智能变电站通信网络论文

摘要：现阶段，伴随我国国民经济的持续提升，人们对供电领域提出了较高要求，智能电网建设面临空前绝后的契机与压力。智能变电站作为智能电网中所有流程诸多信息交互的主要衔接点，在电网顺利运作方面有着决定性的作用。本文将主要围绕智能变电站的特点展开分析，并探究电力自动化智能变电站通讯网络。下面是小编精心推荐的《智能变电站通信网络论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

智能变电站通信网络论文 篇1：

面向智能变电站通信网络可靠性探究

【摘 要】近年来，随着智能变电站建设规模的不断扩大，对其通信网络的可靠性设计也提出了较高的要求，为了实现这一目标，在智能变电站实施建设过程中，相关设计人员就要根据变电站通信网络结构，利用现代传感技术和通信信息技术对其进行全面的优化和完善，以便进一步提高网络的可靠性，进而为保障供电安全打下坚实的基础。本文也会针对这一课题进行着重分析，并提出相应的优化建议，以便有关人士参考借鉴。

【关键词】智能变电站;通信网络;可靠性分析;优化建议

对于智能变电站而言，通信网络的可靠性对其整体供电效率和供电质量等都有着很大的影响。而大多数智能变电站站内通信网络都包括以下三种形式，即星形通信网络结构、双星形通信网络结构合环形通信网络结构，这些通信网络在架构设计过程中，必须严格按照相应的设计标准要求来进行，并采用可靠度及平均无故障运行时（MTBF）的计算公式来对这三种通信网络结构的可靠性进行全面检测分析，这样才能确保其运行的可行性，满足智能变电站高效安全的长期供电需求。

1.变电站通信网络构造设计分析

现今，大部分智能变电站通信网络都是按照三层两网结构模式进行设计，整个通信网络主要包括三大组成部分，即站控层、间隔层和过程层。因此，在对其通信网络进行设计时，就要尽量采取开放的分层分布式设计结构，即以工业以太网结构模式为主要设计标准，但考虑到变电站站控层设备与过程层设备之间一般不需要直接通信，所以按照相应的逻辑理论，相关设计人员就要尽量利用两层以太网来对三层設备进行连接，进而形成拓扑式通信网络结构来实现智能变电站的正常通信功能。

2.智能变电站通信网络拓扑形式与可靠性分析

2.1网络拓扑形式

目前，大部分智能变电站通信网络的组态形式都是以单/双星形或环形网络组态形式为主，两者之间有着较大的区别。其中，单星形通信网络中所有间隔层智能电子设备与站控层智能电子设备及其他设备之间的信息交换都要通过核心交换机才能得以实现。而单环形通信网络中间的间隔层IED设备与站控层和其它层之间的设备之间的信息交换与共享，则依靠快速生成树协议（RSTP）来实现，并且该协议还可以连接备用通道。当假定同一智能变电站内单环网络IEDi与IEDj之间进行信息交换时，需通过m个交换机，而其交换设备网络接口的失效率为λ、单位长度链路失效率为μ、链路总长为L=Lij1+Lij2时，则通信网络可靠度就可按照公式（1）来计算：

而平均无故障工作时间MTBF单环则按照公式（2）进行计算：

单星形网络IED设备之间进行信息交换时，其通过交换设备的台数与其通信网络拓扑结构的层数v有关，即m=2（v-1）+1。基于此，若设IEDi与IEDj之间的链路长度为Lij，则其通信网络的可靠度就可按照公式（3）进行计算：

而平均无故障工作时间MTBF单环则按照公式（4）进行计算：

相对而言，双星形网络的可靠度可以按照公式（5）进行计算：

而平均无故障工作时间MTBF单环则按照公式（6）进行计算：

2.2网络可靠性对比分析

由公式（1）计算结果可以得知，单环路网络的可靠度与其链路长度以及环路中智能设备之间进行信息交换时涉及的交换机台数有关，即链路越长、交换机台数越多、网络可靠度越低;而公式（3）计算结果可以得知，单星形网络的可靠度主要与其链路长度以及网络结构的层数有关，即链路越长、结构层数越多、网络可靠度越低;从公式（4）和（6）计算结果可以得知，双星形网络结构的平均无故障工作时间要高于单星形网络的平均无故障工作时间约2倍左右。因此，建议智能变电站在设计通信网络时，要尽量采用双星形网络拓扑结构形式，这样才能提升其整体通信的可靠性。

