摘要：数字化变电站作为现代智能供电设备的重要组成部分，主要以信息数字化与通信平台网络化为依据，进行自动耦合，实现数据信息实时采集和控制的目标，并兼顾支持电网自动控制和调节变电站，因此在数字化变电站中运用过程层技术，对实现变电站自动操作具有重要意义。通过数字化变电站过程层的概述，研究了了数字化变电站中过程成的技术，希望能为供电企业的日常管理提供借鉴。
关键词：数字化变电站；过程层技术；应用
随着电力系统中高电压与电网结构逐渐趋向于大参数、复杂化，电力电子、计算机和电力通信等技术在电力系统的普及与应用，使得电力系统运行得到进一步优化，以往的变电站自动化系统已经不能适应现代数字化变电站的需要。因此为了满足数字化变电站全部智能IED电子设备之间数据信息的分项与相互操作，如何保证过程层信息采集、长时间传输与运算分析中监控、保护与监视的安全性、及时性，是当前数字化变电站过程层技术应用研究的重点与难点。
一、数字化变电站过程层的概述
（一）概念
数字化变电站的自动化电力系统运行主要分为过程层、间隔层以及站控层等三层，每一层都通过分层、分布和开放式的网络系统连接起来，其中过程层在最底层，主要是通过光纤通信方式进行采样值（SMV）与GOOSE信息等传输，目的是作为电力一次设备和二次设备的结合面，负责监测电力系统运行设备的状态，执行操作控制命令以及完成电气量运行的采集，从而保证基本状态量与模拟量的数字化准时传输或保存。即当数字化变电站间隔层中的部分功能传输到过程层后，进行模拟量的A/D转换以及开关量输出、输入，并通过过程层传输到相应位置，保证继电保护正确动作[1]。
（二）过程层应用结构体系的组成
在数字化变电站电力系统运行中，对于过程层与过程总线通信应用结构体系的组成明确规定，必须在IEC61850国际系统规范标准的基础上，加强对以往变电站自动化系统通信协议体系的信息集成技术进行改造，根据数字化变电站IEC61850标准规定，使用集成网络化通信架构来连接过程总线，改善以往变电站的信号电缆硬接线与二次控制模式运用的不足，并以以太网为通信核心，根据组网方式的具体情况来建设满足各种数据信息流的需要，合理进行逻辑拓扑结构，保证数字化变电站过程层总线应用结构实时传输通信。我国当前数字化变电站电力系统建设与升级改造工程中，较为常见的过程层总线应用结构体系的组成，主要有4大类：星形拓扑、网状拓扑、总线拓扑和环形拓扑。但从数字化变电站工程建设应用的效果来看，星形结构体系的组成具有较强的信息流动可靠性、使用成熟完善性和逻辑拓扑解雇的明确性，能够通过冗余设计的方式来控制系统运行状态，已经成为优先考虑的结构组成体系[2]。
二、数字化变电站中过程层的技术应用研究
（一）电子式互感器
电子式互感器的作用是保证数字化变电站电力系统运行的过程中，实现对电磁式互感器的自动切换。这就要求在方案设计中，选择点对点的传输模式来连接过程层采样值和继电保护的GOOSE协议信息，并在IEC61850-9标准的条件上，在电子式互感器中设置采集单元，并独立配置非继电保护的过程层采样值传输网络和GOOSE网络，根据电压等级来组网。且为了确保设备的可靠性，达到信息数字化和集成化的目的，需要进行双重化配置保护装置，防止交换机运行的过程通畅[3]。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如在220kV线路保护和变压器保护中，整个数字化变电站是建立在IEC61850标准上，因使用电子式互感器来辅助运行，因此无需设置采集单元，只需通过点对点传输（直采直跳）的方式连接过程层采样值与继电保护有关GOOSE信息连接中，使用网络模式实现非继电保护的GOOSE信息与采样值传输，并基于GOOSE协议上，使用IEC61850-9与IEC60044-8标准规范继电保护的采样值报文规格形式，根据双重化配置变压器各侧和公共绕组的MU，然后将中性点电流和间隙电流合并到MU中，通过GOOSE网络监控变压器保护跳母联、启动失灵、分段断路器和闭锁备自投，并利用直接电缆跳闸对变压器非电量进行保护，避免过度依赖于交换机同步信号的采集，从而实现数字化变电站电力系统的信号传输智能化与功能集成化。
