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摘 要：智能变电站是以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策和协同互动等高级功能的变电站，通信网络系统是实现变电站智能化的关键技术。本文首先分析了智能变电站通信网络的总体结构，接着对变电站层、过程层的通信网络技术方案进行了详细的介绍，最后提出了通信网络的同步对时方案。
关键字：智能电网; 变电站; 通信网络
智能电网建设是根据我国能源分布与负荷消费地域分布特点，适应我国当前和未来社会发展所采取的电网发展方式。智能变电站是坚强智能电网建设中实现能源转化和控制的核心平台之一，智能变电站的工作特性和负担的职责，使其必须具有良好的交互性。它负责的电网运行的数据统计工作，就要求他必须具有向电网回馈安全可靠、准确细致的信息功能。智能变电站在实现信息的采集和分析功能之后，不但可以将这些信息在内部共享，还可以将其和网内更复杂、高级的系统之间进行良好的互动。通信网络系统是实现变电站智能化的关键技术，本文首先分析了智能变电站通信网络的总体结构，接着对变电站层、过程层的通信网络技术方案进行了详细的介绍，最后提出了通信网络的同步对时方案。
1 智能变电站通信网络总体架构
智能变电站是智能电网的重要内容，变电领域的发展重点是智能变电站，智能变电站对智能电网的建设将起到先驱作用。智能变电站通信网络总体结构如图1所示。采用IEC 61850国际标准，IEC 61850标准将变电站在结构上划分为变电站层、间隔层和过程层，并通过分层、分布、开放式网络系统实现连接。变电站层与间隔层之间的网络称为变电站层网络，间隔层与过程层之间的网络称为过程层网络。变电站层网络和过程层网络承载的业务功能截然不同。为了保证过程层网络的实时性、安全性，在现有的技术条件下，变电站层网络应与过程层网络物理分开，并采用100M及以上高速以太网构建。
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图1智能变电站通信网络基本构架示意图
2 变电站层网络技术方案
变电站层网络功能和结构与传统变电站的计算机监控系统网络基本类似，全站信息的汇总功能可依靠MMS/GOOSE网络实现。
环形和星形拓扑结构相比，其网络可用率有所提高，但是支持环网的交换机和普通星型交换机相比价格大大提高。国内经过多年的技术积累，装置普遍具备2~3个独立以太网口, 星型网络在变电站实际应用有着更加丰富的使用经验。国内220kV及以上变电站层网络一般采用双星型拓扑结构，110kV及以下变电站层网络一般采用单星型拓扑结构。
3 过程层网络技术方案
过程层网络分为SMV采样值网络和GOOSE信息传输网络。前者的主要功能是实现电流、电压交流量的上传；后者的主要功能是实现开关量的上传及分合闸控制、防误闭锁等。
（1）SMV采样值网络
SMV采样值网络结构采用点对点或组网方式。点对点方式延时较确定、投资较小、实现较容易，但设备间连接较复杂、设备接口数量较多、信息共享性较差；组网方式设备间连接简单清晰、设备接口数量较少、信息共享性好、代表未来发展趋势，但延时不确定、交换机投资大、继电保护可靠性受到影响。目前国内外试点站考虑到安全性、可靠性因素，220kV及以上变电站的SMV采样值网络一般采用点对点方式，极少站点实现部分间隔组网；110kV及以下变电站的SMV采样值网络不少采用了组网方式，并采用了IEC 61850-9-2LE通信。另外，目前还有研发厂商正在试验SMV采样值网络和GOOSE网络共网传输模式。
（2）GOOSE信息传输网络
GOOSE网络采用点对点或星型以太网方式进行组网。间隔内采用点对点方式，跨间隔采用星型以太网组网方式。对于保护双重化要求的间隔，建议GOOSE网络按照双套单网配置，两套GOOSE网络物理上应做到相互独立。对保护单重化要求的间隔，建议GOOSE网络按照单网配置。此方案以继电保护的可靠性为前提，尽量降低交换机故障给保护带来的影响，但装置的接口、连接介质的数量较多，接线较复杂。
全站GOOSE均采用星型以太网方式，GOOSE交换机可以按照电压等级配置，以220kV、110kV、35kV、主变为单位分别组网，并采取合适的网络处理机制。对于保护双重化要求的间隔，建议GOOSE网络按照单网配置，两套GOOSE网络物理上应做到相互独立；对保护单重化要求的间隔，建议GOOSE网络按照双网配置，保证在任意单重网络故障或单套交换机检修的情况下对系统的正常工作不造成影响。此方案着眼于GOOSE的信息共享，交换机投资大于方案一，但装置的接口、连接介质的数量较少，接线较简单。
目前国内试点变电站两种GOOSE网络配置方案均有采用。
4 同步对时网络技术方案
当前智能变电站广泛采用的同步对时网络技术有基于硬接线的IRIG-B码或秒脉冲对时、基于网络方式的SNTP协议与基于网络方式的IEEE 1588(V2 )标准三种技术。其中基于硬接线的IRIG-B码或秒脉冲对时技术成熟、精度可以达到微秒级，缺点是需要额外的信号电缆或光缆；基于网络方式的SNTP协议采用以太网传输方式，实现简单，不需要额外的电缆，但精度只能达到毫秒级；基于网络方式的IEEE 1588(V2)标准传输方式采用以太网传输方式，精度可以达到微秒级，技术先进，且不需要额外的电缆，缺点是支持IEEE 1588(V2)版的交换机很少，保护、测控、过程层设备厂家的装置也需要同步开发。
国内试点变电站均采用方案一和方案二的组合，即硬接线和SNTP网络对时方式相结合．缺点是光缆电缆连接线多，且当过程层采用组网方案时，可靠性受到影响。目前研发厂商正在积极开发应用基于IEEE 1588(V2)标准网络对时方式的装置和交换机，该方式对时精度高，硬接线连接少，在智能变电站有着更为广泛的应用前景。
5结语
通信技术使得各种高压设备、智能控制装置、智能辅助系统和信息一体化平台以及与用户进行网络化的双向通信，实现无缝链接，提高对变电站的驾驭能力和优质服务的水平，是实现智能变电站的基础。本文首先分析了智能变电站通信网络的总体结构，接着对变电站层、过程层的通信网络技术方案进行了详细的介绍，最后提出了通信网络的同步对时方案。通过智能变电站通信网络的设计，可以有效保证电力输送的稳定性和安全性。
参考文献:
[1] 王德文, 王艳, 邸剑. 智能变电站状态监测系统的设计方案[J]. 电力系统自动化, 2011, 35(18):51-56.
[2] 孙一民, 裘愉涛, 杨庆伟,等. 智能变电站设计配置一体化技术及方案[J]. 电力系统自动化, 2013, 37(14):70-74.
作者简介
李娜（1985.3-），女，河南新乡人，2008年本科毕业于东北电力大学，单位：国网浙江杭州市余杭区供电有限公司。研究方向:调控自动化
论文作者:李娜,俞璋莉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：变电站论文; 网络论文; 智能论文; 方式论文; 通信网络论文; 时方论文; 方案论文; 《电力设备》2018年第22期论文;