智能变电站过程层交换机信息流
智能变电站概述及通讯结构图
电气设备监测与故障诊断作业智能变电站学院：电子信息专业:电气工程及其自动化班级：13级01班姓名：苗增学号：41303040134智能化变电站建设苗增西安工程大学电气工程及其自动化系，临潼，710600摘要：智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站.与常规变电站相比，智能化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口仅接口和通信模型发生了变化，但过程层却由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。
1。
智能化变电站的体系结构与通讯网络IEC61850将智能变电站分为过程层、间隔层和站控层，各层内部及各层之间采用高速网络通信。
整个系统的通讯网络可以分为:站控层和间隔层之间的站控层通讯网、以及间隔层和过程层之间的过程层通讯网。
站控层通信全面采用IEC61850标准，监控后台、远动通信管理机和保护信息子站均可直接接入IEC61850装置。
同时提供了完备的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6规范的SCL文件,可在不同厂家的工程工具之间进行数据信息交互.2。
间隔层通讯网采用星型网络架构，在该网络上同时实现跨间隔的横向联锁功能。
110kV及以下电压等级的变电站自动化系统可采用单以太网，110kV以上电压等级的变电站自动化系统需采用双以太网.智能化变电站通讯结构见如下示意图：3。
PRS7000变电站自动化系统3.1.技术特点采用分层分布、面向对象的设计思想;支持IEC61850标准，间隔层测控/保护装置全面通过中国电科院RTU 检测中心的一致性测试和荷兰KEMA公司IEC61850一致性测试及认证；当地监控系统适用于多操作系统（Windows/UNIX/Linux），多硬件系统（32位/64位）的混合平台；当地监控系统采用图库一体化设计,并内嵌了操作票和一体化五防等功能；采用嵌入式软/硬件设计技术，实现了变电站层通信平台的通用化和装置化，可以方便地满足不同应用场合的需要;间隔层测控/保护装置采用了网络化硬件平台，实现了硬件的标准化、模块化,方便配置和扩展。
智能变电站过程层网络性能测试技术研究
智能变电站过程层网络性能测试技术研究摘要：对于目前智能变电站而言，其技术核心在于具有过程层，而过程层也成为了智能变电站区别于不同变电站的重要特征。
为了保证智能变电站过程层的有效性，通常我们要对过程层的网络性能进行测试，而网络性能测试技术成为了保证测试过程实现的关键。
所以，我们要对智能变电站过程层的网络性能测试技术进行深入研究，并以三网合一作为实际案例，对智能变电站过程层的网络性能测试技术进行探讨。
关键词：智能变电站；过程层；网络性能测试技术1 引言从目前智能变电站的建设来看，智能变电站已经成为了未来变电站的重要发展趋势。
通过了解发现，智能变电站的核心技术主要是过程层具有较大的技术优势，这一技术优势决定了智能变电站比普通变电站具有更强的应用特性。
所以，我们在针对智能变电站的研究中，要积极展开过程层的研究与分析，要将过程层的网络性能测试技术作为主要的技术要点进行研究，把握过程层网络性能测试技术的要点，保证过程层的网络性能测试技术能够发挥积极作用。
因此，我们有必要对智能变电站过程层的概念及组成进行分析，明确智能变电站过程层的组成要求，对过程层网络性能测试技术进行积极的试验和测试，保证该技术能够发挥积极的作用，提高智能变电站过程层网络性能测试技术研究的最终效果。
2 智能变电站过程层概念及组成分析对于智能变电站而言，过程层是其重要组成部分，也是智能变电站与传统变电站的重要区别，所以我们要对智能变电站过程层的概念有准确的了解。
就智能变电站来说，主要采用了分层网络系统、分布网络系统、开放式网络系统实现系统连接，其中过程层是最底层的系统，属于一次设备和二次设备相结合的层面，其任务主要是对设备的状态进行监测，并执行系统的操作和控制命令，同时对运行的电气量进行采集，并完成系统基本状态变量的输入和输出，保证信号数字化。
智能变电站的过程层组成主要包含以下几个部分：变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。
智能变电站通用规程-智能设备部分
8.智能二次设备8.1 合并单元8.1.1概述合并单元（MU）是用以对来自二次转换器的电流和（或）电压数据进行时间相关组合的物理单元。
合并单元可是互感器的一个组成件，也可是一个分立单元。
合并单元作为数据采集同步共享信息中心是一次设备向二次设备延伸的重要环节。
