智能变电站过程层网络构建方案研究[j]

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1、智能变电站过程层网络构建方案研究苏麟，孙纯军，禇农(江苏省电力设计院,江苏南京211102)摘要：过程层网络是智能变电站的技术关键点与难点。在满足过程层网络实时控制需求的基础上，结合现有技术条件，分析了过程层网络拓扑结构、采样值传输协议、采样值与GOOSE共网/分网、报文过滤技术选择的合理性，并针对500kV线-线串典型间隔进行了流量计算，在此基础上提出了500kV线-线串网段过程层网络构建方案。关键词：智能变电站；过程层网络；IEC61850-9-2；共网；GMRP；流量计算0引言智能电网在推动电力清洁生产，促进电力高效利用，以及保障可靠电力供应等方面将发挥重要作用，已经成为世界电网发

2、展的必然趋势。智能变电站是统一坚强智能电网的重要基础和支撑[1]。IEC61850将变电站自动化系统从功能逻辑上分为变电站层、间隔层和过程层。各层及逻辑接口的逻辑关系如图1所示[2]。其中接口4、5实现过程层和间隔层之间电压互感器和电流互感器瞬时数据、控制数据的交换，其功能分别由过程层采样值网络和GOOSE网络实现。图1变电站自动化系统接口模型对于智能变电站而言，过程层网络与变电站设备的实时控制功能密切相关，如继电保护等。过程层网络设计的合理性很大程度上决定了变电站运行的可靠性。本文结合过程层网络的实时控制需求，从网络拓扑结构、采样值传输协议、采样值与GOOSE的共网与分网、报文过滤技术

3、、流量计算分析几个方面浅析了过程层网络构建的合理性，并提出了相应的构建方案。1过程层网络拓扑结构分析1.1过程层网络常见拓扑结构在目前的过程层网络拓扑结构中常见的有：星型拓扑、环型拓扑。星型拓扑结构也称“集中式拓扑结构”，这种结构以中央节点为中心，因此它又之称为集中式网络。如图2所示：图2星型拓扑结构示意图环形拓扑由各交换机之间连接成闭环。如图3所示：图3环型拓扑结构示意图1.2技术比较两种拓扑结构的优缺点如表1所示：表1两种拓扑结构优缺点拓扑类型优点缺点星型网络简单，易于布线；扩展容易；便于维护；传输速度快；报文延时固定；没有广播风暴的风险。公共交换机负担较大；交换机数量较多（单交换机

4、端口较少）。环形网络冗余度好；网络结构、协议交换机数量较少（单交换机端口较多）。较复杂；扩展困难；维护困难；交换机数量多时会影响网络速度；报文延时不固定；存在广播风暴的风险。结论：从运行维护、传输时间、可靠性等方面考虑，建议过程层网络采用星型拓扑结构。2采样值传输协议分析目前，智能变电站采样值传输协议主要有以下三种：IEC60044-7/8标准、IEC61850-9-1标准、IEC61850-9-2标准。2.1技术比较IEC60044-7/8标准为电子式电压/电流互感器国际标准，优点是采样值传输延迟固定，缺点是点对点光纤连接数量较多，私有性较强，不同厂家互操作困难，不符合整体的IEC61

5、850智能变电站通信发展趋势。IEC61850-9-1标准规定了通过单向多路点对点串行通信链路的采样值传输方式，部分遵循了IEC60044-7／8标准对合并单元的设定：输入通道为12路，采用专用数据集，帧格式固定，不允许改变，采用广播或组播的方法[3]。优点是编码方式比较简单、数据内容固定，较易实现，传输延时较确定。缺点是对ASCI模型的支持不够完备，点对点光纤连接数量较多。IEC61850-9-2标准详细说明了依照61850-7-2部分中的抽象规范而定义的传输采样值的特定通信服务。可重新设定输入通道数、采样频率等参数，支持对数据集的更改和对数据对象的直接访问，帧格式可灵活定义，并支持单

6、播方式。优点是映射方法更为灵活，对ASCI模型的支持更加完备[3]，可实现采样值数据的自由配置和共享，设备间接线较简单，某种程度上代表了技术发展的趋势。缺点是装置间数据匹配过程复杂，网络带宽和CPU编解码的开销较大，网络传输延时不确定。结论：从配置的灵活性、接线简单、技术发展趋势等方面考虑，建议采样值传输协议采用IEC61850-9-2标准。3采样值、GOOSE共网与分网分析根据计算，100Mbit/s的线速交换机最多可以容纳200点/周波情况下5个间隔的采样值数据，在采用面向间隔布置2级星型网络的条件下，除中心交换机外的其它各间隔交换机只需要处理本间隔数据，不存在因为采样值而导致交换机

7、过载的问题，而GOOSE则是一种突发式的高实时低带宽流量，在间隔内和最大情况下只有10%负载，与采样值交换机共网运行完全不会影响GOOSE的实时性。中心交换机汇集了来自各个间隔的采样值和GOOSE数据，当间隔数量较多时，在极端情况下连接至母差的网口将会出现带宽超百兆的情况。此时可采用两种方法解决。一种是为了照顾现阶段母差保护的百兆硬件处理能力，中心交换机可采用多个百兆以太网口共同分担带宽。另一种是将来母差保护具备千兆硬件处理能力的情