智能变电站过程层应用技术探析

【摘要】智能变电站是我国社会经济发展中的重要内容，不同于常规变电站，具有一项重要的内容就是过程层。但是，在设计过程层时，存在一定的问题。本文对智能变电站过程层的概念、组成和基本要求进行阐述，分析过程层组网方案的优缺点，同时对智能变电站过程层的设计方案进行测试，提出有效的应用技术，提高了通信网络的可用度，具有重要的作用。

【关键词】智能变电站；过程层；应用技术

智能变电站自动化系统主要由三个不同的结构组成，分别是站控层、间隔层和过程层。相对于常规变电站来说，智能变电站具有的一项最大的区别就是过程层。但是，智能变电站过程层的实现具有较大的难度。相对于传统的变电站，智能变电站设置过程层可以有效解决设备容易受到干扰、信息资源不能实现共享、高低压不能实现有效隔离等问题。

1 简述智能变电站的过程层

1.1 过程层的定义

智能变电站自动化系统三层之间，实现连接的主要方式是应用分层、分布和开放式网络系统。其中，智能变电站的过程层是最底层的，属于一次设备和二次设备的结合面，主要的作用是实现对运行设备的状态监测、实时运行电气量的采集和操作控制命令的执行等功能。同时，智能变电站的过程层还能实现基本状态量和模拟量的数字化输入或者输出。详细地说，智能变电站把间隔层的一些功能下放到了过程层。例如，智能变电站开关量的输入和输出、模拟量的A/D转换。相应的信息可以通过过程层网络实现传输，对智能变电站的信息采集方式、实时性和准确度等据具有直接的影响。过程层的信息传输主要是利用光纤通信方式，服务的方式主要分为2类，是GOOSE信息传输和分采样值传输（SMV）。

1.2 过程层的组成

智能变电站中过程层的基本构成包括很多内容。例如，变压器、电流/电压互感器、断路器和隔离开关等一次设备以及与这些一次设备所属的智能组件和独立的智能电子装置等。相对于传统的变电站来说，智能变电站的一次设备和二次设备产生了比较大的变化。例如，一次设备中电子互感器取代了原来的电磁式互感器，智能化开关取代了传统开关设备。智能变电站中的多个智能电子设备之间，可以利用采样值传输机制和GOOSE实现对信息的传递。这些特点有利于对智能变电站中电力系统运行的动态、稳态和暂态数据以及变电站设备的运行状态和图像等数据的集合进行全面的反映，为电力系统运行状态的调整，提供了全面科学的数据。

2 智能变电站过程层应用的基本要求

2.1 GOOSE实时性要求

GOOSE是一种主要面向通用对象的智能变电站事件，以/订阅机制作为基础，可以实现对通用变电站中的数值的相关模型对象和服务等集中数据的快速和可靠交换，以及这些模型对象和服务等的科学映射。在智能变电站的运行过程中，GOOSE服务主要是应用于智能单元、智能一次设备和间隔层保护测控装置之间的信息传输，包括对跳合闸命令、信号的传输。虽然GOOSE报文的数据量比较小，但是具有突发性。在智能变电站过程层中应用GOOSE，主要是为了“保护跳闸”等重要报文，必须在规定的时间内及时传输到目的地。所以，对GOOSE的实时性要求相对于一般的面向非嵌入式系统比较高，规定报文传输的延误时间必须控制在4ms以内。

2.2 合并单元与智能终端的基本要求

合并单元主要来源是物理单元，是二次转换器的电流/电压数据进行时间相关组合和处理之后形成的，主要是针对电子式互感器，为了向保护/测控等二次设备提供一组时间同步的电流和电压采样值，主要功能是可以实现对多个电子式互感器数据的汇集或者合并，以获取电压瞬时值和电力系统电流，并且保证数据的质量实现向继电保护设备的传输。其中，每一个通道数据可以实现对一台或者多台电子式互感器采样值数据的承载。合并单元是过程层采样值传输技术的主要实现者，从物理形式上可以看作是互感器的一个组成件，是一个分立的单元。在智能变电站中，合并单元的重要性类与继电保护装置相当。所以，要求在合并单元地点不应该存在爆炸危险，没有严重的霉菌、剧烈的振动源、无腐蚀性气体和导电尘埃，同时还应该具备对雨雪、风沙和尘埃的防御措施。

