电力工程师职称论文发表浅析数字化变电站网络架构设计
摘要：目前基于IEC 61850的数字化变电站系统已从研究阶段进入实际应用阶段。数字化变电站综合自动化系统网络架构的设计实现了信息采集、传输、处理、输出过程全部的数字化。
关键词：数字化变电站,IEC 61850,网络架构
0 引言
唐山220kV郭家屯变电站位于唐山市遵化市境内，是一座220kV终端变电站。2009年9月11日正式投运。与常规的变电站相比数字化变电站优势在于建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作，简化信息传输通道提高了信号传输的可靠性，避免了电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题。从而进一步提高自动化和管理水平，减少了变电站生命周期成本。数字化变电站的信息采集也实现了数字化，电子式的CT、PT取代传统的CT、PT设备。开关实现智能化，整个变电站的控制和保护全部实现网络化。大大节约了控制电缆，施工简单，提高了变电站自动化水平。同时综合自动化系统网络架构也与常规变电站有着不同，下面就郭家屯数字化变电站网络架构进行简要分析。
1 数字化变电站的网络架构概述
常规的综合自动化系统在逻辑结构上为\"两层一网\"结构,两层即\"站控层\"、\"间隔层\",一网即\"站控层\"网络。常规的综合自动化系统实现了信号处理的数字化、从间隔层到站控层信息传输的数字化,但一次设备仍为传统设备,间隔层到一次设备之间仍采用电气回路通过电缆连接,接线复杂,控制电缆用量较大。数字化变电站是指变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化,基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。数字化变电站建设的理想目标为\"同一个世界,同一个标准\",智能设备可在变电站通信网络上\"即插即用\"。数字化变电站在逻辑结构上为\"三层两网\"结构,三层即\"站控层\"、\"间隔层\"、\"过程层\",两网即\"站控层\"网络和\"过程层\"网络。数字化变电站与常规综自站相比：①增加了过程层，这是数字化变电站最显著的特点，即将一次设备纳入了变电站通信网络，是变电站自动化技术发展的重大变革。②间隔层设备网络化，直接接到站控层交换机，取消了串口转以太网的接口装置，信息交换速率大大提高。
数字化变电站的模型是基于IEC61850协议框架网络式分布，所有间隔层设备与过程层设备间按IEC6185建立统一的模型以达到互操作的可能性。过程层设备按间隔布置与间隔设备单独组网以交换机连接。跨间隔设备如变压器保护装置、母线保护装置等由跨间隔交换机将数据收集后与间隔层设备相连。
2 数字化变电站组成结构
2.1 第一层网络：站控层
站控层网络包括间隔层交换机和站控层设备，实现间隔层设备与站控层设备之间的通信。间隔与间隔之间的非实时通信也在站控层网络实现，例如利用GOOSE报文实现五防闭锁。站控层网络可以采用100M及以上光以太网或电以太网，双网配置。站控层设备主要包括变电站监控系统、远动系统、防误闭锁系统、保护信息管理系统、通讯监控系统、电量采集远传系统等的功能。实现网络共用、信息共享。间隔层交换机用于间隔层IED与变电站层设备通信一般为双星形以太网，对交换机的可靠性要求与传统变电站差异不大，可使用国产交换机。
2.2第二层网络：间隔层
这层网络只包括间隔层设备，间隔层设备包括按间隔对象配置的保护测控一体装置、计量装置以及与接入其它智能设备的规约转换设备。单间隔设备有线路保护测控一体装置、计量装置，跨间隔设备包括母线保护、变压器保护等。站控层设备与间隔层设备之间采用IEC61850规约进行通信。
2.3第三层网络：过程层
过程层网络包括过程层交换机和过程层设备，实现间隔层设备与一次设备辅助装置之间的通信，主要传输采样值和GOOSE信息 。过程层网络采用100M及以上光纤以太网。过程层设备主要包括：智能单元和合并单元。合并单元是电子式互感器的一部分，完成对电子式互感器同步采样的控制和收集，按IEC 61850-9-1/2标准通过光以太网提供给间隔层设备使用。现在普遍使用IEC61850-9-1传输SV。四方数字化保护通过交换机实现数据汇聚。其他厂家保护直接连接SV数据，不组网。如果使用IEC61850-9-2(或LE)传输SV，需要通过交换机组网。智能单元是智能一次设备的组成部分，主要通过GOOSE报文实现开关/刀闸控制、开关/刀闸状态上送等。
2.3.1 过程层交换机
过程层交换机性能要求比较高，用户一般要求使用进口交换机。郭家屯变电站过程层使用的是罗杰康交换机。
每间隔使用一台或多台罗杰康交换机，每台包括：
1)12个单模100M光纤以太网口，传输GOOSE和SV数据
2)2个100M电以太网口，作为备用测试口
3)除主变间隔外均为12光口交换机，主变间隔增交换机加计量功能后使用14光口交换机。
2.3.1.1 线路和母联交换机
对于线路和母联间隔，由一台交换机完成GOOSE数据和SV数据的传输，使用VLAN将其分割为逻辑上的两台交换机两个电口(17、19口)分别为GOOSE测试口和SV测试口。如图2
2.3.1.2 变压器和母线保护间隔的交换机
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