智能变电站的网络通信与信息处理技术分析

宋 豪，董 梁，严 薇，景 钰，安 珊，张 燕

（国网陕西省电力公司 经济技术研究院，陕西 西安 710075）

0 引 言

智能变电站最大的优势是能借助网络通信线路取代传统的电力电缆线路，打造更加有序的数字化网络通信结构，从而匹配点对点通信应用模式，为综合信息管理和数据共享提供保障，实现多元分析和综合应用的目标。

1 智能电子设备数据通信概述

1.1 特 点

第一，实时响应速率较快，能建立完整的实时运行信息管控模式，并匹配变电站自动化系统实现数据传输综合管理，有效维持数据传输管理的时效性，充分践行电力工业标准的具体要求。

第二，高可靠性，能实现24 h不间断处理，并结合系统应用要素维持变电站自动化系统设备通信的高标准处理。

第三，电磁兼容性良好，变电站所处的环境较为特殊，为了满足信号传输的应用需求，需要提高数据通信的综合水平，而借助智能电子设备应用平台能最大程度提升综合应用效果[1]。

第四，智能电子设备数据通信体系能建立完整的结构分层式设计模式，利用分层分布处理机制就能根据各层级的基本特点实现专业化设计处理。

1.2 通信接口

1.2.1 RS-485接口

目前较为常见的连接方式分为2线和4线，其中2线的应用更为广泛，网络拓扑结构见图1。在串行通信过程中能有效建立接收处理节点，最大限度避免通信冲突。

图1 半双工方式网络拓扑示意图

1.2.2 以太网接口

以双绞线、光纤或同轴电缆为传输介质的接口应用模式，报文发送后就能结合监控网络进行数据监控和节点分析，有效评估不同报文碰撞节点。

1.3 通信协议

1.3.1 Modbus协议

基于客户机/服务器的串行链路应用层协议模式，基础帧结构见图2。根据功能码和数据完成基本数据单元的分析与处理，并且匹配不同的断路器就能实现Modbus-RTU协议的处理。

图2 Modbus协议帧结构示意图

1.3.2 TCP/IP协议

基于ISO、OSI模型建立的不同层级模式是目前应用较为广泛的基础协议机制。此外，匹配IEC61850标准可以构造包含变电站层、间隔层及过程层的处理体系，有效实现综合应用的目标[2]。

2 智能变电站网络通信和信息处理技术应用方案

在智能变电站通信和信息处理工作中，要结合技术要点和应用规范，践行综合管控标准，维持整体应用管控的合理性和规范性，以构建满足智能变电站网络通信运行需求的技术框架。

2.1 智能变电站网络通信技术的应用

2.1.1 总体结构

整体结构参照IEC61850标准，建立站控层、间隔层及过程层，具体如图3所示。

图3 变电站自动化系统接口结构示意图

站控层主要监管控制全站信息、一次设备以及二次设备等，匹配远方控制中心建立远程监控体系，满足远方通信服务的基本需求。间隔层负责结合采集要求监督一次设备信号和一次设备跳闸等信息，并且匹配层级命令，维持应用规范性。过程层主要实现一次设备接口相关功能，并且结合采样信号及滞留状态信息构建数字化转型模式，确保数字化信息接口和智能接口的匹配度符合应用预期[3]。此外，在3层设备进行数据交换和信息共享的同时，还能对交流采样信号或直流状态信号等进行站控处理，结合监控信息维持结构应用的合理性，提高继电保护装置的可靠性和安全性。

2.1.2 通信结构

根据相关规定，SV能在模拟量信息处理工作中有效管控以太网的物理层和数据链路层，并且建构点对点直流网络模式，从而提升采样值应用效率。

建立采样值交换设备处理模式，合并单元及装置都要和网络交换设备直接连接，建构完整的数据共享网络模式，提高传输效果，并且匹配数据流向，打造多元组播地址信息框架。建立如图4所示的采样值点对点传输模式，结合MU采样值输出接口处理方式，在传输介质维持标准数值的情况下全面提高交换设备网络传输的合理性，提高传输效率。例如，确保采样值报文的离散度符合标准，采样标准为每周波80点，每秒钟要建立4 000个均匀分布的采样点，且相邻两点的时间差为250 μs[4]。