3.提升智能变电站通信网络可靠性的相关优化建议分析

首先，要尽量选择性能完备、质量标准工业以太网交换机，确保其供电模式以相互独立的双电源供电模式为主，这样才能进一步提升变电站通信网络的可靠度;其次，要根据智能变电站各IED设备的分布情况来确定工业以太网交换机台数和安装位置，同时，还要按照相应的标准要求对交换机的安全间距、电压等级、信息传输流量以及业务功能等进行科学合理的调整，尽可能确保同一安全间距和同一电压等级的IED设备接入同一网络交换机，这样才能确保链路路径的最优化，使其传输长度达到最短;第三，尽量采用光纤作为变电站IED设备之间的信息传输渠道，并将交换机端口网络设置成静态虚拟局域网（VLAN）模式，并根据智能变电站的实际功能要求对VLAN进行合理划分，以便实现不同业务的隔离，进一步提升通信网络的可靠性，促进整个智能变电站的高效稳定运行;最后，要对以太网设备接口物理故障及网络回路和一些网络病毒等因素所造成的广播风暴进行全面抵制。在实际执行过程中，不仅要采用与STP/RSTP完全兼容的环网冗余协议，还要合理设计各IED设备端口流量。并且要确保交换机具备端口保护功能，这样才能有效规避各类广播风暴的产生，确保变电站通信数据信息的安全交换[2]。

结论分析：

综上所述，通过本文对智能变电站通信网络可靠性的分析和比较，可以得知，环形网络结构的可靠度要优于星形网络结构模式。并且为了进一步提高变电站的应用功能，使其能够达到安全、高效的供电效果，还要选用性能合格的标准工业以太网交换机。另外，还要根据实际需求，合理配置交换机台数和安装位置，并对VLAN进行科学划分，积极运用实时数据优先级技术对各种应用及信息流进行优先级分类和传输。此外，还要采取有效措施应对各种网络广播风暴，这样才能最大化提升智能变电站通信网络可靠性，从而为其建设规模的不断扩大打下坚实的基础。

参考文献：

[1]许健嘉.智能变电站自动化通信网络可靠性研究[J].电子元器件与信息技术，2019，（07）：37-40.

[2]胡毅，李璐.智能变电站自动化通信网络结构研究[J].山东工业技术，2019，（02）：156-158.

（作者单位：江西省邮电建设工程有限公司）

作者：许警

智能变电站通信网络论文 篇2：

电力自动化智能变电站通信网络初探

摘 要：现阶段，伴随我国国民经济的持续提升，人们对供电领域提出了较高要求，智能电网建设面临空前绝后的契机与压力。智能变电站作为智能电网中所有流程诸多信息交互的主要衔接点，在电网顺利运作方面有着决定性的作用。本文将主要围绕智能变电站的特点展开分析，并探究电力自动化智能变电站通讯网络。

关键词：电力自动化 智能变电站 通信网络

现代化通讯技术的逐渐创新，促进了远程掌控体系的建设，此体系能高效监控供电体系常规运作情况。通信技术包括4个方面，分别为无线通讯、光纤通讯、卫星通讯以及电力线通讯。以上通讯技术纷纷有着本身的优点与缺点，所以要针对这两方面展开认真全面的评判，有助于保证电力自动化通讯技术展现自我价值。

1 智能变电站特点

对于智能变电站而言，将其和以往老式变电站做比较，智能化、多样化、现代化属性更为明显。一般此方面拥有4种基础性能：一是优化电压质量、减少振动与谐波产生对互联网形成界面的干扰，充分确保电网可靠性；二是可以高效掌控平台拥有良好集成度，在一般情况下展现的是自动掌控形式；三是通讯系统标准性非常明显且拥有特快的通讯速率，良好的成效与高品质等均是智能变电站的显著特征；四是监测系统具备优质的智能板块和稳定的兼容效果[1]。

