摘要：本文对智能变电站网络结构进行了深入分析，并提出了相应的解决对策，为智能变电站网络结构的优化提供参考。
关键词：智能变电站；网络结构
1引言
与常规变电站相比，智能变电站增加了过程层网络及设备，用于实现信息共享以及间隔层设备与智能化一次设备之间的连接，过程层网络相当于常规变电站的二次电缆回路，各智能设备之间的信息通过报文来交换。采用数字化网络后，继电保护的安全可靠性更多地与过程层采样值网络和GOOSE网络有关，因此网络设计的合理性与网络结构的优化程度在智能变电站的发展过程中显得尤为重要。
2智能变电站网络结构简述
智能变电站二次系统采用三层两网结构，全站设备分为站控层、间隔层和过程层，各层设备之间采用过程层网与站控层网进行连接。下面分别对智能变电站过程层网络及站控层网络进行说明。
2.1 站控层
站控层网络通过相关网络设备与站控层其他设备通信，与间隔层网络通信。站控层设备采用一体化服务器，集后台监控系统、五防系统、在线监测系统为一体，实现了数据采集和统一存储、数据消息总线和统一访问接口以及人机对话功能。实现了全站信息统一接入、统一存储、统一展示功能。站控层设备均采用100Mbit/s的工业以太网，并按照IEC61850标准进行系统建模和信息传输。
2.2 过程层
过程层网均可采用星型连接，根据信息传输不同可组成SV网络和GOOSE网络。SV网络主要实现合并单元与继电保护及安全自动装置采样值数据交换，GOOSE网络主要实现智能电子设备信息交换。按双重化原则配置的保护，SV网和GOOSE网应遵循相互独立的原则，当一个网络异常或退出运行时不应影响另一个网络。
（1）SV网功能是将合并单元采集的电压、电流信号转换成数字信号通过光电接口分别与保护装置、交换机相连，实现SV信息在网络上的交互。SV网主要供故障录波、网络分析仪、数字式电度表等智能设备。
（2）GOOSE网作用是实现智能终端、合并单元、保护测控等智能设备在网络上的信息交互，使告警信息、开关、隔离开关态信息以及保护间的联闭锁信息充分在网络上实现共享，解决了原来常规变电站采用点对点开关量接入的问题。
3数字化网络结构优缺点
优点是原有大量电缆硬连接被以太网络所替代，由原来的多条实际的连接点被一条虚拟化的网络线所替代，提高了系统性能。同时，建立了全站信息一体化平台，信息一体化平台作为变电站全景数据收集、处理、存储的中心，融合监控、五防、保护故障信息子站、高级应用、状态监测、各类智能辅助系统等多套系统的信息及功能，简化了二次系统的配置，实现全景数据集成、标准化后统一上送，实现了源端维护。
缺点是数字化变电站技术研制正处于不断完善中，还存在以下几个方面的问题：
一是IEC61850通信标准体系仍然处于不断完善阶段，各厂家之间二次设备数据模型的建立是基于各自对EC61850通信标准的理解，并非达到完全统一状态。
二是一次设备的智能化发展跟不上二次设备的网络化进程，电子式互感器、纯光学互感器产品不能完全满足数字化变电站要求，智能开关设备仍处于概念性阶段，还没有真正意义上的智能开关设备生产出来。
4提升措施建议
为了提升智能变电站网络结构的安全可靠性，对智能变电站的网络构架以及过程层组网方式进行了分析研究，提出了提高网络稳定性措施建议3条，提升设备安全可靠性的措施建议2条，提升运维便利性的措施建议4条。
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4.1关于提高网络稳定性
数字化变电站目前仍处于进一步研究阶段，在网络结构设计中遇到的很多问题还需要进一步验证和探讨，同时需要一次设备、二次设备和计量表计等设备能够在技术上完全支持。网络方式不能一概而论，应根据实际情况选择最有效的方案。网络结构方案的确定和优化，不仅要考虑目前的实际情况，还要放眼未来电站一次、二次设备的进一步升级，这对于旧变电站的数字化改造尤为重要。
