【正文】 智能變電站 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) A 組網(wǎng)方案 結(jié)合國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能變電站的技術(shù)導(dǎo)則規(guī)范，考慮南方電網(wǎng)公司對于數(shù)字化變電站的規(guī)劃，當前智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信的結(jié)構(gòu)主要有以下 四 種：（ 1） 采用光纖點對點與 GOOSE網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式 ，其中 ，國網(wǎng)智能變電站中的 保護裝置是“直采直跳”，即點對點采樣 、點對點跳閘， 亦存在“直采網(wǎng)調(diào)”的保護構(gòu)架，集中在南網(wǎng)的數(shù)字化變電站；（ 2） 采用光纖點對點 、采樣值網(wǎng)絡(luò) 與 GOOSE網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式 ， 對于保護裝置是光纖點對點的模式，而就測控、計量、故障濾波則是從采樣值網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)信息； （ 3）采用過 程總線方式， 即采用交流采樣 （ SMV） 和 GOOSE組網(wǎng)的方式 ，其中又分為共網(wǎng)或分網(wǎng)模式 ； （ 4） 采用完全過程總線方式，即交流采樣 9 IEEE 1588 和 GOOSE 統(tǒng)一組網(wǎng) 。 方案 四 與 方案三 實際的運行方式相似 ， 方案三用IEEE1588 進行對時處理，而方案二是用國際流行的 B碼對時 。 現(xiàn)對上述三種方案做簡要闡述及評價 ： 方案一的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)行常規(guī) 變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式是一致的，只是規(guī)約由 IEC60870 改為 IEC 61850，在這一點上 3個方案是一致的 。在方案一中，過程層采用光纖點對點與過程總線相結(jié)合的方式 ，即交流采樣合并單元采用點對點的方式 ， 將交流實時數(shù)據(jù)用光纖傳輸至保護 、 測控 、 計量 、 錄波，這樣采樣數(shù)據(jù)獨立傳輸，跳合閘等開關(guān)量信息采用 GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式 ， 為保證動作的可靠性， GOOSE 網(wǎng)必須保證一定冗余，即按照雙網(wǎng)方式組建，且必須同時工作于主機方式 。 在目前 100 M以太網(wǎng)技術(shù)成熟的條件下，采樣數(shù)據(jù)獨立傳輸雖然有需要敷設(shè)大量光纜的缺點，但其優(yōu)點是 能夠保證數(shù)據(jù)響應(yīng)實時性。 方案二的結(jié)構(gòu)同方案一類似，不同之處則在于 測控 、 計量 、 錄波等二次設(shè)備是通過采樣值網(wǎng)絡(luò)獲取相關(guān)信息 ，該方案可一定程度上減少光纜的鋪設(shè)，并促進數(shù)據(jù) 信息的共享互用。 方案三的特征點在于采樣值和 GOOSE信號均組網(wǎng)傳輸，有利于信息的共享化。在采樣值和 GOOSE 共同組網(wǎng)的情況下， 為了保證GOOSE報文的實時性，可以利用 VLAN技術(shù)將過程層劃分為一些功能子網(wǎng) ， 啟用交換機分級服務(wù)質(zhì)量提供優(yōu)先傳輸機制，保證重要報文優(yōu)先傳輸，減少重要幀的排隊延時 。 方案四的關(guān)鍵特點則是使用了 IEEE1588 網(wǎng)絡(luò)對時技術(shù)，實現(xiàn)SV， GOOSE、 1588 的三網(wǎng)合一，達成了完全意義上的網(wǎng)絡(luò)化共享平臺，但對網(wǎng)絡(luò)交換機的要求相對較高，推廣難度較大。 給出三網(wǎng)合一的實例： 以變壓器保護為例， 采用 IEC6185092 采樣信息、 GOOSE 信息、 IEEE1588 對時信息共網(wǎng)傳輸。間隔層與過程層合并單元遵循 IEC6185092 標準，與過程層智能終端采用 GOOSE 通信協(xié)議。過程層網(wǎng)絡(luò)按間隔配置獨立的間隔交換機，各間隔通過主干網(wǎng)交換機組成過程層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息共享。