海上風(fēng)電場智能變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案的探究

樊 靜

（國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司，南京 210032）

海上風(fēng)電場通常建設(shè)在離岸10km以外的海域，占海面積廣闊，且海洋氣候復(fù)雜多變，給巡視和檢修造成了很大的不便，設(shè)備一旦發(fā)生故障，需要長時間才能修復(fù)或更換，造成嚴重的經(jīng)濟損失。海上升壓站由于其特殊性，施工難度大，可以利用裝配式變電站二次設(shè)備預(yù)制艙的設(shè)計理念，縮短海上升壓站二次系統(tǒng)安裝、調(diào)試工期，降低施工難度。

智能變電站是由先進、可靠、環(huán)保、集成的設(shè)備組合而成，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺為信息傳輸基礎(chǔ)，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，同時具備支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。智能化變電站作為數(shù)字化變電站的延續(xù)，是實現(xiàn)建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。

1 二次設(shè)備預(yù)制艙

預(yù)制式二次組合設(shè)備由預(yù)制式二次組合設(shè)備艙（以下簡稱預(yù)制艙）、艙體輔助設(shè)施、二次設(shè)備屏柜（或機架）等組成，在工廠內(nèi)完成相關(guān)配線、調(diào)試等工作，并作為一個整體運輸至工程現(xiàn)場，就地安裝于基礎(chǔ)上。預(yù)制艙采用集裝箱式構(gòu)造，可為單個艙體，也可為多個分艙體拼接而成。艙內(nèi)根據(jù)需要配置消防、安防、暖通、照明、通信等輔助設(shè)施，其環(huán)境滿足變電站二次設(shè)備運行條件及變電站運行調(diào)試人員現(xiàn)場作業(yè)的要求。

2 智能變電站網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計模式，采用三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在功能邏輯上由站控層、間隔層、過程層以及網(wǎng)絡(luò)和安全防護設(shè)備組成。

2.1 站控層

站控層設(shè)備包括一體化監(jiān)控主機（兼操作員站、工程師站）、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)機、數(shù)據(jù)服務(wù)器，綜合應(yīng)用服務(wù)器、遠動通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)打印機等。整個系統(tǒng)層軟件采用一體化設(shè)計，實現(xiàn)管理控制間隔層、過程層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并與遠方監(jiān)控/調(diào)度中心通信。

站控層采用雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，MMS、GOOSE、SNTP三網(wǎng)合一，分別設(shè)置A網(wǎng)和B網(wǎng)，兩個網(wǎng)段在物理上相互獨立。配置4臺主干交換機，其中安全I區(qū)2臺，安全II區(qū)2臺，I區(qū)與II區(qū)之間采用防火墻連接。站控層交換機與站控層設(shè)備之間的通信采用100M電口，站控層交換機與間隔層交換機通信采用100M光口。

2.2 間隔層

圖1 站控層/間隔層交換機配置及連接方案圖

間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，包括繼電保護、測控裝置、安全自動裝置、故障錄波裝置、電能計量裝置等，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

間隔層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置A網(wǎng)和B網(wǎng)。間隔層交換機與間隔層設(shè)備之間的通信采用100M電口，雙重化的保護第一套保護裝置接入A網(wǎng)，第二套保護接入B網(wǎng)。各電壓等級間隔層交換機與站控層交換機通信采用100M光口。

2.3 過程層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

結(jié)合國家電網(wǎng)公司智能變電站設(shè)計規(guī)范，并考慮南方電網(wǎng)公司對數(shù)字化變電站的要求，根據(jù)目前已經(jīng)運行的智能變電站調(diào)研情況，過程層采用采樣值SV網(wǎng)絡(luò)和GOOSE組網(wǎng)共網(wǎng)傳輸模式，保護裝置采用直采直跳模式，測控裝置、電度表、故障錄波器、網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置則是從過程層采樣值網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)信息。過程層由網(wǎng)絡(luò)負責(zé)實現(xiàn)間隔層與過程層設(shè)備之間、間隔層設(shè)備之間以及過程層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，傳輸GOOSE報文及SV報文。過程層由電子式互感器、合并單元、智能終端等，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括實時運行的電氣量的采集、設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測、控制命令的執(zhí)行等。

過程層按間隔配置交換機：即每個間隔單網(wǎng)配一臺交換機，每臺交換機完成本間隔言息的匯聚與分配，其中一個網(wǎng)口與過程層中心交換機交換信息。

3 對時系統(tǒng)解決方案

智能變電站系統(tǒng)采用主從式時間同步系統(tǒng)，由一臺主時鐘、多臺從時鐘和信號傳輸介質(zhì)組成，用以為被授時設(shè)備或系統(tǒng)對時。根據(jù)實際需要和技術(shù)要求，主時鐘可設(shè)用以接收上一級時間同步系統(tǒng)下發(fā)的有線時間基準(zhǔn)信號的接口。接收單元接收到外部時間基準(zhǔn)信號后，時鐘單元按優(yōu)先順序選擇外部時間基準(zhǔn)信號作同步源，將時鐘牽引入跟蹤鎖定狀態(tài)，并補償傳輸延時。這時，時鐘受外部時間基準(zhǔn)信號的控制，并輸出與其同步的時間同步信號和時間信息。如接收單元失去外部時間基準(zhǔn)信號，則時鐘進入守時保持狀態(tài)。這時，時鐘仍能保持一定的時間準(zhǔn)確度，并輸出時間同步信號和時間信息。外部時間基準(zhǔn)信號恢復(fù)后，時鐘單元自動結(jié)束守時保持狀態(tài)，并被外部時間基準(zhǔn)信號牽引入跟蹤鎖定狀態(tài)。

在變電站配置一套主鐘，通過主時鐘發(fā)送時間信號至從時鐘，實現(xiàn)全站智能裝置對時和同步采樣。站控層采用SNTP方式實現(xiàn)對時，過程層采用IRIG-B（DC）實現(xiàn)。

4 結(jié)束語

本文對智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案進行了詳細的闡述，該方案已成功的應(yīng)用于某海上風(fēng)電場，未來此方案相關(guān)的技術(shù)提升和改進還有很廣闊的前景，希望以本文為契機激發(fā)更多的技術(shù)人員投身該項技術(shù)的研究中去，并最終促進我國的電力電網(wǎng)快速發(fā)展。