摘要：目前，随着国内智能电网系统建设步伐的进一步加快，对基于IEC61850标准的变电站集成IED模型和系统配置的研究已陆续展开。本文将对变电站自动化系统通信网络结构进行探讨分析，进而为变电站及智能IED电子设备的完整有效配置提供一定借鉴参考，确保智能数字化变电站高效优质的建设发展。
关键词：IEC61850；变电站自动化系统；通信网络
在IEC61850国际标准颁布以后，变电站综合自动化系统已成为变电站乃至整个电力系统升级改造研究的重要内容。基于IEC61850标准的变电站综合自动化系统的建设，能够很好地解决常规变电站IED设备间不能完全兼容和数据信息不能实时通信互享间的缺陷，能确保变电站综合自动化系统中的测控、保护、故障录波等智能IED设备具有良好的实时通信互享功能。因此，结合实际工作经验，对基于IEC61850标准的变电站综合自动化系统的升级改造要点进行研究，就显得非常有工程实践应用研究意义。
1 变电站通信网络的性能要求
1.1 快速的实时响应能力
变电站自动化系统的数据通信网络要及时地传输现场的实时运行信息和操作控制信息。在电力工业标准中对系统的数据传送都有严格的实时性指标，网络必须能够很好地保证数据通信的实时性。
1.2 很高的可靠性
由于电力系统是连续运行的，变电站数据通信网络也必须连续、可靠运行，通信网络的故障和非正常工作会影响整个变电站自动化系统的运行。设计不合理的系统，严重时甚至会造成设备和人身事故、带来巨大的经济损失，因此变电站自动化系统的通信网络必须保证很高的可靠性。
1.3 优良的电磁兼容性能
变电站是一个具有强电磁干扰的环境，存在电源、雷击、跳闸等强电磁干扰，通信环境恶劣，数据通信网络必须注意采取相应的措施消除这些干扰的影响。
1.4 分层式结构
这是由整个系统的分层分布式结构决定的，也只有实现通信系统的分层，才能实现整个变电站自动化系统的分层分布式结构，系统的各层次又具有特殊的应用条件和性能要求，因此每一层都要有合适的通信网络系统。
2 基于IEC61850的变电站自动化系统通信网络结构研究
2.1过程总线的组网方案
IEC61850按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和保护功能，从逻辑上和物理上将系统分成3个层次，即变电站层、间隔层和过程层。变电站内的信息交互通过以太网实现，通信网络分为两类总线：过程总线和变电站总线。过程总线根据数据流要求、可靠性要求以及现场情况可以采用四种不同的组网方案，如图2-1所示，它们体现了不同的组网原则，可以满足不同的数据流要求及可靠性要求，并可应用于不同场合。
图2-1可选的过程总线
2.1.1 面向间隔原则
在方案①中，每个间隔有其自身的总线段，同时还装设1个独立的全站范围的总线，以连接各间隔的总线段。面向间隔的组网方案的优点是结构清晰、易于维护，缺点是需要安装较多的交换机和路由设备，成本较高。该方案适用于220kV及以上系统以及重要间隔。
另外，设备的互操作性乃至互换性既可在IED层面获得，也可在间隔层面获得。在IEC61850实施初期，由于缺乏足够的互操作性实践，间隔层面的互操作性更容易得到保证，这也就自然导致了面向间隔的组网方案。
2.1.2 面向位置原则
方案②中每个间隔总线段覆盖了多个间隔。当IED的安装位置处于多个传感器的安装位置的中心时，从高压端到IED的光纤传输距离最短。另外，220kV双母线接线多采用母线PT，该PT可以为多个间隔所共用，从而节省了PT的安装数量。
2.1.3 单一总线原则
方案③是一种全站单一总线方案，所有设备都与该总线连接。该方案的优点是节省了交换机，成本较低；缺点是系统可靠性差，需要较高的总线速率。该方案适用于网络负载较轻、实时性要求不高的中、低压系统。
2.1.4 面向功能原则
方案④中的总线段是按照保护区域来设置的，其突出优点是总线段之间的数据交换量最小。
2.2变电站总线的组网方案
变电站总线结构和变电站的类型有关。为了建立通信性能要求的需要，IEC61850中对变电站类型做了划分。变电站首先被分成配电变电站和输电变电站。配电变电站定义为出线馈线的最高电压等级不超过30kV及以下，有一回或者二回进线为输电电压等级。输电变电站定义输电电压等级馈线即100kV及以上。按照这种划分，变电站的类型可分为D1小型配电变电站、D2中型配电变电站、D3大型配电变电站、TI小型输电变电站、T2大型输电变电站以及由两种类型综合的变电站类型。
变电站类型D1要求非常简单的连接间隔层和远方通信接口的通信总线。无间隔之间通信，不需要快速传输报文。变电站类型D2要求变电站通信总线，可以处理所有类型的报文。变电站类型D3要求由路由器或者桥连接的分段通信总线去处理从所连接的设备的大量数据。段的设计是为了达到减少通过路由器传输快速报文。变电站类型T1要求和D2的通信总线类型相同，并具有寻址并行（冗余）设备的能力。变电站类型T2要求双（冗余）通信总线结构，在某些情况下，如果变电站的物理规模要求分段通信，通信总线考虑分成许多段。变电站总线的基本组网方案包括：
2.2.1 独立的变电站总线
采用该方案时，位于间隔层的IED需要2套以太网接口，分别接入过程总线和变电站总线，如图2-2所示。
图2-2独立的变电站总线
2.2.2 合并的变电站总线和过程总线
由于在基于IEC61850的变电站自动化系统中采用公共的以太网技术，变电站总线和过程总线完全可以合并。采用合并的变电站总线结构，IED只需1套以太网接口，既简化了结构又降低了设备和维护费用。该方案的缺点是实时数据和非实时数据、控制性数据和非控制性数据共享同一网络，易导致争夺网络资源以及安全性问题，应利用交换式以太网的优先级排队特性以及虚拟局域网技术解决上述问题。
结束语：
本文主要对变电站自动化通信系统网络结构进行了研究，分析了变电站自动化系统的结构形式和变电站系统的基本通信结构，提出了基于IEC61850标准变电站数据信息的建模方法，使不同的电力设备进行互相通信，实现设备的互操作。
参考文献：
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[3]IEC61850标准的技术及应用研究[J].黄文华，李勇.现代电子技术.2010（21）
论文作者:孙青
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：变电站论文; 总线论文; 间隔论文; 自动化系统论文; 通信论文; 方案论文; 通信网络论文; 《电力设备》2017年第35期论文;