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摘要：电力是国民经济的基础，变电站是连接发电和用户的枢纽，是整个电网安全、可靠运行的重要环节。近年来，智能化变电站得到了快速的发展，但仍存在着相关标准规范、评估体系、评估手段缺乏，过程层设备稳定性、可靠性有待验证等问题，不利于电网安全运行水平的进一步提高。本文针对智能变电站建设的需要，对传统变电站的网络结构以及变电站的一体化信息监控平台进行初步的优化设计。
关键字：智能变电站；自动化；四网合一；一体化信息平台；
1、智能变电站的系统结构
以 220kV 的变电站为例，根据国内外智能电网建设的成果和经验，智能变电站一般通过先进的传感技术、网络通信、IEC61850标准规约等，实现采集、传输、执行过程的数字化，实现设备间的互操作性，解决常规变电站中的传统互感器、电缆连接、信息传输等方面存在的问题;通过采用新技术、新设备以及信息融合等手段，实现顺序控制、智能告警、状态检修、可视化和远程控制等高级应用功能。
根据IEC61850的分层特点，变电站自动化系统构成分为站控层、间隔层和过程层，这个定义也可以做为智能变电站的层次结构。
站控层:由主机兼操作员站、远动通信装置和其它各种二次功能站构成，提供所内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全所监控、管理中心，并与远方监控/调度中心通信。
间隔层:由若干个二次子系统组成，在站控层及站控层网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。
过程层:由电子式互感器、合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能，包括实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。
站控层和间隔层之间通过以太网通信网络相连。间隔层设备和站控层设备信息以IEC61850-8-1方式交互。间隔层测控设备间通过GOOSE协议进行点对点的实时信息交互，实现间隔单元的防误闭锁功能。对于其它非IEC61850标准智能设备可以通过IEC61850转换装置接入接入自动化系统。智能变电站自动化系统采用IEC61850通信协议做为全站唯一的通信标准，摈弃原有的私有通信协议，确保信息的开放型和互操作性。
2．智能变电站系统的硬件配置
过程层交换机一般可以按照间隔、按照功能或按照电压等级进行配置，主变各侧可以独立配置专用交换机，也可按照电压等级分别接入。考虑到220KV变电站为全户内站，所有保护、测控装置均采用下放、按照电压等级相对集中的布置方案，考虑到35kV仅主变进线有接入过程层的需求，故考虑将35kV主变间隔及主变本体的相关设备接入110kV过程层网络。
站控层网络采用百兆星形双网结构，并按双套物理独立的单网配置，从物理上分为2个不同的网段——A网和B网。
站控层每个智能设备分别通过2个百兆口与A、B网的中心交换机相连。220kV、110kV、35kV间隔层智能设备通过2个百兆口与A、B网的间隔层交换机相连，最终接入站控层中心交换机。
环型可靠性高于星型，但通过双重化冗余配置，星型双网可靠性得到很大提高，满足要求；星型实时性优于环型。当网络中交换机数量较多时，环网由于交换机转发时延的累积造成的网络延时难以满足过程层网络对实时性的要求。环型存在引发网络风暴的可能。星型结构在运行维护、传输时间、可靠性、扩建便利等多方面具有突出的优点，性价比最高。因此220kv工程站控层网络和过程层网络均采用星型网络，通过双重化配置提高可靠性。目前智能变电站一般都是采用星形网络方式实现。
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3智能变电站四网合一的网络结构优化
随着新一代智能变电站试点工程的建设，目前有部分试点工程提出了MMS、SV、GOOSE、IEC 61588四网合一的方案，该方案是基于报文分馏和关键域处理来实现的。
