智能变电站通信网络架构基础和模型研究

2021-12-03南方电网迪庆供电局松海林张雪祥李红武李晓花

电力设备管理 2021年1期

南方电网迪庆供电局松海林徐彬张雪祥李红武李晓花

在中国，变电站自动化系统已经应用超过几十年，变电站自动化系统的发展为电力系统的安全稳定运行发挥着极其重要的作用[1,2]。随着信息化浪潮的推进，电力系统结构日趋复杂，对自动化系统传输信息能力提出了更高的要求，因此研究智能变电站通信网络结构基础及其模型具有现实意义。

1 智能变电站通信网络特点

智能变电站的主要功能是运用先进的计算机软件和硬件技术，或者运用泛人工智能技术代替人工进行广泛的通信操作，其主要由监控单元、通信总线系统及监控云端构成，同时基于智慧的二次设备搭载最先进的网络通讯技术，运用强大的计算机计算能力处理变电站各类型传感器的数据，实现变电站通信网络的综合功能[2]。随着中国集成电路等核心技术的完善，现阶段变电站综合系统一般按照分层式的模式来构建网络通信系统。目前IEC61850技术标准依然是目前国际上广泛采用的技术准则，其主要特点如下：

功能分层。变电站的功能主要分为许多层，各个分层之间的功能非常全面，各个层之间关联度较强。运用变电站通信功能能够实现通信系统功能的合理分配，主要包括对多个间隔或全变电站的一次设备进行程序保护、在线监测及智能控制等，例如全变电站范围内使用的逻辑闭锁或母线保护等。

面向对象的统一建模技术。在强大的变电站通信自动化系统中给每个实际设备分配了节点，每个物理设备都具有明确的网络地址，具有明确的通信接口，同时可以对多个外部设备进行数据交换操作。需要说明的是，物理设备有服务硬件装置以及应用软件共同组成，数据对象具有多种不同的数据属性，其用于广泛定语各种不同的名称，计算方法等。

2 变电站通信网络的特征要求

对于实现变电站自动化系统的主要功能的要求，最核心和最关键的一点就是变电站内部和外部的数据必须要进行实时交换和无障碍的共享，并且要求系统具有安全可靠的运行水平。网络作为实现变电站通信装置良好运转的主体，其具有极其重要的地位，因为其联系不同的智慧电子装置，通过不同数据接口和不同的对象进行无差别的数据交换。当今时代，智能变电站的无人值守化已经成为时代发展的新趋势，必须增强网络之间传输数据量，通过精心描绘的操作命令、运行事件来满足对变电站系统的监控。具体有如下要求[3,4]：

网络规格和环境。运用先进的信息技术和网络技术武装智慧变电站是时代发展的要求。但不可否认目前依然存在一些问题：变电站通信自动化系统容易受到电源跳闸和雷电风险的危害，这是难以避免的。这些因素将严重干扰变电站通信系统的工作环境，因此必须研究一些避免干扰的措施，解决上述问题。

数据传输的可靠性和安全性。变电站通信自动化系统的运行可靠性极其重要，如果想要维持电网的安全稳定，其通信系统必须保持超高的可靠性，保持变电站通信网络能长期安全稳定运行，如果变电站通信装置发出错误信号，有可能影响电网调度人员的判断，进而造成极大的损失。因此，变电站通信自动化系统必须要考虑其数据传输的可靠性和安全性，主要包括故障预防、故障快速发现、故障诊断以及故障精准处理等。

3 网络负载的模型

变电站通信自动化系统存在两种主要的信息源，包括周期性信息和突发性信息，其具有不同的显著特点，需要分开建模[5]。针对过程层网络的周期性信息建模技术，其采集到的的电压和电流信号的周期采样值在不同的过程层之间相互传输，在这个过程中对变电站通信自动化系统的快速性具备特别高的要求。

对于突发性信息，例如脉冲信号，这是变电站通信自动化系统中必不可少的关键信息，变电站通信自动化系统需要重点记录和处理。基于IEC61850芯片对突发事件为通用对象的模型进行定义，为突发性信息的相关模型进行建模。和先进报文处理装置一样，为对节点通信协议在处理报文的速度方面做出快速有效提升，能优化变电站通信自动化系统处理突发信息的能力。