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖 所示。 本方案的優(yōu)點是實現(xiàn)了 GOOSE、采樣值傳輸、 IEEE1588三網(wǎng)合一，最大程度地實現(xiàn)了信息共享，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，節(jié)省了大量的光纜，便于設(shè)計、維護，是代表未來技術(shù)發(fā)展的一種方案；但由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求比較高，技術(shù) 難度大，且欠缺有效的冗余手段，其可靠性受到一定的質(zhì)疑和擔憂。 三網(wǎng)合一的配置方案 針對間隔層的二次設(shè)備，數(shù)據(jù)通信的模式差別如表 1所示。 保護裝置 測控計量等設(shè)備 備注 SV GOOSE SV GOOSE 方案一 點對點 點對點 點對點 組網(wǎng) 很少用 點對點 組網(wǎng) 點對點 組網(wǎng) 有實例 方案二 點對點 點對點 組網(wǎng) 組網(wǎng) 國網(wǎng)標準 點對點 組網(wǎng) 組網(wǎng) 組網(wǎng) 有實例 方案三 /四 組網(wǎng) 組網(wǎng) 組網(wǎng) 組網(wǎng) 分 SV、 GOOSE是否共網(wǎng)、使用 B碼還是 1588 對時 以下 GOOSE網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建做主 要分析。 關(guān)于 GOOSE的組網(wǎng)方式， 分 3個階段逐漸改進 ，即： （ 1） GOOSE獨立組網(wǎng) 。 基于 GOOSE傳送的信息對實時性以及可靠性的要求 ， GOOSE 網(wǎng)絡(luò)采用獨立組網(wǎng) 。 IED 裝置具備獨立的 GOOSE 通信口 。 獨立組網(wǎng)優(yōu)點在于 ： 避免了與不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)的同網(wǎng)傳輸 ， 保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?， 數(shù)字化變電站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間基于物理隔離 。 某一網(wǎng)絡(luò)故障不會影響到另一網(wǎng)絡(luò)的運行 ， 提高了數(shù)字化變電站的安全性 。 （ 2） GOOSE與站控層共用網(wǎng)絡(luò)方式 。 這種組網(wǎng)方式的前提是支持 協(xié)議交換機的應(yīng)用 。 在正常狀態(tài)還是故障狀態(tài)時 ， 基于 MMS 的站控層報文占用的帶寬遠大于 GOOSE 報文所占帶寬 ， 支持 ， 協(xié)議的交換機保證網(wǎng)絡(luò)上 GOOSE報文的優(yōu)先傳送 。 （ 3） 數(shù)字化變電站內(nèi)共用網(wǎng)絡(luò)方式 。 隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展 ， 采樣報文基于 IEC6185092 標準 ， 過程層網(wǎng)絡(luò)與變電站層網(wǎng)絡(luò)合并是數(shù)字化變電站組網(wǎng)方式發(fā)展的目標 。 這種組網(wǎng)方式的優(yōu)點在于 ： 間隔層智能設(shè)備僅需一個通信口 ， 降低了智能設(shè)備的成本 ， 同時降低了數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本 。 在實際工程應(yīng)用時 ， 應(yīng)根據(jù)電壓等級 、 網(wǎng)絡(luò)負載量 、 網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì) 、 經(jīng)濟性 、 安全性等因素確定 GOOSE 的組網(wǎng)方式 。 B 組網(wǎng)結(jié)構(gòu) GOOSE 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要有裝置單環(huán)網(wǎng) 、 交換機環(huán)形網(wǎng)和星形網(wǎng) ，各有其優(yōu)缺點 ： （ 1）裝置單環(huán)網(wǎng)。 裝置內(nèi)部自帶交換功能 ， 實現(xiàn)一進一出的 2個網(wǎng)絡(luò)口 ， 環(huán)網(wǎng)中所有裝置串聯(lián)的通信方式 。 裝置單環(huán)網(wǎng) 優(yōu)點在于 ：結(jié)構(gòu)簡單，投資費用低。