智能變電站的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)及通訊協(xié)議

宋斌

摘 要：智能變電站以三層兩網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的IEC61850協(xié)議標準為基礎，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享，節(jié)約了硬件的資源與成本。

關鍵詞：智能變電站；三層兩網(wǎng)；IEC61850協(xié)議

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0120-01

現(xiàn)代智能變電站是配備先進、集成、可靠的智能化設備，并有環(huán)保、低碳的特點。以網(wǎng)絡化通信平臺及通訊協(xié)議標準化、數(shù)字化的全站信息為基石，實現(xiàn)從信息采集到測量、遠控、二次保護、電量計算等功能的自動化。同時依據(jù)電網(wǎng)實際需求，實現(xiàn)智能化調(diào)節(jié)，協(xié)同動作，實時自動化控制及在線分析判斷等一系列智能標準的變電站。而實現(xiàn)變電站智能化的基石是三層兩網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)和統(tǒng)一的IEC61850通訊協(xié)議標準。

1 智能化變電站的三層兩網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)

1.1 三 層

三層結(jié)構(gòu)由站控層、過程層、間隔層組成。

其中站控層包含監(jiān)控主機、遠動工作機、操作員工作機、工程師工作機、GPS衛(wèi)星對時裝置、PMU數(shù)據(jù)集中器和計劃管理終端等，形成全站監(jiān)控管理中心。站控層提供站內(nèi)運行人機界面，管理控制間隔層的設備，并通過電力數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)與調(diào)度中心或集控中心通信。

間隔層包含測量控制設備及繼電保護設備等。間隔層設備實現(xiàn)本間隔中實時數(shù)據(jù)信息的匯總，并通過站內(nèi)網(wǎng)絡傳送到站控層設備，而站控層發(fā)出的控制及操作指令也同步接收，達成承上啟下的操作命令傳輸能力。同時間隔層還具有控制保護一次側(cè)設備的及操作閉鎖一系列功能。

過程層包含有常規(guī)互感器，主變壓器、隔離開關、斷路器等一次側(cè)設備及配合使用的智能組件。智能組件含有斷路器智能終端，常規(guī)互感器合并單元。采集模擬數(shù)據(jù)、發(fā)送操作控制命令、開關狀態(tài)的輸入及輸出等與一次設備相應的功效是過程層主要功能。

1.2 兩 網(wǎng)

以邏輯劃分變電站網(wǎng)絡實際為三網(wǎng)：過程層網(wǎng)絡，站控層網(wǎng)絡、間隔層網(wǎng)絡。采用工業(yè)級以太設備組成全站通信網(wǎng)絡。

站控層網(wǎng)絡位于站控層設備及間隔層設備之間，作用于間隔層與站控層之間及站控層內(nèi)部的信息傳輸。

過程層網(wǎng)絡位于過程層設備及間隔層設備之間，作用于過程層與間隔層各自設備之間的。

而間隔層設備之間的信息傳輸，可以在物理層面通過端口映射至過程層網(wǎng)絡或，站控層網(wǎng)絡。不從邏輯劃分，但就物理層面來說可劃分為“兩網(wǎng)”。

2 國際通用IEC61850標準

于IEC61850協(xié)議標準發(fā)布以前，每個廠家都是采用基于串口通信機制的通信規(guī)約：IEC60870-5（103），IEC60870-5（105）等，上述規(guī)約的實際應用功能過少，因此不同廠家為了實現(xiàn)各自的應用需求擴充了規(guī)約各種的功能插件。但因為對規(guī)約的編碼不統(tǒng)一，使得不同廠家的設備兼容性很差，甚至同廠家對規(guī)約進行不同功能的擴展也不兼容，造成不同廠家，甚至同一廠家的設備都不可以進行兼容互操作。