4.2关于提升设备可靠性
过程层交换机主要采用光电接口实现过程层网络信息交互，不仅被用于间隔层设备的数据采集，也是控制和保护动作的信息通道，因此交换机的可靠性、电磁兼容性能、实时性、通信功能、安全性等方面显得尤其重要。
国网公司2010年3月发布了《智能变电站网络交换机技术规范》（Q/GDW429—2010），使得公司系统内智能变电站网络交换机选型、设备采购等工作有了遵循的依据。但是在对智能变电站网络交换机配置的问题上，还需要做以下改善。
（1）实现交换机网络可视化，配置能实时监控每个交换机中的数据流的人机交互管理界面，并实现告警功能。可视化的人机交互管理界面，便于运维人员实时查看交换机网络的拓扑结构及每台交换机每个端口接入IED设备的基本运行情况，描述数据流的确定性交换路径，使交换机网络真正成为透明化。而告警功能的实现，便于监控中心及时发现并处理交换机网络在运行中存在的各种问题，为后期的运行维护提拱了良好的技术手段。
（2）规范过程层交换机的配置，国家电网QGDW429一2010《智能变电站网络交换机技术规范》对智能变电站网络交换机有以下技术要求：当交换机用于传输SMV或GOOSE等可靠性要求较高的信息时应采用光接口；当交换机用于传输MMS等信息时宜采用电接口。全光口配置的交换机的规格一般选用8口、16口或24口；全电口配置的交换机的规格一般选用16口、24口或48口；光口、电口混合配置的交换机可根据工程具体需求进行选型。目前，按柔性设计方案对过程层交换机进行配置，无论是端口数量还是数据流量都无法满足需求，容易造成通道堵塞。针对以上问题，对智能变电站过程层交换机可按以下原则配置：每个两卷主变间隔单独配置1台20端口以上交换机，每个三圈主变间隔单独配置2台20端口以上交换机，其它按照4组SV报文配置一台交换机，控制每个交换机流量不超过50Mbit/s。另外，在对交换机的配置个数及交换机端口数进行选择时，应对站内各网络数据流进行分析，并考虑最恶劣情况下全站数据流量，同时也应满足数据传输的实时性要求。
4.3提升运维便利性
（1）完善站内打印机配置，一是所有保护屏、网络记录分析仪、故障录波装置在屏后均配置通讯打印接口及电源接口满足即插即用功能，全站配置一台网络打印机及一台移动式打印机，互为备用。二是进一步完善变电站的高速工业以太网络，各设备厂家统一完善定值模型和数据模型，能从全站微机装置中实时获取完整的打印信息。
（2）厂家优化配置，一是针对合智一体装置的SV与GOOSE共端口的情况，建议增加调试口，便于检修人员调试。二是充分考虑配置、调试、运行、检修各环节使用者的不同背景和需求，按信息流和工作流进行工具软件的整体规划，将虚的软件联系可视化。施工过程中，若虚端子配置有改动，设计部门在进行核实确认后，应出具改动后的最终图纸，并规范配置文件的管理流程。三是目前智能变电站内保护装置软压板只能通过一种方式传给主站，在远方遥控软压板这种重要操作中，不够可靠，一旦显示异常将无法察觉，可能造成严重后果。厂家应加大研发力度，能实现远方操作软压板的有效确认。
5结束语
变电站的智能化是大势所趋,对其网络结构的优化进行研究势在必行。本文首先对当前智能化变电站网络结构的应用现状进行了阐述,给出了具体的智能变电站网络结构优化设计方案,针对由于采用共网传输模式而造成的流量控制问题进行了网络流量优化。
参考文献：
[１]高翔．智能变电站技术［M］．北京：中国电力出版社，2012．
[２]耿建风．智能变电站设计与应用［M］．北京：中国电力出版社，2012．
论文作者:张欢,黄正丹,徐康,陈瑜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/28
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