智能變電站數據通信網絡的設計論文
引言
隨著我國社會和經濟水平的不斷提高，在供電質量方面的要求也越來越高。在資源大量消耗的現狀下，如何通過可再生資源，更好的為社會提供穩定、安全、可靠的電力，是目前我國電力行業的核心目標。隨著我國的電力行業的不斷發展，同時也面臨著大量的機遇和挑戰。大容量的發電廠往往和負荷中心的距離較遠，需要進行遠距離的高壓輸送，提高了出現故障的幾率，從而導致大規模停電的產生。全球發生的多例大規模停電事件也讓人們開始關注電力系統的穩定性。在現代科學技術的發展下，通信技術、計算機技術等逐漸也開始應用在電力系統中，提出了智能電網理念，可以有效保證電力輸送的穩定性和安全性，更好的為社會服務。
一、智能變電站結構
1.1智能變電站和智能電網
智能變電站和智能電網之間有著密不可分的聯系，可以說智能電網中包括了智能變電站。智能變電站的設計是建立在智能電網的基礎之上的，智能變電站的存在保證了智能電網的數字化、智能化、互動化等多項特點，是實現智能電網的重要保證，主要體現在以下幾個方面：
第一，支撐智能電網。智能變電站有著統一的標準和信息模型，可以保證智能電子設備的互動性，為智能電網的信息化奠定基礎。智能變電站要建立在數字化的前提下，有著性能優良、抗干擾能力強的特點，并具備自我檢測和診斷的能力。通過以太網交換技術，能夠確保智能電網的精確度，使數據能準確、快速的傳輸，為智能電網提供數據基礎。通過穩定智能變電站中的電子設備完成動態數據、穩態數據和暫態數據的采集與處理工作，提高智能電網的數據處理能力。
第二，加強全網聯接。變電站是智能電網能量傳遞的重要樞紐，因此智能變電站的存在能保證電網中各個節點的有效連接。當智能電網中發生事故時，可以進行有效的控制，并提高電網的事故預防能力，保證電網的穩定性[1]。
第三，高電壓等級的智能變電站能夠滿足智能電網中對高壓輸電網架的要求。根據我國的實際情況，智能電網中的主要輸電網架都是高壓線路，必須要通過高電壓等級的智能變電站進行調節，能夠解決高電壓線路中大容量點電能傳輸所存在的問題，保證我國高壓輸電網架的穩定，促進我國電力建設的完善。第四，通過中低壓智能變電站，可以同時支持風能發電、太陽能發電等清潔分布式電源的接入，為智能電網提供了中間歇性電源“即插即用”的功能。第五，為智能電網的實時監督提供了保障。在智能變電站中，通過大量先進電子設備的應用，可以獲取到電網中的運行數據，對設備的維護檢修提供基礎，提高了系統的實用性。
1.2智能變電站與數字變電站
數字變電站是確保智能變電站實現的基礎，相比之下，數字變電站更注重過程，而智能變電站更注重結果。和數字變電站有所區別，智能變電站強調的是物理集成和邏輯集成。強調了智能設備在智能變電站中的應用，不僅可以負責傳統設備的測量、控制以及監測等各項功能，還可以進行相應的計量和保護等。智能設備是由一次設備和智能組件之間的組合，有著測量數字化、控制網絡化、狀態可視化等特征。而邏輯集成指的是智能變電站注重邏輯集成，通過對系統的虛擬裝置，可以根據實際情況，選擇對智能變電站的區域性或總體性的協調，支持在線決策、協同互動等多種應用。智能變電站和數字變電站的區別可以分為兩個方面：
第一，出發點不同。數字化變電站的目的是滿足變電站的自身需求，通過建立統一的信息通信平臺，在變電站內部實現一次、二次設備的通信，注重的是變電站內部的設備和相互之間的聯系。而智能變電站是建立在整體電網的要求上，建立全網統一的信息通信平臺，更加注重電網中各個智能變電站之間的聯系，以及變電站和控制中心之間的通信，提高電網中的通信水平。另一方面，智能電網中還可以支持風能發電、太陽能發電等多種清潔分布式電源，滿足“即插即用”的要求。
第二，設備集成化程度不同。數字變電站具備一定的設備集成和功能優化，在以太網技術的基礎上，將一次、二次設備之間相融合，符合了智能電子裝置的標準。和數字變電站相比，智能變電站的設備集成化程度更高，智能設備體現的更加全面，促進了一次、二次設備的一體化進程[2]。
二、智能變電站數據通信網絡性能要求
通信網絡是變電站自動化系統內部和其他系統之間進行交流的重要途徑，數據通信網絡是否穩定、高效、實時是判斷系統信息化、自動化的重要標準。在智能變電站中，數據通信網絡是各種設備與系統之間的信息傳輸紐帶，要滿足相應的國際標準和規范，建立統一的通信接口。隨著變電站自動化技術的不斷發展，需要進行傳輸的數據越來越多，對數據通信網絡的要求也在不斷提高。數據通信網絡必須能夠應對目前大量的電量數據、操作數據以及故障數據等。另一方面，目前對數據通信網絡的實時性和穩定性要求非常高，因此在對數據通信網絡進行設計時，要考慮到網絡的冗余性能和無擾恢復能力。從總體來說，對智能變電站通信要求的性能要求可以分為以下四方面：