500kV变电站采用常规互感器与合并单元配合方式，因此合并单元配置在就地智能控制柜中，以电缆方式采集常规互感器的二次电流电压，将模拟量转换为数字量后，以光纤输出将间隔的电流、电压、母线电压信息综合后以IEC61850-9-2规约接入间隔层设备，为保护、测控、计量、录波系统、网络报文分析系统提供采样值。
8.1.1.1 功能要求：1）按间隔配置的合并单元应提供足够的输入接口，接收来自本间隔电流互感器的电流信号；若间隔设置有电压互感器，还应接入间隔的电压信号；若本间隔的二次设备需要母线电压，还应接入来自母线电压合并单元的母线电压信号。
2）母线电压应配置单独的母线电压合并单元。
合并单元应提供足够的输入接口，接收来自母线电压互感器的电压信号。
3）对于双母线接线，母线合并单元宜同时接受两段母线电压。
接入了两段及以上母线电压的母线电压合并单元，母线电压并列功能宜由合并单元完成，合并单元通过GOOSE 网络获取断路器、刀闸位置信息，实现电压并列功能，电压切换功能。
4）合并单元应能保证在电源中断、电压异常、采集单元异常、通信中断、通信异常、装置内部异常等情况下不误输出；应能够接收电子式互感器的异常信号；应具有完善的自诊断功能。
合并单元应能够输出上述各种异常信号和自检信息。
8.1.1.2 配置情况：1）500kV 3/2接线方式：按断路器配置两套电流合并单元，按线路（或主变）配置两套电压合并单元，母线配置两套电压合并单元。
满足智能变电站500kV线路、母线、断路器保护及电抗器电量保护均为双重化配置的要求。
2）主变压器高压侧配置两套电压合并单元，中压侧配置两套电压、电流合并单元，低压侧电压、电流合并接入MU，配置两套合智一体装置。
智能变电站基础知识(GOOSE、SV介绍)
智能变电站与常规站的区别
智能变电站常用名词解释
与常规站区别
工作站1 GPS 工作站2 远动站
工作站1 GPS
工作站2
远动站
站控层
IEC60870 IEC61850 -5-103
MMS
RCS 保护
RCS 测控
其他 IED
间隔层
PCS 保护
PCS 测控
其他 IED
GOOSE
电缆
传统开关
CT/PT
光缆
MU 智能单元
虚端子图示
GOOSE输入虚端子
GOOSE输出虚端子
SV输入虚端子
客户端介绍
客户端
请求服务器提供服务，或接受服务 器主动传输数据的实体，如监控系统等。
客服端工具：
IED Scout : 装置模型查看工具 RCS View 等等
谢谢
过程层
ECVT
传统互感器
传统开关
电子式互感器
智能化开关
传统变电站结构图
智能变电站结构图
工作站1 GPS
工作站2
远动站
工作站1 GPS
工作站2
远动站
站控层
IEC60870 IEC61850 -5-103
MMS
RCS 保护
RCS 测控
其他 IED
间隔层
PCS 保护
PCS 测控
其他 IED
GOOSE
电缆
智能变电站网络结构
• 三层两网 • 逻辑结构与物理结构 • 站控层与过程层网络独立
工作站1 GPS 工作站2 远动站
GPS
• 信息分类： 站控层/间隔层MMS、GOOSE;过程 层SV（目前220KV及以上等级采用常 规接线模拟量电流电压）、GOOSE;
智能变电站自动化技术培训-智能变电站网络结构
HMI
GW
Swit ch (1 )
Swit ch (2 )
Swit ch (3 )
Swit ch (N)
IED ... IED IED ... IED IED ... IED
IED ... IED
15
网络架构分析
1、总线型拓扑——传输延时分析
典型报文类型或字节数（Bytes）64
SV（265） GOOSE（321） MMS（1024）
共网传输，构建全站一体化网络 ；Ｂ码 SNTP
监控后台
远动终端
网络打印机
站控层 设备
变电站统一网络MMS、SV、 GOOSE、SNTP报文共网
网络拓扑采用单星型架构 接入设备采用 GOOSE、SV、 MMS 共 端 口 传 输 ， 减 少 交 换 机装置
新一代智能变电站通信网络关键技术 网络可视化管理技术
网络的运行状态进行监测 网络的运行状态进行控制 动态拓扑发现 信息建模
12
交换机传输延时分析
数据帧通过交换机的延时主要包括： ➢帧发送延时：与帧长度成正比 ➢交换延时：从数据帧最后一位进交换机至数据帧第 一位出交换机所需时间 ➢帧排队时延：数据帧在存储转发队列等待的时间 ➢……
优点：简化站内连线， 实现全站数据共享。
MMS/GOOSE 站控层网络
主变保护
远动机 线路保护
缺点：两类数据传输 时会相互影响，特别
SV/GOOSE 过程层网络 GOOSE
需要注意的是由于带
智能终端
宽和网络负荷等问题
将可能导致数据丢失。
主机/操作员站
断路器保护 ...
