吴东宪 马成龙

摘要：变电站作为电力系统中一个重要的环节，是连接发电站与电力用户之间的一个关键所在。目前智能电网技术的发展已经日趋成熟，国内变电站自动化、数字化、智能化也得到了相应的发展，由此产生了智能变电站。文章首先介绍我国智能变电站发展现状，同时对智能变电站架构体系进行分析，并着重阐述智能变电站组网优化方案。

关键词：智能变电站；组网方案；电力系统；发电站；电力用户 文献标识码：A

中图分类号：TM76 文章编号：1009-2374（2016）05-0117-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.059

常规变电站主要指的是变电站具有全站统一的数据模型和通信平台，变电站内一次电气设备和二次电子设备间均实现数字化通信，并在此平台基础上实现智能装置间的相互操作。而智能变电站具有一次设备数字化、智能设备网络化、基础数据完备化、信息交换标准化、运行控制自动化、信息展示可视化、分析决策在线化、保护控制协同化、设备安装就地化等特点。与常规变电站相比，智能变电站能实现很好的低碳环保效果，具有良好的交互性和可靠性等优点。智能变电站的运行使用不但提高了电网体系运行质量与效率，而且对于保证电网运行的安全稳定性具有显著作用。

1 我国智能变电站发展现状

我国智能变电站相对于国外发达国家研究与开发起步较晚，2009年我国的智能电网建设开始试点规划，到2010年底我国就已建成110～750千伏智能变电站18座，在建56座，同时在23个城市核心区建设智能配电网。2011年我国智能电网建设在全国范围内全面起步，计划在“十二五”期间建成智能变电站5000座。到2015年为止，我国的智能电网建设已经初见成效，国家电网将能够支撑9000万千瓦风电和800万千瓦太阳能发电的接入和消纳。同时对于大家关心的智能电网的安全性问题，国家电网建立了系统的特高压与智能电网技术标准体系，发布企业级标准267项、行业标准39项、国家标准20项、国际标准7项。

另外，在目前技术设备信息化和智能化的大背景下，现在智能变电站的研究应以智能化互感器设备、智能断路器和具备过程层通信接口的二次设备等智能化电力一次设备为主要研发对象，同时攻克数字化建站中的技术难题。其中智能化互感器设备已完成多种样机的研制，并投入运行使用；智能断路器等其他一次设备在实现了自动监控GIS装置内部电器元件及操作机构部分的状态以及有效采集与分析处理GIS装置内部多种状态参数等方面作用突出；具备过程层通信接口的二次设备已基本完成研发，并投入实际应用中；国内已有多个智能变电站投入运行。

2 智能变电站架构体系

智能变电站较常规变电站选用了非常规互感器，其网络通信系统以交换式以太网和光纤组成，并采用了基于微电子技术的IED设备功能、信息的冗余等，这使得智能变电站实现了小型化、紧凑化的设计与布置。

对于智能变电站基本结构来说，其主要由过程层、间隔层和变电站层三部分组成。其中智能变电站的过程层主要具有运行设备状态检测、实时运行电气量检测和操作控制命令执行等功能；智能变电站的间隔层的主要功能则表现为：实施对一次设备的保护控制功能、汇总本间隔过程层实时数据信息、执行数据的承上启下通信传输功能、实施本间隔操作的闭锁功能以及对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别控制等；智能变电站的变电站层以接收或传输实时数据信息为主要任务，并且具有站内当地监控与人机联系功能、在线可编程的全站操作闭锁控制功能以及对前面两层进行在线修改参数、在线组态、在线维护等功能。

智能变电站组网方案以过程总线的组网方案与变电站总线的组网方案为主，具体为：

第一，对于过程总线组网方案来说，其根据数据流要求、可靠性要求以及现场情况等，分为面向间隔原则、单一总线原则、面向位置原则以及面向功能原则。其中面向间隔原则主要是指总线段各个间隔具有自身的分总线段，并且具有一定独立性，该组网方案具有简便性、可操作性以及易于维护等优点，但成本费用较高；单一总线原则电网内所有设备都连接在全站单一的通信总线中，该组网方案具有使用交换机数量少、成本费用低等优点，但是其运行需要较高的总线速率，且运行可靠性较差；面向位置原则主要是指每个间隔总线段覆盖了多个间隔，若IED装置位于各个传感器中心时，高压端下来的光线距离最短，实现了母线电压互感器互用，节约了成本费用；面向功能原则指的是按照保护区域对总线段进行设置。

