淺析智能變電站過程層組網(wǎng)模式

淺析智能變電站過程層組網(wǎng)模式摘要：智能變電站是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，過程層網(wǎng)絡(luò)則是智能變電站的重要基礎(chǔ)，直接關(guān)系到全站數(shù)據(jù)采集和開關(guān)控制的可靠性和實(shí)時(shí)性。本文通過淺析智能變電站中過程層組網(wǎng)模式中直采直跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳、直采網(wǎng)跳的模式，對(duì)繼電保護(hù)直采直跳方案、網(wǎng)跳網(wǎng)跳和直采網(wǎng)跳三種方案的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)對(duì)比，對(duì)延時(shí)、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行分析。通過比較建議智能變電站繼電保護(hù)采用直跳與網(wǎng)跳兩種方案相結(jié)合的模式即可保證網(wǎng)絡(luò)跳閘的可靠性，也可驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)跳閘的可行性，推動(dòng)智能變電站技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能變電站；組網(wǎng)模式；；直采直跳；網(wǎng)采網(wǎng)跳；直采網(wǎng)跳

1、智能變電站過程層的組網(wǎng)模式

所謂智能變電站，就是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。過程層網(wǎng)絡(luò)，是一種用來連接間隔層設(shè)備與過程層設(shè)備的中樞網(wǎng)絡(luò)。過程層網(wǎng)在智能變電站系統(tǒng)中，有十分重要的作用。在過程層網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，主要包括傳輸采樣值、面向?qū)ο蟮淖冸娬就ㄓ檬录鹊?。其模式是總線型、環(huán)形和星形這三種。首先，總線形的網(wǎng)絡(luò)連線方式相比較來說十分簡單，以便于日后的施工。但是其缺點(diǎn)是傳輸時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)延時(shí)比較長，由于是總線型的連接方式，所以總線中的任何線路出現(xiàn)連接故障，都會(huì)影響整個(gè)總線的信息傳輸使用。其次是環(huán)形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的成本投資高，但是其硬件傳輸?shù)目煽啃詮?qiáng)。最后是星形連接方式，主要是將各子交換機(jī)之間都直接接入到主干網(wǎng)的交換機(jī)中，以便于減少交換機(jī)流量，提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性。綜上所述，星形網(wǎng)是過程層網(wǎng)絡(luò)模式中的最佳選擇。

2、組網(wǎng)方式

GOOSE：主要包括開關(guān)/刀閘位置，控制開關(guān)位置，異常/告警信號(hào)，閉鎖信號(hào)等。GOOSE鏈路相當(dāng)于傳統(tǒng)站中的直流控制和信號(hào)電纜，傳輸?shù)氖强刂浦噶詈托盘?hào)。

SV：包括互感器二次側(cè)的電壓、電流瞬時(shí)值。SV鏈路相當(dāng)于傳統(tǒng)站中的二次交流電纜，傳輸?shù)氖请妷?、電流的采樣瞬時(shí)值。

過程層網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式主要有三種種:一種是SV按間隔獨(dú)立接入,GOOSE統(tǒng)一組網(wǎng)的“直采網(wǎng)跳”方式；另一種則是SV與GOOSE分別組網(wǎng)傳輸?shù)摹熬W(wǎng)采網(wǎng)跳”方式，還有一種是SV和GOOSE分別獨(dú)立按照間隔直連的“直采直跳”。

2.1、直采直跳模式：對(duì)于單間隔要直接跳閘，保護(hù)裝置和智能終端采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的光纖，對(duì)于跨間隔的保護(hù)功能，跳閘命令要通過GOOSE光纖網(wǎng)絡(luò)。直接采樣是指智能電子設(shè)備(IED)間不經(jīng)過以太網(wǎng)交換機(jī)而以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式直接進(jìn)行采樣值傳輸，直接跳閘是指IED間不經(jīng)過以太網(wǎng)交換機(jī)而以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式直接進(jìn)行跳合閘信號(hào)的傳輸。

2.2、網(wǎng)采網(wǎng)跳模式：通過配置交換機(jī),同時(shí)將SV、GOOSE、IEEE1588獨(dú)立組網(wǎng)或者共網(wǎng)組建，網(wǎng)絡(luò)冗余配置。保護(hù)裝置通過交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從合并單元獲取采樣信號(hào)，并通過交換機(jī)獲取下發(fā)控制信號(hào)到智能終端?；陔p套保護(hù)配置網(wǎng)絡(luò)，獨(dú)立配置了兩套網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，在兩套網(wǎng)絡(luò)之間宜配置流量交換機(jī)，以作為兩套保護(hù)之間相互傳遞信息用途。