IEC61850標準是適用于分層方式的自動化和IED的變電站電力網(wǎng)絡通信協(xié)議。依據(jù)了電力系統(tǒng)實際運行中的特點，制定了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時交互、傳輸任務的基礎服務的規(guī)范；應用模糊控制服務端口、指定通信服務映射情形，同步網(wǎng)絡技術(shù)的逐步發(fā)展。同時采用面對設備建立的模型和自述，面對對象建立模型技術(shù)，實現(xiàn)設備的開放性，多功能性和應用互操作性的需要。而且變電站同步性以及通信網(wǎng)絡的測試、系統(tǒng)整體規(guī)范等也包含在通用標準中。IEC61850標準作為國際智能變電站統(tǒng)一的標準協(xié)議，奠定了智能電網(wǎng)的快速發(fā)展和開放性的堅固基礎。

IEC61850解決了不同廠家設備之間的兼容性問題，從而大大簡化了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，搬開了一次設備的智能化發(fā)展的絆腳石。具體來說，基于IEC61850的變電站具有以下特點：

（1）統(tǒng)一協(xié)議，使不同廠家設備之間能以互相兼容、操作，依次取消了設備之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換器及常規(guī)變電站中大批的協(xié)議轉(zhuǎn)換設備（保護管理機），使得變電站內(nèi)的網(wǎng)絡直接連接保護裝置，以此實現(xiàn)變電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和層次的簡化，去掉了保護管理機這層設備，減少調(diào)試維護時間，提高了系統(tǒng)可靠性。

（2）通用的協(xié)議，使得不同廠家產(chǎn)品的差異性減少，讓客戶對廠家的獨占性減少?；贗EC61850國際標準的開放性，變電站采用IEC61850協(xié)議，后期的改擴建時，客戶有更大的選擇空間，杜絕了因為前期設備的協(xié)議特殊性而被局限到單獨的廠家，使客戶的投資效益最大化。

（3）統(tǒng)一了工程配置語言，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成結(jié)構(gòu)簡化。統(tǒng)一使用IEC61850定義的SCL語言描述各廠家的模型，實現(xiàn)不同廠家的調(diào)試軟件和產(chǎn)品之間的兼容及互相操作，減少調(diào)試時間，簡化了系統(tǒng)架構(gòu)。

（4）數(shù)字化和智能化的一次設備。因為有了可遵循的公開統(tǒng)一的標準，過程層中的一次設備智能化迅速發(fā)展，變電站內(nèi)電子式互感器替代傳統(tǒng)的電磁式互感器，可以直接向外部提供數(shù)字式光纖以太網(wǎng)接口；采用具備數(shù)字通信接口的斷路器、智能變壓器等設備，以此實現(xiàn)一次設備的智能化和數(shù)字化。

（5）減少電纜的使用量，簡化變電站二次回路，數(shù)字化和網(wǎng)絡化的二次電路得以形成。IEC61850包含了GOOSE通信模式，使得設備之間能夠通過網(wǎng)絡進行閉鎖和邏輯配合。

常規(guī)變電站與使用IEC61850的智能變電站最大的區(qū)別是，優(yōu)化網(wǎng)絡架構(gòu)使得二次回路簡化，大批的二次電纜以光纜取代，并將一部分裝置內(nèi)部通信投影至過程層網(wǎng)絡進行通信，一次設備通過數(shù)字通信接口與智能裝置相連接，分離了數(shù)據(jù)采集、運算及出口服務，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享，節(jié)約了硬件的資源與成本。

綜上所述，智能變電站中采用三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)和通用的IEC61850協(xié)議對設備的二次回路進行簡化，大批的二次電纜被光纜代替，對的開發(fā)、建設、設計、后期維護等各個環(huán)節(jié)進行規(guī)范。通過對智能變電站自動化系統(tǒng)中的項目統(tǒng)一標準?？梢詿o縫連接不同廠家的設備，使變電站運行的安全穩(wěn)定性和自動化水平大幅增加。使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)及獨立于網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的簡單通信服務接口，使設備之間的互操作性大大加強。

參考文獻

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收稿日期：2018-9-17