第二，对于变电站总线的组网方案来说，其主要包括合并的变电站总线和过程总线、独立的变电站总线两种。其中采用合并的变电站总线和过程总线组网方案时，受到非控制性数据与控制性数据、非实时数据与实时数据共用同一网络的影响，会产生一定的网络争用和安全性隐患。为解决此问题，通常选用虚拟局域网技术或者利用交换技术以太网的优先级排队特性等。此外，随着科学技术的快速发展，在工业自动化过程控制领域中，选用嵌入式以太网作为分组交换局域网，该组网方案局域网络结构简单、网络速度快、网络设备标准统一、带宽较宽等优点。

3 智能变电站组网优化方案

3.1 智能变电站网络结构现状分析

笔者选用某智能变电站中智能化风电场升压站为研究对象，分析了智能化变电站站网络结构的现状。

智能化风电场升压站主要采用“三层两网”机构，三层主要指的是过程层、间隔层和站控层，而两网则指的是过程层网络、站控层网络。其中，过程层主要面向设备/间隔单元配置，以采集各种实时信息和执行控制命令为主要任务；间隔层设备可以就地下放或集中组屏，其主要具有检测、测量、计量、控制、保护等功能；站控层主要由当地监控、高级应用、远动通讯组成，具有站域控制功能；过程层网络包括GOOSE网络与SV采样值网络，分别具有实现开关量的上传及分合闸控制量的下行与实现电流、电压交流量的上传功能；变电站站控层网络主要以GOOSE网络和MMS为主，拥有汇集全站信息的功能。而现行的升压站网络组网方案包括站控层组网方案和过程层组网方案两部分。

3.2 智能变电站网络结构优化

网络结构优化和网络流量优化是智能变电站网络结构优化的两个主要方面，具体为：

3.2.1 网络结构优化方案。在结合国家电网出台的《智能变电站技术导则》基础上，制定的智能变电站网络结构优化设计方案为采样值信息（GOOSE）+（SV）共网传输方案。该组网方案既可以实现对网络高时性的充分发挥，又可以确保智能变电站运行的安全性、高效性和可靠性。

但是，（GOOSE）+（SV）共网传输方案，由于采样值数据流量较大，因此交换机之间的级联端口可采用千兆连接。同时，其可能产生一定程度的信息干扰，应采取网络流量优化等措施保证（GOOSE）+（SV）共网传输方案的顺利实施。

3.2.2 网络流量优化。常规网络流量优化方案较多，例如流量工程（MPLS）、服务质量（QOS）以及虚拟局域网（VLAN）等。一方面，通过虚拟局域网（VLAN）进行流量优化；另一方面，通过端口速率限制防止SV业务挤占关键业务的带宽。同时，对于业务的数据通信，通过业务模式减小网络通信量，如采用GVRP动态组播一协议来降低网络中的数据流量。此外，针对关键业务通信，通过优先级划分保证关键数据优先传送，如实施QOS机制，将关键业务设置为高优先级，交换机将优先处理高优先级的数据包，减少帧排队延时，加快数据的

转发。

4 展望

未来国家将会建设统一规划、统一标准、统一建设的以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展，具有信息化、互动化、自动化特征的智能电网系统，同时力求智能电网应用技术和管理技术都达到国际先进水平。第一，逐步实现电网系统中电气设备的数据网络化和集成化发展，促进电气设备数量的减少与电气设备成本费用和后期维护保养费用的降低；第二，逐步推行电网标准方案，建立健全世界范围内配置平台，促进电网系统开发摊销成本的降低；第三，不断加强智能变电站总体成本资产分析与控制，实现智能电网系统的智能化监测与维护，实现电气设备使用寿命最大化。总而言之，智能变电站的运行使用不但提高了电网体系运行质量与效率，而且对于保证电网运行安全稳定性具有显著作用。随着我国社会经济的快速发展，对国家电网运行的安全性、稳定性提出了更高要求，因此加快智能变电站研究与开发具有重要的现实意义和指导作用。

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作者简介：吴东宪（1986-），男，长春工业大学在职研究生，国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司助理工程师，研究方向：继电保护；马成龙（1985-），男，长春工业大学在职研究生，国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司助理工程师，研究方向：继电保护。

（责任编辑：秦逊玉）