数字化变电站通信网络组网方案研究

摘要：结合数字化变电站本身的特点，对数字化变电站通信网络的特征进行了分析；以D3型配电变电站为例，研究了基于全站唯一网络的数字化变电站通信网络组网方案，过程层设备与间隔层设备接入通信网络方案与全站唯一通信网络方案。

关键词：IEC61850；数字化变电站；全站唯一网络

中图分类号：F49文献标识码：A文章编号：1672-3198（2012）19-0165-02

0绪论

随着新型互感器、智能设备、网络通信技术等相关数字化变电站应用技术的快速发展及IEC61850标准为我国数字化变电站与电力系统的信息化提供了全面统一的建设规范，基于IEC61850的数字化变电站通信经历了点对点通信模式与过程总线通信模式，鉴于上述两种通信模式在数字化变电站过程层信息共享与设备投资方面的局限性，本文主要对基于全站唯一网络的数字化变电站通信网络组网方案展开相关研究。

1数字化变电站全站唯一通信网络的组网方案

IEC61850将数字化变电站的功能在逻辑上被分配到过程层、间隔层和站控层，站内各种功能的实现依靠通信网络。通信网络的结构取决于过程层网络与站控层网络的存在形式，目前三层两网结构的数字化变电站应用技术已成熟，由于独立过程层网络和站控层网络都使用MMS作为应用层协议以及采用交换式以太网，为站控层网络和过程层网络连接合并构成全站唯一通信网络（如图1所示）提供了理论基础。

1.1过程层网络的基本组网结构

根据IEC61850基于全站唯一网络的数字化变电站的过程层IED和间隔层IED可以采用4种不同的基本组网方案（如图1所示），可以在数字化变电站不同场合下应用并且能够满足通信可靠性的要求。

（1）面向间隔原则。

方案①中每个间隔布置自身的总线网络，同时还要装设1个全站范围下的总线网络用来连接各个间隔的总线网络。优点是网络结构层次清晰、易于管理维护。缺点是需要较多的交换机与路由设备，设备成本较高。面向间隔组网方案适合于220kv系统及以上，应用于系统重要间隔组网。此外设备间的互操作性甚至互换性可在IED层获得，也可在间隔层获得。

（2）面向位置原则。

方案②中每1个间隔总线网络覆盖多个间隔。当智能设备安装于几个传感器安装位置中心时，从高压端到智能设备的光纤传输通道最短。此外，220kv双母线多采用母线PT，该PT采用面向位置原则组网可以节省PT的安装数量，多个间隔可共用网络设备。

（3）单一总线原则。

方案③是一种全站范围内单一总线网络方案，所有IED都与该总线网络连接。优点是交换机使用数量少，成本较低。缺点是网络可靠性差且要求较高的总线速率与网络带宽。适合于网络负荷较轻和实时性要求低的中、低压变电站系统。

（4）面向功能原则。

方案④中的总线网络是按照保护区域范围来设置的，其突出优点是总线段之间的数据交换量最小。

1.2站控层网络的基本组网结构

采用IEC61850-5中的D3型配电变电站，电气主接线如图1-3所示，其中共有32个间隔：其中L1、L2为进线间隔，T1、T2为主变间隔，Fl-F22为馈线间隔，S2为母联间隔，间隔Sl、S3为母线分段间隔，此外还有三个电压等级的三个母线间隔。采用面向间隔组网原则对D3型变电站过程层与间隔层的IED进行组网，每个间隔根据包含的智能电子设备组成一个独立的子网，每个子网有其自身的总线段，同时还装设1个独立的全站范围的总线以连接各间隔的总线段。

2基于全站唯一网络的数字化变电站通信网络拓扑的选择

双星形结构的不足：站控层设备能直接获得合并单元和智能断路器的过程层数据，存在安全性隐患问题，核心交换机的负担很重，这些对交换机的性能和网络管理提出了很高的要求。因此，全站唯一双星形通信网络结构适用于中低压变电站，且变电站规模不大。

全站唯一单环光纤以太网采用单模光纤将各间隔交换机两端级联起来构成环形拓扑，各交换机需具备和启动生成树协议，通过交换机的生成树协议选择一条有效的主路径与其他IED通信。

全站统一结构双星形比单环网可靠性好，单环网适用于较小规模变电站。可采用网络冗余协议构造双环网以提高可靠性，在双环网交换机之间建立环间链接。

3结论

在基于IEC61850的数字化变电站中，通信网络是站内各种智能设备联系的纽带，成为SAS的核心。提出并分析了程层网络结构的四种基本组网方案的优缺点，以采用IEC61850-5中的D3型配电变电站为例研究了站控层网络的基本组网结构，分析了基于全站唯一网络的数字化变电站各种通信网络拓扑。

参考文献

［1］窦晓波．基于IEC61850的新型数字化变电站通信网络的研究与实践［D］.南京：东南大学，2006．