王超+侯龍景

摘要：智能變電站采用性能優(yōu)越的數(shù)字式互感器進(jìn)行電氣量采集，與站內(nèi)各類信息均通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸交換，不同的信號傳輸方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣對智能變電站的功能實現(xiàn)具有較大影響。

關(guān)鍵詞：二次回路；電子式互感器；合并單元；通信網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)性能

1、智能變電站二次回路變革

1.1 電壓電流互感器

智能變電站采用電子式互感器對站內(nèi)一次設(shè)備進(jìn)行電氣量采樣。電子式互感器具有體積小、重量輕、動態(tài)范圍寬、無磁飽和、PT無諧振、CT可開路的優(yōu)點，且采樣信號通過光纜進(jìn)行傳送，抗噪聲干擾性強(qiáng)的優(yōu)點。ECT數(shù)字化輸出數(shù)據(jù)的額定采樣頻率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工頻系統(tǒng))中的任意一種，最高采樣速率可達(dá)500KHz，用以滿足高頻保護(hù)（例如行波保護(hù)）的精度需求。

1.2 合并單元MU

智能變電站采用合并單元將電子式電流電壓互感器所采集的三相電流和電壓進(jìn)行組合并按照協(xié)議規(guī)則進(jìn)行傳輸，傳送的通用幀包括12路采樣值信息。相應(yīng)地，一臺合并單元（MU）可匯集（合并）12個二次轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)通道，一個數(shù)據(jù)通道只能承載一臺電子式電流互感器或一臺電子式電壓互感器采樣測量值的單一數(shù)據(jù)流，在工程現(xiàn)場，MU采集的12路信息包括三相測量電流、三相保護(hù)電流、中性點電流、三相測量電壓、中性點電壓及母線電壓（見圖1所示）。

圖1合并單元定義

Fig.1Definition of merging unit

合并單元傳送的點對點鏈接數(shù)據(jù)的長度通常是56字節(jié)，幀間隙最少需要70個空閑位，數(shù)據(jù)幀以曼徹斯特編碼格式傳輸，通用幀的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速度為2.5 Mbit/s，合并單元到二次設(shè)備的聯(lián)結(jié)，可用光纖傳輸系統(tǒng)或銅線型傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)［1］。

1.3 通信網(wǎng)絡(luò)

智能變電站網(wǎng)絡(luò)主要分為SV網(wǎng)及GOOSE網(wǎng)，SV網(wǎng)主要完成采樣值信息的傳輸，GOOSE網(wǎng)主要完成不同優(yōu)先級開入量的傳送，包括最高級（電氣量保護(hù)跳閘、保護(hù)閉鎖信號）、次高級（遙控分合閘、斷路器位置信號）及普通級（刀閘位置信號、一次設(shè)備狀態(tài)信號）三級開入量的傳送［2］。

當(dāng)前智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：（1）采用光纖點對點與GOOSE網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，包括 “直采直跳”及“直采網(wǎng)調(diào)”兩種方式；（2）采用光纖點對點、采樣值網(wǎng)絡(luò)與 GOOSE網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式（3）采用過程總線方式，即采用交流采樣（SMV）和GOOSE組網(wǎng)的方式，其中又分為共網(wǎng)或分網(wǎng)模式。

鑒于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸可靠性考慮，工程中多采用直采網(wǎng)跳方式，隨著交換機(jī)技術(shù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，未來智能變電站二次系統(tǒng)的組網(wǎng)方式將采用網(wǎng)采網(wǎng)跳方式，SV網(wǎng)及GOOSE網(wǎng)既可雙網(wǎng)合一，也可分開鋪設(shè)。

2、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)

智能變電站通過過程層網(wǎng)絡(luò)對SV報文、GOOSE報文進(jìn)行傳輸［3］。過程層網(wǎng)絡(luò)性能直接影響數(shù)字化變電站內(nèi)繼電保護(hù)設(shè)備的靈敏性和可靠性。網(wǎng)絡(luò)性能的研究，首先需選取適當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)參數(shù)。指標(biāo)參數(shù)體系可從多個角度來描述，如按照TCP/IP協(xié)議層劃分，以反映不同網(wǎng)絡(luò)層次中的性能狀況；也可以按指標(biāo)內(nèi)容來劃分，如時延、時延抖動、包丟失率、誤碼率、吞吐量、帶寬、信道利用率、信道容量、帶寬利用率、連通性等，反映了網(wǎng)絡(luò)資源利用率和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)性能［4］。

針對于通信網(wǎng)絡(luò)性能，目前主要利用OPNET軟件進(jìn)行模擬仿真，對比不同傳輸方式（單播、組播）、劃分VLAN與否［5］等來評估網(wǎng)絡(luò)性能，提出更優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，以滿足各類信息傳輸?shù)膶崟r性、可靠性。

