CN107528386A - 一种智能变电站自动化网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种智能变电站自动化网络系统。包括站控层设备、站控层网络、间隔层设备、过程层网络、过程层设备，站控层设备接入站控层网络，通过站控层网络与间隔层设备交互数据，实现远动系统、监控系统、五防系统的信息采集和自动化控制，过程层网络和站控层网络相互独立，无任何物理直接或间接连接，无直接数据交互，间隔层设备与过程层网络、站控层网络交互数据，需从过程层网络获取信息又需接入站控层网络，过程层设备通过过程层网络与间隔层设备交互数据。本发明实现了各业务数据最大程度共网降低成本，又有隔离，降低了网络故障风险；整个系统结构清晰，便于后期扩建和维护。

Description

一种智能变电站自动化网络系统

技术领域

本发明属于智能变电站自动化领域，特别是涉及一种智能变电站自动化网络系统。

背景技术

随着智能变电站建设的深入开展，变电站高级应用功能日趋完善，各环节建设项目与智能变电站的交互信息也越来越大，不可避免的给变电站通信信息系统带来接收、处理和转发的压力，同时对带宽的需求和信息安全性，网络结构稳定可靠性提出了更高的要求。在这种情况下，需要深入研究变电站通信网络技术，提出通信网络建设框架，为智能变电站建设提供技术支撑。当前智能变电站建设面临的困难有：智能变电站缺少冗余链路；老站改造因设备更新成本增加；多合一网络导致的网络流向复杂和建设难度提高；SMV、GOOSE等业务流量互相影响；过程层装置使用高精度绝对时间导致建设困难的问题。

发明内容

基于此，本发明提供了一种智能变电站自动化网络系统，本发明能有效解决智能变电站当前面临的问题，本发明实现了各业务数据最大程度共网降低成本，又有隔离，降低了网络故障风险；整个系统网络结构清晰，有利于后期扩建和维护，是一种安全、稳定可靠的智能变电站自动化网络系统。

本发明的技术方案是：本发明提供了一种智能变电站自动化网络系统，包括2网3层的基本架构，具体包括有站控层设备、站控层网络、间隔层设备、过程层网络、过程层设备，站控层设备接入站控层网络，通过站控层网络与间隔层设备交互数据，实现远动系统、监控系统、五防系统的信息采集和自动化控制，过程层网络和站控层网络相互独立，无任何物理直接或间接连接，无直接数据交互，间隔层设备与过程层网络、站控层网络交互数据，既需要从过程层网络获取信息又需要接入站控层网络，过程层设备通过过程层网络与间隔层设备交互数据。

本发明采用PRP双星型网络组建智能变电站的站控层网络、过程层网络。使用交换机的延时累加技术，实现过程层网络采样等同于点对点的直接采样效果，从而降低过程层对于高精度时钟的依赖。针对过程层线路保护间隔相对独立特征，提出采用HSR单环网络拓扑结构。根据主变保护其高压侧与低压侧的一体化关系，提出采用主变保护装置，直接接入高低压侧的两个独立过程层网络信息。利用交换机的组播帧注册转发和端口流量限制功能，分离业务流量，限制网络风暴。另外，规划了远动系统、监控系统、五防系统、故障录波等在智能变电站网络中的接入位置。本发明实现了各业务数据最大程度共网降低成本，又有隔离，降低了网络故障风险；整个系统网络结构清晰，有利于后期扩建和维护。

附图说明

图1为本发明智能变电站自动化网络系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明的智能变电站自动化网络系统，如附图1所示，包括2网3层的基本架构，结构上自上而下具体包括有站控层设备、站控层网络、间隔层设备、过程层网络、过程层设备，站控层设备接入站控层网络，通过站控层网络与间隔层设备交互数据，实现远动系统、监控系统、五防系统的信息采集和自动化控制，过程层网络和站控层网络相互独立，无任何物理直接或间接连接，无直接数据交互，间隔层设备与过程层网络、站控层网络交互数据，既需要从过程层网络获取信息又需要接入站控层网络，过程层设备通过过程层网络与间隔层设备交互数据。本发明采用零自愈时间的网络冗余协议作为网络基本传输协议，冗余协议分别为平衡冗余协议（parallel redundancy protocol，以下简称PRP）、高可用无缝冗余协议（high-availability seamless redundancy protocol，以下简称HSR）。

