摘要：变电站自动化技术是伴随着现代科技技术发展，尤其是网络技术、计算机软、硬件技术及超大规模集成电路技术的发展而不断进步，自动化系统以按对象设计的全分层分布式为潮流，朝着二次设备功能集成化，一次设备智能数字化方向发展；运行管理朝着各专业协调统一和站内无人值班模式发展。
关键词：智能变电站；数据通信；网络结构；设计
一、智能变电站数据通信网络性能要求
通信网络是变电站自动化系统内部和其他系统之间进行交流的重要途径，数据通信网络是否稳定、高效、实时是判断系统信息化、自动化的重要标准。在智能变电站中，数据通信网络是各种设备与系统之间的信息传输纽带，要满足相应的国际标准和规范，建立统一的通信接口。随着变电站自动化技术的不断发展，需要进行传输的数据越来越多，对数据通信网络的要求也在不断提高。数据通信网络必须能够应对目前大量的电量数据、操作数据以及故障数据等。另一方面，目前对数据通信网络的实时性和稳定性要求非常高，因此在对数据通信网络进行设计时，要考虑到网络的冗余性能和无扰恢复能力。从总体来说，对智能变电站通信要求的性能要求可以分为以下四方面：
第一，分层结构。智能变电站的分层结构是由分层架构决定的，数据通信网络的分层是确保智能变电站分层架构的前提，根据对智能变电站的不同需求，要选择相对应的网络通信技术和结构。
第二。实时性。在智能变电站中，需要对大量的实时运行信息和操作控制信息进行处理，这些信息往往都具备一定的实时性，所以在建立数据通信平台时要注重数据传输的实时性。
第三，可靠性。电力系统有着连续运行的特点，这就意味着智能变电站的数据通信系统也要一直处在运行状态，一旦数据通信系统出现运行故障，会对智能变电站的整体运行产生影响，造成巨大的经济损失，甚至伤及人们的人身安全。因此，数据通信系统的可靠性是在设计时要考虑的重要因素。
第四，电磁兼容性。变电站在日常的运营中会受到多方面因素的影响，例如电源、雷击、跳闸等，使得通信系统常常要在强磁干扰的环境下工作，因此对网络的电磁兼容性有着一定的要求，要避免强磁干扰而产生的通信障碍。
二、通信网络架构的实际应用
2.1过程层信息传输对网络的要求及对策
过程层交换的信息主要有两类：①周期性的采样值信号，它可以允许网络中有少量的丢包，但是必须做到数据的实时和可靠。②由事件驱动的开入开出信号，如分布式系统下各设备间状态信息、互锁信息的相互交换和智能设备状态信息的发布等，该信息不仅对数据传输实时性要求高，同时可靠性也要求高，不允许这种信息在网络传输过程中丢失。智能操作箱是相对传统操作箱而言的，利用以太网发送跳闸、合闸、闭锁命令（执行器），将其安装在开关附近，可实现用过程总线对开关进行控制。扩展故障检测功能，即状态监测、分析诊断和故障预测，通过增加相应的温度、压力等传感器，将装置的当前状态传到控制器，就可以根据设定的判据进行故障诊断和处理。
2.2快速以太网及交换技术发展带来的技术优势
当过程层IED设备很多时，过程总线的网络负荷会很重，现代高速千兆以太网交换机可以容许更大的网络负荷。当网络中数据流越来越大时，数据冲突会呈指数增长，为降低冲突的机率，虚拟局域网（VLAN）技术能提供更好的解决办法由VLAN的特点可知，一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。VLAN除了能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生，以及使网络的拓扑结构变得非常灵活的优点外，还可以用于控制网络中不同节点之间的互相访问。
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2.3实际应用的通信网络架构方案
站内通信网络采用以太网技术，通信体系采用IEC61850架构，以取代大量传统硬接线。站内网络拓扑采用双星型结构，通信介质使用100M光纤以太网，组网方式为VLAN虚拟以太网。为保证可靠性，保护网络与测控、计量网络分开，针对保护和监控分别配置合并单元，保护信息通过保护通信管理单元接入主站。配备工业级以太网交换机，冗余方面尽可能利用网络设备本身能提供的功能。
三、智能变电站数据通信网络结构的设计
对于变电站而言，融入以太网技术的最大障碍时通信非确定性的特性，不过以太网技术在经过多年的改进后，已相对较为完善，变电站通信网络已具备采取嵌入式以太网技术的条件。在有效控制网络负荷的条件下，变电站通信网络采取相对成熟和低廉的以太网是能够符合其实时通信的高标准要求的。西方国家的应用案例也充分对其进行了证明。
3.1智能变电站结构设计
根据我国电网公司对智能电网出台的相关规定，在建立智能变电站时，要包括过程层、间隔层和站控层。在过程中包括变压器、断路器、隔离开关等一次设备；在间隔层中包括继电保护装置、系统测控装置等二次设备以及一些控制器和传感器通信系统；站控层中包括各种自动化监视控制系统，对通信系统中的实时情况进行监督，对智能变电站中的设备进行全方位的监视、控制以及信息交互，保证变电站数据采集、监视控制、电能量采集等多项工作的正常进行。
和数字化变电站相比，智能化变电站的设备集成化程度更高，更好的实现了智能设备的作用，将一次、二次设备一体化，提高了变电站的工作效率。除了过程层中的测量和控制功能不变之外，智能化变电站通过集成将间隔层中的保护、控制与监视融合到过程层中。这样一来，这些智能设备除了能够进行测量和控制之外，还具备保护、监视的功能；另一方面，智能设备通过标准化接口接入电网的高速网络后，能够更好的实现智能设备和变电站之间的信息交流。在此基础上，可以对智能变电站中的数据通信网络进行结构设计[3]。
3.2网络流量优化
智能变电站网络流量的优化是在网络结构优化基础上进行的，主要采用虚拟局域网的网络流量方式。网络流量优化中主要采取限制端口传输速度和容量的方式，加上GVRP动态组播协议方式的配合，提高SV关键业务的带宽占用率，同时有效降低网络结构中传输数据总流量的大小和速率，提高网络结构的利用效果。网络流量优化的方法主要有VLAN虚拟局域网技术、MPLS流量工程技术和QOS服务质量技术等。VLAN技术用于实现业务与业务之间的隔离，而业务进行优先级排序时采取QOS技术实现，从而保障关键性业务进行优先传输。
结语
变电站要实现自动化系统，就一定要将通信网络作为载体，以完成不同系统之间的信息交换。对于变电站通信网络而言，一定要拥有足够的速率来进行故障录波数据、操作数据和电量数据的传输。变电站通信网络的优化设计一定要考虑无扰恢复和冗余性能等指标。
参考文献
[1]朱全聪.智能变电站信息采集及网络结构优化研究[D].华北电力大学，2013.
[2]邵婕.智能变电站信息采集及网络结构优化研究[J].科技致富向导，2015.
[3]李斌，薄志谦.智能配电网保护控制的设计与研究[J].中国电机工程学报，2009.
沈昕然（1989.8-），女，四川绵阳人，山东大学电气工程及其自动化本科，助理工程师，单位：贵阳供电局，从事专业：变电站自动化系统、变电站远动通讯机、智能变电站网络及监控系统维护
论文作者:沈昕然,李宏才,王亮
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/28
标签：变电站论文; 智能论文; 网络论文; 数据论文; 通信网络论文; 以太网论文; 设备论文; 《电力设备》2018年第2期论文;