摘要：文章介绍了变电站的发展趋势，对110kV智能变电站二次网络的一些关键技术进行了说明。通过学习探讨，我们可以更好的理解智能变电站的二次网络结构，预测未来网络的发展。
关键词：智能变电站；IEC61850；组网
1 引言
智能变电站是使用目前最先进的、模块集成度高的、满足节能需求的设备建设而成的。对它的基本要求就是网络高速化、模块标准化、传输数字化，而且还能完成设备数据的实时测量、监视、控制及采集，同时支持电网功率自动调节控制、自动分析和相互协作等高级功能。它采集处理信息的能力比常规变电站更强，站内外设备之间的联系变得更加紧密，讯息的采集与交换在这种模式下变得更加高效，控制方式也更加灵活。
它具有以下几个优势：第一、可靠性强，它满足了高精度耗电大的电气设备对电能质量的需求。智能站具备高度的可靠性，在保证客户用电需求的情况下也保证了电网的稳定性运行。变电站在电力系统中处于关键位置，一旦出现失压等问题容易影响到整个地区电网的运行，所以要求变电站内的所有设备都应具备高度的可靠性。为满足可靠性的要求，变电站必需要具备提前发现故障的功能，只有具备了这样的功能后它才可能提前对故障做出预警，并在故障发生后能快速的切除故障并对其进行隔离，然后再把运行方式自动调整为最佳状态；第二、具有良好的交互性。在网架运行时，电网需要从变电站获得实时采集的数据，从安全需求上要求它必须具备向电网反馈精确信息的能力，所以智能站一定要有良好的信息交流。讯息采集和分析后，不仅仅只在站内进行共享，网内其它对数据有需求的系统都能调用其数据，数据的流动性保证了信息的传递，保证了电网的安全；第三、节约成本，绿色环保。在智能站中，传统的铜芯电缆被成本更低、更易生产的光纤电缆取代。注油式互感器被电子式互感器代替，二次设备中的单元模块使用了功耗更低的大规模集成电路，大大地降低的站用电的损耗。这种方式不仅减少了建站成本，也减少了站内高低频电磁辐射对工作人员造成的危害，大范围地提升了变电站环境质量[1]。
2.智能站二次网络的关键技术
2.1基于IEC61850的信息共享技术
在科技发展日新月异的形势下，变电站对自动化的需求越来越迫切。变电站的值班模式已经从从前的十几个人值守到无人值守，再到现在巡维中心模式下的全无人值班，所有的保护、测量、控制信号都通过远动系统上传至集中监控中心。随着系统自动化水平的提高，程序化自动操作、状态自助判断检修的应用与实现，除必要的电压、电流、开关量开入和少部分控制讯号需要上传或下行外，设备的自我诊断和大多数的操作程序都要和变电站的自动化系统互相配合。在IEC60870-5时期，规约规则混乱，各大厂商生产的装置间几乎不能直接进行通讯，这使我们迫切需要找到一个更优秀具有更好普适性的变电站通信规则来代替[2]。
为了实现变电站各类装置设备间的访问和IED的管理，我们找到了可以实现这些功能的一种通讯方式。IEC61850创建了一种普适性的通讯准则，通过对厂商设备规约的统一，让它们规范设备传输方式，从而实现设备间的全面对接。它让大部分公共传输设备重新建模，这些组模硬性规定了公共数据的格式、标识符、行为控制，比如断路器、VQC装置及继电保护装置等。自我描述功能能明显减少数据维护费用、简化数据存储方式、最大限度的避免因为错误配置而引发的系统停机。以IEC61850规约作为电力系统远动通讯系统的基础可以使信息传递效率和自动化设备数据集成效果得到大幅改善，减少了验收、监视和维护的费用，为运行人员节省了时间，增加了使用自动化系统的灵活性，它让变电站自动化设备系列的协议转换和协作问题得到解决[11]。IEC61850标准的核心思想包括三个方面：第一，通过变电站的配置文件，实现设备自我描述。第二，使用抽象通讯服务技术，使功能更加独立。第三，用逻辑设备抽象物理设备，使功能更加强大。如下图2.1所示。
使用IEC61850标准后，变电站自动化设备具备即插即用、自诊断和自描述等特性，系统的集成度大大提高，减少了运行维护费用。该标准在我国得到推广以后，变电站自动化系统的技术含量有所提高，系统的安全运行得到了有效保障，而且减少了维护设备所需的人力物力，完全实现了设备兼容。
2.2GOOSE
在变电站自动化系统中使用IEC61850规约实现快速报文反映，这就是面向通用对象的变电站事件（GOOSE）。各种智能电子设备的信息要靠它来传递，它代替了传统的硬接线，可以传输智能终端等设备的开入信号，启动失灵、遥控、跳闸等开出信号，以及直流系统、温湿度传感器等的模拟量信号。
图2.1 IEC61850标准的核心思想
GOOSE信息发送机制如下图2.2所示。当发生一个事件后，GOOSE会以时间段T1发送2次该信息，然后以一定算法的时间间隔再次发送N次，并一直持续发送以达到接收方判断是否信息在规定时限内到达的目的[3]。