上述过程层网络使用延时累加交换机组成双星型PRP网络。上述过程层网络依据电压等级独立建网，消除帧间互相影响。

上述站控层网络使用工业以太网交换机组成双星型PRP网络。

上述站控层设备、间隔层设备、过程层设备需要插入一块硬件实现的以太网流转PRP协议流或者HSR协议流的转换插件。基于硬件实现的PRP、HSR协议转换插件，无CPU参与，稳定可靠性增强。新增通讯功能插件，兼顾了老站改造，也实现了网络通讯功能与电力专用设备功能分离。

使用新技术冗余链路PRP组建的网络，也避开了双网通信等技术难题，进一步的解放了自动化装置对协议栈的要求和CPU的主频以及其他高性能的需求，也使得网络通信设备通用化。

过程层网络使用延时累加交换机，解决网络报文因交换机存储转发延时导致的时延问题。延时累加原理是，通过交换机补偿自身传输延时的方式，由接收设备倒推出报文的发送时刻，从而使接收设备能够获得报文相对本装置的发送时间，实现各报文的时间同步。从而将间隔层设备的对高精度的绝对时间依赖降低。延时累加交换机将帧报文的延时填入报文中，供保护装置自动修正。

过程层网络交换机支持静态组播转发控制，和基于目的组播地址的流量限制，实现按照交换机端口，转发特定流量的组播报文，不同数据源流量互不影响。SMV、GOOSE帧报文实现有序的转发，不产生广播风暴。交换机的交换芯片实现组播转发和限流控制功能，无CPU参与，网络可靠性高，不易出现故障。过程层网络使用延时累加交换机，交换机将存储转发延时自动填充在转发帧的备用字段，实现发送和接收端对采样帧先后顺序的还原。

间隔间独立的线路保护系统采用可靠的HSR单环网，间隔间有关联关系的主变保护系统采用集中式的处理方法，信息既局部分离又实现最大程度的共享。使用交换芯片的组播转发和流量限制功能，分离不同业务流量，隔绝流量间互相影响

智能变电站内线路间隔相对独立，使用线路保护、测控装置、合并单元、智能终端4台设备组成HSR单环网，与主要过程层网络隔离，增强线路间隔的独立性安全性。使用4台组单HSR环网，有效避免了N-2的网络故障。从合并单元、智能终端分别接入PRP的A、B网，符合分开接入，增强稳定性原则。

主变保护分别从高压侧过程层网络、低压侧过程层网络获取信息，且该两个网络独立。按照电压等级分别建立的多张过程网络，减小了变电站内网络的规模，降低了对交换机带宽的要求，也增强了网络的健壮性。

附图1中未标示出的设备以及新增的智能变电站设备和跨间隔设备直接接入PRP网络，可靠性高，保证网络接入可扩展能力。

本发明网络框架，明确指定了远动系统、监控系统、五防系统、电能采集、故障录波等设备在该网络中的接入位置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种智能变电站自动化网络系统，其特征在于包括2网3层的基本架构，具体包括有站控层设备、站控层网络、间隔层设备、过程层网络、过程层设备，站控层设备接入站控层网络，通过站控层网络与间隔层设备交互数据，实现远动系统、监控系统、五防系统的信息采集和自动化控制，过程层网络和站控层网络相互独立，无任何物理直接或间接连接，无直接数据交互，间隔层设备与过程层网络、站控层网络交互数据，既需要从过程层网络获取信息又需要接入站控层网络，过程层设备通过过程层网络与间隔层设备交互数据。

2.按照权利要求1所述的智能变电站自动化网络系统，其特征在于过程层网络使用延时累加交换机组成双星型PRP网络。

3.按照权利要求2所述的智能变电站自动化网络系统，其特征在于过程层网络依据电压等级独立建网，消除帧间互相影响。

4.按照权利要求1所述的智能变电站自动化网络系统，其特征在于站控层网络使用工业以太网交换机组成双星型PRP网络。

5.按照权利要求1至4任一项所述的智能变电站自动化网络系统，其特征在于站控层设备、间隔层设备、过程层设备需要插入实现以太网流转PRP协议流或者HSR协议流的转换插件。

6.按照权利要求5所述的智能变电站自动化网络系统，其特征在于过程层网络使用延时累加交换机支持静态组播转发控制，和基于目的组播地址的流量限制，实现按照交换机端口，转发特定流量的组播报文，不同数据源流量互不影响。