智能变电站过程层网络研究

智能变电站过程层网络研究

陈谦

（国网陕西省电力公司检修公司710065）

摘要：智能变电站是智能电网的关键环节，过程层网络是智能变电站数实时数据采集、开关可靠性控制的基础。本文对变电站过程层GOOSE网和MSV网的组网网络结构进行了分析，提出了基于IEC61850规约的站控层网络结构。

关键词：智能变电站站控层网络结构

智能变电站采用先进、可靠、集成、环保的智能设备、以全站信息采集数字化、通讯平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和检测等基本功能，这些功能的实现依赖于过程层高速数据传输和网络通讯。寻找过程层数据传输和网络通信协议成为智能变电站研究的焦点。

智能变电站过程层设备包括电子式（光学）互感器，合并单元，智能终端等，该层传输的信息主要有GOOSE报文MSV信息，网络拓扑结构可以分为三种类型：星型网络、环形网、总线型网络。这三种类型中的总线型网络可靠性高、成本最低、但时间延迟长；星型网络时间延迟短、成本和可靠性居中；环型网络的成本和可靠性是最高、延迟最长；过程层通信数据包括采样数据以及智分合闸命令，寻求最安全、最稳定、最经济的程层网络结构，对智能电网的安全性和稳定行有重要的意义。目前、过程层通讯主要有以下几种形式：

MSV和GOOSE直接连接型。

在网络结构中，合并单元通过一个独立通道将采样值发送给保护、计量、录波等装置，保护装置通过另一个独立通道将跳闸命令发动到智能终端，采用光纤作为传输介质。MSV和GOOSE直接连接型网络结构该型网络结构够保证数据传输的可靠性、但不能够实现采样数据共享，同时要求IED设备接口多，使用的光缆较多、成本最较高；该网络结构适用于合并单元和智能终端在安装于户外的汇控规内的智能变电站；如果合并单元和智能终端安装在室内不适合采用此方案。

GOOSE网络结构和MSV直接连接型。

这种网络结构如图所示，该网络通过GOOSE网络实现跳闸，自动化水平更高，但是不能实现采样数据共享；减少了光纤的使用，具有通用性和可扩展性；能够满足重负荷情况下多路采样对实时性的要求，从变电站运行的现场来看，断路器能够通过GOOSE网络可靠跳闸、并且满足跳闸对时限的要求。

MSV网络结构和GOOSE直接连接型。

该网络方案实现了多路采样以及采样数据共享，GOOSE跳闸命令没有传输到保护装置；后期的变电站的保护装置都采用网络通讯，随着智能变电站技术的推广和应用，MSV网络结构和GOOSE直接的通讯方式将大量应用到常规综合自动换变电站的改造和升级中。

MSV和GOOSE独立网络结构型

该方案中MSV网和GOOSE网按照IEC61850规约要求分别组网，不仅满足综合自动化变电站的需求，也能满足智能变电站需求，但是该网络结构复杂、需要大量交换设备和特殊网络冗余，传输设备昂贵，因此采用该网络结构使得变电站的成本较高，目前这种网络结构已广泛应用在智能变电站，有丰富的现场运行经验。

采用IEEE1588规约的MSV和GOOSE组合型网络。

采用IEEE1588规约的MSV和GOOSE组合型网络结构时钟精度1us；该网络采用千兆高速以太网实现MSV和GOOSE有机组合、网络接线简单、交换设备较少、大大降低了变电站成本，对网络传输设备的速率和设备采样的频率提出更高的要求，该方案已经用于辽宁省220kV马山变电站和陕西省750KV洛川变电站。

混合模式网络。

混合模式网络能够满足保护装置对安全性和高可靠性的要求，避免网络故障引起开关的误跳和延时跳闸等，要求智能终端、合并单元至少8个输入输出端口，保护装置则需要更多的端口；在智能变电站建设初期为混合模式网络设计生产了过程层、间隔层的设备，在中后期的项目中应经不在使用。

变电站过程层传输的数据包括电压、电流采样数据，过程层、间隔设备工况信息，保护及自动装置的实时控制信息，这些实时数据信息量大、要求传输迅速可靠；为了降低网络负荷，提高安全性和管理的活性，便于维护和变电站的扩展，目前、在虚拟局域网（VLAN）的端口采用数据包过滤技术或采用通用属性注册协议（GARP）技术的端口进行连接。

本文对过程层的网络方案进行了比较和分析，提出了符合《国家电网公司智能变电站继电保护技术规范》的标准，并对混合组网方案，并丢改方案进行了讨论和分析，为智能变电站过程层网络提供重要的借鉴。