浅析智能变电站过程层组网模式

浅析智能变电站过程层组网模式摘要：智能变电站是智能电网建设的重要环节，过程层网络则是智能变电站的重要基础，直接关系到全站数据采集和开关控制的可靠性和实时性。本文通过浅析智能变电站中过程层组网模式中直采直跳、网采网跳、直采网跳的模式，对继电保护直采直跳方案、网跳网跳和直采网跳三种方案的优点缺点对比，对延时、可靠性、经济性等方面进行分析。通过比较建议智能变电站继电保护采用直跳与网跳两种方案相结合的模式即可保证网络跳闸的可靠性，也可验证网络跳闸的可行性，推动智能变电站技术的发展。

关键词：智能变电站；组网模式；；直采直跳；网采网跳；直采网跳

1、智能变电站过程层的组网模式

所谓智能变电站，就是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、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、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。过程层网络，是一种用来连接间隔层设备与过程层设备的中枢网络。过程层网在智能变电站系统中，有十分重要的作用。在过程层网络上传输的数据，主要包括传输采样值、面向对象的变电站通用事件等等。其模式是总线型、环形和星形这三种。首先，总线形的网络连线方式相比较来说十分简单，以便于日后的施工。但是其缺点是传输时间和网络延时比较长，由于是总线型的连接方式，所以总线中的任何线路出现连接故障，都会影响整个总线的信息传输使用。其次是环形结构，这种结构的成本投资高，但是其硬件传输的可靠性强。最后是星形连接方式，主要是将各子交换机之间都直接接入到主干网的交换机中，以便于减少交换机流量，提高了网络可靠性。综上所述，星形网是过程层网络模式中的最佳选择。

2、组网方式

GOOSE：主要包括开关/刀闸位置，控制开关位置，异常/告警信号，闭锁信号等。GOOSE链路相当于传统站中的直流控制和信号电缆，传输的是控制指令和信号。

SV：包括互感器二次侧的电压、电流瞬时值。SV链路相当于传统站中的二次交流电缆，传输的是电压、电流的采样瞬时值。

过程层网络的组网方式主要有三种种:一种是SV按间隔独立接入,GOOSE统一组网的“直采网跳”方式；另一种则是SV与GOOSE分别组网传输的“网采网跳”方式，还有一种是SV和GOOSE分别独立按照间隔直连的“直采直跳”。

2.1、直采直跳模式：对于单间隔要直接跳闸，保护装置和智能终端采用点对点的光纤，对于跨间隔的保护功能，跳闸命令要通过GOOSE光纤网络。直接采样是指智能电子设备(IED)间不经过以太网交换机而以点对点连接方式直接进行采样值传输，直接跳闸是指IED间不经过以太网交换机而以点对点连接方式直接进行跳合闸信号的传输。

2.2、网采网跳模式：通过配置交换机,同时将SV、GOOSE、IEEE1588独立组网或者共网组建，网络冗余配置。保护装置通过交换机网络，从合并单元获取采样信号，并通过交换机获取下发控制信号到智能终端。基于双套保护配置网络，独立配置了两套网络基础，在两套网络之间宜配置流量交换机，以作为两套保护之间相互传递信息用途。

2.3、直采网跳模式：SV采用点对点模式、GOOSE采用组网模式。IED通过光纤直连与MU之间交互采样信息，在通过交换机单独组建GOOSE网络进行开入及跳闸信号传递。

3、过程层网架结构优缺点

根据网络传输的内容，过程层和间隔层的网络可以分为SV网、GOOSE网、SV和GOOSE共网。这对比三种网架结构的优缺点如下表：

4、三种组网方式特点及优缺点

4.1直采直跳模式

4.1.1直采直跳方案的特点：保护装置以点对点通信模式和MU通信，获取交流采样数据；保护跳闸、保护开入量通过保护装置和智能终端点对点通讯模式实现，用于测控的信号、告警、位置等信息，通过GOOSE网络实现共享。

4.1.2直采直跳方案的优点：装置之间直接采用光纤连接，连接更可靠；交流采样传输延时固定，交流采样同步实现较容易；点对点模式应用工程较多，工程应用经验较丰富。

4.1.3直采直跳方案的缺点：光纤回路复杂且数据共享差，对于母线保护等跨间隔保护，更带来通讯环节多，装置发热量大等问题，严重影响保护的安全稳定运行；装置光纤接口较多，光纤连线复杂，维护不方便，经济型较差。

4.2网采网跳模式

4.2.1网采网跳方案的特点：保护装置以组网模式和MU通信，获取交流采样数据；保护跳闸、保护开入量、信号、告警、位置等信息通过GOOSE网络实现共享。

4.2.2网采网跳方案的优点：系统可扩展性好，符合二次网络设备的方向；与直采直跳相比，节省大量光纤连接和光纤接口，成本降低。

4.2.3网采网跳方案的缺点：交流采样同步依赖于外部时钟，且交换机网络传输延时不固定，对网络采样的同步及实时性影响较大；GOOSE传输依赖于GOOSE网，GOOSE网传输延时不固定，对跳闸出口时间有一定影响；目前光纤接口交换机成本较高，且交换机需留一定备用口，总体成本需综合考虑。

4.3直采网跳模式

4.2.1直采网跳方案的特点：保护装置以点对点通信模式和MU通信，获取交流采样数据；保护跳闸、保护开入量、信号、告警、位置等信息通过GOOSE网络实现共享。

4.2.2直采网跳方案的优点：与直采直跳相比，节省大量光纤连接和光纤接口，成本降低；与网采网跳相比，保证了交流采样的可靠性，且采样同步易实现。

结束语

综上所述，智能变电站要求全站信息数字化，通信平台网络化，信息平台共享化，相比目前智能站普遍采用的直采直跳方式，二次回路网络化是必然的趋势，将实现网络信息的共享，并且大大简化光纤接线，提高调试效率，节约建设成本。但要实现继电保护的网采网跳，还需在数据传输、网采同步的可靠性方面进行深入的研究，在交换机数据交互时的延时判别处理上需要更进一步。智能变电站的过程层网络化解决方案从过程层网络拓扑结构及配置优化提高过程层数据传输的可靠性；通过共网方案提高方案整体的经济性；通过不依赖于外部同步时钟信号的新型同步方案解决智能站网络采样同步可靠性问题；根据不同间隔层设备数据流的特点设计集成方案，最终实现高可靠的全站过程层网络化解决方案。

参考文献