智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文特性分析

王春華

（國網(wǎng)山東省電力公司商河縣供電公司，山東濟(jì)南，251600）

0 引言

電力行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是國家新時(shí)期建設(shè)的支柱產(chǎn)業(yè)。近幾年，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平在快速提升，智能變電站成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。其中信息的共享與傳輸是核心技術(shù)，技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要充分利用過程層網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中報(bào)文輸出，該技術(shù)不但可以檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，還可以下達(dá)控制二次設(shè)備間跳閘等指令。

1 智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文概述

隨著我國信息技術(shù)的逐漸成熟，智能變電站已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，其中過程層網(wǎng)絡(luò)是其關(guān)鍵組成環(huán)節(jié)。智能變電站核心內(nèi)容就是通過使用信息化設(shè)備建立起的一種滿足網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)、電力信息數(shù)字化、數(shù)據(jù)信息共享等現(xiàn)代化要求的電力中心。此外，站內(nèi)還能自動(dòng)對(duì)信息采取保護(hù)、整合、計(jì)算、控制、收集等操作。根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況做到職能調(diào)整、在線控制、及時(shí)分析等內(nèi)容。在智能變電站當(dāng)中的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析工作主要功能就是對(duì)站內(nèi)的過程層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、站控層進(jìn)行監(jiān)控，分析其中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中全部的通信報(bào)文資料。讓這種電力自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況能夠清晰化、直觀化、透明化。如果發(fā)生問題或風(fēng)險(xiǎn)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)采取報(bào)警處理。利用離線分析功能可以定位到系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)問題的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步分析出問題生成原因，同時(shí)為相關(guān)工作人員制定方案提供幫助。

2 智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)報(bào)文特性分析

2.1 GOOSE與SV系統(tǒng)技術(shù)分析

過程層網(wǎng)絡(luò)的安全性與操作性是否良好，直接影響了智能變電站的日常運(yùn)行效率，能夠保證智能變電站當(dāng)中的各環(huán)節(jié)應(yīng)用功能都能得到良好發(fā)揮。智能變電站在當(dāng)前過程層網(wǎng)絡(luò)背景中，多使用報(bào)文方式進(jìn)行信息傳輸，這種傳輸模式也會(huì)受到一定的流量和信息規(guī)模的制約，削弱信息輸出的質(zhì)量，從而降低智能變電站當(dāng)中的可靠性和精準(zhǔn)度。所以，分析過程網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的傳輸技術(shù)以及技術(shù)應(yīng)用十分必要。當(dāng)前，智能變電站都是通過分析網(wǎng)絡(luò)報(bào)文系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)上述報(bào)文分析功能，而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了IEC618550系統(tǒng)模式如表1所示。

表1 智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄及分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表

其中采樣值就是把系統(tǒng)當(dāng)中通過的電流以及電壓互感器再次輸出，然后使用特定方式將這些資料進(jìn)一步改變成為數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的檢測(cè)與保護(hù)。其中周期性的傳輸量相對(duì)，所以其中有固定網(wǎng)絡(luò)流量，這樣采樣值就能夠提高傳輸時(shí)間計(jì)算的精準(zhǔn)度。一般情況下，采樣值都會(huì)選擇訂閱模型來進(jìn)行信息傳輸。工作人員首先要按照變電站當(dāng)中的采樣效率以及時(shí)間間隔進(jìn)行分層輸出，這樣如果SV報(bào)報(bào)文系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失情況，就可以做到盡快重新執(zhí)行并發(fā)送。所以在其中使用高效電流、電壓值相較于舊數(shù)據(jù)傳輸可起到更加關(guān)鍵的作用。GOOSE也就是保護(hù)裝置，能夠?yàn)閳?bào)文傳輸時(shí)效性提供保障，在GOOSE中的信息不用通過回執(zhí)與確認(rèn)，就可以直接按照順序采取重發(fā)。而且GOOSE報(bào)文還涵蓋了收發(fā)數(shù)量較多、時(shí)效性好等優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)都能夠?yàn)槔^電保護(hù)設(shè)備當(dāng)中的數(shù)據(jù)信息，啟動(dòng)、閉鎖、跳閘等開關(guān)量信息起到保護(hù)作用。另外GOOSE報(bào)文還能夠把變電站出現(xiàn)的故障信息進(jìn)行高效輸出，提高站內(nèi)運(yùn)行穩(wěn)定性。相關(guān)數(shù)據(jù)穩(wěn)定較高時(shí)，GOOSE報(bào)文會(huì)定期傳輸所有資料數(shù)據(jù)，如果這些數(shù)據(jù)其中出現(xiàn)一定變化，系統(tǒng)就會(huì)開始執(zhí)行多次重復(fù)傳送指令。因?yàn)?，如果?shù)據(jù)出現(xiàn)波動(dòng)，不管是什么情況都必然要采取重復(fù)傳送。

