數字化變電站的網(wǎng)絡(luò )通信模式

標簽：數字化變電站電網(wǎng)

由于電力系統對設備小型化、智能化、可靠性的要求越來(lái)越高，而常規的變電站自動(dòng)化系統在應用中又存在諸多不足，已不能適應電網(wǎng)的發(fā)展和電力市場(chǎng)化的需要，所以變電站技術(shù)發(fā)展的前景是數字化變電站。論述了數字化變電站自動(dòng)化系統的主要技術(shù)特征、結構和發(fā)展前景，分析了數字化變電站自動(dòng)化系統的通信網(wǎng)絡(luò )選型中的要求，詳細研究了數字化變電站自動(dòng)化系統中網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的應用和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的三種結構模式。對數字化變電站通信體系規劃、應用標準、實(shí)施方案等作了全面闡述。

0 引言

變電站自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展已經(jīng)達到一定的水平，在我國城鄉電網(wǎng)改造與建設中大多數變電站均采用了綜合自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現了無(wú)人值班，從而降低了變電站建設的總造價(jià)和運行成本，大大提高了電網(wǎng)建設的現代化水平。隨著(zhù)智能化開(kāi)關(guān)、光電式互感器、一次運行設備在線(xiàn)狀態(tài)檢測等技術(shù)逐步成熟，以及計算機高速網(wǎng)絡(luò )在實(shí)時(shí)系統中的開(kāi)發(fā)應用，全數字化的變電站自動(dòng)化系統已經(jīng)出現。

目前，隨著(zhù)高壓、超高壓系統發(fā)展，對電網(wǎng)安全、穩定、可靠、控制、信息交互等提出了更高要求。國家電網(wǎng)公司在《國家電網(wǎng)公司“十一五”科技發(fā)展規劃》中將“數字化變電站技術(shù)”列入電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的五大課題之一。數字化變電站技術(shù)是今后變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。

1 數字化變電站的特點(diǎn)

數字化變電站具有以下幾個(gè)主要特征：

(1)一次設備的數字化和智能化

電子式或光電式互感器替代了變電站內傳統的電磁式互感器，它能直接向外提供數字式光纖以太網(wǎng)接口;站內采用具備向外進(jìn)行數字通信的智能斷路器、變壓器等設備，或者在這些一次設備就地加裝智能終端實(shí)現信號的數字式轉換與狀態(tài)監測，達到一次設備數字化和智能化的要求。

(2)二次設備的數字化和網(wǎng)絡(luò )化

數字化變電站的二次設備除了具有一般數字式設備的特點(diǎn)外，還具備對外光纖網(wǎng)絡(luò )通信接口，與傳統變電站信息傳輸以電纜為媒介不同，數字化變電站二次信號傳輸是基于光纖以太網(wǎng)實(shí)現的。

(3)變電站通信網(wǎng)絡(luò )和系統實(shí)現IEC61850標準化

傳統變電站中信息描述和網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議標準的差異導致了不同設備間信號識別困難、互操作性差;數字化變電站全站通信網(wǎng)絡(luò )和系統實(shí)現均采用IEC61850標準，該標準的完整性、系統性、開(kāi)放性保證了數字化變電站站內設備具備互操作性的特征。

(4)運行管理系統的自動(dòng)化

在現有綜自系統已經(jīng)具備較大程度的自動(dòng)化特征的基礎上，數字化變電站在站內設備的互操作性、信號的光纖傳輸、網(wǎng)絡(luò )通信平臺的信息共享等方面進(jìn)一步體現了運行管理自動(dòng)化的特點(diǎn)。綜上所述，基于光電技術(shù)的互感器應用構成了變電站電氣量信息采集的數字化應用;IEC61850標準的頒布實(shí)施為變電站實(shí)現信息的統一建模奠定了基礎;以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為變電站內實(shí)現基于網(wǎng)絡(luò )方式的信息交換提供了技術(shù)支持;智能斷路器技術(shù)的發(fā)展使變電站自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現了二次設備向一次設備的應用延伸。

2 數字化變電站通信網(wǎng)絡(luò )的要求

2.1 功能要求

通信網(wǎng)絡(luò )的根本任務(wù)是解決綜合自動(dòng)化系統內部以及與其他系統之間的實(shí)時(shí)信息交換，網(wǎng)絡(luò )是不可或缺的功能載體，構建一個(gè)可靠、實(shí)時(shí)、高效的網(wǎng)絡(luò )體系是通信系統的關(guān)鍵之一。2000年國際大電網(wǎng)會(huì )議第34組(保護與控制組)，討論和介紹了變電站自動(dòng)化及其通信系統，其基本一致的思想就是通信技術(shù)是變電站自動(dòng)化系統的關(guān)鍵。通信網(wǎng)絡(luò )是連接站內各種智能電子設備(IED)的紐帶，因此它必須能支持各種通信接口，滿(mǎn)足通信網(wǎng)絡(luò )標準化。隨著(zhù)變電站的無(wú)人化以及自動(dòng)化信息量的不斷增加，通信網(wǎng)絡(luò )必須有足夠的空間和速度來(lái)存儲和傳送事件、電量、操作、故障以及錄波等數據。為改善電壓運行質(zhì)量，無(wú)人值班變電站要求通信網(wǎng)絡(luò )具有電壓無(wú)功自動(dòng)調節功能、系統對時(shí)功能等。另外自診斷、自恢復以及遠方診斷、在線(xiàn)狀態(tài)檢測是針對運行維護提出的幾項功能要求。

