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摘要：数字化变电站的重要特征是功能分散、数据共享，因此对通信提出了非常严格的要求。IEC 61850由于其面向对象并且包含对过程层设备的模型描述，因此成为最适合数字化变电站使用的标准。IEC 61850标准规定了三层两网的体系结构
关键词：功能分散 数据共享三层两网
中图分类号： C37文献标识码： A
1 、前言
数字化变电站的重要特征是功能分散、数据共享，因此对通信提出了非常严格的要求。IEC 61850由于其面向對象并且包含对过程层设备的模型描述，因此成为最适合数字化变电站使用的标准。IEC 61850标准规定了三层两网的体系结构。三层是指站控层、间隔层、过程层三层设备。两网是指以三层设备为节点的两层网络：站控层网络和过程层网络，都是以IEEE 802.3标准规定的以太网为基础的。
数字化变电站对站控层网络的要求与传统变电站并无本质区别，以下三点需要考虑。
数字化变电站的站控层网络完成MMS数据传输和变电站GOOSE联闭锁等功能，较之IEC 60870-5-103规约年代，通信数据量大幅增加，需要采用100M的以太网。
至于网络拓扑结构究竟采用双星型还是环形，可以参照传统变电站的要求。
采用光纤以太网还是RJ45接口的以太网，建议根据变电站实际情况，不宜作硬性规定。
数字化变电站的过程层网络由于承担着变电站模拟量、开关量的实时传输，因此必须建立起高效、可靠、开放的网络才能满足需求。目前，过程层网络可以考虑以下三种拓扑结构：
2、SV和GOOSE均采用点对点传输方式
该方案用类似于从源端到目的端的传统电缆连接方式来构建光纤通信回路，以保证继电保护、测控装置数据来源的可靠性、独立性、实时性。可靠性是指数据采用点对点形式，没有中间环节，传输可靠；独立性是指不同的二次设备的光纤回路完全独立；实时性是指传输时间固定，不会存在类似交换机排队延迟等现象。
该方案的缺点有以下几个方面：
实现了功能分布，但是不能满足数字化变电站对信息共享的要求；
对二次设备通信能力提出了很高的要求，需要具有多个个光纤以太网口的通信能力；
光纤数量众多，造成现场施工和日后运行维护难度大。
3、SV采用点对点模式，GOOSE采用组网模式
该方案是前几年数字化变电站的主导方案，网络拓扑图如下图所示
该方案可以解决开关量信息共享的问题。采样值仍然是点对点传输，光纤数量问题和对采样同步网的依赖问题仍然存在。
4、SV和GOOSE共网传输的研究
随着近几年数字化变电站的推广，用户和厂家对交换机和以太网通信有了新的了解和认识，提出了更为先进、可靠，并且更符合数字化变电站要求的采样值、GOOSE共网方案。下图给出了220kV电压等级的采样值、GOOSE共网方案框图。
该方案在方案二的基础上，将点对点的采样值传输转移到GOOSE交换机上，采用订阅/发布机制来实现。具有如下优点：
采用IEC 61850-9-2组网模式，体现了IEC 61850功能分布、信息共享的要求，避免了IEC 61850-9-1和IEC 60044-8 FT3点对点协议的光纤数量众多、施工繁琐、维护麻烦的缺点；
采样值、开关量网络使用同一个交换机网络，交换机数量减少、成本下降。同时也减少了故障发生点，提高了整个系统的可靠性；
采样值采用组网方式传输时，就可以很方便地采用IEEE 1588精密对时标准来实现采样同步。数据网和对时网合而为一，不需要额外的采样同步网，提高了整体系统的可靠性；
采样值、采样同步（精密对时）、GOOSE网络物理上合一，减少了交换机数量，降低了成本；
