系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环保”为技术特征的新一代智能变电站，以“集成化智能设备与一体化业务系统”为主要特征，实现了专业设计向整体集成设计的转变，一次设备智能化向智能一次设备的转变，是先进适用技术的集成应用。

该站可以建立在IEC61850通信技术规范基础上，按分层分布方式实现智能变电站内智能电气设备间的信息共享和互操作性。从整体上分为站控层、间隔层、过程层三层。

全站均可采用高速以太网组成，通信规约采用DL/T860标准，设备统一建模。例如，站控层网络采用星形结构MMS网获取全站的全景数据。过程层与间隔层设备，如合并单元、智能终端、保护、测控、一、二次设备在线检测等设备，采用就地化布置原则与合并单元与智能终端等过程层设备优化组合实现就地安装。

站控层设备均可安装在二次设备室，主要包含一体化监控系统平台、站域保护、智能远动装置、一体化电源等，从而能够实现顺序控制、远程浏览、告警直传、一体化五防、继电保护故障信息管理功能、智能告警及故障信息综合分析决策、设备状态可视化、远端维护、智能辅助控制系统等高级应用功能，能够充分完成与主站端的数据通信与交互工作。

5.2 全站网络配置

站控层、间隔层网络均可采用双重化星型以太网结构，传输MMS报文和GOOSE报文。过程层网络：220kV部分采用双重化星型光纤以太网结构， 110kV部分的主变间隔采用双重化星型光纤以太网结构，其余间隔采用单星型光纤以太网结构，10kV站域控制功能部分，设置独立的10kV过程层网络，单网配置。

对于层设备的应用，站控层设备：包括监控主机、数据服务器、综合应用服务器、数据通讯网关机等；

间隔层设备：包括主变成套保护、主变非电量保护、备用电源自投装置、线路保护、测控装置、一体化电源、二次设备监测装置等；

过程层设备：包括电子式互感器、合并单元和智能终端等。

6 今后面临的问题

随着变电站智能化，网络在变电站内的重要程度也越来越高，那么如何保障网络的安全性及可靠性就成为面临的重要问题，如通过设置每一层的安全防火墙来保证横向的网络安全、纵向的安全隔离，使整个变电站的网络可靠安全。同时，还可从变电站的网络拓扑结构选型、系统的冗余配置、网络的优化等进行全方位的网络设计，从而提高全站的网络可靠性及安全性。

7 结语

通过建立智能电网，不仅能够有效的促进人与自然之间实现和谐发展，有效的提升电力系统的革新和升级，此外还能有效的实现电网管理与消费者之间的亲密互动。而智能化变电站在智能化电网建设过程中发挥着重要的作用，因为智能化变电站不仅在电网运行以及信息控制方面取得了非常显著的成绩，此外也使得电力系统更加人性化和智能化，而智能化变电站的实现又离不开对架构体系的完善与更新，只有对变电站架构体系进行有效的更新才能更好的促进智能变电站功能的有效实现。

参 考 文 献

[1] 李斌.智能变电站技术及其应用研究[D].华北电力大学（北京），2011.

[2] 俞辰颖.智能变电站网络技术研究[D].华北电力大学，2014.

[3] 尚兴明.智能变电站关键技术分析及应用[D].燕山大学，2014.

[4] 李向峰.智能变电站技术及其应用的研究[D].华北电力大学，2013.