數字化變電站網絡通信技術分析

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【摘要】當前，各種新型技術被廣泛融合應用至變電站的自動化系統中，加速了變電站的數字化變革。當前，綜合自動化的變電站已經全面進入了數字化時代，并成為智能化電網系統中最重要的組成內容。較之于傳統的變電站自動化系統，數字化變電站的通信網絡在結構、功能及重要性等多方面都呈現出明顯的不同。本研究就是在明確了數字化變電站的通信標準的基礎上，對變電站中的網絡通信技術進行了相應的研究。

【關鍵詞】數字化變電站；網絡通信技術；網絡結構；研究

隨著各種先進技術如計算機、信息、自動化等的不斷發展，將這些技術充分應用于變電站自動化系統中之后，就極大地推進了變電站的數字化發展。當前，數字化變電站已經成為我國變電站的主流發展趨勢，并作為智能化電網中的重要組成，促進了我國電力行業的發展，也為社會提供了源源不斷的發展動力。在數字化變電站站中，網絡通信技術的重要性不言而喻，其性能的好壞將直接影響到變電站的自動化運行，進而還會影響到數字化變電站的安全。

1數字化變電站的主要特性

1.1一次設備的智能化。較之傳統的變電站系統，數字化變電站有著諸多的不同之處。如數字化變電站內部的互感器已經發展成為電子式及光電式。不同于過去的電磁式互感器，這些新型的互感設備具備了更多的功能。如其對外能直接提供數字式的光纖以太網接口，而在其內部則具有可以與外部進行數字通信的智能斷路器及變壓器等設備，也有些變電站中支架在以此設備上加設相應的智能終端，以便于將信號進行數字式轉變，也能利于對狀態的監測，從而實現了一次設備的智能數字化。1.2二次設備的網絡化。在數字化變電站中，其二次設備除了具備相應的數字化功能與特征外，還擁有對外的網絡接口，并且其信號的傳輸都是在以太網的基礎上得以實現的。1.3標準化。自IEC61850這一國際標準實施以來，傳統的變電站中的相關信息與網絡通信在標準化的差異致使其設備之間的信息交互出現了諸多的問題，但是對于數字化變電站而言，由于其站內的設備都符合國際標準，從而使得站內的設備之間都具備可互相操作的特性。1.4系統運行的自動化。數字化是綜合自動化的必然結果，在數字化的變電站系統中，不論是站內的設備，還是信號的傳輸以及信息的共享都可以自動化。

2數字化變電站中通信網絡的要求

2.1功能要求。在數字化變電站中，通信網絡要承擔信息的實時傳遞功能，并且這種信息傳遞不僅限于系統內部之間，還應同時支持系統與外部之間的信息傳遞。在這一過程中，網絡是最不可或缺載體。因此對于數字化變電站而言，高效穩定的通信體系的建立是確保其通信功能得以實現的決定性因素之一。通過對相關文件進行檢索后發現，過去的部分研究中指出，通信技術是實現變電站自動化的核心所在。而通信網絡作為變電站中實現各種設備有效連接的最關鍵介質，應符合標準化的網絡需求，此外還應具備多樣的接口類型。當前，我國的變電站都開始向無人值守的變電站進行轉變，站內所傳遞的信息量也在不斷增加，因此對于通信網絡而言，其內部的存儲空間及對信息的傳遞速度也應進一步提升。再加上，隨著無人值守變電站的不斷增多，在變電站中，這些通信網絡不僅要做到可對電壓自動調節，還在系統中實現自動對時。最后，在變電站的運維上，診斷技術的進一步智能化也是數字化變電站中通信網絡所應具備的功能要求。2.2性能要求。①可靠性：由于電力的生產及供應要連續不斷地進行，為確保這種狀態的持續，通信網絡的可靠性是首要條件，并且還不能因為某一設備的故障而造成系統的整體通信障礙。而隨著信息技術的發展，對變電站的監控也將會以依附于通信網絡；②開放性：在變電站中，通信網絡不僅要保障站內的智能設備都能進行互相連接與擴展，還要充分服從于系統的自動化設計。其接口及協議的使用都應滿足相應的國際標準，以便于用戶的系統集成；③實時性：由于系統內的全部信息數據都要在獲取的第一時間進行傳遞，尤其是在系統出現故障時，大量的數據都需要及時被傳輸出去，這就需要通信網絡具備對信息及時快速進行傳送的功能。如根據相應的國際標準，在數字化變電站中其報文類型大致有7種，對于快速跳閘報文以及生成數據報文而言，其時限要求通常都為3ms。

3IEC61850標準

當前在數字化變電站的網絡平臺的建設過程中，IEC61850標準是唯一需要且必須遵循的國際標準。此標準的應用使得變電站的通信系統實現了分層，主要為站控層、間隔層以及過程層。在前兩層之間的網絡只要使用MMS以及TCP/IP以太網或者光線網絡，而在后兩層之間則主要使用由單點向多點進行傳輸的以太網，并且這種傳輸還是單向的。站內的全部設備都使用同一的協議，并在通信網絡的支持下實現各自信息的交互。此國際標準主要具有以下特點：①對電力系統整體進行統一建模；②通信服務的接口都較為抽象；③服務需實時進行；④同時配置語言；⑤面向對象進行建模。在此標準下，多數變電站內各產品之間的互操作及協議轉換等問題都得到了有效的解決。此外，這一標準的使用還使得變電站中的設備具備了自我診斷與描述以及即時使用的特點，進一步便利了系統的集成，同時還使得變電站自動化的實現費用得到了極大程度的降低。

4數字化變電站的數據通信與組網

在數據化變電站之間都需要使用以太網交換機，并經由光纖網實現站與站之間的高速互聯。在變電站中，電子設備經由以太網實現對信息的匯總，而站間以及監控中心之間也在相關的協議下實現互相通信。在數字化變電站內，通常都配置有較高性能的管理機并且與主機進行一體化安裝。在對站內的其他信息進行匯總時常使用多模式的通信接口，這些接口還需要充分考慮到未來的擴展需求，同時所有信息到最后都會在以太網上實現最終的交換。在數字化變電站中，其站控層內主要包含一些監控、告警及其他功能設備。間隔層中則主要有保護、計量、測控以及一些轉換設備等。過程層中則主要有合并單元、智能開關以及數字互感器等。在站控層內，全面實施相應的國際標準，其內部的后臺程序以及一些具備信息保護功能的子站都可以直接與符合標準的裝置進行連接，并允許其接入。間隔層的特殊架構則可以實現網絡中的跨間隔之間的橫向連鎖。當變電站為110kV以下時，其自動化系統中應應用單以太網；而超過110kV的變電站，則應應用雙以太網。在這些系統中，網絡之間的通信都應當符合國際標準，當接入設備不能符合此項規約時，只能在經過相應的處理后才可被允許接入。在數字化變電站中，COOSE機制是實現系統分布式的基礎，通?？捎糜陂g隔層及過程層之間，主要被用于層間的縱向聯系，例如跳閘信息；也可被用于間隔層內的橫向聯系，主要保護智能電子設備之間的信息互換等。

5結束語

對于數字化的變電站而言，其內部的自動化系統具有一定的復雜性，而通信網絡技術就是其核心。隨著現有技術水平的不斷進步，數字化變電站必將逐漸以其在多方面的不同優勢，成為變電站的主流發展趨勢。

參考文獻

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作者:朱寧 丁暉 任寅平 單位:國網安徽省電力公司銅陵供電公司