GOOSE双网方案根据保护双重化原则进行，即一套保护对应一个GOOSE网络对应一个开关智能单元，实现了继电保护前、后回路的完全独立，即从互感器线圈一直到开关跳圈都是双重化配置，不存在任何交叉，符合十八项反措要求，提高了可靠性。物理合一、逻辑分开的间隔交换机与间隔保护、测控共同组在一面屏上，接线清晰明了，有利于施工和现场人员维护。
5、新疆八钢南疆钢铁拜城有限公司数字化变电站网络架构分析
总体原则：
站控层、间隔层、过程层采用三层结构两层网络。
站控层网络:
a）站控层网络可传输MMS报文和GOOSE报文；
b）站控层应采用双重化冗余以太网络，拓扑结构宜采用双星型，双网双工方式运行，能实现网络无缝切换。
过程层GOOSE网络:
a）GOOSE报文采用网络方式传输，结构采用双星型网络结构；
b）过程层GOOSE网络独立组网，各电压等级均采用双网结构；
c）继电保护、智能终端采用双重化配置时，每套装置配置单GOOSE口接入对应的一个过程层GOOSE网络；继电保护、智能终端、测控装置单重配置时，装置应配置双GOOSE口，两个GOOSE口应分别接入两个过程层GOOSE网络；
d）35kV及以下电压等级开关柜安装方式，如采用常规互感器或小信号模拟量输出的互感器，GOOSE与MMS可合并组网。如采用数字输出的互感器，GOOSE宜与SV合并组网。
过程层采样值网络:
a）对于220kV电压等级的变电站，采用电子式互感器的新建或改造变电站，采样值报文采用点对点方式传输，传输规约采用DL/T860.92；
b）对于110kV电压等级的变电站，采用电子式互感器的新建或改造变电站，采样值报文采用网络化传输，传输规约采用DL/T860.92SV和GOOSE合并组网。
网络框架示意图（以220kV为例）：
6 、结束语
数字化变电站在“性能可靠、经济实用、维护方便、技术先进”的前提下，选用IEC 61850-9-2和GOOSE共网的方式，并通过动模试验对此方案进行了论证，结果表明，此方案切实可行，可以保证变电站的可靠运行；由于实现了数据的共享，简化了光纤接线；后期其他间隔数字化改造只要改造本间隔置交换机的网络即可，给系统扩展带来了方便。
关键词：功能分散 数据共享三层两网
中图分类号： C37文献标识码： A
1 、前言
数字化变电站的重要特征是功能分散、数据共享，因此对通信提出了非常严格的要求。IEC 61850由于其面向對象并且包含对过程层设备的模型描述，因此成为最适合数字化变电站使用的标准。IEC 61850标准规定了三层两网的体系结构。三层是指站控层、间隔层、过程层三层设备。两网是指以三层设备为节点的两层网络：站控层网络和过程层网络，都是以IEEE 802.3标准规定的以太网为基础的。
数字化变电站对站控层网络的要求与传统变电站并无本质区别，以下三点需要考虑。
数字化变电站的站控层网络完成MMS数据传输和变电站GOOSE联闭锁等功能，较之IEC 60870-5-103规约年代，通信数据量大幅增加，需要采用100M的以太网。
至于网络拓扑结构究竟采用双星型还是环形，可以参照传统变电站的要求。
采用光纤以太网还是RJ45接口的以太网，建议根据变电站实际情况，不宜作硬性规定。
数字化变电站的过程层网络由于承担着变电站模拟量、开关量的实时传输，因此必须建立起高效、可靠、开放的网络才能满足需求。目前，过程层网络可以考虑以下三种拓扑结构：
2、SV和GOOSE均采用点对点传输方式
该方案用类似于从源端到目的端的传统电缆连接方式来构建光纤通信回路，以保证继电保护、测控装置数据来源的可靠性、独立性、实时性。可靠性是指数据采用点对点形式，没有中间环节，传输可靠；独立性是指不同的二次设备的光纤回路完全独立；实时性是指传输时间固定，不会存在类似交换机排队延迟等现象。
该方案的缺点有以下几个方面：
实现了功能分布，但是不能满足数字化变电站对信息共享的要求；
