摘要：我国的变电站正在积极进行转型，在自动化的道路上已经取得了一定的成效。而为了更好地发展，提高变电站的工作效率，变电站要进一步转变成数字化变电站的形式。数字化变电站是一种包含了很多高新科学技术的新型变电站，包括抗干扰技术、智能化技术、网络通信技术等。这种变电站的运行更加安全、可靠、稳定，是未来变电站的主要发展方向。本文将针对数字化变电站中通信技术的展开讨论。
关键词：数字化 变电站 通讯技术
随着各种相关应用技术的成熟和发展，数字化变电站技术将逐渐成为未来变电站自动化技术发展的主流。从数字化变电站的发展历程来看。变电站综合自动化系统实现了间隔层和站控层的数字化，而数字化变电站将完成过程层及间隔层设备间的数字化。所以，对于未来的数字化变电站而言。建立完善的通信建模就显得尤为重要。
一、数字化变电站构架体系及通信标准依据
1.1数字化变电站的构架体系
对于数字化变电站而言，变电站的一、二次设备可分为三层：即站空层、间隔层以及过程层，数字化变电站的构架体系为：站控层(又称变电站层)，包括监控主机、远动通信机等；间隔层一般按断路器间隔划分。具有测量、控制元件或继电保护元件；过程层又称为设备层，主要是指变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助接点，电子式电流、电压互感器等一次设备。
（数字化变电站结构）
1.2通信标准及IEC61850介绍
目前最常用的网络通信技术有LonWorks网络，CAN网络．Profibus网络和以太网络，LonWorks主要是用在间隔层与变电站之间的通信：CAN总线是德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而推出的一种串行数据通信协议；Profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术：以太网是一种基带局域网技术．其采用CSMA／CD媒体访问机制。任何工作站都可以在任何时间访问网络，以太网技术主要指以太网／IEEE 802．3、100Mbit／s以太网、1000Mbit／s以太网三种局域网技术。变电站自动化采用的通信规约主要有60870—5系列通信规约：包括101规约、102规约、103规约、104规约。目前，对数字化变电站有重要影响的网络技术主要有以下几方面：1)交换式以太网技术；2）IEEE802．1p排队特性；3)虚拟局域网VLAN；4)快速生成树协议IEEE 802．1 w。IEC61850标准作为一种高速以太网技术，提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑上还是从物理概念上．都将变电站的通信体系分为变电站层、间隔层和过程层。并且，IEC61850标准共分为10个部分。《IEC61850变电站通信网络和系统》是变电站自动化领域最新的国际标准。受到了国内外厂商、用户以及研究人员的普遍关注。该标准中首次应用了过程层通信的概念，从而对数字化变电站的研究进展形成很大推动。本质上数字化变电站和IEC61850是站在不同角度分别表述的两个概念：数字化变电站是用户需求在技术层面的体现，根本特征为就地数字化，变一、二次设备间连接的控制电缆为通信光缆：而IEC61850则是IEC制定的一套国际标准．主要用来规范变电站自动化系统内的通信协议，以实现不同厂家IED间的互操作。实际上．数字化变电站可以不依赖于IEC61850，多年前就已经有基于厂商标准实施的数字化变电站工程．而应用了IEC61850标准也可以不是数字化变电站，比如很多投运的IEC61850工程就只应用了间隔层到变电站层通信，仍然局限于传统变电站自动化的涵盖范围，不符合一般意义上的数字化变电站定义。在特定的历史时期，数字化变电站和IEC61850的概念结合到了一起。因为，IEC61850标准包括了数字化变电站所需要的全部通信，遵循此标准构建的数字化变电站可实现不同厂家设备间的互操作。对于用户而言 ，设备间的互操作是至关重要的，只有基于国际开放标准的系统方能实现在多个厂家中的设备选型。
