CN210142923U - 一种智能变电站的网络通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能变电站的网络通信系统，所述网络通讯系统可以进行MMS、SV、GOOSE和IEEE1588的通讯；包括：智能变电站的站控层、间隔层和过程层，以及中心交换机、多个主交换机和为每个主交换机设置的冗余交换机；所有的主交换机和冗余交换机均与所述中心交换机相连；每个主交换机首尾相连构成主交换层；每个冗余交换机首尾相连构成冗余交换层；所述智能变电站的站控层、间隔层和过程层的每个设备均与一个主交换机和所述主交换机对应的冗余交换机相连。该变电站通信系统，与普遍采用的星型、环型拓扑结构相比，增加了通信网络的冗余性，提升通信系统的可靠性。

Description

一种智能变电站的网络通信系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统通信领域，具体涉及一种智能变电站的网络通信系统。

背景技术

智能变电站是智能电网的重要节点，因能够实现低碳环保效果、具有良好的交互性以及可靠性特点而迅速发展，智能变电站作为智能电网的“神经系统”，它的性能将直接决定变电站功能的可靠性。智能变电站通常以三层两网的结构运行，即智能变电站通过相互独立的站级总线和过程总线分别将站控层和间隔层、间隔层和过程层进行连接，保证各层之间的数据信息进行交换和共享。随着科技的发展现阶段智能变电站采用“三层一网”技术，甚至“四网合一”技术，目的是通过采用交换机技术和虚拟局域网(Virtual Local AreaNetwork，VLAN)技术等，将基于IEC61850标准的MMS网、GOOSE网、SV网及IEEE1588标准的对时网通过同一个以太网进行传输，实现智能变电站由“三层两网”结构向“一层一网”结构的转变，有效简化设备冗余，减少建设、用地成本，实现全站信息高度共享、站内多个设备之间互操作、跨间隔、跨层次信息的直接访问功能；易于全站设备状态监测，实现全站一体化通信与调度之间的协调，便于运维工作。

但是在同一以太网上，“四网合一”的数据流量与“三层两网”相比较高，实时性有所下降；多数设备均采用单套配置，可靠性与双重化配置相比有所弱化，因此，该技术主要应用于调度系统下游的低电压等级且规模较小的变电站中，尽管如此，“四网合一”技术可靠性差的问题仍然没能得到有效解决。

实用新型内容

为了解决现有技术中智能变电站存在的不兼容问题，本实用新型提供一种智能变电站的网络通信系统。

本实用新型提供的一种智能变电站的网络通信系统，所述网络通讯系统可以进行MMS、SV、GOOSE和IEEE1588的通讯；

所述网络通讯系统包括：智能变电站的站控层、间隔层和过程层，以及中心交换机、多个主交换机和为每个主交换机设置的冗余交换机；

所有的主交换机和冗余交换机均与所述中心交换机相连；

每个主交换机首尾相连构成主交换层；每个冗余交换机首尾相连构成冗余交换层；

所述智能变电站的站控层、间隔层和过程层的每个设备均与一个主交换机和所述主交换机对应的冗余交换机相连。

优选的，所述主交换机包括多个过程层主交换机和1个站控层主交换机；

所述冗余交换机包括：为每个过程层主交换机设置的过程层冗余交换机和为所述站控层主交换机设置的站控层冗余交换机。

优选的，所述间隔层和过程层的设备至少设有3个通讯接口，其中两个通讯接口分别与所述过程层主交换机和与所述过程层主交换机对应的过程层冗余交换机连接，第三个通讯接口与所述间隔层和过程层的设备对应的保护装置连接；

所述站控层的设备至少设有两个通讯接口，分别与所述站控层主交换机和与所述站控层主交换机对应的站控层冗余交换机连接。

优选的，所述过程层的设备包括：互感器组、智能开关和合智一体装置；

所述间隔层的设备包括：保护装置、测控装置、计量装置、状态监测装置、动态记录装置和保测一体装置；

所述站控层的设备包括：同步时钟、监控主机和远动装置。

优选的，所述保护装置和保测一体装置分别设有四个通讯接口，所述四个通讯接口包括：信号输入端a、信号输入端b、信号输入端c和信号输入端d；

所述信号输入端a与一个过程层主交换机连接，用于通过所述过程层主交换机从网络通讯系统中获取采样值，并向过程层中的智能开关和合智一体装置发送GOOSE报文，以及与站控层进行信息交互；