2 智能变电站通讯网络现状分析

2.1 中低压连接网络

一般情况下，中低压连接网重点在于电力通讯网络能笼罩的范畴是660kV或110kV之下的广大电力客户。往往在展开中低压连接网络时要注重配电通讯互联网常规运作可以充分顺应中低压电力线的有关载波和无线公网或者配电自动化。还可多采用光纤专网等诸多方面的通讯形式，而且必须要重视用电通讯网络常规运作经常触及到应用用电数据业务，一般远程渠道重点在于应用光纤互联网或是无线专网、公网等各种高效形式，但是当地通讯渠道主要是运用RS-485或较小间距的无线，亦或是电力线通讯等有有关形式。针对我国目前中低压连接往运用情况来看，由于其花费资金较多且笼罩面比较开阔等因素，应用在智能电网建设过程中常常匮乏高效的监管形式，从而大大限制了电力通讯网络的顺利建设。

2.2 智能变电站骨干通讯网络

所谓骨干通讯网络，具体是指电力通讯互联网中，通常由县/省还有跨地区与地区4级通讯网络组成，此方面笼罩范畴一般是660kV或是110kV相应电压。伴随我国现阶段市场经济的不断提高，电网建设进度也随之愈来愈快，我国现阶段电缆运用总距离可高达600000km。在我国城市化建设不断深入以及人们物质生活日益改善的基础上，通讯体系面临着巨大创新压力。目前一级二级三级通讯系统传递率逐渐上涨，大部分区域现已纷纷着手使用波分复用技术，此技术会随着科学技术的进步而普遍运用[2]。

2.3 数据互换延时剖析

一般情况下，干扰延时的因素多众多样，导致通讯互联网存在十分明显的差别性，在输送通讯数据包的互联网终端便已存在，收取终端所接纳的有关数据信息是理应终止的时间。通常报文延迟准则是非常繁杂的，所以最重要的在于确定信息延迟核心部分。此方面的组成部分合理解析是，排队产生等待延迟、转发产生时延、算法产生时延、线路产生时延。

3 电力自动化智能变电站通讯网络探究

3.1 鉴于因特网虚拟专用互联网

目前，因特网（Internet）VPN技术身为电力体系远距离监控，高效供应了良好的较少成本飞速通讯中心网。一般此处置方案要能供应：服务品质、稳定性、安全性、强大性、设计性以及基础属性。因此因特网VPN技术一定要积极供应能跨越已存同享Internet中心区域诸多安全信息传递，能高效保证机敏信息的维护，推动其展现为跨越同享互联网有关的机要。

3.2 无线通讯

一般在电力体系的后端衔接能使用的通讯技术往往是卫星通讯技术或者光纤通讯、无线通讯以及电力线通讯。目前广泛应用在电力体系自动化无线通讯技术方面，无线通讯技术推动相关远程监控变电站拥有较多的隐藏优点。然而无线通讯针对电磁影响方面是非常机敏的，通常对带宽容量亦或是通讯设施装备间最远间距有着较大的限制性。

3.3 电力自动化无线传感器互联网

3.3.1 解读无线自动仪表

此体系能为电力领域制造诸多优点，比如：减少电力企业经营投入以及不同用户能量损耗随时计价形式等。供电企业随时计价形式往往需要供电企业和用户仪表设施之间有着和谐能依靠的双向渠道，此技术利用给予较少成本和小功率无线通讯有效解决了这一需求。电力掌控中心利用多跳式无线通讯来高效搜集仪表传感信息，此种监控体系可为供电企业给予较多便捷性。此技术为供电体系所供应的功效包括遥测性能、动态分配性能以及儀表解读性能[3]。

3.3.2 监控电力体系

一般设施发生故障问题亦或是出现意外与电击事故，包括遇见不可抗力的自然灾害等，这些原因均能造成断电与电力影响，往往会导致服务长久性停滞。因此，电力体系一定要对其展开监控处理，这样有利于应用高效措施予以防范。此技术能为电力体系供应切之可行的监控体系。应用无线传感器连结点可以全面监督总体系统，减少配电网问题监测或及时复原电力提供时间。

3.4 无线网形态互联网和电力自动化wimax互联网

在无线网状态的网络地区，一般是掺杂式互联网系统构造，无线网状网可以在供电企业还有不同用户间构成正确衔接式无线互联网。此互联网的所有无线网状地区都可以动态自我构成或是自我分配。此分配不但可以为供电企业省去诸多麻烦，而且网状路由器的桥接器与网关所带性能可以推动无线网状地区和无线互联网融合在一起。而对于wimax还有无线网状网掺杂式互联网体系构造的优点而言，主要展现在以下几方面。

