高娟
（淄博供电公司齐林电力工程有限公司 山东淄博 255000）
摘要：智能变电站网络建设是国家智能电网的最重要、不可或缺的核心组成部分，直接关系到整个电网的可靠性和安全性。随着智能变电站的建设，网络在智能变电站中的地位越来越重要，文章在能变电站网络特点的基础上，对常见网络结构及其优缺点进行了比较，并理清了变电站总线网络和过程层网络的组网方案及网络结构之间的关系，对于建设高效、可靠的变电站网络结构具有重要意义。
关键词：智能变电站；网络结构；分析
随着智能变电站的大规模建设和快速发展，采用网络技术代替传统变电站的电缆传输，解决了很多固有缺陷，加速了信息采集速度，增强了信息抗干扰能力，提高了系统的操作性。为了增强系统运行的安全性和可靠性，以太网技术在变电站自动化系统中的应用日益广泛，通信网络通常采用不同的网络拓扑结构来提高系统运行的可靠性。因此，在智能变电站建设初期有必要对各种网络结构进行分析研究，以便在智能变电站网络系统建设中进行正确的网络选型。
1 智能变电站系统基本结构
智能变电站自动化系统的基本结构继承了原传统数字化变电站的层次划分，从功能实现上也划分为3层，分别是站控层，间隔层和过程层。这三层之间的关系如下：
站控层位于智能变电站的顶层，包括主机与操作员站、远动通信系统，对时系统等，其主要功能是汇总实时数据，实现全站设备的监视、告警、控制等交互功能，同时执行调度下达的操作命令。间隔层位置是站控层与过程层中间，其主要任务是汇总过程层实时数据信息，实施对一次设备进行保护和控制功能，实现本间隔操作闭锁，并进行一次电气量的运算和计算。过程层是智能变电站的最底层，是智能化电气设备的智能化部分。设备主要包括互感器、执行单元、合并单元等，其功能主要是电气量采集检测、执行操控命令和运行设备状态检测。
2 智能变电站网络特点
智能变电站的三个层次共有10类逻辑接口，从逻辑上可并入两个网络总线，即变电站总线网络和过程层总线网络。其中，变电站总线网络连接了站控层设备与间隔层设备，主要是传输站控层和间隔层内部以及层之间的数据通信，变电站总线网络主要传输MMS 和对时报文。过程层总线网络实现过程层设备和间隔层设备连接，
传输GOOSE报文、SV报文等。
根据智能变电站网络需求，变电站总线网络传输的MMS报文数据量较小，实时性要求不高，而过程层总线网络传输的GOOSE报文和SV报文数据量大，实时性要求高，要求是不能出现网络拥塞或是传输延时的问题。故为了限制网络流量，增加网络系统灵活性，提高网络系统的可靠性，针对智能变电站的网络通信特点，需要对智能变电站的进行组网分析。
3 常见的网络结构
网络常见的拓扑结构有总线型、环型、星型等几种，他们各有优点，适合于不同的使用要求。
（1）总线型拓扑。各设备的网络端口都与同一条总线两两连接，这种结构的优点是连接简单，增加或减少用户都比较便利，而且工程造价较低，且某一端口故障不会影响其他部分工作。缺点则是若总线上某一结点故障，整个系统将全部失效。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时该拓扑的报文传输要经历多个结点，传输时间较长，因此不能满足智能变电站队报文传输可靠性和快速性的要求。
（2）环型拓扑。各个结点的首尾相接形成一个封闭的圆环，这样可以增强系统的冗余性。报文可以沿2个方向，一站一站的传送到目的结点，系统的可靠性得到了提高，且环形拓扑采用分布式控制，接口设备非常简单，如任何一点出现故障时，可以在故障部位增加接口设备支路，恢复通信。但该结构如果结点较多，则信息传输时存在较大的信息延迟，不能满足快速传送信息的要求。
（3）星型拓扑。星型结构采取集中式控制，所有结点都与同一中心结点相接的，这种结构的优点是结构简单，拓展性强，传输误差低，传输延时小。但是缺点是成本较高，可靠性较差，一旦中心交换机出现故障，将会导致全站瘫痪，因此，这种结构虽然能满足报文传输快速性的要求，但是不能满足可靠性要求。虽然非中心节点出现故障对系统影响不大；但中心节点发生故障会使整个系统陷入瘫痪。为了保证系统工作可靠，中心节点必须设置备份。
4变电站总线网络组网方案
由于智能变电站总线网络传输的数据量不大，实时性也不高这一特点，在实际应用时要结合变电站情况优先选择网络拓扑结构灵活，可靠性较高，易于施工且成本较低的组网方案，不仅可以选择总线型，也可以选择星型和环型，同时对其进行变电站应用性改进。
5过程层总线组网方案
5.1过程层总线组网方案
随着智能变电站自动化系统由低压向高压、超高压的发展，智能变电站的一次设备和二次设备各个层次内部和层次之间均需要采用高速度网络通信。故在新建和改造智能变电站时，需考虑设计和采用一种混合型的组网方案，以实现既快速又可靠的传递报文。
目前较多采用双星型的拓扑结构，即在连接过程层与间隔层网络上设置两个独立的星型网络拓扑结构，每套保护装置均接入两个过程层网络，其中任一网络交换机损坏都不会影响系统功能，此种网络结构不仅具备了单一星型网络快速传输的优点，同时，冗余的配置大大地提高了整个网络功能的稳定性和可靠性。
5.2 过程层总线网络VLAN划分
采样数据SV在智能变电站中持续流量最大，占据总流量的60%，而GOOSE和MMS数据报文与SV报文相比占比不大，一般不会超过40%。VLAN是资源划分技术，通过VLAN划分，可已限制部分网络资源的占用，避免端口超载问题。按照电压等级进行网络的划分，例如500kv区域可以将该区域的IED区分成串，再将串双套配置成两个VLAN。220KV区域可以按IED进行间隔，给各个间隔划分成两个VLAN。对VLAN划分后进行效果实践测试，得出的结论为，过程层网络交换机的吞吐量提升了100倍，信息丢失率大大降低，且延时也得到了很好的控制。
6 结束语
智能变电站是连接发电和用户的纽带，是电网安全运行的重要环节，随着国家坚强智能电网的建设工作的持续展开，必须坚持以可靠安全为主，经济实用为辅，以满足电力生产需求为出发点，根据具体情况来确定智能变电站自动化系统的网络结构，并不断的进行网络结构优化，促进智能设备之间进一步互联互通，加快设备之间的融合。
参考文献
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[3]李斌，薄志谦，智能配电网保护控制的设计与研究[J]，中国电机工程学报，2009,21（2）：56-59.
论文作者:高娟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/4
标签：变电站论文; 网络论文; 智能论文; 报文论文; 结构论文; 总线论文; 拓扑论文; 《电力设备》2016年第7期论文;