2.2 性能要求

通信網(wǎng)絡(luò )的性能要求主要體現在以下幾個(gè)方面：

(1)可靠性由于電力生產(chǎn)的連續性和重要性，站內通信網(wǎng)絡(luò )的可靠性是第一位的，應避免個(gè)別裝置損壞導致站內通信中斷。隨著(zhù)數字、圖像信息的多媒體技術(shù)的應用，監控會(huì )更加依賴(lài)通信網(wǎng)絡(luò )，因此一個(gè)可靠的通信網(wǎng)絡(luò )是首要條件。

(2)開(kāi)放性站內通信網(wǎng)絡(luò )是調度自動(dòng)化的一個(gè)子系統，除了保證站內IED設備互連、便于擴展外，它還應服從電力調度自動(dòng)化的總體設計，硬件接口應滿(mǎn)足國際標準，應選用國際標準的通信協(xié)議，方便用戶(hù)的系統集成。

(3)實(shí)時(shí)性因測控數據、保護信號、遙控命令等都要求實(shí)時(shí)傳送，雖然正常運行時(shí)站內數據流不大，但出現故障時(shí)要傳送大量的數據，要求信息能在站內通信網(wǎng)絡(luò )上快速傳送。

2.3 實(shí)施方法

(1)變電站站內光纖網(wǎng)絡(luò )化變電站站內光纖網(wǎng)絡(luò )化，站內一、二次設備之間實(shí)現全數字化光纖網(wǎng)通信。主要包括電氣量采集值數字化傳輸保護等二次設備、跳合閘、狀態(tài)信號及故障告警信號的數字化傳輸，智能變壓器告警信號、分接遙調、溫度等模擬量的數字化傳輸。

(2)全站統一的標準化平臺統一的信息模塊、數據模型、功能模型，統一的通信協(xié)議、數據無(wú)縫交換、信息傳輸的可靠性、完整性、實(shí)時(shí)性。各種設備共享統一信息，具有互操作性。經(jīng)過(guò)功能的組合化設計，利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、現代化通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實(shí)現對全變電站的主要設備和輸配電線(xiàn)路的自動(dòng)監視、自動(dòng)控制與保護以及與調度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。

(3)數字化/智能化一次設備一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅動(dòng)回路，采用微處理器和光電技術(shù)設計，變電站二次回路中常規的繼電器及其邏輯回路被可編程控制器代替。

(4)減少二次控制和信號電纜以光纜和少量通信電纜替代戶(hù)外和控制室成捆的二次控制電纜和信號電纜。減少二次接線(xiàn)占地面積，降低變電站的總造價(jià)，降低運營(yíng)成本。

(5)系統數據實(shí)現就地采集采用光纖實(shí)現數據信號的傳輸，信號采集精度高、可靠性強，數據信號源唯一，重復投資少，實(shí)現分層控制及分層數據傳輸，提高數據傳輸和應用的效率。

3 數字化變電站的通信標準

數字化變電站的通信體系基于IEC61850標準。IEC61850提供了變電站自動(dòng)化系統功能建模、數據建模、通信協(xié)議、通信系統的項目管理和一致性檢測等一系列標準。按照IEC61850建設變電站的通信網(wǎng)絡(luò )和系統，是建設數字化變電站的有效途徑。IEC61850的發(fā)布為建設數字化變電站提供了堅實(shí)的基礎。按照IEC61850標準，變電站的功能應分為站控層、間隔層和過(guò)程層。數字化變電站通信系統應有圖1所示通信接口。

①站控層設備之間的通信接口;②站控層與間隔層設備的通信接口;③間隔層設備之間的通信接口;④間隔層與過(guò)程層設備的通信接口;⑤站控層設備與遠方控制中心的通信接口;⑥間隔層設備與遠方保護的通信接口。

其中通信接口③根據情況在通信接口②或④上實(shí)現，通信接口①和②在小規模的變電站可共用一個(gè)物理通信網(wǎng)絡(luò )。通信接口①～④應按照IEC61850標準建設。為了能與現有的調度系統接口，通信接口⑤仍采用IEC60870-5-101或104規約，但遠動(dòng)通信接口設備應有能升級到IEC61850的能力。通信接口⑥主要用于縱差保護、遠跳裝置等，由設備制造廠(chǎng)定義，應能在變電站間的通信系統上實(shí)現。

數字化變電站的物理設備間應能實(shí)時(shí)、高效、可靠的交換信息，以太網(wǎng)通信技術(shù)是滿(mǎn)足這種要求的最佳選擇。根據IEEE及EPRI的實(shí)驗報告，現有的以太網(wǎng)通信技術(shù)完全能夠滿(mǎn)足變電站自動(dòng)化的通信要求。以太網(wǎng)技術(shù)是主流的通信技術(shù)，具有極佳的經(jīng)濟性，并且仍在快速發(fā)展中，為變電站自動(dòng)化系統提供了廣闊的發(fā)展空間。