（二）过程层三网合一
过程层三网合一作为IEEE1588对时信息、GOOSE信息和IEC61850-9-2信息采用的一种共网传输，具有节约光缆投入使用，方便设计与维护的优势，主要是以变压器保护为依据，形成完善的三网合一系统平台，选择IEC61850-9-2的标准来建设过程层和间隔层的合并单元，通过GOOSE通信协议进行智能终端的网络通信，借助各主干网交换机和间隔交换机共享信息数据。例如在数字化变电站的变压器保护中，根据IEC61850-9-2标准，应用IEC61850-9-2采样信息、IEEE1588和GOOSE信息的共网传输模式进行过程层智能终端通信，然后根据间隔配置的方式在过程层网络中单独安装间隔交换机，形成主干网交换机的过程层网络，实现信息数据远距离和实时共享。
（三）PRP并行冗余
PRP作为IEC62439-3中定义的网络冗余协议，在2010年正式实行。对于该协议的使用，IEC61850 Ed2.0明确规定应用IEC62439-3中的网络冗余协议。在IEC61850标准中，没有对网络冗余标准作出明确规定，因此为了达到双网冗余的目的，部分供电单位通过未经批准私用双网冗余解决方案对数据网络信号进行冗余处理，直接影响到标准规定的开放性和互操作性。加上冗余方案均在应用层执行，不仅增加程序操作的难度，也造成数据处理效率下降，如果通信网络产生故障，因双网切换方案操作的时间过长，就会影响到系统整体运行状态，导致变电站系统的安全性得不到保障。因此必须应用PRP并行冗余技术进行处理，在保护装置和合并单元的每一个冗余节点中安装两个网络端口进行运行，然后使用链路冗余体和网络层连接，其中一个独立作为网络接口团建管理系统，使用以太网卡与上层网络协议通信接口连接，提升系统通信网络的可行性[4]。例如对于数字化变电站中的冗余管理，为了保证网络拓扑结构不需要改动的情况下，正常使用网络冗余，实现GOOSE与SMV数据通信，促进网络通信系统可用度的提升，需要在发出报文的链路冗余体增加容易校验标签，作为重复信号的校验，以分析链路冗余体接收的监视保护，并对PRP节点工作状态加以分析、评估，紧接着使用以太网卡中MAC地址与IP地址作为链接节点，这样上层程序无需为冗余进行任何特殊处理，即可确保冗余的透明性。
结束语
综上所述，随着数字化变电站中过程层的一次设备、二次设备和其他电力设备集成网络化，基于IEC61850标准的过程层通讯网络结构，通过电子式互感器、过程层三网合一和PRP并行冗余等技术方案实现变电站数字化系统中过程层对信息数据的统一采集、管理，能够达到变电站IED智能设备功能数据信息的远距离共享与互操作的目的，从而推动数字化变电站朝可持续方向发展。
参考文献
[1]王天炜.智能变电站的过程层应用技术要点分析[J].电子制作,2017(8):42-42.
[2]陈俊成.数字化变电站升级改造技术要点探讨[J].电气传动自动化,2013(1):46-48.
[3]王惠永.智能变电站过程层应用技术剖析[J].科技与企业,2015(22):66-67.
[4]高晓静.智能变电站过程层应用技术研究[J].工程技术:全文版,2016(16):244-244.
作者简介
李文丁（1987.2-），男，汉族，工程师，单位：广东电网公司东莞供电局，研究方向：电力企业安全生产风险管理。
论文作者:李文丁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：变电站论文; 过程论文; 冗余论文; 信息论文; 网络论文; 拓扑论文; 电力系统论文; 《电力设备》2017年第35期论文;