3、結(jié)語

智能變電站二次回路結(jié)構(gòu)較常規(guī)變電站發(fā)生了深刻變革，由于常規(guī)信號的一一對應(yīng)關(guān)系不再存在，且二次回路網(wǎng)絡(luò)化使得網(wǎng)絡(luò)性能的變電站功能實現(xiàn)中具有較大影響，在滿足網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的前提下，如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化成為一個具有研究意義的課題方向。

［注釋］

①殷志良，劉萬順，楊奇遜等. 變電站自動化系統(tǒng)過程層與間隔層串行通信研究［J］，中國電力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，馬千里. GOOSE通信及應(yīng)用［J］，電力系統(tǒng)自動化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孫一民．?dāng)?shù)字化變電站過程層GOOSE通信方案［J］．電力系統(tǒng)自動化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部．YD/T 1171-2001 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求-網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)與指標(biāo)［S］，北京：人民郵電出版社，2002．第7頁，第六節(jié).

［5］方曉潔，季夏軼，盧志剛. 基于OPNET的數(shù)字化變電站繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)仿真研究［J］，電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者單位：國網(wǎng)棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）

摘要：智能變電站采用性能優(yōu)越的數(shù)字式互感器進(jìn)行電氣量采集，與站內(nèi)各類信息均通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸交換，不同的信號傳輸方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣對智能變電站的功能實現(xiàn)具有較大影響。

關(guān)鍵詞：二次回路；電子式互感器；合并單元；通信網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)性能

1、智能變電站二次回路變革

1.1 電壓電流互感器

智能變電站采用電子式互感器對站內(nèi)一次設(shè)備進(jìn)行電氣量采樣。電子式互感器具有體積小、重量輕、動態(tài)范圍寬、無磁飽和、PT無諧振、CT可開路的優(yōu)點，且采樣信號通過光纜進(jìn)行傳送，抗噪聲干擾性強(qiáng)的優(yōu)點。ECT數(shù)字化輸出數(shù)據(jù)的額定采樣頻率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工頻系統(tǒng))中的任意一種，最高采樣速率可達(dá)500KHz，用以滿足高頻保護(hù)（例如行波保護(hù)）的精度需求。

1.2 合并單元MU

智能變電站采用合并單元將電子式電流電壓互感器所采集的三相電流和電壓進(jìn)行組合并按照協(xié)議規(guī)則進(jìn)行傳輸，傳送的通用幀包括12路采樣值信息。相應(yīng)地，一臺合并單元（MU）可匯集（合并）12個二次轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)通道，一個數(shù)據(jù)通道只能承載一臺電子式電流互感器或一臺電子式電壓互感器采樣測量值的單一數(shù)據(jù)流，在工程現(xiàn)場，MU采集的12路信息包括三相測量電流、三相保護(hù)電流、中性點電流、三相測量電壓、中性點電壓及母線電壓（見圖1所示）。

圖1合并單元定義

Fig.1Definition of merging unit

合并單元傳送的點對點鏈接數(shù)據(jù)的長度通常是56字節(jié)，幀間隙最少需要70個空閑位，數(shù)據(jù)幀以曼徹斯特編碼格式傳輸，通用幀的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速度為2.5 Mbit/s，合并單元到二次設(shè)備的聯(lián)結(jié)，可用光纖傳輸系統(tǒng)或銅線型傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)［1］。

1.3 通信網(wǎng)絡(luò)

智能變電站網(wǎng)絡(luò)主要分為SV網(wǎng)及GOOSE網(wǎng)，SV網(wǎng)主要完成采樣值信息的傳輸，GOOSE網(wǎng)主要完成不同優(yōu)先級開入量的傳送，包括最高級（電氣量保護(hù)跳閘、保護(hù)閉鎖信號）、次高級（遙控分合閘、斷路器位置信號）及普通級（刀閘位置信號、一次設(shè)備狀態(tài)信號）三級開入量的傳送［2］。

當(dāng)前智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：（1）采用光纖點對點與GOOSE網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，包括 “直采直跳”及“直采網(wǎng)調(diào)”兩種方式；（2）采用光纖點對點、采樣值網(wǎng)絡(luò)與 GOOSE網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式（3）采用過程總線方式，即采用交流采樣（SMV）和GOOSE組網(wǎng)的方式，其中又分為共網(wǎng)或分網(wǎng)模式。

鑒于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸可靠性考慮，工程中多采用直采網(wǎng)跳方式，隨著交換機(jī)技術(shù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，未來智能變電站二次系統(tǒng)的組網(wǎng)方式將采用網(wǎng)采網(wǎng)跳方式，SV網(wǎng)及GOOSE網(wǎng)既可雙網(wǎng)合一，也可分開鋪設(shè)。

