智能变电站网络架构分析
智能变电站的二次架构和基本原理
• 优点：对智能设备无特殊要求 • 缺点：交换机需配置，不同VLAN间信息交换效率低
IGMP Snooping
• 优点：对智能设备无特殊要求 • 缺点：工作在三层，复杂，资源消耗大
GMRP
• 优点：简单，无需配置交换机，智能设备可自动配置；工作在二层， 资源消耗小
• 缺点：智能设备需支持GMRP
调度
当地监控
远动通信
高级应用
一体化五防 智能操作 事故分析 谐波分析
高级应用信息平台
集控中心
数据通信V及以下 35kV及以下 分段保护测控 间隔保护测控
过程层网
高压侧母线PT 低压侧母线PT
至各间隔保
护测控装置
或合并单元
PT
合
并
单
元
进
进
线
线
桥
智
智
智
能
能
能
组
组
组
SV/GOOSE网
至各间隔保 护测控装置 或合并单元
PT
合
智
合
并
能
并
单
终
单
元
端
元
EVT1 EVT2
110/66kV线路1
110/66kV其他线路及分段/母联与线路1 相同
高
中
低
高
中
低
本
合
合
合
智
智
智
体
并
并
并
能
能
能
智
单
单
单
终
终
终
能
元
元
元
端
端
端
终
端
主变
35kV及以下等级间隔
智能电网的网络通信架构及关键技术
智能电网的网络通信架构及关键技术智能电网的网络通信架构及关键技术1．引言建设信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网(Smart Grid，SG)要求健壮的网络通信支撑平台，分布式状态可感知能力、先进的电表计量基础设施(AMI)以及实时的需求响应等功能，这些都对现有的网络平台提出了更高的要求。
智能电网的网络通信平台为电力行业的生产运行、输电、配电、市场业务等多个领域提供服务，需求的多样性决定了其构成的复杂性，智能电网的网络支撑体系将是一个融合了多种网络技术的综合平台，有多种网络成分构成，既需要骨干网，又需要接入网和多种驻地网，既依赖于企业专网，也离不开公共的因特网，在技术上，将融合成熟的TCP/IP、MPLS、工业以太网和新型的无线传感器网络和物联网，涉及多种网络协议。
因此，有必要对智能电网的网络通信架构进行研究，明确不同应用领域的关键网络技术。
2．智能电网的框架与概念参考模型中国的智能电网建设提出了以特高压电网为骨干网架，以坚强智能电网为基础，以通信信息平台为支撑，以智能控制为手段，包含电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节的发展路线，强调各个领域电力流、信息流和业务流的融合，因此，智能电网的框架中各个关键领域的沟通，必然是由网络通信为桥梁实现的。
2009年9月，美国国家标准与技术研究所（NIST）提出了关于智能电网互操作标准的框架与路线图，明确了推进标准化工作的8个优先发展领域：广域网状态可感知、需求响应、电能存储、电力交通、网络安全、网络通信、先进的计量基础设施和配网管理。
其中，有三个领域与网络技术直接相关。
网络安全（CyberSecurity）：为保证电子信息系统的保密性、完整性和可用性采取的措施，是保护和管理智能电网中的电能、信息和通信设施必须的。
网络通信（NetworkCommunication）：要求针对智能电网各个关键领域的应用和操作器的网络通信需求，实施和维护合适的安全和访问控制手段。
智能变电站的结构及特点
智能变电站的结构及特点作者：宋宏雷来源：《科学与财富》2018年第25期摘要：本文阐述了智能变电站的功能特点，对比了智能变电站与常规变电站在功能上的差异化，以常规变电站的技术为前提，结合当前智能变电站试点工程的研究与建设情况，分析研究了智能变电站的系统架构，针对与电气一次设备进行接口的智能组件、合并单元进行了技术与应用方面的研究，并详细阐述了高级应用功能，对一体化防误系统等高级应用功能的实现方式进行了分析研究，并结合国内智能变电站的建设情况提出了工程应用的方案。
一、智能变电站的结构智能变电站的基本概念为变电站的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。
智能变电站建设的关键是实现满足上述要求的通信网络和系统。
