（国电南京自动化股份有限公司 211153）
摘要：主要研究新一代智能站合并单元智能终端集成装置，介绍了两种常见的智能站过程层配置方式，并给出了一种新一代智能站合并单元智能终端集成装置的设计方案。
关键词：智能变电站；智能终端；集成
国家对智能变电站建设工作十分关注，在多个区域开展了智能变电站的试点建设工作，在设备和管理方面取得了积累了宝贵的经验，但是现阶段，智能变电站在建设理念、功能、接口方面存在着许多问题，标准化程度不高，集成度有待加强，研究智能变电站智能终端集成工作十分必要。
一、过程层配置
国家电网智能变电站试点工作中在过程层单元集成方面尝试了大量方案，比较理想的设计方案有常规互感器、电子互感器两种，分别使用直采直跳方案和三网合一的组网方式，不同的方案有着各自的特点，针对各种可能出现的问题，国家电网推出了一系列工程规范，过程层的主流设计方案倾向于使用常规互感器-直采直跳设计方案。
合并单元和智能终端是过程层的核心设备，过程层的设计方案受产品功能配置影响，现阶段变电站工程实际中应用比较广泛的合并单元和智能终端以独立装置、功能一体化模式为主，如图1。
图1 合并单元/智能终端独立一体化
（一）独立装置
现阶段，我国的智能变电站多采用了点对点结合的网络组网形式，GOOSE和SV分别组网，使用直采直跳保护方案，测控、录波设备等均组网。过程层设置的合并单元装置和智能终端都独立设置，间隔模拟量使用合并单元装置采集，合并间隔模拟量之后使用SV网，或者直接点对点发送给间隔层，智能终端负责间隔开关量采集和断路器合闸控制，间隔层通过GOOSE网络完成设备信息交互，保护动作则点对点接受保护跳闸信息完成响应。GOOSE和SV单独组网，分别获取间隔层测控装置、录波设备信息。
这种工作模式能够形成比较清晰的网络结构，装置功能清晰直观，合并单元与智能单元相互独立，单一装置故障不会对其他设备功能造成影响，系统运行的可靠性更高。但是这种组网方式会导致网络上设备数量多、过程层设备多，组网成本升高，并且过程层设备功能之间相对独立，信息沟通困难，装备信息交互对外部网络比较依赖，安全性有待提升，高级功能的扩展难度较大。
（二）功能一体化
这种组网方式中间层GOOSE和SV在接入同一个网络，采用直采直跳相互独立的工作模式，将合并单元与智能终端功能集成与同一个装置，过程层设备为合并单元与智能终端的一体化设备，使用同一个CPU实现合并单元与智能终端功能，GOOSE、SV共享网口，点对点接口独立工作。
功能一体化工作模式的网络结构和独立模式相比更加合理，网络结构得到了进一步简化，网络设备和过程层设备数量更少，有着一定的经济性优势，而且合并单元和智能终端在同一个设备内实现，方便了合并单元和智能终端信息的共享，方便实现开发选相合闸等高级功能。
但是这种组网方式同样有一定的弊端，同一个CPU负责合并单元和智能终端功能，CPU运算量较大，如果装置组网口面临过程上行网络压力，可能会导致装置整体性能的下降，直采直跳没有合并网口，因此过程层和保护装置之间需要额外设置一对光纤直采直跳，增加了装置的光口数目，使设备发热量增加，不利于装置的长期稳定运行。
二、新一代智能站合并单元智能终端集成装置
（一）独立CPU
国家电网安全规程要求智能终端和合并单元功能应该分别由不同CPU实现，相互独立不分主次，两个CPU之间不能相互影响，所以设备在保证独立运行的同时又要统一接口，两个CPU共享装置的硬件资源和信息。
两个CPU共享的硬件资源主要包括电源、通讯接口、指示灯、对时信息，两个CPU之间也有一个信道用于信息交换。CPU电源共享可直接从硬件上解决，其他资源共享则不能单纯通过硬件连接实现。CPU的开入开出模块共享，开入开出模块共享开入信息并控制装置开出，两个CPU因为功能独立，因此不会出现大量的信息交换，以相互运行状态监视为主，如果一个CPU运行故障，另一个将发出故障警报。公共接口用于实现其他功能共享，外部通信功能共享GOOSE与SV收发，两个CPU均将点灯信息发送给指示灯公共接口，统一控制指示灯，公共对时功能和外部时钟对时之后再分别和两个CPU对时。
（二）共网口设计
传统的变电站硬件设计使用厂家提供的MAC芯片，芯片和处理器之间的接口兼容性不理想，芯片和处理器之间的多总线结构数据读写占用相同的通道，会出现相互冲突，也无法精确控制数据收发时刻。所以SV、GOOSE共网口要解决SV发送的均匀性与GOOSE接受的时效性两个问题。
为了解决这个问题，可以使用FPGA模拟MAC芯片，FPGA控制PHY芯片，FPGA的并行处理功能能够满足网络收发全双工的需求，并且FPGA模拟MAC功能，FPGA能够精确控制SV的发送时刻。装置组网口和直采直跳接口偏多，接单口PHY系统功耗将显著上升，而且占用面积也会增加，因此改用市面常见的4、8口PHY芯片，集成芯片降低板卡功耗，方便制板操作，而双全工RMII通道的数据收发相互独立，能够有效消除GOOSE接受和SV发送之间的矛盾。
结语：
新一代智能变电站建设步伐逐渐加快，合并单元和智能终端的集成装置成为低电压变电站线路间隔的新一代主流配置，在稳定性和经济性方面有着较大的优势。
参考文献：
[1]倪益民，杨松，樊陈，徐晓春，姜玉磊，窦仁晖.智能变电站合并单元智能终端集成技术探讨[J].电力系统自动化，2014（12）.
[2]闫志辉，周水斌，郑拓夫.新一代智能站合并单元智能终端集成装置研究[J].电力系统保护与控制，2014（14）.
[3]王恒.新一代智能变电站集成装置配置简介[J].中国科技信息，2014（15）.
[4]肖燕.新一代智能变电站信息流架构设计[J].中国电机工程学报，2016（05）.学，2013.
论文作者:李娜
论文发表刊物:《电力设备》2016年第24期
论文发表时间:2017/1/18
标签：智能论文; 终端论文; 装置论文; 变电站论文; 功能论文; 单元论文; 独立论文; 《电力设备》2016年第24期论文;