2、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)

智能變電站通過過程層網(wǎng)絡(luò)對SV報文、GOOSE報文進(jìn)行傳輸［3］。過程層網(wǎng)絡(luò)性能直接影響數(shù)字化變電站內(nèi)繼電保護(hù)設(shè)備的靈敏性和可靠性。網(wǎng)絡(luò)性能的研究，首先需選取適當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)參數(shù)。指標(biāo)參數(shù)體系可從多個角度來描述，如按照TCP/IP協(xié)議層劃分，以反映不同網(wǎng)絡(luò)層次中的性能狀況；也可以按指標(biāo)內(nèi)容來劃分，如時延、時延抖動、包丟失率、誤碼率、吞吐量、帶寬、信道利用率、信道容量、帶寬利用率、連通性等，反映了網(wǎng)絡(luò)資源利用率和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)性能［4］。

針對于通信網(wǎng)絡(luò)性能，目前主要利用OPNET軟件進(jìn)行模擬仿真，對比不同傳輸方式（單播、組播）、劃分VLAN與否［5］等來評估網(wǎng)絡(luò)性能，提出更優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，以滿足各類信息傳輸?shù)膶崟r性、可靠性。

3、結(jié)語

智能變電站二次回路結(jié)構(gòu)較常規(guī)變電站發(fā)生了深刻變革，由于常規(guī)信號的一一對應(yīng)關(guān)系不再存在，且二次回路網(wǎng)絡(luò)化使得網(wǎng)絡(luò)性能的變電站功能實現(xiàn)中具有較大影響，在滿足網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的前提下，如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化成為一個具有研究意義的課題方向。

［注釋］

①殷志良，劉萬順，楊奇遜等. 變電站自動化系統(tǒng)過程層與間隔層串行通信研究［J］，中國電力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，馬千里. GOOSE通信及應(yīng)用［J］，電力系統(tǒng)自動化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孫一民．?dāng)?shù)字化變電站過程層GOOSE通信方案［J］．電力系統(tǒng)自動化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部．YD/T 1171-2001 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求-網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)與指標(biāo)［S］，北京：人民郵電出版社，2002．第7頁，第六節(jié).

［5］方曉潔，季夏軼，盧志剛. 基于OPNET的數(shù)字化變電站繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)仿真研究［J］，電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者單位：國網(wǎng)棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）

摘要：智能變電站采用性能優(yōu)越的數(shù)字式互感器進(jìn)行電氣量采集，與站內(nèi)各類信息均通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸交換，不同的信號傳輸方式需要不同的硬件支持，而且，二次回路轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)劣對智能變電站的功能實現(xiàn)具有較大影響。

關(guān)鍵詞：二次回路；電子式互感器；合并單元；通信網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)性能

1、智能變電站二次回路變革

1.1 電壓電流互感器

智能變電站采用電子式互感器對站內(nèi)一次設(shè)備進(jìn)行電氣量采樣。電子式互感器具有體積小、重量輕、動態(tài)范圍寬、無磁飽和、PT無諧振、CT可開路的優(yōu)點，且采樣信號通過光纜進(jìn)行傳送，抗噪聲干擾性強(qiáng)的優(yōu)點。ECT數(shù)字化輸出數(shù)據(jù)的額定采樣頻率可取1 kHz，2．4 kHz和4 kHz(50 Hz工頻系統(tǒng))中的任意一種，最高采樣速率可達(dá)500KHz，用以滿足高頻保護(hù)（例如行波保護(hù)）的精度需求。

1.2 合并單元MU

智能變電站采用合并單元將電子式電流電壓互感器所采集的三相電流和電壓進(jìn)行組合并按照協(xié)議規(guī)則進(jìn)行傳輸，傳送的通用幀包括12路采樣值信息。相應(yīng)地，一臺合并單元（MU）可匯集（合并）12個二次轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)通道，一個數(shù)據(jù)通道只能承載一臺電子式電流互感器或一臺電子式電壓互感器采樣測量值的單一數(shù)據(jù)流，在工程現(xiàn)場，MU采集的12路信息包括三相測量電流、三相保護(hù)電流、中性點電流、三相測量電壓、中性點電壓及母線電壓（見圖1所示）。

圖1合并單元定義

Fig.1Definition of merging unit

合并單元傳送的點對點鏈接數(shù)據(jù)的長度通常是56字節(jié)，幀間隙最少需要70個空閑位，數(shù)據(jù)幀以曼徹斯特編碼格式傳輸，通用幀的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速度為2.5 Mbit/s，合并單元到二次設(shè)備的聯(lián)結(jié)，可用光纖傳輸系統(tǒng)或銅線型傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)［1］。

1.3 通信網(wǎng)絡(luò)