IEC61850标准包括变电站通信网络和系统的总体要求、功能建模、数据建模、通信协议、项目管理和一致性检测等一系列标准。
按照IEC61850 标准建设通信网络和系统的变电站，符合智能变电站的要求。
智能变电站的主要一次设备和二次设备按照要求应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。
这些智能设备具有设备之间交互参数、状态和控制命令等信息的通信接口。
设备间信息传输的方式主要为网络通信方式，取代传统的二次电缆等硬接线。
如果使用传统非智能一次设备，则应通过配置智能终端将其改造为智能设备。
智能变电站内的信息交互从逻辑上看分为三个层次及两个网络：过程层、间隔层、站控层及站控层网络、过程层网络，即所谓的“三层两网”。
目前利用现场总线技术实现过程层的通信己经得到了广泛应用，随着过程层设备信息量的不断增加，间隔层及站控层对过程层数据要求不断提高，如何合理构建通信网络是智能变电站应用技术的重要内容。
二、智能变电站的特点智能变电站是伴随着智能电网的概念而出现的，作为电网中的节点，变电站智能化是建设智能电网的重要基础和支撑。
其定义是：由先进、可靠、节能、环保、集成的智能设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息、采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能一调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能的变电站。
EPON在智能变电站中的实现
学生姓名：CCC 学号：&&&&&&&&&&&&& 专业：信号与信息处理
1，EPON原理介绍
1.1 PON原理介绍： 无源光钎网络简称PON，是一种点到多点
结构的无源光网络。如图1所示，由安装于中心 的控制站OLT（光线路终端）、配套安装于用户 场所的ONU（光网络单元），以及ODN（光分 配网络）等组成。网络中不含有任何电子器件及 电子电源，ODN全部由光分路器等无源器件组 成。
2．2 智能变电站 EPON 架构
在智能电网的建设中，用电领域已成功使用EPON 技术，采用光纤复合低压电缆配合EPON技术承载信息 采集、智能用电EPON 技术网络架构。
EPON是针对通信行业应用开发的产品，在电力行业应 用时需针对应用环境和需求进行优化。基于EPON 的智 能变电站建设包含了诸多功能及相应的技术和设备，由 于智能变电站不采用传统电缆传输模拟量及开入量，而 采用数字化方式传输报文，所以在站内会采用全光缆配 置，而非光纤复合电缆。
EPON系统在一根纤芯上传送上下行两个波段。下行 方向OLT到ONU）为广播方式，所有ONU都能收到OLT 发送的相同的数据，通过 LLID（ 逻辑链路标记）来区 分不同的业务，过滤接收属于自己的数据；上行方向 （ ONU 到 OLT），通过 TDMA（ 时分复用）的方式传 输数据，一个 ONU 发送的信号只会到达 OLT，而不会 直接到达其它 ONU； 每个 ONU 会收到 OLT 发给的授 权消息，按 OLT 告知的时间点发送指定的报文数量，避 免了数据冲突并提高网络利用效率。
国家电网公司已颁布了相应的的EPON 标准，要满足智能变电站中的各种应 用，EPON 的具体技术要求包括如下部分：
物联网应用案例-智能电网
应用系统层：由多个单独的应用系 统组成，每个单独的应用系统反映 线路运行状况的一个方面
数据中心层： 将上层各独立 应用系统的数 据集成起来， 进行统一管理、 集中处理、综 合分析，实现 多系统的数据 融合。
状态信息平台
对数据进行受理，封装 形成可用信息
地理信息系统调用接口 将上层各独立应用系统数据纳入 到此平台，对内的集控中心、管 合账数据接口 理者提供数据访问，对外提供各 类数据标准调用接口。 能量管理系统调用接口
中国国 家电网 公司
以特高压电网为骨干网架、各级电网协调 发展的坚强网架为基础，以通信信息平台 为支撑，具有信息化、自动化、互动化特 征，包含电力系统的发电、输电、变电、 配电、用电和调度六大环节，涵盖所有电 压等级，实现“电力流、信息流、业务流 ”的高度一体化融合，具有坚强可靠、经 济高效、清洁环保、透明开放和友好互动 内涵的现代电网。