2.3、直采網(wǎng)跳模式：SV采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式、GOOSE采用組網(wǎng)模式。IED通過光纖直連與MU之間交互采樣信息，在通過交換機(jī)單獨(dú)組建GOOSE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行開入及跳閘信號(hào)傳遞。

3、過程層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?nèi)容，過程層和間隔層的網(wǎng)絡(luò)可以分為SV網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)、SV和GOOSE共網(wǎng)。這對(duì)比三種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)如下表：

4、三種組網(wǎng)方式特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)

4.1直采直跳模式

4.1.1直采直跳方案的特點(diǎn)：保護(hù)裝置以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式和MU通信，獲取交流采樣數(shù)據(jù)；保護(hù)跳閘、保護(hù)開入量通過保護(hù)裝置和智能終端點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊模式實(shí)現(xiàn)，用于測控的信號(hào)、告警、位置等信息，通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享。

4.1.2直采直跳方案的優(yōu)點(diǎn)：裝置之間直接采用光纖連接，連接更可靠；交流采樣傳輸延時(shí)固定，交流采樣同步實(shí)現(xiàn)較容易；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式應(yīng)用工程較多，工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較豐富。

4.1.3直采直跳方案的缺點(diǎn)：光纖回路復(fù)雜且數(shù)據(jù)共享差，對(duì)于母線保護(hù)等跨間隔保護(hù)，更帶來通訊環(huán)節(jié)多，裝置發(fā)熱量大等問題，嚴(yán)重影響保護(hù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；裝置光纖接口較多，光纖連線復(fù)雜，維護(hù)不方便，經(jīng)濟(jì)型較差。

4.2網(wǎng)采網(wǎng)跳模式

4.2.1網(wǎng)采網(wǎng)跳方案的特點(diǎn)：保護(hù)裝置以組網(wǎng)模式和MU通信，獲取交流采樣數(shù)據(jù)；保護(hù)跳閘、保護(hù)開入量、信號(hào)、告警、位置等信息通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享。

4.2.2網(wǎng)采網(wǎng)跳方案的優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)可擴(kuò)展性好，符合二次網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的方向；與直采直跳相比，節(jié)省大量光纖連接和光纖接口，成本降低。

4.2.3網(wǎng)采網(wǎng)跳方案的缺點(diǎn)：交流采樣同步依賴于外部時(shí)鐘，且交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)不固定，對(duì)網(wǎng)絡(luò)采樣的同步及實(shí)時(shí)性影響較大；GOOSE傳輸依賴于GOOSE網(wǎng)，GOOSE網(wǎng)傳輸延時(shí)不固定，對(duì)跳閘出口時(shí)間有一定影響；目前光纖接口交換機(jī)成本較高，且交換機(jī)需留一定備用口，總體成本需綜合考慮。

4.3直采網(wǎng)跳模式

4.2.1直采網(wǎng)跳方案的特點(diǎn)：保護(hù)裝置以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式和MU通信，獲取交流采樣數(shù)據(jù)；保護(hù)跳閘、保護(hù)開入量、信號(hào)、告警、位置等信息通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享。

4.2.2直采網(wǎng)跳方案的優(yōu)點(diǎn)：與直采直跳相比，節(jié)省大量光纖連接和光纖接口，成本降低；與網(wǎng)采網(wǎng)跳相比，保證了交流采樣的可靠性，且采樣同步易實(shí)現(xiàn)。

結(jié)束語

綜上所述，智能變電站要求全站信息數(shù)字化，通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化，信息平臺(tái)共享化，相比目前智能站普遍采用的直采直跳方式，二次回路網(wǎng)絡(luò)化是必然的趨勢，將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的共享，并且大大簡化光纖接線，提高調(diào)試效率，節(jié)約建設(shè)成本。但要實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的網(wǎng)采網(wǎng)跳，還需在數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)采同步的可靠性方面進(jìn)行深入的研究，在交換機(jī)數(shù)據(jù)交互時(shí)的延時(shí)判別處理上需要更進(jìn)一步。智能變電站的過程層網(wǎng)絡(luò)化解決方案從過程層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及配置優(yōu)化提高過程層數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；通過共網(wǎng)方案提高方案整體的經(jīng)濟(jì)性；通過不依賴于外部同步時(shí)鐘信號(hào)的新型同步方案解決智能站網(wǎng)絡(luò)采樣同步可靠性問題；根據(jù)不同間隔層設(shè)備數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)設(shè)計(jì)集成方案，最終實(shí)現(xiàn)高可靠的全站過程層網(wǎng)絡(luò)化解決方案。

參考文獻(xiàn)