智能變電站網(wǎng)絡(luò)主要分為SV網(wǎng)及GOOSE網(wǎng)，SV網(wǎng)主要完成采樣值信息的傳輸，GOOSE網(wǎng)主要完成不同優(yōu)先級開入量的傳送，包括最高級（電氣量保護(hù)跳閘、保護(hù)閉鎖信號）、次高級（遙控分合閘、斷路器位置信號）及普通級（刀閘位置信號、一次設(shè)備狀態(tài)信號）三級開入量的傳送［2］。

當(dāng)前智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)主要有以下幾種：（1）采用光纖點對點與GOOSE網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式，包括 “直采直跳”及“直采網(wǎng)調(diào)”兩種方式；（2）采用光纖點對點、采樣值網(wǎng)絡(luò)與 GOOSE網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式（3）采用過程總線方式，即采用交流采樣（SMV）和GOOSE組網(wǎng)的方式，其中又分為共網(wǎng)或分網(wǎng)模式。

鑒于網(wǎng)絡(luò)信息傳輸可靠性考慮，工程中多采用直采網(wǎng)跳方式，隨著交換機(jī)技術(shù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，未來智能變電站二次系統(tǒng)的組網(wǎng)方式將采用網(wǎng)采網(wǎng)跳方式，SV網(wǎng)及GOOSE網(wǎng)既可雙網(wǎng)合一，也可分開鋪設(shè)。

2、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)

智能變電站通過過程層網(wǎng)絡(luò)對SV報文、GOOSE報文進(jìn)行傳輸［3］。過程層網(wǎng)絡(luò)性能直接影響數(shù)字化變電站內(nèi)繼電保護(hù)設(shè)備的靈敏性和可靠性。網(wǎng)絡(luò)性能的研究，首先需選取適當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)參數(shù)。指標(biāo)參數(shù)體系可從多個角度來描述，如按照TCP/IP協(xié)議層劃分，以反映不同網(wǎng)絡(luò)層次中的性能狀況；也可以按指標(biāo)內(nèi)容來劃分，如時延、時延抖動、包丟失率、誤碼率、吞吐量、帶寬、信道利用率、信道容量、帶寬利用率、連通性等，反映了網(wǎng)絡(luò)資源利用率和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等網(wǎng)絡(luò)性能［4］。

針對于通信網(wǎng)絡(luò)性能，目前主要利用OPNET軟件進(jìn)行模擬仿真，對比不同傳輸方式（單播、組播）、劃分VLAN與否［5］等來評估網(wǎng)絡(luò)性能，提出更優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，以滿足各類信息傳輸?shù)膶崟r性、可靠性。

3、結(jié)語

智能變電站二次回路結(jié)構(gòu)較常規(guī)變電站發(fā)生了深刻變革，由于常規(guī)信號的一一對應(yīng)關(guān)系不再存在，且二次回路網(wǎng)絡(luò)化使得網(wǎng)絡(luò)性能的變電站功能實現(xiàn)中具有較大影響，在滿足網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的前提下，如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)化成為一個具有研究意義的課題方向。

［注釋］

①殷志良，劉萬順，楊奇遜等. 變電站自動化系統(tǒng)過程層與間隔層串行通信研究［J］，中國電力，2004，37(7)：29~32. Yin Zhi-liang, Liu Wan-shun, Yang Qi-xun, Qin Ying-li, Ren Yan-ming. Investigation of Serial Communication between Process Level and Bay Level of Substation Automation System［J］, Electric Power, 2004,37(7):29~32.

［2］范建忠，馬千里. GOOSE通信及應(yīng)用［J］，電力系統(tǒng)自動化，2007，31(19)：86～90. Fan Jian-zhong, Ma Qian-li. GOOSE and Its Application［J］, Automation of Electric Power System, 2007,31(19):86～90.

［3］徐成斌，孫一民．?dāng)?shù)字化變電站過程層GOOSE通信方案［J］．電力系統(tǒng)自動化，2007，31(19)：91～94．XU Cheng-bin, SUN Yi-min. A communication solution of process layer GOOSE in digitized substation［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(19)：91～94.

［4］中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部．YD/T 1171-2001 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求-網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)與指標(biāo)［S］，北京：人民郵電出版社，2002．第7頁，第六節(jié).

［5］方曉潔，季夏軼，盧志剛. 基于OPNET的數(shù)字化變電站繼電保護(hù)通信網(wǎng)絡(luò)仿真研究［J］，電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(23)：137～140. Fang Xiao-jie, Ji Xia-yi, Lu Zhi-gang.Study on Relaying Protection Communication Network in Digital Substation Using OPNET Simulation［J］,Power System Protection and Control, 2010,38(23),137～140.

（作者單位：國網(wǎng)棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）