合是智能电网发展的动力，也是带动新型产业发展、增加就业的机遇，而这正是美国发展 智能电网的驱动力之一；欧洲主要强调了对Prosumer的服务和管理，原因在于欧洲分布式 智能电网利用数字化技术改进 能源和电动汽车发展迅速，配电网面临巨大的压力和挑战，这是欧洲发展智能电网的最主 电力系统的可靠性、安全性和 要驱动力之一。中国由于电力工业仍处在快速发展时期，国家电网公司强调在增强电网智 美国能 运行效率 能化水平的同时，需要建设坚强的输电网，并强调各级电网协调发展。关于智能电网性能 源部 的描述，三方基观点相近，建设经济、环保、安全、高效的新型电网，是中美欧发展智能 电网的共同追求。
物联网应用案例-智能电网
常用术语
1. 核心电网：包含由发电到配电的网络。包括初 级和次级变电站。 2. 邻居区域网络 (NAN) ：是指变电站到家庭之间 的网络。它包括集中器和智能电表。 3. 家庭网络(HAN)：家庭网络包括智能家电，家庭 能源控制器（HEC）等。
智能变电站介绍PPT课件
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一次设备智能化——高压断路器在线 监测
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三层两网
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站控层 站控层 网络 间隔层 过程层
网络
过程层
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为什么要采用IEC61850规约？
----基于IEC61850规约的智能化变电站的特点
在规约里，每台IED作为一个服务器（Service），被细分逻辑设备 （Logical Device）、逻辑节点（Logical Node）和数据对象（Data Object）以及各对象的数据属性（Data Attribute）进行分层分级的建模。 每个服务器包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包 含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通 信而言，IED 同时也扮演客户的角色。任何一个客户可通过抽象通信服务接
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智能一次设备——电子式互感器+合并单元
PSET6000GS电子式互感器
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智能一次设备——变压器在线监测
局放监测 铁心电流监测 油中含水量监测
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智能一次设备——变压器在线监测
局放监测 铁心电流监测
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一次设备智能化——高压断路器在线 监测
SF6压力监测 SF6含水监测 储能电机电流检测 分合闸时间监测
过程层设备：光CT/PT，合并单元，智能开关等。
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如何利用IEC61850规约构建智能化变电站？
——从使用设备上来看
从使用设备来看，构建一个完整的智能化变电站需要以下三个部分： 1、智能化的一次设备
一次设备从信号继电器到控制回路，全部采用微处理器（智能开关）和光电技术（无 源光CT）设计。同时用于数字量信号传输的网络取代传统的电缆导线连接。换言之， 变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路及常规的强电模拟信号和控制电缆被光
220KV数字变电站9-2网络架构图
1
2ห้องสมุดไป่ตู้