所述信号输入端b与所述过程层主交换机对应的过程层冗余交换机连接，用于通过所述过程层冗余交换机连接网络通讯系统，在过程层主交换机发生故障时接收和发送信息；

所述信号输入端c与过程层中的互感器组和合智一体装置连接，用于在网络通信系统故障时直接获取采样值；

所述信号输入端d与过程层中的智能开关和合智一体装置连接，用于在网络通信系统故障时直接执行动作信号。

优选的，所述监控主机通过所述站控层主交换机和站控层冗余交换机接入网络通信系统。

优选的，所述主交换机和冗余交换机的数量由保护测控装置的个数确定；

其中，所述保护测控装置包括：保护装置、测控装置、保测一体装置。

优选的，通过所述网络通信系统进行通信时，发送端将优先级高的信息发送至冗余交换机，通过所述冗余交换机转发至接收端；将优先级低的信息发送至主交换机，通过所述主交换机转发至接收端。

优选的，所述主交换机和冗余交换机是互为备份的。

优选的，所述网络通信系统中的设备之间通过光纤连接。

基于同一发明构思，本实用新型还提供了一种智能变电站的网络通信方法，包括：

基于所述的网络通讯系统进行通信时，从智能变电站的站控层、间隔层和过程层的设备中确定发送端和接收端；

基于网络通信系统的拓扑结构获取所述发送端到接收端之间信息流的最短路径；

将所述信息流按获取的最短路径进行传送。

优选的，所述基于网络通信系统的拓扑结构获取所述发送端到接收端之间信息流的最短路径，包括：

基于网络通信系统的拓扑结构预先生成路径表；

在所述路径表中读取所述发送端到接收端之间信息流的最短路径；

当所述最短路径中的通信链路发生故障时，基于所述路径表重新获取不包含故障链路的最短路径。

优选的，所述路径表的生成，包括：

基于网络通信系统的拓扑结构，为中心交换机和非中心交换机设置相同的权重，利用迪杰斯特拉算法遍历信息流从发送端到接收端的所有路径；

分别统计各路径中经过的中心交换机和非中心交换机的个数；

基于各路径中经过的中心交换机和非中心交换机的个数、以及对应的权重获得对应的路径值；

将所有的路径值按升序排列，并存储对应的路径生成路径表；

其中，所述非中心交换机包括：主交换机和冗余交换机。

优选的，所述最短路径中通信链路发生故障的确定，包括：

基于所述最短路径传送信息时，所述发送端在设定时间内不能接收到接收端发送的响应信息，则确定所述发送端到接收端之间的通信链路发生了故障。

优选的，所述当所述最短路径中的通信链路发生故障时，基于所述路径表重新获取不包含故障链路的最短路径之后，还包括：

发送端在设置的链路访问间隔内通过故障链路向与故障链路所连接的主交换机、冗余交换机或中心交换机发送确认信息；

当故障链路修复完毕后，发送端将收到与已修复链路所连接的主交换机、冗余交换机或中心交换机发送的响应信息，则判定故障链路已经修复，并通过路径表更新最短路径。

优选的，所述将所述信息流按获取的最短路径进行传送，包括：

当接收端同时接收到两种以上的信息流时，基于各信息流的优先级生成信息流的处理顺序；

当接收端连接的主交换机和冗余交换机均正常工作时，则按所述处理顺序将优先级高的信息流发送至冗余交换机，通过冗余交换机按获取的最短路径传送至接收端，将优先级低的信息流发送至主交换机，通过主交换机按获取的最短路径传送至接收端；