基于报文过滤技术及流量管理数据传输方法，解决了报文间的相互干扰问题，并且不会带来额外的网络冲击。交换机按MAC地址(GOOSE、SV)进行流量控制，根据不同应用设置相应MAC的流量控制上限，超过上限交换机内部直接进行部分数据丢弃处理。实现了对故障报文的有效防御，确保了同一接收端口的其他报文的传输可靠性，大大降低了不同数据流传输间的互相影响。同时在此三网合一的基础上叠加流量稳定及可忽略不计的IEC 61588对时报文，可实现MMS、SV、GOOSE、IEC 61588四网合一。
基于上述技术实现GOOSE、SV、MMS、1588共网传输，简化了过程层网络配置，提高了智能变电站经济性。
随着新一代智能变电站试点工作的进一步推广，四网合一的方案代表了智能站网络化发展的方向，将会有更多的设备能够满足网络接入的要求，故推荐采用MMS、SV、GOOSE、IEC 61588四网合一方案。
4一体化监控系统
智能变电站存在子系统繁多且独立建设，集成度低的问题，包括后台监控系统、保护信息系统、一次设备在线监测系统、辅助控制系统、稳控管理系统、电量系统等等，这些子系统在功能上满足当前电网运行的基本要求，但是各应用系统大多是针对不同的业务要求单独进行设计，缺少统一设计，不能实现信息共享和综合应用，应用功能不规范，调试和维护困难，不能满足调度技术支持系统和“大运行”体系的建设要求。
智能变电站一体化监控系统的深化研究包括信息业务一体化平台和高级应用功能模块等两个方面。智能变电站一体化监控系统应在形成变电站端全景数据平台基础上进一步深化，构建统一应用支撑平台，在应用支撑平台上实现智能变电站运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理、辅助应用等五大类共22个功能模块，并且不断拓展智能变电站高级应用和综合分析应用，深化变电站各专业信息的整合和共享，实现变电站内不同专业、不同子系统之间的功能的相互融合，提高系统的集成度和运维水平，加强对实现“大运行”和调控一体化技术的支撑，不断满足调度技术支持系统和“大运行”体系的建设要求
基于信息一体化平台的高级应用功能是智能变电站互动化的具体体现。信息一体化平台的统一建模、统一接入、统一管理保证了信息的标准化、规范化，在此基础上，故障分析、源端维护、一键式顺控、负荷优化控制等高级应用得到了具体应用，保证了智能变电站互动化的实现，有效支撑了“调控一体化”。
220KV变电站采用智能变电站一体化监控系统，结合大运行、大检修的需要，实现站内信息一体化，实现站内信息的统一接入、统一储存、统一应用、统一展示，满足各专业队站内数据、模型、和图形的应用需求。
变电站自动化系统的设备配置和功能要求按无人值班模式设计，由一体化监控系统、输变电设备状态监测、辅助设备、时间同步、计量等共同组成。一体化监控系统直接采集站内电网运行信息和二次设备运行状态信息，通过标准化接口与输变电设备状态监测、辅助应用、计量等进行信息交互，实现对变电站全景数据采集、处理、监视、测量、控制、运行管理等综合性的自动化功能。
220KV变电站自动化体系各子系统（一体化监控系统、电能量采集系统、智能辅助控制系统等）横向网络统一组网。变电站端仅分为安全Ⅰ、Ⅱ区，安全Ⅰ区与安全Ⅱ区之间设置防火墙，至Ⅲ、Ⅳ区主站信息通过正反向隔离装置隔离。
考虑到变电站数据一体化的原则，按照数据应用类型不同可划分为电网监视数据、电能量计量数据、设备运行数据、环境监测数据及生产管理信息等五类数据。根据对智能站内所有设备的各类数据信息分类标准化后，形成智能变电站标准化信息数据库，完善智能站端高级应用模块化设计的基础。
5.结论
随着技术的发展以及社会对整个电网低碳、集成、节约的要求，智能变电站势必向着更加小型化、集成化方向发展，而一次设备集成间隔层和过程层设备和功能是整个变电站发展的趋势，其中智能组件是一个所有二次设备功能的有机整体，其发展方向是一个整体的元件。
论文作者:程佳春
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/16
标签：变电站论文; 智能论文; 设备论文; 信息论文; 间隔论文; 功能论文; 网络论文; 《基层建设》2018年第17期论文;