图4 点对点传输模式示意图

2.2 智能变电站信息记录技术的应用

在智能变电站常规化通信报文传输体系中，SV报文和MMS报文等都是较为常见的报文应用模式，可以建立完整的记录结构，维持信息记录应用的合理性。

2.2.1 点对点通信记录体系

借助组网点对点通信方式实现信息的传递和应用处理，确保信息发送后全面结合合并单元和装置实现光纤处理，无需借助网络交换设备就能维持采样数据的完整性、采样间隔的稳定性以及采样传输工作延时的稳定性。在点对点通信记录中，为了发挥采样数值的应用优势，需要建立匹配的采样值网络分析结构。由于采样数值传送要匹配相应的网络交换环境，因此结合链路中获取的真实数据能较好地维持应用效果，避免延时、信号接收不当或外接电源等问题对其造成影响[5]。

2.2.2 SV通信记录模式

在借助组网方式实现采样值发送处理后，要利用合并单元和装置等建立网络交换链接模式，确保对应的采样值信息能及时发送到网络体系中，保证间隔稳定性和延时稳定性的同时打造多元融合的数据处理框架。基本的记录方法包括3个部分，一是合并处理单元输出端，直接合并单元后就能获取相匹配的采样值信息，并且从源端获取信息能提高信息的真实性和合理性，但是通过这种方式进行监听时一个端口只能采集一个合并单元采样值信息。二是结合网络交换设备处理模式和网络设置的应用规范，有效完成采样值报文的处理分析，并记录不同单元和全站合并单元的信息，完善采样数值。三是装置输入端处理，在装置的采样值输入端获取接收信息，并且完成实时性记录，与此同时借助网络传送对应的采样值[6]。

3 信息分析技术的应用

3.1 网络通信信息分析

报文分析工序利用的是多项判断处理模式，在判定工序中结合报文文件的链路层应用结构完成分析工作，评估链路层协议要求的时效性，判断其是否完整合法，是否匹配以太网类型等，从而更好地提升报文管理效果，为对应协议要求的应用处理提供保障。其过程主要分为结合文件名读取报文的具体文件内容进行对应的处理，建立判断1对报文文件中的报文予以链路层评估，判断链路层协议内容，建立判断2分析报文类型，并且评估报文分析内容是否符合协议要求，建立判断3分析报文的应用情况，并且评估单一报文或者是报文应用过程是否合规[7]。

3.2 SV通信信息分析

为了建立对应的控制框架和信息监管模式，要充分发挥不同分析技术的应用优势，而SV通信信息分析最大的特点就是能建立实时性监控和离线分析两种模式，并且能充分考量采样值和合并单元对运行情况的影响。

3.2.1 实时性监听

主要获取的信息包括3种，一是采样数值的离散度分析情况与实时性记录情况，二是采样数值的波形情况及相位的实时性记录情况，三是采样数值的报文模式。除此之外，要按照本帧报文缓存记录、预解析处理以及报文信息应用的流程全面分析报文携带的电网数据信息，从而满足数据管控工作的基本需求，提高常规化智能变电站管理水平[8]。

3.2.2 离线分析

在采样数值报文处理模块完成报文信息接收后，要对其进行全过程分析以评估其是否符合相关要求。建立离线分析体系可以更加完整且合理地评估，若是出现错误就及时报警，并完善后续处理工作，确保进入ACSI信息解码模块的报文信息准确无误。通过综合分析地址信息与名称信息等，匹配信息映射处理手段，完善信息管理[9,10]。

4 结 论

在智能变电站综合管理工作中，要充分关注网络通信技术和信息处理技术的应用优势，结合具体情况制定方案，从而确保信息监管和筛查工作有序落实，提升信息记录和分析技术的应用效果，为通信行业可持续健康发展奠定坚实的基础。