当接收端连接的主交换机或冗余交换机发生故障时，则将信息流发送到互为备份的冗余交换机或主交换机；

其中，所述信息流的优先级从高到低依次为：保护跳闸命令、SV采样值及状态信息、对时信息、站控层控制命令、故障信息。

优选的，所述主交换机/冗余交换机发生故障，包括：

发送端在设定时间内没有收到主交换机/冗余交换机的响应信息，则主交换机/冗余交换机发生故障。

优选的，所述主交换机/冗余交换机发生故障之后，还包括：

发送端在设置的访问间隔内向故障的主交换机/冗余交换机发送确认信息；

当主交换机/冗余交换机修复时，发送端将接收到已修复的主交换机/冗余交换机发送的响应信息，判定主交换机/冗余交换机已经修复完毕。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型提供的技术方案，所述网络通讯系统可以进行MMS、SV、GOOSE和IEEE1588的通讯；所述网络通讯系统包括：智能变电站的站控层、间隔层和过程层，以及中心交换机、多个主交换机和为每个主交换机设置的冗余交换机；所有的主交换机和冗余交换机均与所述中心交换机相连；每个主交换机首尾相连构成主交换层；每个冗余交换机首尾相连构成冗余交换层；所述智能变电站的站控层、间隔层和过程层的每个设备均与一个主交换机和所述主交换机对应的冗余交换机相连，该网络通讯系统，与普遍采用的星型、环型拓扑结构相比，增加了通信网络的冗余性，提升通信系统的可靠性。

2、本实用新型提供的技术方案，当中心交换机故障时，不会影响智能变电站系统的正常通信。

3、本实用新型提供的技术方案，当主交换机故障时，可通过冗余交换机进行正常通信。

4、本实用新型提供的技术方案，当通信链路发生故障时，可以通过另一条最短路径保证信息的正常传输，提高信息传输的可靠性。

5、本实用新型提供的技术方案，高优先级报文和低优先级报文分别发送至主交换机和冗余交换机进行转发，提高冗余交换机的利用率，减少报文的排队时间。

6、本实用新型提供的技术方案，同时接收到不同优先级信息流时，按优先级从高到低顺序依次接收处理信息，保证重要信息的及时接收处理，提高重要信息传输处理的实时可靠性。

附图说明

图1为本实用新型中一种智能变电站的网络通信系统结构示意图；

图2为本实用新型的实施例中路径与权重的关系示意图；

图3为本实用新型的实施例中路径值计算过程示意图；

图4为本实用新型的实施例中当任意条链路发生故障时示意图；

图5为本实用新型的实施例中当主交换机发生故障时的示意图；

图6为本实用新型的实施例中变电站网络系统的信息流示意图；

其中，1-1、中心交换机，1-2、过程层1的交换机A，1-3、过程层2的交换机A，1-4、过程层N-1的交换机A，1-5、站控层的交换机A，1-6、过程层1的交换机B，1-7、过程层2的交换机B，1-8、过程层N-1的交换机B，1-9、站控层的交换机B，1-10、间隔层1，1-11、过程层1，1-12、过程层2，1-13、间隔层2，1-14、间隔层N-1，1-15、过程层N-1，1-16、站控层，1-17、光纤；

1.合并单元(线路)向测控装置(线路)发送的电压、电流采样值(SV)、合并单元告警信息(GOOSE)，

2.合并单元(线路)向保护装置(线路)发送的电压、电流采样值(SV)，

3.合并单元(线路)向保护装置(母线)发送的电压、电流采样值(SV)，

4.合并单元(线路)向动态记录装置发送的电压、电流采样值(SV)、合并单元状态监测信息(GOOSE)，

5.测控装置(线路)向智能终端(线路)发送的开关控制指令(GOOSE)，

6.测控装置(线路)向智能终端(母联)发送的开关控制指令(GOOSE)，

7.智能终端(线路)向测控装置(线路)发送的开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)、智能终端及开关设备告警信息(GOOSE)，