在實(shí)際操作過程中，每個(gè)智能變電站內(nèi)都會(huì)裝備網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的分析設(shè)備（界面如圖1所示），在其中按照不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進(jìn)行下屬局域網(wǎng)絡(luò)的劃分，例如：根據(jù)電壓等級(jí)的不同，把站內(nèi)的過程層網(wǎng)絡(luò)劃分成為多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)段，其中每一個(gè)網(wǎng)段都需要獨(dú)立設(shè)置網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄系統(tǒng)，或者是由多個(gè)子網(wǎng)段一同配置出一臺(tái)報(bào)文記錄裝置。系統(tǒng)的裝置可以建立在每個(gè)過程層當(dāng)中的網(wǎng)通信屏當(dāng)中，也可以進(jìn)行獨(dú)立性安裝。利用已經(jīng)接入的網(wǎng)絡(luò)來記錄系統(tǒng)中出現(xiàn)的全部報(bào)文，并將輸出到報(bào)文分析設(shè)備當(dāng)中，通過分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及歷史信息從而獲得整體網(wǎng)絡(luò)情況，提高變電站運(yùn)行的安全性。分析裝置可利用對(duì)整個(gè)站內(nèi)的通信系統(tǒng)采取在線監(jiān)控以及離線判斷，實(shí)現(xiàn)全面性、高精準(zhǔn)的解析通信報(bào)文、通信過程，最終向上級(jí)系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)分析報(bào)告。

圖1 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析界面

2.2 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文電子在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

智能變電站當(dāng)中的一次設(shè)備運(yùn)作時(shí)，使用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?yàn)樽儔浩鳌嗦菲?、機(jī)電設(shè)備、電子式互感器的健康運(yùn)行做出技術(shù)保障。在線監(jiān)測(cè)及時(shí)采取了利用傳感功能完成工作，從而讓電網(wǎng)設(shè)備變得更加自動(dòng)化、科學(xué)化、規(guī)?；约翱煽刂菩詮?qiáng)，這些特性同樣也是智能變電設(shè)備的關(guān)鍵運(yùn)行要點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)斷路器的時(shí)候，技術(shù)人員通過不斷分析其檢測(cè)盲區(qū)，調(diào)整最初的監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)述。目前信號(hào)處理以及傳感器技術(shù)水平的加強(qiáng)，在監(jiān)測(cè)斷路器時(shí)盲區(qū)得到了有效減少，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行安全性的提升。而且技術(shù)人員還使用了光纜連接改善傳統(tǒng)由于電纜損耗所造成的問題。可以實(shí)現(xiàn)將在線監(jiān)測(cè)到內(nèi)容高效、及時(shí)的傳輸出去，以此來確保設(shè)備能夠順利運(yùn)行。同時(shí)，采取斷路器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)還能夠觀察到斷路器的實(shí)際工況，同步傳送記錄下來的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析出運(yùn)行結(jié)果，保證設(shè)備當(dāng)中的每個(gè)環(huán)節(jié)工作都能夠保持正常的狀態(tài)。智能監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提高了變電站數(shù)字化的應(yīng)用速度，而且還能夠讓智能變電站的運(yùn)行更加具有可靠性、穩(wěn)定性、安全性。需要注意的是，變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中利用傳感器收集信息時(shí)，需要滿足IEC61850系統(tǒng)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能夠給電網(wǎng)正常工作提供更加優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支撐[1]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文電子互感器技術(shù)

電子式互感器一般工作內(nèi)容都是利用側(cè)高電壓、大電流執(zhí)行轉(zhuǎn)變傳輸信號(hào)功能。利用有著高水平絕緣光纖將其輸出到二次設(shè)備當(dāng)中，并且采取低壓側(cè)操作后進(jìn)行再次輸出。電子式互感器技術(shù)的應(yīng)用范圍較為廣泛，所以其頻率的響應(yīng)范圍也對(duì)應(yīng)較寬，這也能夠?qū)崿F(xiàn)高壓電力線上的諧波測(cè)出效率提升。當(dāng)前智能變電站項(xiàng)目的試點(diǎn)時(shí)，其中多種類型的電子式互感器在不同等級(jí)的電壓條件下都得到對(duì)應(yīng)效果的使用。在使用相關(guān)技術(shù)時(shí)，不僅可以積累時(shí)間經(jīng)驗(yàn)同時(shí)又能夠提升電子式互感器使用的成熟度[2]。

2.4 網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的過濾技術(shù)

過程層GOOSE保護(hù)裝置與SV采樣值都采用的是組播報(bào)文形式，在沒有經(jīng)過特定處理的情況中，交換機(jī)會(huì)把報(bào)文輸出到各個(gè)端口當(dāng)中。當(dāng)前行業(yè)背景下，過程層當(dāng)中應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文過濾技術(shù)可分為兩種形式：靜態(tài) VLAN局域網(wǎng)以及動(dòng)態(tài)組播協(xié)議GMRP。其中VLAN是對(duì)中心交換機(jī)端口進(jìn)行劃分而分割廣播域，從而有效地對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)中的組播報(bào)文進(jìn)行過濾，以達(dá)到對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)流量控制，這是目前變電站中應(yīng)用范圍最廣泛的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文過濾技術(shù)，但需要對(duì)交換機(jī)采取較為復(fù)雜配置，這也就從某種角度上提高了網(wǎng)絡(luò)架設(shè)和維護(hù)的難度。而動(dòng)態(tài) GMRP則是組播注冊(cè)協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)一般的注冊(cè)操作，常使用在維護(hù)交換機(jī)信息過程當(dāng)中[3]。