GPS
监控 双网
电能采集 同步对时
电能表 线路保护 测控1 线路保护 测控2 电能表 电能表 主变保护 测控1 主变保护 测控2
交换机1
交换机2 至220kV母差交换机2 至220kV母差交换机1
交换机1
交换机2 至220kV母差交换机2 至220kV母差交换机1
交换机1
交换机2 至220kV母差交换机2 至220kV母差交换机1
智能终端 合并单元1 CPU1 CPU2 操作回路 合并单元2 合并单元1
智能终端 CPU1 CPU2 操作回路 合并单元2 合并单元1
智能终端 CPU1 CPU2 操作回路 合并单元2
智能终端 CPU1 CPU2 操作回路
CT&线路PT 采集单元1
断路器 隔离开关
CT&线路PT 采集单元2
高压侧CT 采集单元1
PT并列合并器
II母PT合并单元 断路器 隔离开关 110kV母线和失灵保护 电子式CT 电子式PT
CT&线路PT 采集单元 220kV母线和失灵保护
110kV线路、分段和母联间隔
10kV间隔和PT间隔
1、红色线表示电缆连接，蓝色线表示双绞线网络连接，黑色线表示光纤。 橙色为电能采集网,粉紫色为全站统一的对时网络 2、过程层交换机同时接受SMV数据和GOOSE数据,通过划分VLAN方式实现 各子网的划分,使交换机流量处于安全范围. 3、母线PT合并器输出数据给过程层交换机，各间隔合并器根据隔离开关位置 选择电压与本间隔采样数据组合后输出。保护双重化时，母线PT采集单元和 合并器均双重化。 4、变电站设采样同步信号源，用光纤分别向各间隔的合并器发同步秒脉冲。 保护双重化时，设两套独立的同步信号源，分别给两套合并器使用。 5、智能终端有模拟量采集功能时，也应接入同步信号，其CPU双重化时分别 接入两套同步信号。 6、有纵差保护时，合并器应输出同步信号给纵差保护。 7、变电站同步信号系统故障时，各间隔合并器用插值法同步母线电压和间隔 电流的采样，变压器差动保护和母差保护退出。 8、变压器的智能终端完成变压器的温度采集、非电量保护输入、档位输入输 出等功能。变压器的智能终端通信光纤直接接入主变保护测控装置。 9、各种智能终端应考虑接入在线监测传感器的接口。 10、10kV保护就地安装并集成合并器功能，具有PT软件自动切换功能。
智能变电站辅助系统综合监控平台介绍
智能变电站辅助系统综合监控平台一、系统概述智能变电站辅助系统综合监控平台以“智能感知和智能控制”为核心，通过各种物联网技术，对全站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境进行全天候状态监视和智能控制，完成环境、视频、火灾消防、采暖通风、照明、SF6、安全防范、门禁、变压器、配电、UPS等子系统的数据采集和监控，实现集中管理和一体化集成联动，为变电站的安全生产提供可靠的保障，从而解决了变电站安全运营的“在控”、“可控”和“易控”等问题。
二、系统组成（一）、系统架构（二）、系统网络拓扑交换机服务器站端后台机网络视频服务器门禁摄像摄像头户外刀闸温蓄电池在线监测开关柜温度监测电缆沟/接头温度监测SF6监测空调仪表电压UPS温湿度电流烟感电容器打火红外对射门磁非法入侵玻璃破碎电子围栏水浸空调风机灯光警笛警灯联动协议转换器协议转换器协议转换器消防系统安防系统其他子系统TCP/IP 网络上级监控平台采集/控制主机智能变电站辅助系统综合监控平台将各种子系统通过以太网或RS232/485接口进行连接，包括前端的摄像机、各种传感器、中心机房的存储设备、服务器等，并通过软件平台进行集成和集中监视控制，形成一套辅助系统综合监控平台。
（三）、核心硬件设备：智能配电一体化监控装置PDAS-100系列智能配电一体化监控装置，大批量应用在变电站、开闭所和基站，实践证明产品质量的可靠性，能够兼容并利用现有绝大部分设备，有效保护客户的已有投资。
能够实现大部分的传感器解析和设备控制，以及设备内部的联动控制，脱机实现联动、报警以及记录等功能。
工业级设计，通过EMC4级和国网指定结构检测。
智能配电一体化监控装置是针对电力配电房的电缆温度以及母线温度无线检测，变压器运行情况以及油温检测、配电、环境、有害气体以及可燃气体和腐蚀性气体检测、安防、消防、采暖通风除湿机控制、灯光控制以及门禁而设计生产的一款产品。