智能终端的主要技术要求是，必须应用可以支持GOOSE的方式技能型信息传输，在处理信息的时候，GOOSE的延迟时间应小于1ms。另外，智能终端应该具备可以记录GOOSE命令的功能，对GOOSE的命令时刻和命令来源以及出口动作时刻等进行准确的记录，并且提供有效的查看方法。

2.3 采样值传输技术要求

在智能变电站自动化运行过程中，采样值传输是间隔层和过程层进行通信的一项重要内容。智能变电站的过程层在电子式互感器、测控和保护之间的采样值传输过程中会出现最大的数据流，在传输采样值报文或者是跳闸报文的时候具有较高的实时性要求，即使处于比较极端的情况下也需要保证报文响应时间的可确定性。在实现采样值传输的时候，应该重视一些重要的技术要求。例如，如果采样值的传输过程中，如果传输的流量比较大，并且具有较高的实时性要求，应该在智能变电站中应用者/订阅者的结构。按照一定的标准定义，采样值传输的过程中应用光纤的方式接入过程层网络，间隔层保护、计量和测控等设备没有直接和合并单元相连，而是通过智能变电站的过程层交换机实现对采样值信号的及时获取，可以有效地实现智能变电站中的信息资源共享。同时，通过对过程层交换机本身科学技术、组播技术和虚拟VLAN技术的有效应用，可以避免采样值传输流量对过程层网络造成的影响。在我国，智能变电站应用的一种典型的接入方式，就是点对点方式，采用同步应用主要是通过保护装置来实现。

3 智能变电站过程层组网方案

在智能变电站的运行过程中，过程层是一项重要的组成部分。为了充分发挥智能变电站过程层的重要作用，需要电力企业设计过程层组网方案。在智能变电站过程层的设计过程中，包括三种典型的设计方案，分别是常规互感器方案、电子式互感器直采直跳方案和过程网三合一方案。现以过程层三网合一方案为例，分析智能变电站过程层的应用技术，并且对其应用效果进行测试，才能为过程层的有效应用提供科学的依据。本智能变电站过程层三网合一方案的设计方案主要是以对变压器的保护为例，应用GOOSE信息、IEC61850-9-2采样信息和IEEEI588对时信息共网传输。在智能变电站的运行过程中，过程层和间隔层合并单元遵循IEC61850-9-2标准，与过程层智能终端应用GOOSE通信协议。按照一定的间隔，在过程层网络中配置独立的间隔交换机，各个间隔之间主要是通过主干交换机形成过程层，可以实现信息资源的共享。过程网三网合一方案的系统结构图如下：

针对智能变电站中过程层组网方案，测试其效果，主要是试验GMRP组播协议稳定性、时钟切换试验、同步报文的拷机试验、IEEEI588性能检查、智能终端动作固有延时测量和大背景流量下的网络试验等，组网方式如下图：

通过试验之后，可知在智能变电站过程层中应用三网合一测试方案具有较强的可行性，交换机、合并单元和保护装置可以满足智

能变电站中三网合一的运行要求。在拷机试验中，应用同一厂家的交换机组网，可以实现GMRP组播协议运行的稳定性，对组播列表进行动态刷新。在GMRP组播协议的限制下，系统区内出现故障，可进行保护可靠动作，在区外发生故障时，可靠不动作。因此，三网合一组网方案具有较好的应用效果。

4 总结

综上所述，相对于常规变电站，智能变电站一项重要的区别内容就是过程层，实现起来具有一定的难度。在应用智能变电站过程层技术的时候，应该根据过程层的特点，结合过程层应用的基本要求，采取有效措施保证过程层的有效应用，提高应用水平，促进智能变电站的发展。

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