3.4.1 提高稳定性

无线网状地区的无线枢纽无线衔接传递过程还有其接收过程供应良性循环渠道。这便有效规避互联网地区以内单点问题亦或是会产生的困难式衔接，因此利用此技术过程中无论是出现互联网器件问题还是形成互联网堵塞情况，供电企业互联网同样是长久性稳定运行。

3.4.2 装置资本投入较少

由于网状互联网单单是需要线路中一些节点衔接到有限互联网即可，因此建设无线网状互联网能大大减少基本设施资本投入，还能利用适当的开销展开互联网优化，这些都为供电企业提高自身在市场中的核心竞争力奠定坚实基础。

3.4.3 笼罩地区宽广

目前，无线局域网不同数据信息速度通过运用较大速率协调和分配都展现出递增效果。即使wlan数据速度被大幅度提高，然而针对现实中传递功率而言，其存取地点终端客户高峰时期时，wlan笼罩范畴或是衔接功效会渐渐下滑。但是wimax技术能确保局域掌控中心还有远距离掌控中心之间进行的远程通讯功效并不会随之下滑。因此掺杂式互联网wimax骨干网可以实现自动化运作所需的快速远程通讯。另外，在掺杂式互联网体系里，勿相忘装地区可以进行自我我分配，维持互联网的通畅性，能确保电网的正常运作提供有利条件。

4 结语

综上所述，新时代中，加强电力自动化智能变电站通讯网络的剖析和探究，是实现电力企业与时俱进的主要表现。相关人员一定要不断学习新技术、新理念、新知识，充分了解电力体系自动化运用需求下展现的网络体系构造，以此推动电力领域实现可持续发展。

参考文献

[1] 吴刚.刍议电力自动化智能变电站通信网络[J].电子技术与软件工程，2015（24）：27-28.

[2] 蔡泽祥，龙翩翩，李晓华.智能变电站通信网络实时故障诊断模型与方法[J].电网技术，2016，40（6）：1851-1857.

[3] 汪强，徐小兰，张剑.一种新的智能变电站通信业务安全隔离技术的研究[J].电力系统保护与控制，2015，43（17）： 139-144.

作者：凌飞轮

智能变电站通信网络论文 篇3：

智能变电站的通信网络架构研究报告

摘要 为满足智能变电站对通讯网络实时性、可靠性的要求，本文分析研究了IEC61850标准中的通讯网络架构及过程总线的组网方案，分析了变电站总线的分类及优缺点。分析快速以太网交换技术及VLAN等先进技术给智能变电站网络带来的便利性。列举了一种实际应用的网络通信架构方案，为智能变电站的通信网络架构选择和应用提供参考。

关键词 智能变电站；IEC61850标准；智能电子设备；虚拟局域网；网络架构

智能变电站把传统变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟量信息全部转换为数字量信息，并建立相应的通讯网络和系统。智能变电站的主要特点是智能化的一次设备和网络化的二次设备以及自动化的运行管理系统。智能变电站内各种智能电子设备（IED）通过网络系统相互连接，通讯网络架构是智能变电站自动化系统的关键技术之一。实现智能变电站要求通讯网络传输数据准确、可靠、快速。

1 IEC61850标准对通讯网络的要求

为规范不同电子设备制造商之间的接口，提高互操作性，IEC61850标准体系按照变电站自动化所要完成的控制、监视、继电保护三大功能从逻辑上把智能变电站系统分为三层，即站控层、间隔层、过程层。过程层主要完成开关量输入输出、模拟量采样和控制命令的发送等与一次设备相关的功能。间隔层的功能主要是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用，如线路保护等。站控层的功能主要是利用各个间隔或全站的信息对多个或全站的一次设备发生作用，如母线保护或全站范围内的闭锁等；以及与远方控制中心、工程师站及人机界面通信等。

2 IEC61850标准中的过程总线组网方案

针对过程总线数据流要求及可靠性要求不同，IEC61850标准中列举了4种基本方案，可以根据不同场合、不同需求参考这些方案做出选择。

在方案1中，每个间隔有其自身的总线段，同时还装设一个独立的全站范围的总线以连接各间隔的总线段。面向间隔组网方案的优点是结构清晰、易于维护，缺点是需要安装较多的交换机和路由设备，成本较高。该方案适用于220 kV及以上系统以及重要间隔。

