实时以太网理论提高数字变电所过程层通信特性概述

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1、实时以太网理论提高数字变电所过程层通信特性概述第一章绪论1.1课题研究的背景和意义根据IEC61850标准规范，数字化变电站的主要特征是智能化的一次电气设备（如非常规互感器、智能断路器等）和网络化的二次设备以及自动化的管理系统。根据该标准，将数字化变电站分为过程层、间隔层和站控层，实现站内智能电气设备间信息的共享和设备的互操作性。因此，它具有如下的特点：智能化的一次设备：过去使用常规机电式继电器和控制回路结构的一次设备被简化，现逐渐改用采用光电技术和微处理器的一次设备。传统的导线连接被数字程控和数字公共信号取代；网络化的二次设备：站内传统的二次

2、设备不再出现常规功能的I/O现场接口，用光纤代替铜质电缆并使用以太网技术交换数据，实现信息共享；自动化的管理系统：变电站运行管理自动化系统包括电力生产运行数据、状态记录统计及数据分层和交换自动化等；当变电站发生故障时能及时提供故障分析报告，指出原因和处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告。数字化变电站中用以电子和光学互感器为代表的非常规互感器代替传统变电站中的常规互感器装置。通信方面主要采用用光纤以太网代替了之前的二次电缆回路。同时相关IED设备具备了信息集成应用的功能，以功能信息的冗余代替了相关装置设备使用上的重复，完成站内分层分布的格局

3、。智能化一次设备技术的改善实现了控制回路的数字化应用，整个变电站自动化系统显得小型紧凑化。1.2国内外研究现状提及数字化变电站，不得不提IEC61850标淮。作为现代变电站网络系统的最新国际通信标准，IEC61850标准集中地体现了现代变屯站的发展趋势。全世界的电力行业工对此都进行了深入的研究。在这方面，国外比国内的经验更丰富，在IEC61850标准的制定过程中，国外的电力行业就已经应用了一些示例范程。这些示例反过来又对IEC61850标准的制定起到了一定的推动作用。国外ABB、西门子等国际知名公司对IEC61850标准的理论上的研究已经非常成

4、熟，特别是德国的西门子公司。在2004年，西门子就承建了瑞士的某一变电站，这是世界上第一次以IEC61850作为标准的变电站自动化系统。第二年，我国上海南桥500KV变电站自动化系统也投入运行，这也是西门子公司的项目。从上述可以看出，从2004年IEC61850标准颁布以来，该标准已经得到了广泛的应用，在数字化变电站内通信网络方面的研究也十分广泛，但主要集中在数字化变电站中网络架构、数字化变电站内的数据流、报文优先级等进行分析。首先从网络拓扑结构方面，围绕建设二级网络（即站控层和过程层独立组网）或是全站同一网络（站控层和过程层统一组网）讨论。如

5、图1-2所示是目前广泛应用的二级网络结构的变电站网络模型；利用工业以太网交换机将站控层的相关设备与间隔层内的如保护与监控等之类的IED设备相连接，形成变电站层网络。间隔层和过程层之间根据相应的原则（如面向功能，面向位置，面向间隔，单一总线等）划分为多个子网。同时，若考虑远动功能，可用路由器将远动网络接入，使其能够直接访问变电站的间隔层设备。第二章站内信息和过程层组网方式2.1数字化变电站内信息特点IEC61850标准是目前世界上最流行的数字化变电站的通信标准，它不仅仅从变电站的物理结构上分为站控层、间隔层和过程层。逻辑上的信息流也可以如此划分。

6、这里从信息的角度介绍整个变电站内的信息。站内信息大体上可以分为如下几种：过程层和间隔层之间的通信过程层的信息源设备主要是合并单元MU以及智能断路器ICB，间隔层的设备主要有保护和控制单元PC,过程层的设备可以自由地与间隔层的装置进行数据交换。交换的数据主要有采样值数据SAV，反映断路器的开关状态或变压器分接头的位置等GOOSE信息。同一间隔内部的通信间隔层主要完成保护、监视、控制相关的功能。这些功能模块之间也需要进行相关数据的交换。如断路器等设备的状态、测量数据及釆样同步信息等。间隔与间隔之间的通信不同间隔之间交换的信息主要有主后备保护的工作状

7、态，闭锁信息，电压无功控制装置等。2.2过程层网络及数据模型2.2.1过程层组网方式过程层是一次设备与二次设备的接口，传送的数据较多，且不同数据报文的优先级要求也不尽相同(如采样值报文的级别要高于反映开关状态信息的报文)，而且这些数据在不同的运行方式下对响应速度的要求也不相同，为保证网络通畅，数字化变电站过程层选择基于交换式以太网（相对于共享式以太网）的串行通信网络过程总线(processbus)通信。这种形式的以太网具有独享带宽，全双工工作，VLAN以及设置报文优先级等诸多特点。综合考虑数据流特点、可靠性要求及现场通信设备的布置情况，过程层采

8、用四种不同的组网方式，如图2-1所示：面向间隔原则如图中方式1标示，这种组网方式中每个间隔有自身的总线，同时额外再装设一个独立的总线，覆盖全站范围以连