缺點在于： 裝置間的報文傳輸延時隨環(huán)網(wǎng)中裝置數(shù)目的增加而增加 ， 實時性差 ； 環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障時自愈時間 較長； 裝置檢修時對環(huán)網(wǎng)通信的影響很大 ； 對裝置性能要求更高 ， 要求裝置具備交換 功能。 （ 2）交換機環(huán)形網(wǎng)。具體 指連接裝置的交換機之間采用實時環(huán)網(wǎng)的通信方式 ， 如 下 圖 所示。 交換機環(huán)形網(wǎng) 優(yōu)點在于： 網(wǎng)絡(luò)冗余性最好 ， 交換機之間網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時 ， 通過環(huán)網(wǎng)自愈依然可以保證網(wǎng)絡(luò)通信 。缺點則是： 網(wǎng)絡(luò)實時性差 ， 環(huán)網(wǎng)中節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)通信延時要高于星形網(wǎng) ； 網(wǎng)絡(luò)可靠性較差 ， 環(huán)網(wǎng)通信基于快速生成樹協(xié)議 ， 通信故障時可能會引起網(wǎng)絡(luò)風暴問題 ； 設(shè)備兼容性較差 ， 不同廠家交換機的私有快速生成樹協(xié)議實現(xiàn)方式存在差異 ，互聯(lián)時可能會有問題 。 投資成本高于星形網(wǎng) ， 因為交換機需要的網(wǎng)口數(shù)要多于星形網(wǎng) 。 （ 3）星形網(wǎng)。 星形網(wǎng)是指交換機之間采用級聯(lián)方式組網(wǎng) 。如下圖所示。 星形網(wǎng) 優(yōu)點 在于： 網(wǎng)絡(luò)實時性好 ， 網(wǎng)絡(luò)延時最少 ， 不會 產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風暴 。 缺點 則是： 網(wǎng)絡(luò)冗余性較差 ， 星形網(wǎng)交換機之間網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單點故障時 ，網(wǎng)絡(luò)通信將受到較大影響。 注：當前智能變電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)普遍采用雙星形冗余結(jié)構(gòu)，不過對于環(huán)形的結(jié)構(gòu)，具體延遲及網(wǎng)絡(luò)風暴等，亦應(yīng)做具體評估。 220kV及以上電壓等級的繼電保護裝置由于實時性要求較高，為確保保護速動性要求，裝置 MMS 與 GOOSE網(wǎng)口應(yīng)獨立 ； 110kV及以下應(yīng)用場合則可考慮合用網(wǎng)口 。 C 組網(wǎng)通信技術(shù) 在 GOOSE 組網(wǎng)中，應(yīng)用了若干 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) ， 諸如 VLAN 劃分 （ 協(xié)議 ）， 報文優(yōu)先級定義 （ 協(xié)議 ）， 鏈路聚合 （ 協(xié)議 ） 等通信技術(shù) ，這些技術(shù)的應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性、實時性及安全性有著關(guān)鍵的作用。 a VLAN技術(shù) VLAN（ Virtual LAN） 劃分是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ， 在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了 VLAN 頭 ， 通過 VLANID 把用戶劃分為更小的工作組 ， 限制不同工作組間的用戶二層互訪 ， 每個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng) 。 根據(jù) IEC6185071標準，過程層和間隔層采用 IEC6185091/ 2協(xié)議和 GOOSE 協(xié)議通信，間隔層裝置和站 控層采用 IEC6185081（ MMS）通信。 IEC6185091 采用點對點傳送方式 ,只需考慮傳送介質(zhì)的帶寬和接受方 CPU 處理數(shù)據(jù)的能力，而不用擔心數(shù)據(jù)流量對于其他間隔設(shè)備傳輸?shù)挠绊?，因為它并沒有通過網(wǎng)絡(luò)與其他間隔共享網(wǎng)絡(luò)帶寬，所以不需要交換機。 這種方式簡單可靠，但光纖連線繁雜，