关于当前智能变电站网络结构的优化探讨

【摘 要】电力是国家经济发展的基础，变电站作为连接电厂与用户的纽带，维持着国家电网的高效安全运行。智能变电站是智能电网运营的支柱，充当着电网运行数据采集和执行单元的角色，而智能变电站网络结构处于关键位置，对其进行优化对于智能电网的发展作用巨大。本文首先分析了智能变电站的网络结构形式，然后阐述了智能变电站的网络结构特点，最后提出了智能变电站网络结构优化的具体措施。

【关键词】智能变电站；网络结构；流量优化

随着智能电网理念的提出，智能变电站的发展势头越来越强劲。目前，我国正着手进行智能变电站的建设工作，为今后智能电网建设打下坚实基础。智能变电站的基础构架为数字化变电站结构，建立起信息采集、传输和处理平台，实现变电站设备检修、调整运行模式、决策分析等功能，保障变电站正常运行。而优化智能变电站网络结构，对于其今后发展以及电网建设都有着重要的现实意义。

1 智能变电站网络结构形式分析

智能变电站的网络结构十分简单，主要分为一次设备和二次设备双层。智能变电站着重强调对一次设备自动控制以及二次设备系统组织，同时采用高效快捷的网络通信方式建立起二者之间的交流通道，使得两者的联系更加紧密。按照层次结构顺序，智能变电站的组成设备依次为一次设备（互感器和断路器等）、过程层设备（户外柜组件、过程层交换机等）、隔离层设备（保护、测控装置）和站控层设备（以太网MMS、监控系统和远程控制装置等）。

双层结构的实现需要依靠精确的网络控制技术和数据处理手段，目前情况下无法应用于实际。因此，大多数智能变电站仍采用三层结构形式，其中站控层网络总线主要用于处理本身与间隔层之间控制设施通讯，而过程层网络总线则用于处理自身与间隔层之间设备的正常通信。智能变电站三层结构的主要功能如下：

过程层：属一次设备与二次设备间的结合处、电气设备智能化部分，其动态特性好，具有极强的抗干扰能力，绝缘且不易饱和。主要用于实时采集一次设备的电气量、基本状态及监测设备数据信息并传输；贯彻落实站控层与间隔层之间的操作任务；运用同步时间计量功能统一变电站全站时间。

间隔层：间隔层设备包括继电保护、系统测控等二级装置。具体功能为汇总该间隔层实时数据，保护并控制一次设备，优先级发出数据采集、运算及控制指令，以及实现承上启下的通信传输功能。

站控层：站控层设备主要由监视测控系统、通信交流系统、电站区域控制系统和时间校对系统等组成，主要用于监测、控制和调节智能变电站整体状态以及传递通信等功能，实现数据的采集、监测（SCADA），并且传输到上级电网中心，统一分析处理并记录；同时，站控层还承担着传达电网中心指令至过程和间隔层的功能。

2 智能变电站网络结构特点分析

根据上一章节对智能变电站网络结构的分析可以看出，其网络结构为变电站常用的“三层两网”式结构。站控层、间隔层和过程层三者结构层次十分清晰明了，其中过程层和站控层均采用单独式分布网络，通过铺设高流量以太网，过程层网络采用两种网络形式对上、下行数据进行处理，SV采样值网络用于实现上传电网流压等实时状态数据，GOOSE网络完成向下传输电网闸门开闭限定数据的工作。站控层网络通信方式为MMS网络或者GOOSE网络，用以完成变电站整体设备状态信息的汇总和处理。

智能变电站站控层的网络结构以双星网络拓扑结构为主，双网双工方式为其主要网络运行模式。双星网络拓扑结构和双网双工方式二者的结合，可实现网络之间的完美性过度，有效提升运营效率。站控层网络之中MMS网络、GOOSE网络、SNTP网络三者合为一体，在数据传输过程中对于站控层维护职能的实现影响不大。智能变电站过程层网络结构为GOOSE结构，采取100M星型以太网，采用单一网络方式来进行220KV等级电压的配置工作，达到双重化保护装置设备的作用。实现双重化保护后，过程层网络保持相对独立状态，与站控层网络相对断开，不存在直接连接模式。

上述网络组织结构的应用可以更好地实现GOOSE和SV以太网口独立传输的功能，明确落实信息传输过程中交换机组承担的工作和任务，有效规避数据间干扰问题。然而，过程层GOOSE网络数据采集和处理工作繁杂，加之网络本身流量承载能力不足，容易超负荷运行，极大程度地影响到过程层的数据传输效率，同时过程层网络接口相对独立，不利于网络结构的维护和正常运行。因此，应对智能变电站网络结构进行优化。

3 智能变电站网络结构的优化

本章节的网络结构优化主要针对当前智能变电站中广泛使用的“三层两网”主流网络结构，具体优化措施如下：

3.1 网络结构优化

鉴于上述对智能变电站网络结构形式及其特点的分析，为了实现网络实时性和高效性的提升，充分利用硬件优势实行网络结构优化。首先，对智能变电站GOOSE网络结构和SV采样值网络结构依次运行方式进行改进，优化其结构，使变电站整体采取GOOSE+SV网络并行模式，使得两者的信息传递过程同时进行，互无干扰，极大提升信息传输效率。其次，优化各交换机间网络端口连接配置，采用更大传输功率端口，使网络结构更加明确，提高层次化程度。具体结构优化概述如下：

层次1网络结构优化后，内容中包含有220KV网络分析、故障录波仪，220KV母线保护和时钟同步服务设备等结构，保证层次1本身结构功能的发挥；层次2结构优化后，内容包括220KV过程层母差交换机，该交换机含有1000M单模光口4个，100M多模光口16个，主要承担过程层中层次结构具体功能的落实任务；层次3结构优化后，内容中包含有一携带多个高流量单模光口的220KV过程层母差交换机，也称作二号交换机，该交换机的主要职能为四个支路数据的传输和接收。通过对各个层次网络结构的优选，从而完成对智能变电站网络结构的优化工作。

3.2 网络流量优化

智能变电站网络流量的优化是在网络结构优化基础上进行的，主要采用虚拟局域网的网络流量方式。网络流量优化中主要采取限制端口传输速度和容量的方式，加上GVRP动态组播协议方式的配合，提高SV关键业务的带宽占用率，同时有效降低网络结构中传输数据总流量的大小和速率，提高网络结构的利用效果。

网络流量优化的方法主要有VLAN虚拟局域网技术、MPLS流量工程技术和QOS服务质量技术等。VLAN技术用于实现业务与业务之间的隔离，而业务进行优先级排序时采取QOS技术实现，从而保障关键性业务进行优先传输。

4 结束语

变电站的智能化发展是智能电网建设的必然趋势，而对智能变电站网络结构的优化则是其快速发展的重要保障，势必成为今后智能变电站研究工作的重点。文章对智能变电站网络结构形式和特点进行了详细分析，针对智能变电站常用网络结构提出了优化方案，希望对今后智能变电站网络结构的优化能起到一定程度的指导作用，促进产业的快速高效发展。

参考文献：

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