SV
合并单元
6
智能站组网方式
SV、GOOSE和IEEE1588标准对时三网合一
交换机在数字化变电站中的作用分析
交换机在数字化变电站中的作用分析摘要：随着数字化变电站技术的不断发展，站内对于网络通信的依赖程度也越来越高，而交换机作为构建网络通信构架的核心设备之一，也对其功能及性能提出了更多、更高的要求。
本文着重从交换机在数字化变电站中的实际应用出发来阐述交换机在变电站网络通信中日益凸显的重要作用，以提高自动化人员对交换机应用及维护工作的重视程度。
关键词：交换机，数字化，变电站，作用Abstract: With the growing development of digital substation technology, it becomes more dependent on the network communication in the station, while switches as the core equipments of building up the network communication architecture, which also needs more and higher requirements. This paper emphatically states the growing important role of switches in the network communication of digital substation from the practical application of the switches in the digital substation, thus arouses the automatic personnels’ attention to the application and maintenance of the switches.Key words: Switches, Digitization, Substation, Function一、数字化变电站的定义数字化变电站是指按照IEC61850标准分站控层、间隔层、过程层构建，采用IEC61850数据建模和通信服务协议，过程层采用电子式互感器等具有数字化接口的智能一次设备，以网络通信平台为基础，实现了变电站监测信号、控制命令、保护跳闸命令的数字化采集、传输、处理和数据共享，可实现网络化二次功能、程序化操作、智能化功能等的变电站。
新建和改造智能变电站过程层网络典型配置
・
间 隔 智 能 电 Ｆ设备
间 隔 智 能 电 子 设 备
图 ３ 环 型 拓 扑 结 构 不 意 图
２ ２ 过 程层 组播报 文过滤 技术 ． Ｉ Ｃ １５ Ｅ ６ ８ ０标 准 中各种 服 务 类 型 的报 文 均 使 用 组 播 ＭＡＣ地址 ， 换 机 在 缺 省情 况 下 会将 组 播 报 交
隔层 、 过程层 三层 结构 ， 分层 分布式 实现 站 内智 能设
因此 又称之 为集 中式 网络 ， 图 ２ 示 ； 形拓扑 各 如 所 环 交换机 之 间连接成 闭环 ， 图 ３所示 。 如
表 １ 两 种 拓 扑 结 构优 缺 点
备 间的信息 共享 和互操 作 。各层及 逻辑 接 口的逻辑 关 系如 图 １所示 。其 中接 口 ４ ５实现 过程层 和 间隔 、 层 之 问 电压 互感 器 和 电流 互 感器 瞬时 数 据 、 制数 控 据 的 交 换 ， 功 能 分 别 由 过 程 层 采 样 值 网 络 和 其
文 ， 就从 组播组 中删除该 装 置对应 的端 口。 其
使 用 ＧＭＲＰ时 ， 换 机 只要 打开 该 功 能 即可 ， 交 配置 工 作 量 大 大 简 化 ， 是 需 要 装 置 支 持 ＧＭＲ ， 但 Ｐ
增 大 了装 置厂 家 的工作量 。 目前该 技术 推广 的时 间
较 短 ， 多装 置厂 家对 其不 了解 ， 些装 置厂 家 的装 很 有 置 尚未支 持 ＧＭＲＰ 以及用 户 对 于动 态 组播 过 滤在 ，
［ 图分 类 号 ］ Ｔ ７ 中 Ｍ７ ［ 献标 识 码］ Ｂ 文 ［ 章 编 号 ］ １０ —９ ６ ２ １ ） 刊 Ｉ ０ ２—３ 文 ０ ６３ ８ （０ １ 增 一１ ４０
智能变电站过程层与间隔层的应用技术研究
智能变电站过程层与间隔层的应用技术研究随着经济的发展，社会已经向智能化、信息化的时代发展。
科学技术水平的提高，变电站也向着智能化的方向发展前进。
智能变电站的技术关键点与难点过程层网络。
