摘要:智能变电站通信设备担任着十分重要的责任，不仅需要实现信息交互、数据传输，还要同步时钟。但受到以太网交换机成本影响，难以实现变电站报文/数据的管控，也无法实现资料的深入剖析，系统更不能进行问题故障预警或定位。总而言之，通信设备对智能变电站而言，就实现测控与站内保护发挥着十分重要的作用，变电站急需研制出专用通信设备，才可更好地满足智能化发展需求。
关键词：智能变电站；专用通信设备；关键技术
在智能变电站中，通信设备不仅承担数据传输和信息交互的重担，而且还将充当时钟同步的角色。然而，智能变电站的工业以太网交换机价格昂贵，据统计，国内已经投运的智能变电站中其成本与整个站的二次设备成本相当；而且其不能对站内的报文进行分析与管理，也不能对故障进行预警与定位，必须配备相应的报文分析工具和录波装置，增加了变电站的建设成本。到目前为止，没有文献报道有制造商或科研院所针对智能变电站开发专用的通信设备。着眼即将大规模建设的智能变电站，探寻一种经济实用且满足智能变电站应用的专用通信解决方案，值得研究。智能变电站的通信设备对于站内保护、测控等功能的可靠实现具有非常重要的意义。
一、智能变电站数据流传输特征
结合实际情况，目前智能变电站大多应用的是“三层两网”的形式，数据报文主要包括：GOOSE、SV、MMS等技术，下面笔者将对这几项技术进行分析。
1、GOOSE报文
选择的是发布者或订阅者的形式，其数据传输应用的是组播办法。应用效果显著，一般适用短报文、小网络负载、小数据量传输。传输具备较强的可靠性与时效性。一旦发生故障，这类传输技术还具备突发性，能够将跳闸报文传输时间控制在2ms，控制闭锁报文传输时间控制在2ms-10ms以内。
2、SV报文
与GOOSE报文一样，选择的是发布者或订阅者的形式，其数据传输应用的是组播办法。一般是间隔层设施单一朝着过程层传输。在传输阶段，报文经过运用频率确定，不会发生改变，应用的是固定的互联网资源。具备很强的时效性与同步性，一般传输时间为2ms以内，离散偏差控制在10?s以内。
3、MMS报文
选择的是服务器或客户的形式，一般设置在站内控制层面、站内间隔层中间的设施间内。借助这类报文，能够直接将变电站的数据传输到调度中心，应用中具备时效性低、数据量不大的传输特点。
二、智能变电站专用通信设备的关键技术研究
智能变电站内通信网络主要担任着连接作用，能够将各种IED连接在一起，强化站内信息传输。变电站二次系统中，通信网络属于主要核心组件，其性能直接影响着变电站工件。参照变电站数据流特征，在IEC61850标准基础上，研制变电站专用通信设备（智能化），并引入虚拟专线技术、标准建模技术、QoS体制、OAM技术等。科学整合专业通信设备，可整合资源，提升互联网的稳定性，保障报文资料传输速率。
1、虚拟专线技术
虚拟专线技术是从一端到另一端的以太网业务荷载技术，是L2VPN点到点。虚拟专线本身属于柔性管道，设置了2种带宽：保证带宽、峰值带宽。前者在突发情况下，能够促使业务流正常通信。后者在正常通信时，以此满足业务流的带宽需求。不同虚拟专线传输的业务不一样，借助虚拟专线，能够将复用端口带宽计算出来，以此实现带宽运用效率的提升。虚拟专线可实现通信设备可靠性、时效性的提升，以此为数据传输提供保障，维护数据安全。
2、层次化OAM技术
借助信息缓冲可获取报文，并将其筛选到对应的板块，并将具有OAM标志的报文传输到引擎内。应用科学的计算方式，找到对应的报文，并在此基础上控制信息，选择对应的报文处理模块。不管是OAM接受还是OAM发送，均需要在控制模块内完成。
将这类技术应用在专用通信设备内，能够对业务及网络开展层次化管控，检测不同层面的报文传输、报文通知、报文在线测量、报文上报等，将每一层的报文发送与接收掌控在内。结合管理需求，实现各种频率报文传输，提升报文信息传输效率。