8.智能终端(线路)向保护装置(线路)发送的开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)，

9.智能终端(线路)向保护装置(线路)发送的开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)，

10.智能终端(线路)向动态记录装置发送的开关分合位置信息(GOOSE)、装置本身状态监测信息(GOOSE)，

11.保护装置(线路)向智能终端(线路)发送的保护跳闸指令(GOOSE)，

12.合并单元(母线)向测控装置(线路)发送的电压采样值(SV)、合并单元告警信息(GOOSE)，

13.合并单元(母线)向测控装置(母联)发送的电压采样值(SV)、合并单元告警信息(GOOSE)，

14.合并单元(母线)向测控装置(母线)发送的电压采样值(SV)、合并单元告警信息(GOOSE)，

15.合并单元(母线)向保护装置(母线)发送的电压采样值(SV)，

16.合并单元(母线)向动态记录装置发送的电压采样值(SV)、合并单元状态监测信息(GOOSE)，

17.测控装置(母联)向智能终端(母联)发送的开关控制指令(GOOSE)，

18.合并单元(母线)向合并单元(线路)发送的电压采样值(SV)，

19.合并单元(母线)向合并单元(母联)发送的电压采样值(SV)，

20.合并单元(母联)向保护装置(母联)发送的电压、电流采样值(SV)，

21.合并单元(母联)向保护装置(母线)发送的电压、电流采样值(SV)，

22.合并单元(母联)向测控装置(线路)发送的电压、电流采样值(SV)，

23.合并单元(母联)向测控装置(母联)发送的电压、电流采样值(SV)，

24.合并单元(母联)向测控装置(母线)发送的电压、电流采样值(SV)，

25.合并单元(母联)向动态记录装置发送的电压、电流采样值(SV)、合并单元状态监测信息(GOOSE)，

26.保护装置(母联)向智能终端(母联)发送的保护跳闸指令(GOOSE)，

27.测控装置(母线)向智能终端(母联)发送的开关控制指令(GOOSE)，

28.智能终端(母联)向测控装置(线路)发送的分合位置信息及闭锁信息(GOOSE)、智能终端及开关告警信息(GOOSE)，

29.智能终端(母联)向测控装置(母联)发送的分合位置信息及闭锁信息(GOOSE)、智能终端及开关告警信息(GOOSE)，

30.智能终端(母联)向保护装置(母联)发送的合位置信息(GOOSE)，

31.智能终端(母联)向测控装置(母线)发送的分合位置信息及闭锁信息(GOOSE)、智能终端及开关告警信息(GOOSE)，

32.智能终端(母联)向动态记录装置发送的分合位置信息(GOOSE)、装置本身状态监测信息(GOOSE)，

33.智能终端(母联)向保护装置(母线)发送的合位置信息(GOOSE)，

34.保护装置(母线)向智能终端(母联)发送的保护跳闸指令(GOOSE)，

35.保护装置(母线)向智能终端(线路)发送的保护跳闸指令(GOOSE)，

36.保护装置(母线)向智能终端(变压器高压侧)发送的保护跳闸指令(GOOSE)，

37.合并单元(变压器高压侧)向保护装置(母线)发送的电压、电流采样值(SV)，

38.合并单元(变压器高压侧)向保护装置(变压器)发送的电压、电流采样值(SV)，

39.合并单元(变压器高压侧)向测控装置(变压器)发送的电压、电流采样值(SV)、合并单元告警信息(GOOSE)，

40.合并单元(变压器高压侧)向动态记录装置发送的电压、电流采样值(SV)、合并单元状态监测信息(GOOSE)，

41.测控装置(变压器)向智能终端(变压器高压侧)发送的开关控制指令(GOOSE)，

42.智能终端(变压器高压侧)向保护装置(母线)发送的开关分合位置信息(GOOSE)，

43.智能终端(变压器高压侧)向保护装置(变压器)发送的开关分合位置信息(GOOSE)，

44.智能终端(变压器高压侧)向测控装置(变压器)发送的开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)、智能终端及开关设备告警信息(GOOSE)，

45.智能终端(变压器高压侧)向动态记录装置发送的开关分合位置信息(GOOSE)、装置本身状态监测信息(GOOSE)，

46.保护装置(变压器)向智能终端(变压器高压侧)发送的保护跳闸信息(GOOSE)，

47.合智一体装置(变压器中、低压侧)向测控装置(变压器)发送的电压、电流采样值(SV)、合并单元告警信息(GOOSE)、开关分合位置及闭锁信息(GOOSE)、装置本身及开关设备告警信息(GOOSE)，

