智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)和模型研究

南方電網(wǎng)迪慶供電局 松海林 徐 彬 張雪祥 李紅武 李曉花

在中國，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用超過幾十年，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著極其重要的作用[1,2]。隨著信息化浪潮的推進(jìn)，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)傳輸信息能力提出了更高的要求，因此研究智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及其模型具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

智能變電站的主要功能是運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)，或者運(yùn)用泛人工智能技術(shù)代替人工進(jìn)行廣泛的通信操作，其主要由監(jiān)控單元、通信總線系統(tǒng)及監(jiān)控云端構(gòu)成，同時(shí)基于智慧的二次設(shè)備搭載最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，運(yùn)用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)計(jì)算能力處理變電站各類型傳感器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)變電站通信網(wǎng)絡(luò)的綜合功能[2]。隨著中國集成電路等核心技術(shù)的完善，現(xiàn)階段變電站綜合系統(tǒng)一般按照分層式的模式來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。目前IEC61850技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)依然是目前國際上廣泛采用的技術(shù)準(zhǔn)則，其主要特點(diǎn)如下：

功能分層。變電站的功能主要分為許多層，各個(gè)分層之間的功能非常全面，各個(gè)層之間關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)。運(yùn)用變電站通信功能能夠?qū)崿F(xiàn)通信系統(tǒng)功能的合理分配，主要包括對(duì)多個(gè)間隔或全變電站的一次設(shè)備進(jìn)行程序保護(hù)、在線監(jiān)測(cè)及智能控制等，例如全變電站范圍內(nèi)使用的邏輯閉鎖或母線保護(hù)等。

面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模技術(shù)。在強(qiáng)大的變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)中給每個(gè)實(shí)際設(shè)備分配了節(jié)點(diǎn)，每個(gè)物理設(shè)備都具有明確的網(wǎng)絡(luò)地址，具有明確的通信接口，同時(shí)可以對(duì)多個(gè)外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換操作。需要說明的是，物理設(shè)備有服務(wù)硬件裝置以及應(yīng)用軟件共同組成，數(shù)據(jù)對(duì)象具有多種不同的數(shù)據(jù)屬性，其用于廣泛定語各種不同的名稱，計(jì)算方法等。

2 變電站通信網(wǎng)絡(luò)的特征要求

對(duì)于實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能的要求，最核心和最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是變電站內(nèi)部和外部的數(shù)據(jù)必須要進(jìn)行實(shí)時(shí)交換和無障礙的共享，并且要求系統(tǒng)具有安全可靠的運(yùn)行水平。網(wǎng)絡(luò)作為實(shí)現(xiàn)變電站通信裝置良好運(yùn)轉(zhuǎn)的主體，其具有極其重要的地位，因?yàn)槠渎?lián)系不同的智慧電子裝置，通過不同數(shù)據(jù)接口和不同的對(duì)象進(jìn)行無差別的數(shù)據(jù)交換。當(dāng)今時(shí)代，智能變電站的無人值守化已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的新趨勢(shì)，必須增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)量，通過精心描繪的操作命令、運(yùn)行事件來滿足對(duì)變電站系統(tǒng)的監(jiān)控。具體有如下要求[3,4]：

網(wǎng)絡(luò)規(guī)格和環(huán)境。運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)武裝智慧變電站是時(shí)代發(fā)展的要求。但不可否認(rèn)目前依然存在一些問題：變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)容易受到電源跳閘和雷電風(fēng)險(xiǎn)的危害，這是難以避免的。這些因素將嚴(yán)重干擾變電站通信系統(tǒng)的工作環(huán)境，因此必須研究一些避免干擾的措施，解決上述問題。

數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩?。變電站通信自?dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性極其重要，如果想要維持電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，其通信系統(tǒng)必須保持超高的可靠性，保持變電站通信網(wǎng)絡(luò)能長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，如果變電站通信裝置發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，有可能影響電網(wǎng)調(diào)度人員的判斷，進(jìn)而造成極大的損失。因此，變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)必須要考慮其數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩?，主要包括故障預(yù)防、故障快速發(fā)現(xiàn)、故障診斷以及故障精準(zhǔn)處理等。

3 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的模型

變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)存在兩種主要的信息源，包括周期性信息和突發(fā)性信息，其具有不同的顯著特點(diǎn)，需要分開建模[5]。針對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)的周期性信息建模技術(shù)，其采集到的的電壓和電流信號(hào)的周期采樣值在不同的過程層之間相互傳輸，在這個(gè)過程中對(duì)變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)的快速性具備特別高的要求。

對(duì)于突發(fā)性信息，例如脈沖信號(hào)，這是變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵信息，變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)需要重點(diǎn)記錄和處理?；贗EC61850芯片對(duì)突發(fā)事件為通用對(duì)象的模型進(jìn)行定義，為突發(fā)性信息的相關(guān)模型進(jìn)行建模。和先進(jìn)報(bào)文處理裝置一樣，為對(duì)節(jié)點(diǎn)通信協(xié)議在處理報(bào)文的速度方面做出快速有效提升，能優(yōu)化變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)處理突發(fā)信息的能力。

4 結(jié)語

本文簡明扼要地介紹了智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，主要涵蓋了功能分層和面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)兩方面；闡述了變電站通信網(wǎng)絡(luò)的特征要求，包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)格和環(huán)境、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詫用?；最后介紹了變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載模型，為變電站通信自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展打下了理論基礎(chǔ)。