方案2中每个间隔总线段覆盖了多个间隔。当IED的安装位置处于多个传感器安装位置的中心时，从高压端到IED的光纤传输距离最短。另外，220 kV双母线接线多采用母线PT，该PT可以供多个间隔共用，从而节省了PT的安装数量。

方案3是一种全站单一总线方案，所有设备都与该总线连接。该方案的优点是节省了交换机，成本较低；缺点是系统可靠性差，需要较高的总线速率。该方案适用于网络负载较轻、实时性要求不高的中、低压系统。

方案4中的总线段是按照保护区域来设置的，其突出优点是总线段之间的数据交换量最小。

3 变电站总线的基本组网方案

采用该方案时，位于间隔层的IED设备需要2套以太网接口，分别接入过程总线和变电站总线。优点是通讯结构清晰，网络负荷容易控制，缺点是IED设备必须驱动2套以太网络接口，硬件设计及软件编程较难控制。

4 通信网络架构的实际应用

4.1 过程层信息传输对网络的要求及对策

过程层交换的信息主要有两类：1）周期性的采样值信号，它可以允许网络中有少量的丢包，但是必须做到数据的实时和可靠。2）由事件驱动的开入开出信号，如分布式系统下各设备间状态信息、互锁信息的相互交换和智能设备状态信息的发布等，该信息不仅对数据传输实时性要求高，同时可靠性也要求高，不允许这种信息在网络传输过程中丢失。

智能操作箱是相对传统操作箱而言的，利用以太网发送跳闸、合闸、闭锁命令（执行器），将其安装在开关附近，可实现用过程总线对开关进行控制。扩展故障检测功能，即状态监测、分析诊断和故障预测，通过增加相应的温度、压力等传感器，将装置的当前状态传到控制器，就可以根据设定的判据进行故障诊断和处理。

4.2 快速以太网及交换技术发展带来的技术优势

当过程层IED设备很多时，过程总线的网络负荷会很重，现代高速千兆以太网交换机可以容许更大的网络负荷。当网络中数据流越来越大时，数据冲突会呈指数增长，为降低冲突的机率，虚拟局域网（VLAN）技术能提供更好的解决办法

由VLAN的特點可知，一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其它VLAN中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。VLAN除了能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生，以及使网络的拓扑结构变得非常灵活的优点外，还可以用于控制网络中不同节点之间的互相访问。

4.3 实际应用的通信网络架构方案

站内通信网络采用以太网技术，通信体系采用IEC61850架构，以取代大量传统硬接线。站内网络拓扑采用双星型结构，通信介质使用100M光纤以太网，组网方式为VLAN虚拟以太网。

为保证可靠性，保护网络与测控、计量网络分开，针对保护和监控分别配置合并单元，保护信息通过保护通信管理单元接入主站。配备工业级以太网交换机，冗余方面尽可能利用网络设备本身能提供的功能。

5 结论

采用合并的变电站总线，在较小规模（10条线路）变电站系统中，100 M快速以太网交换机能够满足通信网络要求，可以通过划分VLAN降低网络负荷，改善网络安全。如果变电站系统的网络规模较大，可以采用1000 M以太网交换机，全部端口通过光纤连接，也可以满足网络实时性、可靠性的要求。

为保证可靠性，还可以利用VLAN技术将保护相关的网络与测控、计量的网络分开，避免数据冲突。采用工业以太网交换机能从网络交换本身提高网络的可靠性。对可靠性要求特别高的情况下，还可以考虑用两套网络，各自独立，实现冗余和备份。

参考文献

[1]IEC61850， Communication networks and systems in substations[S].2003.

[2]殷志良，刘万顺，杨奇逊等.基于IEC61850标准的过程总线通信研究与实现（Research and implementation of the communication of process bus based on IEC61850）[J].中国电机工程学报 （Proc.CSEE），2005，25（8）：84-89.

[3]IEEE 802.1Q，VLAN Message Specification[S].

[4]邱智勇，陈建民.500 kV数字化变电站组网方式及VLAN划分探讨（Discussion of 500kV digital substation network mode and VLAN partition）[J].电工电能新技术（Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy），2009，10（4）：60-65.

作者：黄璐　王向伟　张晓艳　周昶宇　李朋