对二次设备通信能力提出了很高的要求，需要具有多个个光纤以太网口的通信能力；
光纤数量众多，造成现场施工和日后运行维护难度大。
3、SV采用点对点模式，GOOSE采用组网模式
该方案是前几年数字化变电站的主导方案，网络拓扑图如下图所示
该方案可以解决开关量信息共享的问题。采样值仍然是点对点传输，光纤数量问题和对采样同步网的依赖问题仍然存在。
4、SV和GOOSE共网传输的研究
随着近几年数字化变电站的推广，用户和厂家对交换机和以太网通信有了新的了解和认识，提出了更为先进、可靠，并且更符合数字化变电站要求的采样值、GOOSE共网方案。下图给出了220kV电压等级的采样值、GOOSE共网方案框图。
该方案在方案二的基础上，将点对点的采样值传输转移到GOOSE交换机上，采用订阅/发布机制来实现。具有如下优点：
采用IEC 61850-9-2组网模式，体现了IEC 61850功能分布、信息共享的要求，避免了IEC 61850-9-1和IEC 60044-8 FT3点对点协议的光纤数量众多、施工繁琐、维护麻烦的缺点；
采样值、开关量网络使用同一个交换机网络，交换机数量减少、成本下降。同时也减少了故障发生点，提高了整个系统的可靠性；
采样值采用组网方式传输时，就可以很方便地采用IEEE 1588精密对时标准来实现采样同步。数据网和对时网合而为一，不需要额外的采样同步网，提高了整体系统的可靠性；
采样值、采样同步（精密对时）、GOOSE网络物理上合一，减少了交换机数量，降低了成本；
GOOSE双网方案根据保护双重化原则进行，即一套保护对应一个GOOSE网络对应一个开关智能单元，实现了继电保护前、后回路的完全独立，即从互感器线圈一直到开关跳圈都是双重化配置，不存在任何交叉，符合十八项反措要求，提高了可靠性。物理合一、逻辑分开的间隔交换机与间隔保护、测控共同组在一面屏上，接线清晰明了，有利于施工和现场人员维护。
5、新疆八钢南疆钢铁拜城有限公司数字化变电站网络架构分析
总体原则：
站控层、间隔层、过程层采用三层结构两层网络。
站控层网络:
a）站控层网络可传输MMS报文和GOOSE报文；
b）站控层应采用双重化冗余以太网络，拓扑结构宜采用双星型，双网双工方式运行，能实现网络无缝切换。
过程层GOOSE网络:
a）GOOSE报文采用网络方式传输，结构采用双星型网络结构；
b）过程层GOOSE网络独立组网，各电压等级均采用双网结构；
c）继电保护、智能终端采用双重化配置时，每套装置配置单GOOSE口接入对应的一个过程层GOOSE网络；继电保护、智能终端、测控装置单重配置时，装置应配置双GOOSE口，两个GOOSE口应分别接入两个过程层GOOSE网络；
d）35kV及以下电压等级开关柜安装方式，如采用常规互感器或小信号模拟量输出的互感器，GOOSE与MMS可合并组网。如采用数字输出的互感器，GOOSE宜与SV合并组网。
过程层采样值网络:
a）对于220kV电压等级的变电站，采用电子式互感器的新建或改造变电站，采样值报文采用点对点方式传输，传输规约采用DL/T860.92；
b）对于110kV电压等级的变电站，采用电子式互感器的新建或改造变电站，采样值报文采用网络化传输，传输规约采用DL/T860.92SV和GOOSE合并组网。
网络框架示意图（以220kV为例）：
6 、结束语
数字化变电站在“性能可靠、经济实用、维护方便、技术先进”的前提下，选用IEC 61850-9-2和GOOSE共网的方式，并通过动模试验对此方案进行了论证，结果表明，此方案切实可行，可以保证变电站的可靠运行；由于实现了数据的共享，简化了光纤接线；后期其他间隔数字化改造只要改造本间隔置交换机的网络即可，给系统扩展带来了方便。