1.3工程实际应用
目前国内已有多个基于IEC61850的变电站投入运行，例如，西安110kV少陵变、广西500kV桂林变、云南220kV晋城变及110kV吴家营变、北京500 kV顺义变、西安110 kV阎良变等。以云南110kV吴家营数字化变电站为例：吴家营数字化变电站网架结构见图2方案采用IEC61850协议。过程层与间隔层网络化，智能单元与间隔层间通信采用GOOSE组网方式传输。合并单元与间隔层通信采用IEC61850—9—1点对点通信协议。跨间隔传输采用IEC60044—8高速串行n13通信协议。将开关量信息与模拟量采集分网传输已减轻网络的负担。
二、数字化变电站的通信技术
2.1 多标记交换技术
数字化变电站的组网主要围绕以太网的形式设计的。以太网业务的兼容和处理主要靠传输设备和交换机两种方式。这两种方式各有利弊，工作的重心也不一样。通过传输设备，以太网业务能够拥有稳定的传输通道，通信传输稳定可靠。不过这种方式会占据大量的网络资源，对于流量的应用效率不高，在业务排队时候的优先级别也比较低。交换机在流量的利用率上比传输设备高，在网络资源的需求上又比传输设备低。但缺点是在监控和管理通信信号的传输时，没有传输设备操作方便，而且信号传输的安全可靠性低。而在数字化变电站中，多标记技术的出现让这种两难的状况得到了缓解。多标记技术用传输设备作为数据链路层，用交换机作为网络层，将交换机与传输设备的优势结合在一起，通信信号的传输既安全可靠，又能够方便快捷，占据较低的网络资源。
2.2 ASON 组网技术
以往的变电站，为了保证信息的安全性，往往要铺设很多冗余的设备和线路，增加了变电站的通信成本。SDH 组网是我国变电站传统应用的组网结构，这种结构适合结构相对简单的环形网。而ASON 组网则是在SDH 组网基础上发展起来的一种新型结构[3]。这种组网结构能够运用交换和传输两层手段保证信息的安全。传输层是组网系统的底层，传输设备可以有力保护信息的安全可靠，支撑电网的通信传输。而交换层则利用光纤物理的直连作为通道，最大化程度上保护了信息的安全。比起SDH 组网结构，ASON 组网技术还有的优点在于修复能力强大，能在故障时进行自我修复，在短时间内恢复路由的正常运行。
2.3 MPLS 技术
数字化变电站在保证通信的安全时，还要确保功能能够正常实行。变电站在发生故障或者其他一些特殊情况时，如果网络数据的传输不能及时处理，造成阻塞，就会影响通信的性能。MPLS 技术的出现，让通信技术的性能得到了保证。MPLS 技术同时拥有IP 技术与ATM 技术的优势，能够高效运用网络实现数据的传输和转换，降低了通信的成本，还能够确保两层网络结构之间的数据交换能够稳定运行。
三、数字化变电站通信的可行性
在目前我国的试用数字化变电站项目中，内部采用的光纤来进行信息和信号的传输。光纤和设备质量的好坏，决定了带宽资源的多少，传输速度的快慢。确认数字化变电站的通信是否可行，就要从数字化变电站之间互相传输数据的速度上入手。以往的学术观点都认为，总带宽100M 是数字变电站正常进行通讯的基本要求。而随着网络技术的发展，传输速度和带宽资源的上限大大提高，说明了在数字化变电站中采用通信技术是可行的。
四、结束语
虽然我国对于数字化变电站的通信技术的探索研究仍然处在初级阶段，但是提升的空间很大。数字化变电站应该从组网的结构入手，在保证通信安全的情况下，增强通信技术的性能，保证通信可以安全、快捷、高效、准确地进行。
参考文献：
[1]高翔．数字化变电站应用技术．中国电力出版社．2008
[2] 王跃东, 李振威, 吕旭明. 数字化变电站通信信息技术可行性研究[J]. 东北电力技术,2015
[3] 叶福有. 数字化变电站通信技术的应用[J]. 企业技术开发,2015
论文作者:韩黎明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/26
标签：变电站论文; 通信论文; 设备论文; 技术论文; 间隔论文; 以太网论文; 通信技术论文; 《电力设备》2018年第10期论文;