馬洪凱 張大江

摘要：作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，電力網(wǎng)絡(luò)的組成離不開(kāi)變電站的支持，近年來(lái)，我國(guó)在電網(wǎng)智能化建設(shè)、改造方面投入了大量的人力、物力和財(cái)力，當(dāng)前我國(guó)智能化電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)取得了顯著成績(jī)，尤其是智能變電站的投入使用，加快了我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)模和速度。近年來(lái)，隨著變電站自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，我在智能電網(wǎng)建設(shè)方面的技術(shù)越發(fā)成熟，為適應(yīng)未來(lái)智能電網(wǎng)建設(shè)的要求，則需要在智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)新的設(shè)計(jì)方案中綜合考慮功能分布、網(wǎng)絡(luò)冗余、信息共享、遠(yuǎn)程交互等技術(shù)的應(yīng)用，從而促進(jìn)我國(guó)智能電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；方案

智能變電站是智能電網(wǎng)的核如、是連接發(fā)電和用電的樞紐、是整個(gè)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展、變電站電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)的不斷完善、開(kāi)發(fā)協(xié)議及電力接口標(biāo)準(zhǔn)等信息的不斷開(kāi)放，促使變電站一、二次設(shè)備和技術(shù)的融合W及變電站運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)變，由此逐漸形成了完備的智能變電站技術(shù)體系。與傳統(tǒng)變電站相比，其技術(shù)更加具有先進(jìn)性、安全可靠、占地少、成本低、維護(hù)少、環(huán)境友好等系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。因此，研究和建設(shè)智能變電站不僅是未來(lái)變電站發(fā)展的方向，也將是智能電網(wǎng)建立所需要的頓理基礎(chǔ)和要求。

1變電站自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀及問(wèn)題

隨著智能一次設(shè)備、電子互感器、設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、變電站運(yùn)行操作仿真培訓(xùn)等技術(shù)日趨成熟并在實(shí)際工程中得到應(yīng)用，以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)時(shí)分布工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用，IEC61850變電站自動(dòng)化系統(tǒng)建模及通信體系標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用，變電站自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了以數(shù)字化建模及通信為基礎(chǔ)支撐的智能化時(shí)代。

智能變電站按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，將變電站分成三層，即站控層、間隔層、過(guò)程層。站控層與間隔層之間稱(chēng)為站控層網(wǎng)絡(luò)，過(guò)程層與間隔層之間稱(chēng)為過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，即通常所說(shuō)的“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案較多，保護(hù)可采用直采直跳、直采網(wǎng)跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳方式，GOOSE、SV可采用不組網(wǎng)、共網(wǎng)、獨(dú)立組網(wǎng)等方式，組網(wǎng)方式更加靈活。

2變電站自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)分析

2.1變電站自動(dòng)化體系各子系統(tǒng)組網(wǎng)方案

變電站自動(dòng)化體系按安全分區(qū)由以下各系統(tǒng)構(gòu)成：安全I(xiàn)區(qū)：一體化監(jiān)控系統(tǒng)、相量測(cè)量系統(tǒng)。安全I(xiàn)I區(qū)：繼電保護(hù)故障信息系統(tǒng)、電能量計(jì)量系統(tǒng)。安全I(xiàn)II區(qū)：在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能輔助控制系統(tǒng)。由于受安全分區(qū)的限制，已建智能變電站自動(dòng)化體系按各安全分區(qū)獨(dú)立，根據(jù)《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，各系統(tǒng)與站外安全I(xiàn)II、IV區(qū)系統(tǒng)連接是通過(guò)正反向隔離裝置實(shí)現(xiàn)，因此其滿(mǎn)足變電站二次系統(tǒng)安全防護(hù)要求。

2.2網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分析

2.2.1站控層網(wǎng)絡(luò)負(fù)載

智能變電站站控層網(wǎng)絡(luò)主要有故障信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流量、遙測(cè)、遙信、錄波等報(bào)文的數(shù)據(jù)流量，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量不大，據(jù)多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)廠(chǎng)家所作試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果，最嚴(yán)重的故障情況下站控層網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載量?jī)H占到百兆帶寬的12%。

