智能變電站的網絡結構及通訊協議

宋斌

摘 要：智能變電站以三層兩網總體結構和統一的IEC61850協議標準為基礎，通過網絡實現了數據的共享，節約了硬件的資源與成本。

關鍵詞：智能變電站；三層兩網；IEC61850協議

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0120-01

現代智能變電站是配備先進、集成、可靠的智能化設備，并有環保、低碳的特點。以網絡化通信平臺及通訊協議標準化、數字化的全站信息為基石，實現從信息采集到測量、遠控、二次保護、電量計算等功能的自動化。同時依據電網實際需求，實現智能化調節，協同動作，實時自動化控制及在線分析判斷等一系列智能標準的變電站。而實現變電站智能化的基石是三層兩網的整體結構和統一的IEC61850通訊協議標準。

1 智能化變電站的三層兩網整體結構

1.1 三 層

三層結構由站控層、過程層、間隔層組成。

其中站控層包含監控主機、遠動工作機、操作員工作機、工程師工作機、GPS衛星對時裝置、PMU數據集中器和計劃管理終端等，形成全站監控管理中心。站控層提供站內運行人機界面，管理控制間隔層的設備，并通過電力數據傳輸網與調度中心或集控中心通信。

間隔層包含測量控制設備及繼電保護設備等。間隔層設備實現本間隔中實時數據信息的匯總，并通過站內網絡傳送到站控層設備，而站控層發出的控制及操作指令也同步接收，達成承上啟下的操作命令傳輸能力。同時間隔層還具有控制保護一次側設備的及操作閉鎖一系列功能。

過程層包含有常規互感器，主變壓器、隔離開關、斷路器等一次側設備及配合使用的智能組件。智能組件含有斷路器智能終端，常規互感器合并單元。采集模擬數據、發送操作控制命令、開關狀態的輸入及輸出等與一次設備相應的功效是過程層主要功能。

1.2 兩 網

以邏輯劃分變電站網絡實際為三網：過程層網絡，站控層網絡、間隔層網絡。采用工業級以太設備組成全站通信網絡。

站控層網絡位于站控層設備及間隔層設備之間，作用于間隔層與站控層之間及站控層內部的信息傳輸。

過程層網絡位于過程層設備及間隔層設備之間，作用于過程層與間隔層各自設備之間的。

而間隔層設備之間的信息傳輸，可以在物理層面通過端口映射至過程層網絡或，站控層網絡。不從邏輯劃分，但就物理層面來說可劃分為“兩網”。

2 國際通用IEC61850標準

于IEC61850協議標準發布以前，每個廠家都是采用基于串口通信機制的通信規約：IEC60870-5（103），IEC60870-5（105）等，上述規約的實際應用功能過少，因此不同廠家為了實現各自的應用需求擴充了規約各種的功能插件。但因為對規約的編碼不統一，使得不同廠家的設備兼容性很差，甚至同廠家對規約進行不同功能的擴展也不兼容，造成不同廠家，甚至同一廠家的設備都不可以進行兼容互操作。

IEC61850標準是適用于分層方式的自動化和IED的變電站電力網絡通信協議。依據了電力系統實際運行中的特點，制定了實現數據的實時交互、傳輸任務的基礎服務的規范；應用模糊控制服務端口、指定通信服務映射情形，同步網絡技術的逐步發展。同時采用面對設備建立的模型和自述，面對對象建立模型技術，實現設備的開放性，多功能性和應用互操作性的需要。而且變電站同步性以及通信網絡的測試、系統整體規范等也包含在通用標準中。IEC61850標準作為國際智能變電站統一的標準協議，奠定了智能電網的快速發展和開放性的堅固基礎。

IEC61850解決了不同廠家設備之間的兼容性問題，從而大大簡化了網絡結構，搬開了一次設備的智能化發展的絆腳石。具體來說，基于IEC61850的變電站具有以下特點：

（1）統一協議，使不同廠家設備之間能以互相兼容、操作，依次取消了設備之間的協議轉換器及常規變電站中大批的協議轉換設備（保護管理機），使得變電站內的網絡直接連接保護裝置，以此實現變電站網絡結構和層次的簡化，去掉了保護管理機這層設備，減少調試維護時間，提高了系統可靠性。

（2）通用的協議，使得不同廠家產品的差異性減少，讓客戶對廠家的獨占性減少?；贗EC61850國際標準的開放性，變電站采用IEC61850協議，后期的改擴建時，客戶有更大的選擇空間，杜絕了因為前期設備的協議特殊性而被局限到單獨的廠家，使客戶的投資效益最大化。

（3）統一了工程配置語言，實現系統的集成結構簡化。統一使用IEC61850定義的SCL語言描述各廠家的模型，實現不同廠家的調試軟件和產品之間的兼容及互相操作，減少調試時間，簡化了系統架構。

（4）數字化和智能化的一次設備。因為有了可遵循的公開統一的標準，過程層中的一次設備智能化迅速發展，變電站內電子式互感器替代傳統的電磁式互感器，可以直接向外部提供數字式光纖以太網接口；采用具備數字通信接口的斷路器、智能變壓器等設備，以此實現一次設備的智能化和數字化。

（5）減少電纜的使用量，簡化變電站二次回路，數字化和網絡化的二次電路得以形成。IEC61850包含了GOOSE通信模式，使得設備之間能夠通過網絡進行閉鎖和邏輯配合。

常規變電站與使用IEC61850的智能變電站最大的區別是，優化網絡架構使得二次回路簡化，大批的二次電纜以光纜取代，并將一部分裝置內部通信投影至過程層網絡進行通信，一次設備通過數字通信接口與智能裝置相連接，分離了數據采集、運算及出口服務，通過網絡實現了數據的共享，節約了硬件的資源與成本。

綜上所述，智能變電站中采用三層兩網結構和通用的IEC61850協議對設備的二次回路進行簡化，大批的二次電纜被光纜代替，對的開發、建設、設計、后期維護等各個環節進行規范。通過對智能變電站自動化系統中的項目統一標準?？梢詿o縫連接不同廠家的設備，使變電站運行的安全穩定性和自動化水平大幅增加。使用面向對象技術及獨立于網絡結構的簡單通信服務接口，使設備之間的互操作性大大加強。

參考文獻

[1]林 冶，張孔林，唐志軍.智能變電站二次系統原理與現場實用技術[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2]曹團結，黃國方.智能變電站繼電保護技術與應用[M].北京：中國電力出版社，2013.

[3]宋福海.智能變電站二次設備調試實用技術[M].北京：機械工業出版社，2013.

收稿日期：2018-9-17