图2.2 GOOSE信息发送机制
它和IEC61850配合有以下两个优势：
一是使站内测控装置之间的数据传输速度得到提高。当隔离开关和断路器出现状态改变时，本设备的测控装置将直接把该变位信号数据传输至和本设备相关联的保护测控装置，从而实现信息共享，减少了发送信息的重复率；二是实现报文轻重缓急分类推送。按照程序事先设定的优先级，报文不进入常规的报文缓冲区中，而是把GOOSE规则优先控制急且重要的信号直接推送至相对的优先级列表中。通过有优先级控制功能的以太网交换机，数据可以不排队率先到达目的地址，从根本上解决了变电站监控系统数据过多和信息滞后的缺点。
2.3智能站的组态配置
与智能站组态配置相关的几个名词分别是：SCD（全站系统配置文件）、SSD（系统规格文件）、IED（智能电子设备）、CID（IED实例配置文件）、ICD（IED能力描述文件）。
智能变电站按照DL/T860标准进行组态配置。在智能变电站中，站内设备都处于不同的网络，它们都有各自的通讯地址，设备通过网络把自己产生的讯息传递给其它设备，同时在网络上搜取获得自己需要的讯息。通过虚拟的端子排，设备与设备之间可以进行必要的逻辑联系，使用少量的光纤可以使物理和逻辑关系进行一对多的交流。所以，全站必须配置一个SCD文件来对智能站的网络拓扑、设备与设备间的逻辑关系和智能设备所提供的服务等相关信息进行明确和描述，而组态配置就是完成SCD的过程。组态配置的流程一般如图2.6所示。
对建设智能变电站来讲，其基础就是组态配置，它也是建设步骤中最重要的一环。在完成变电站内设备组态配置和全站配置文件生成后，才能对系统进行调试，所以组态配置是智能站建设中关键的第一步。在设备制造商向系统集成商提供ICD后，使用系统组态配置工具导入ICD文件完成全站SCD的设置，不同的设备厂商使用自主研发的系统组态配置工具配合SCD文件导出实际设备的CID配置文件，并下载到各个智能设备中。因为SCD和ICD文件的结构相同，组态配置正真做的就是保留全站设备的ICD文件各自的功能描述并进行汇总储存，然后统筹地对各个设备进行分类命名和设置各设备间的通讯参数。
图2.6 智能变电站组态配置的流程
2.4基于IEC61850的虚回路体系
与智能站组态配置相关的几个名词分别是：SCD（全站系统配置文件）、SSD（系统规格文件）、IED（智能电子设备）、CID（IED实例配置文件）、ICD（IED能力描述文件）。
ICD文件包含了设备自身的描述信息，其一般由设备制造商向系统集成商提供。该IED文件描述只是提供了基础的服务模型和数据模型，但其IED实例名称和通讯参数并不包括在内。SCD由系统集成厂家完成，站内每个设备的SCD文件都不同，它对全站通讯参数、全站IED配置、一次系统结构和与IED的通讯参数进行总体描述。SCD文件中描述了变电站一、二次设备的系统配置和通讯网络的参数配置情况。每个设备都有一个CID文件，它由设备厂家对照SCD文件中的IED设置参数自动生成，它不但包括和ICD数据类型相同的设备信息，而且还包括SCD文件中和该设备相适应的设置内容，如：通信地址、IED名称等[19]。SSD文件是系统配置工具根据ICD文件自动生成的变电站一次系统的描述性文件，其包括一次设备逻辑、类型定义等[4]。
3 结束语
本文主要介绍了110kV智能变电站二次网络的一些关键技术，阐述了组成智能站的二次设备网络的工作原理和作用，也为以后研究更高电压等级的智能站打下了坚实的基础。
参考文献：
[1]杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势[J].中国电机工程学报，1996：145-146.
[2]朱炳铨，王松，李慧，等.基于IEC61850GOOSE技术的继电保护工程应用[J].电力系统自动化，2009，33：104-107.1000-1026.2009.08.022.
[3]周邺飞，张海滨，徐石明，等.IEC61850工程组态中的统一建模技术研究[J].江苏电机工程，2007，26：72-74.1009-0665.2007.z1.025.
[4]张结.IEC61850目标内涵分析[J].电网技术，2004，28：76-80.1000-3673.2004.23.016.
论文作者:苏小楠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
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