在满足过程层网络实时控制需求的基础上，结合现有技术条件，本文分析了过程层设备的功能、传输及配置原则，并阐述了智能变电站过程层的基本要求，并提出了相关的方案。
标签：智能变电站；过程层；应用技术；研究1、变电站过程层的概述智能变电站是当前电力系统发展的一大产物，它是随着科技的发展从而实现变电站的智能化和自動化。
可以有效的实现信息的数字化，并且具备一定的采集信息、处理数据信息的能力，实现信息共享。
智能变电站由站控层、间隔层和过程层三层结构。
而过程层位于整个自动化系统的最底层，主要由变压器、断路器、隔离开关以及电流电压互感器等一次设备和各种智能组件构成的电子装置。
其主要职能是对整个设备进行监测，并执行相关的操作命令。
过程层是三层中与一次设备连接最为密切的，因此它的运行状态也直接影响到整个变电站运行的稳定性。
过程层是智能变电站区别于常规变电站的主要特点，相对于传统的变电站，智能站的过程层能有效解决变电设备的抗干扰、对高压和低压的相互隔离、信息的不可共享和发展。
同时智能变电站的过程层设备的发展采用了较为复杂的新技术，从而新增了较多的设备。
对实时性和可靠性的要求提出了新的要求。
对于智能变电站的相应设备的运行业绩较少并且时间较短，并且相关的建设方案未实现完全的共识，设备过程中的安全性和可靠性过程中的分析和管理过程中的问题也不容忽视。
2、应用过程层的基本要求过程层在整个变电站中的使用当中起着重要的作用，因此，要想整个自动化系统合理、安全的运行下去，就必须遵循相应的原则，这样才能更好安装和管理好过程层。
2.1 实时性原则在通信标准中IEC 61580中规定的GOOSE是一种面向通用对象的变电站事件，简言之，其主要工作职能就是保护交换和传输中的信息能够合理有效。
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智能变电站过程层交换机信息流
在智能站信息流中，对于智能站点对点与组网传输方式：
前者通过光纤直连，将保护电压电流、跳合闸命令或是一次设备状态等信息传递至相应的智能设备。
而后者则通过过程层交换机，将信息通过GOOSE/SV网络传递。
本文将结合典型220kV智能站过程层交换机的配置，详细阐述过程层交换机作为信息交互的枢纽，是如何将组网信息传递至各个智能设备的。
一、过程层交换机典型配置
限于篇幅，只探讨典型220kV智能站过程层交换机配置。
在220kV母差保护信息流、主变保护信息流等推送中提到过，位于母差保护屏上的过程层中心交换机是各个过程层网络的核心，负责联通各间隔的设备。
而各个间隔的交换机可以看成是中心交换机的网口拓展，设置的目的是实现更多过程层设备信息的交互。
因此，针对220kV智能站过程层A、B、C、D网，过程层交换机也就相应地有4套配置。
过程层A、B网主要针对220kV设备，主要配有：220kV母差保护过程层A(B)网中心交换机、线路间隔过程层A(B)网交换机、主变220kV 及本体过程层A(B)网交换机。
过程层C、D网主要针对110kV及35kV设备，主要配有：110kV 母差保护过程层C(D)网中心交换机、线路间隔过程层C网交换机、主变110kV、35kV过程层C(D)网交换机。
下面分别针对过程层A、B、C、D网，讨论过程层交换机在信息流中所处的位置。
二、过程层A网
一般而言，过程层A网包括的设备有：保护、合并单元、智能终端、测控装置以及其他辅助设备共5大类。
保护：220kV线路(主变、母分)间隔的第一套保护；220kV第一套母差保护；
合并单元：220kV线路(主变高压侧及本体)、母分间隔的第一套合并单元；220kV母线压变第一套合并单元；
智能终端：220kV线路(主变高压侧)、母分间隔的第一套智能终端；主变本体智能终端；220kV正母(副母)智能终端
测控装置：220kV电压等级所有测控装置(包括母线、主变本体测控)；
辅助设备：网络分析仪；220kV线路故障录波器；主变故障录波器；
图1 220kV过程层A网设备联系图
注：限于篇幅，各间隔仅画到间隔交换机一级，具体设备未画出。
如图1所示，各线路(主变)间隔测控装置、第一套保护、合并单元、智能终端分别通过间隔交换机与中心交换机相连；而220kV第一套母线压变合并单元、正副母智能终端、测控以及辅助设备则直接连于中心交换机上。
此处需要指出的是：
1)220kV第一套母线压变合并单元连于A网，向各个间隔测控装置提供测量电压；并从A网中心交换机上获取220kV母联开关的位置，作为电压能否并列的判别条件。
2)220kV正、副母智能终端、测控装置连于A网，目的是实现后台对正、副母间隔闸刀、地刀的正确遥控，同时实现正、副母测量电压的采集。
三、过程层B网。