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3、QoS体制
专用通信设备QoS体制借助端到端技术，能够管理、分类流量，进行优先级标记、控制与调度队列、报文传输顺序。选择端到端技术，能够保障不同业务的稳定传输。
（1）流量管理：主要是借助RFC2689算法，限制多种业务流速率，以此工作不同业务流的带宽。
（2）流量分类：依据业务流实际需求，合理开展数据分类，配备不同管理措施。
流量整形：借助相应措施，避免出现突发性业务流现象，保障传输的合理性，传输速度的均匀性。
（3）传输顺序控制：通过检测网络负载情况，选择丢包技术进行传输顺序控制，避免出现报文拥塞现象。
（4）调度队列：若接口传输与发送速度缓慢，将会出现报文拥塞现象，借助FIFO技术、PQ技术能够处理拥塞，合理进行队列调度。
（5）标记优先级：本文探讨的专用通信设备，能够区分业务优先级，分配最佳带宽，避免出现通信拥塞，以此实现信息传输时效性的提升，保障信息传输效率。
4、时钟同步技术
本文研制的专用通信设备选择的是以太网技术，在IEEE1588v2基础上实现频率与时间同步。GPS系统、双授时系统属于时钟源，能够为通信网络提供脉冲支持。若通信设备不属于主时钟，则无法加载时钟，此时晶振会进行守时作业。处理器在时钟调度阶段，能够对通信设备报文进行优先级划分，保障报文延时的精准性。时钟同步内的FPGA模块，由处理模块、PTP协议、时钟处理构成，主要负责PHY层提取或插入。
5、标准建模技术
在规定标准基础上，应用面向对象思维，对专业通信设施开展标准化建模。新建的信息磨性能，能够规范配置信息、通讯设施状态信息，将专用通信设备作为独立的变电站二次设备，配备针对性的监管机制，确保标准能够剖析专用通信设备，实现变电站内设置的直接测控与保护，强化设备交流，为变电站提供自动化算法、满足变电站的保护需求。
三、智能变电站现有通信设备应用现状
现阶段，智能变电站是以工业以太网交换机，进行数据传输与数据共享，在此基础上构建起的通信设备，在测控与站内保护等方面还存在技术缺陷，其应用现状大致如下。
1、工业以外网交换机存在着显著的不稳定、即时性，受到稳固性的影响，难以保障数据网络化。当前，变电站大多选择的是点对点直跳形式进行保护。
2、工业以外网交换机本身是借助SNMP技术、RMON技术开展维护与管理工作，维护本身较为简单，无法实现设备状态的测试，且难以与变电站监测体系进行有效结合，进而无法保障报文的延时、抖动。关键报文传输，无法做到精准管控。加之用户不了解通信网络，无法掌握变电站内部通讯情况。
3、现存的通信设备主要是借助组网、端口、VLAN等软件，安全性较低，信息保护措施不完善，内部信息资料容易受到攻击。加之我国变电站大多应用的是国内交换机，安全风险相对较高。
4、IEC61850无法实现对交换机的建模，导致承载通信网络无法及时调度到变电站自动系统，无法及时更新交换机信息，进而难以与站内IED开展信息交互，无法组建电力二次设备。
结语
智能变电站本身是一项一体化技术，通过集成、光电、传感器等技术，能够为智能变电站的建设提供保障，为智能变电站的应用提供技术支持。变电站为获得更好的智能化发展，需要积极开展智能变电站建设工作，以此加速我国电力建设事业，推动我国电力行业的发展。
参考文献
[1]于灏,闫冈.智能变电站过程层电力专用交换机应用分析[J].电力信息与通信技术,2019,17(04)
[2]马恒,陈志宏,熊华强,葛光胜.基于SCD文件的智能变电站自动化配置通信设备应用研究[J].电力信息与通信技术,2017,15(07)
论文作者: 董长江
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/16
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