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摘要：智能变电站是坚强智能电网的重要支撑节点，从技术上重点体现了全站信息数字化、通信平台网络化、信息交互标准化和高级应用互动化特征，智能变电站中所有的控制、保护以及电流、电压信号都是在网络中传递的。通信网络作为智能变电站信息交换的枢纽，系统网络的性能对控制、保护系统的功能起了决定性作用，是智能变电站安全、可靠运行的基础。本文分析智能变电站过程层概念及组成，对某智能变电站进行了多次专项测试，最终验证提出三网合一技术方案性能指标完全满足智能变电站技术规范，保证智能变电站安全、可靠的运行。
关键词：智能变电站；系统网络；性能测试
目前智能变电站的建设来看，智能变电站已经成为了未来变电站的重要发展趋势。通过了解发现，智能变电站的核心技术主要是过程层具有较大的技术优势，这一技术优势决定了智能变电站比普通变电站具有更强的应用特性。所以，我们在针对智能变电站的研究中，要积极展开过程层的研究与分析，要将过程层的网络性能测试技术作为主要的技术要点进行研究，把握过程层网络性能测试技术的要点，保证过程层的网络性能测试技术能够发挥积极作用。因此，我们有必要对智能变电站过程层的概念及组成进行分析，明确智能变电站过程层的组成要求，对过程层网络性能测试技术进行积极的试验和测试，保证该技术能够发挥积极的作用，提高智能变电站过程层网络性能测试技术研究的最终效果。
一、智能变电站过程层概念及组成分析
对于智能变电站而言，过程层是其重要组成部分，也是智能变电站与传统变电站的重要区别，所以我们要对智能变电站过程层的概念有准确的了解。就智能变电站来说，主要采用了分层网络系统、分布网络系统、开放式网络系统实现系统连接，其中过程层是最底层的系统，属于一次设备和二次设备相结合的层面，其任务主要是对设备的状态进行监测，并执行系统的操作和控制命令，同时对运行的电气量进行采集，并完成系统基本状态变量的输入和输出，保证信号数字化。智能变电站的过程层组成主要包含以下几个部分：变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。智能变电站与传统变电站的区别主要在于一次设备和二次设备的选择上。智能变电站主要采用电子式互感器，传统变电站采用的是电磁互感器。智能变电站采用了智能开关，传统变电站采用了传统开关。此外，最突出的特征是智能变电站可以实现多个智能电子设备信息传输，所采用的传输协议主要是GOOSE 和采样值机制。
二、智能变电站过程层的基本组成要求
2.1采样值传输技术的基本要求
在智能变电站的过程层与间隔层之间要想实现信息通信，就需要借助采样值传输技术，而智能变电站的过程层与间隔层的信息传递过程中数据流往往很大，需要使用电子式互感器进行保护，所以采样值传输技术对实时性有特殊要求。采样值传输是变电站自动化系统过程层与间隔层通信的重要内容，智能变电站过程层上最大的数据流出现在电子式互感器和保护、测控之间的采样值传输过程中。采样值报文的传输有很高的实时性要求，即使在极端情况下也要确保报文响应时间是可确定性的。根据IEC61850-9-2 标准定义，采样值传输以光纤方式接入过程层网络，间隔层保护、测控、计量等设备不与合并单元直接相连，而是通过过程层交换机获取采样值信号，以实现信息共享。
2.2GOOSE 实时传输技术基本要求
GOOSE 是一种面向通用对象的变电站事件，其基于发布/订阅机制，能快速和可靠地交换数据集中的通用变电站事件数据值的相关模型对象和服务，以及这些模型对象和服务到ISO/IEC8802-3 帧之间的映射。智能变电站中GOOSE 服务主要用于智能一次设备、智能单元等与间隔层保护测控装置之间的信息传输，包括传输跳合闸信号或命令，GOOSE 报文数据量不大但具有突发性。由于在过程层中GOOSE 应用于保护跳闸等重要报文，必须在规定时间内传送到目的地，因此对其实时性要求远高于一般的面向非嵌入式系统，对报文传输的时间延迟在4 ms 以内。
2.3合并单元与智能终端技术的基本要求
在智能变电站过程层的合并单元中，主要对工作地点有具体要求，要求必须是无爆炸危险，并且远离干扰源、同时要在室内，并具有防静电功能。智能终端技术主要是与GOOSE 技术对接的系统，因此要求能够与GOOSE 技术实现同步传输。首先，合并单元正常情况下的对时精度应为±1μs，守时精度范围为±4μs。其次当外部同步信号失去时，合并单元应该利用内部时钟进行守时。当守时精度满足同步要求时，采样值报文中的同步标识位“SmpSynch”应为TRUE。当守时精度不满足同步要求时，采样值报文中的同步标识位“Smp－Synch”应为FALSE。
三、智能变电站过程层的三网合一方案分析
3.1方案一
本方案又被称为常规互感器方案，即是利用采集单元帮助常规互感器实现采样值的数字化。下面以线路保护为例来进行说明。该方案的实现与传统变电站的电缆连接方式相似，点对点采用光缆直连。整个过程层网络的设计基于IEC61850 标准，采集单元独立配置是本方案的优点，这方便后期工程进行改造，同时系统中的继电保护装置不必经过交换机直接进行采样，可通过GOOSE 网络直接跳断路器，启动断路器失灵、重合闸。但是本方案有个缺点，就是增加了采集单元，这提高了过程层网络的结构复杂度，同时常规电流互感器的饱和问题不易解决。
3.2方案二
本方案建立在IEC61850 标准基础上，电压、电流互感器采用电子式。优点是传输延时固定，由继电保护装置利用插值法对数据进行同步，可以不依赖于外部时钟。采样值和信息传输采用网络模式，按电压等级进行组网分类。本过程层组网方案采用IEEE1588 或IＲIG － B 码方式对时，所有的保护都要求配置主后备功能。另外有几点需要说明的是，变压器中性点的电流和间隙电流要并入相应侧MU；跳母联、分段断路器及闭锁备自投和启动失灵等变压器保护采用GOOSE 网络传输。本方案不需要交换机环节，也不依赖于同步对时信号，真正实现了变电站信息传输的数字化和功能的集成化，不足是由于继电保护和合并单元都需要较多的网口，使得系统发热量很大，并且需要大量的光缆和交换机。
3.3方案三
本方案采用IEC61850 － 9 － 2 标准的100Mbit /s 光线以太网采样信息、GOOSE 信息、IEEE1588 精确时钟协议，实现对时信息的同网传输，是一种三网合一结构，间隔层与过程层合并单元之间采用IEC61850 － 9 － 2 标准，与智能终端的通信要遵循GOOSE 通信协议。过程层的每个间隔需要单独配置独立交换机，而各间隔之间信息交换要通过主干网的交换机实现，其各间隔系统的结构图如图所示。这种组网方案能够实现信息共享最大化，网络结构简单、经济，维护方便。
总之，过程层网络是智能变电站区别于常规变电站的特点之一，也是智能变电站的中枢神经。它以采样数字化、信息网络化为基础完成了变电站信息的网络传输，是控制技术的一次质的飞跃。采用基于IEC61439 可显著提高通信网络可用度的PＲP并行冗余技术方案，通过实际测试、现场检验证明，该方案符合变电站的技术规范，满足变电站的安全稳定的运行需求，可以简化变电站的过程层网络，最大程度地实现信息共享，同时运维管理方便，可在智能变电站中广泛推广应用。
参考文献
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论文作者:王亚红,高小娟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/18
标签：变电站论文; 智能论文; 过程论文; 方案论文; 网络论文; 技术论文; 间隔论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;