2.2.2過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)負(fù)載

1）采樣值SV報(bào)文流量

過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)采樣值報(bào)文傳輸采用IEC61850-9-2協(xié)議。IEC61850-9-2采樣值報(bào)文幀中存在一些不確定的長(zhǎng)度，其具體值由配置和編碼來(lái)決定，為了便于分析，下面所有的數(shù)據(jù)流量分析都以保護(hù)數(shù)據(jù)每周波80點(diǎn)采樣率、計(jì)量數(shù)據(jù)每周波200點(diǎn)采樣率，每幀1個(gè)ASDU計(jì)算，可以算出，根據(jù)不同的配置和編碼風(fēng)格，每幀數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為169～226字節(jié)。針對(duì)數(shù)據(jù)流量分析，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度取最大的226字節(jié)參與估算。

用于保護(hù)、測(cè)控等采樣值帶寬為：

226byte/合并單元8bits/byte 80點(diǎn)/周波50周波=7.2Mbits。

用于電能計(jì)量、PMU等采樣值帶寬為：226byte/合并單元8bits/byte 200點(diǎn)/周波50周波=18.1Mbits。

2）GOOSE報(bào)文

GOOSE報(bào)文主要實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置間配合命令、間隔聯(lián)閉鎖信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。當(dāng)采用交換式光纖以太網(wǎng)和報(bào)文優(yōu)先級(jí)設(shè)置時(shí)，大量實(shí)驗(yàn)證明GOOSE報(bào)文連續(xù)丟失的幀數(shù)最多不超過(guò)2。在正常情況下，GOOSE網(wǎng)絡(luò)僅維持一些必要的狀態(tài)查詢(xún)報(bào)文，這也是在定義GOOSE方面，IEC61850較之UCA2.0的一個(gè)靈活之處，其網(wǎng)絡(luò)流量幾乎可以忽略不計(jì)，而在事故狀態(tài)下，針對(duì)不同的事故狀況，多涉及到的二次設(shè)備間配合命令的不同，GOOSE報(bào)文的大小也是各不相同，大部分的GOOSE報(bào)文在200字節(jié)左右，也有少量GOOSE報(bào)文達(dá)到300甚至600字節(jié)（如主變本體智能終端的開(kāi)關(guān)量信號(hào)）。

2.3網(wǎng)絡(luò)方案研究

針對(duì)變電站數(shù)據(jù)流特點(diǎn)，為避免網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等問(wèn)題，推薦智能變電站站控層網(wǎng)絡(luò)和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)均選用雙星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。智能變電站的站控層網(wǎng)絡(luò)相對(duì)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)而言在實(shí)時(shí)性方面要求沒(méi)有那么苛刻，通過(guò)流量計(jì)算以及多年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)也表明，百兆快速以太網(wǎng)能滿(mǎn)足站控層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸要求，站控層網(wǎng)絡(luò)推薦選用100Mbps以太網(wǎng)。

接入過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)單間隔二次設(shè)備流量一般不超過(guò)40Mbps，且二次設(shè)備以太網(wǎng)口處理能力也小于40Mbps，二次設(shè)備1000Mbps端口尚未成熟，同時(shí)考慮測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)流量小于40Mbps情況基本不會(huì)丟包，因此本工程過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)選用100M以太網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)裝置接入交換機(jī)的流量不大于40Mbps。對(duì)于交換機(jī)級(jí)聯(lián)端口，由于流量有可能超過(guò)100Mbps，因此選用1000Mbps端口。智能變電站的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)著電流電壓采樣值（SV）、一次設(shè)備狀態(tài)信息以及二次設(shè)備保護(hù)、控制信號(hào)GOOSE報(bào)文的傳輸工作，較之站控層網(wǎng)絡(luò)，要求更高的實(shí)時(shí)性和更強(qiáng)的報(bào)文處理能力。智能交換機(jī)需滿(mǎn)足智能變電站對(duì)所內(nèi)信息實(shí)時(shí)性、高效性及精確對(duì)時(shí)的要求，支持IEC61588協(xié)議。

3結(jié)束語(yǔ)

智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，是發(fā)、輸、變、配、用電和調(diào)度等智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)信息交互的關(guān)鍵支撐點(diǎn)，站內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量等功能裝置信息交互需求。網(wǎng)絡(luò)通信在智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中起著重要作用。

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（作者單位：國(guó)電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司）