第一，分層結構。智能變電站的分層結構是由分層架構決定的，數據通信網絡的分層是確保智能變電站分層架構的前提，根據對智能變電站的不同需求，要選擇相對應的網絡通信技術和結構。
第二。實時性。在智能變電站中，需要對大量的實時運行信息和操作控制信息進行處理，這些信息往往都具備一定的實時性，所以在建立數據通信平臺時要注重數據傳輸的實時性。第三，可靠性。電力系統有著連續運行的特點，這就意味著智能變電站的數據通信系統也要一直處在運行狀態，一旦數據通信系統出現運行故障，會對智能變電站的整體運行產生影響，造成巨大的經濟損失，甚至傷及人們的人身安全。因此，數據通信系統的可靠性是在設計時要考慮的重要因素。第四，電磁兼容性。變電站在日常的運營中會受到多方面因素的影響，例如電源、雷擊、跳閘等，使得通信系統常常要在強磁干擾的環境下工作，因此對網絡的電磁兼容性有著一定的要求，要避免強磁干擾而產生的通信障礙。
三、智能變電站數據通信結構體系
3.1智能變電站結構設計
根據我國電網公司對智能電網出臺的相關規定，在建立智能變電站時，要包括過程層、間隔層和站控層。在過程中包括變壓器、斷路器、隔離開關等一次設備；在間隔層中包括繼電保護裝置、系統測控裝置等二次設備以及一些控制器和傳感器通信系統；站控層中包括各種自動化監視控制系統，對通信系統中的實時情況進行監督，對智能變電站中的設備進行全方位的監視、控制以及信息交互，保證變電站數據采集、監視控制、電能量采集等多項工作的正常進行。和數字化變電站相比，智能化變電站的設備集成化程度更高，更好的實現了智能設備的作用，將一次、二次設備一體化，提高了變電站的工作效率。除了過程層中的測量和控制功能不變之外，智能化變電站通過集成將間隔層中的保護、控制與監視融合到過程層中。這樣一來，這些智能設備除了能夠進行測量和控制之外，還具備保護、監視的功能；另一方面，智能設備通過標準化接口接入電網的.高速網絡后，能夠更好的實現智能設備和變電站之間的信息交流。在此基礎上，可以對智能變電站中的數據通信網絡進行結構設計[3]。
3.2智能變電站總線設計
在傳統的數字變電站中，總線設計分為站級總線和過程總線兩種方式。站級總線指的是變電站層和變電站層之間的通信方式，通過站級總線，各個變電站之間能夠進行數據通信，并可以和上級運行中心以及調度控制中心相聯，傳輸相應的數據信息。過程總線指的是在過程層和間隔層之間的通信。通過過程總線，這兩者之間可以進行數據通信，具有一定的穩定性和實時性。如非常規互感器采樣值的傳輸、保護裝置控制命令的傳輸等。根據站級總線和過程總線的特點，數字變電站中有兩種組網模式：獨立過程總線模式、站級總線與過程總線結合模式。獨立過程總線模式中，間隔層的智能電子設備要通過兩套以太網接口，分別接入站級總線和過程總線。在這種模式下間隔層和過程層的數據難以進行共享；站級總線與過程總線組合模式下，變電站中的一切智能設備同時接入同一個物理網絡。無論是變電站層之間的裝置還是智能電子裝置之間，都能實現共性和交互，但是由于網站中存在大量的數據信息，因此很容易引發網絡資源競爭問題。和數字變電站相比，智能變電站中只有站級總線一種總線模式。在智能變電站中，逐漸開始淡化過程總線的概念，間隔層和過程層之間的數據信息傳輸通過變電站中的智能設備進行。設備以及系統之間的數據通信通過以太網技術實現，保證了數據通信傳輸的穩定性和可靠性。
3.3安全結構設計
智能變電站中的數據通信是建立在以太網技術上的，有效降低了變電站的成本。但是在智能變電站中，面臨著各種網絡安全威脅。其中既有變電站內部的威脅，也有來自變電站外部的威脅，其中主要包括非法使用、截獲信息、篡改數據信息、惡意程序、權限管理不當等。智能變電站是以TCP/IP協議為基礎的以太網技術建設的，通過加密技術、數字簽名技術、容錯技術等多種方式對安全結構進行完善[4]。
四、結語
隨和我國社會經濟的不斷發展，對電力系統的要求越來越高，智能變電站開始興起，智能變電站中數據通信網絡系統有著重要的作用，負責變電站中各類數據的傳輸。在智能變電站中逐漸將智能設備一體化，提高了智能變電站的工作效率，促進了我國電力行業的發展。
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