它通过以太网TCP/IP 或者GPRS/3G/4G 网络，主要解决分布式无人值守配电房的监控和管理问题。
智能变电站通信网络技术
浅议智能变电站通信网络技术摘要：目前，由于电力行业的扩张，通信网络已经成为电力自动化系统的重要技术，下文主要结合多年的工作经验，简要综述了智能变电站通信网络的分层以及实现。
关键词：智能变电站；间隔层；过程层；站控层中图分类号：tm631+.4 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）07-（页码）-页数随着社会经济的发展，目前我国已经跨入网络时代，网络通信也已成为整个电力系统的关键组成部分之一。
下文主要就是介绍智能变电站中的网络通讯技术，仅供参考。
1.通信网络现状一般而言，其专用通信网络现已建设成为以光纤通信为主干网的通信线路，覆盖各地区的变电站、电厂。
电力系统数据通信网络不仅能够支持 ems、远动、实时数据通信等业务，而且还能支持基本语音通信业务，如行政及调度电话等。
当前，我国电网自动化系统现场局域网对不同电压等级分别采用了不同类型的通信网络控制，如 rs485 总线、can、互联网等等。
近些年，伴随着智能开关及电子互感器的问世及其在电网中的应用，电力系统设备自动化程度不断提高，这就使得电网中一次设备与二次设备的无缝集成变为可能。
2.智能变电站通信网络2.1体系分层a智能变电站分为过程层、间隔层和站控层（1）过程层。
过程层包括变压器、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。
（2）间隔层。
间隔层设备一般指继电保护装置、系统测控装置、监测功能组主 ied等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能，即与各种远方输入/输出、传感器和控制器通信。
（3）站控层。
站控层包括自动化站级监视控制系统、站域控制、通信系统、对时系统等，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制（scada）、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。
2.2网络结构智能变电站自动化系统采用的网络架构应合理，可采用以太网、环形网络，网络冗余方式宜符合 iec61499及 iec 62439的要求。
南方电网数字化变电站网络构架分析及建议
方案 二 实 际 的运行 方 式 相 似 ，只是 方 案 三用 ＩＥ ＥＥ １８ ５８进行 对 时处 理 ， 而方 案二 是用 国际 流行 的 Ｂ码 对时 。 因此 ， 面只介绍 方案 一与 方案二 。 下
调度或 控制 中心 ；接 收调度 或控制 中心有 关控 制命 令 并转 至相应 间隔层 、 过程层执 行 ， 具备 自动化 变 并
电站相应 功能圆 。
准 的颁 布 ， 智能 化 电气 设备 、 电式 互感 器 的发 以及 光
展， 为数 字化 变 电站 的推广 奠定 了 良好 的基础 。 目前 南方 电网下属 多个 网 、省 电力公 司 申报 了数字化 变 电站示 范工程 项 目，掀起 了研究 和推 广数 字化变 电
的监测 、 制命 令 的执 行 等 ， 控 主要 可分 为 ３类 ： 电气
变电 站层
ｌ 涸 咝
兰 服 务
运行 的实时电气量检测 ；运行设备的状态参数在线
检测 与统计 ； 操作 控制 的执行 与驱动 。
嚣 嘉
过层 程 厂置蚕 『 翥
远 … 方保护 护
２ 网络 构 架 及 选 型 建 议
能。
络通信 ， 个 层 次的关 系如 图 ｌ 示 。各层结 构功 能 ３ 所
及作 用如下 ：
３ 程层 是一 次设备 与 二次设 备 的结合 面 ， ）过 包 括 智能一 次设 备 （ 电子式互感 器 ）智能终 端等 。 含 、 其
任 务是 完成实 时运行 电气量 的采集 、设备 运行状 态
１ ４
广 西 电 力
ＧＵＡＮＧＸＩ ＥＬＥＣＴＲＩ ＰＯＷ ＥＲ Ｃ
２１ ０ ０年 ４月
Ｖｏ ３ ｌ３ Ｎ ０． ２
南方电网数字化变电站网络构架分析及建议