48.合智一体装置(变压器中、低压侧)向动态记录装置发送的开关分合位置信息(GOOSE)、装置本身的状态监测信息(GOOSE)，

49.测控装置(线路)向监控主机发送的测控装置的状态监测信息(MMS)，智能终端、合并单元等告警信息(MMS)，电压、电流有效值(MMS)，

50.保护装置(线路)向监控主机发送的保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、装置本身告警信息(MMS)，

51.保护装置(线路)向动态记录装置发送的保护跳闸命令(GOOSE)、保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、保护装置状态监测信息(MMS)，

52.测控装置(母联)向监控主机发送的母联测控装置本身告警信息(MMS)，压、电流有效值(MMS)、智能终端、合并单元等状态监测信息(MMS)，

53.测控装置(母联)发送的跨间隔联闭锁信息(GOOSE)，

54.保护装置(母联)向动态记录装置发送的保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、保护装置状态监测信息(MMS)，

55.保护装置(母联)向监控主机发送的保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、装置本身状态监测及告警信息(MMS)，

56.测控装置(母线)向监控主机发送的母线测控装置本身告警信息(MMS)电压、电流有效值(MMS)、智能终端、合并单元等状态监测信息(MMS)，

57.测控装置(母线)发送的跨间隔联闭锁信息(GOOSE)，

58.保护装置(母线)向保护装置(母联)发送的启动失灵保护信息(GOOSE)，

59.保护装置(母线)向监控主机发送的保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、装置本身状态监测及告警信息(MMS)，

60.保护装置(母线)向动态记录装置发送的保护跳闸命令(GOOSE)、保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、保护装置状态监测信息(MMS)，

61.测控装置(变压器)向监控主机发送的测控装置本身的告警信息(MMS)电压、电流有效值(MMS)、装置本身的状态监测信息(MMS)合并单元、智能终端等监测信息(MMS)，

62.保护装置(变压器)向保护装置(母线)发送的启动失灵保护信息(GOOSE)，

63.保护装置(变压器)向监控主机发送的保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、装置本身状态监测及告警信息(MMS)，

64.保护装置(变压器)向动态记录装置发送的保护跳闸命令(GOOSE)、保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、保护装置状态监测信息(MMS)，

65.监控主机向测控装置(线路)发送的功能压板投退指令及定值(MMS)、开关控制指令(MMS)，

66.监控主机向保护装置(线路)发送的保护装置功能压板投退指令及定值(MMS)，

67.监控主机向保护装置(母线)发送的保护装置功能压板投退指令及定值(MMS)，

68.监控主机向保护装置(母联)发送的保护装置功能压板投退指令及定值(MMS)，

69.监控主机向测控装置(母联)发送的功能压板投退指令及定值(MMS)、开关控制指令(MMS)，

70.监控主机向测控装置(母线)发送的功能压板投退指令及定值(MMS)、开关控制指令(MMS)，

71.监控主机向保护装置(变压器)发送的保护装置功能压板投退指令及定值(MMS)，

72.监控主机向测控装置(变压器)发送的功能压板投退指令及定值(MMS)、开关控制指令(MMS)，

73.同步时钟给网络上所有装置发送同步时钟对时信息(IEEE1588)，

74.SV+GOOSE+MMS+IEEE1588传输网络。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合说明书附图和实例对本实用新型的内容做进一步的说明。

实施例1：

如图1所示，本实用新型提供了一种智能变电站的网络通信系统，所述网络通讯系统可以进行MMS、SV、GOOSE和IEEE1588的通讯；

所述网络通讯系统包括：智能变电站的站控层、间隔层和过程层，以及中心交换机、多个主交换机和为每个主交换机设置的冗余交换机；

所有的主交换机和冗余交换机均与所述中心交换机相连；

每个主交换机首尾相连构成主交换层；每个冗余交换机首尾相连构成冗余交换层；

所述智能变电站的站控层、间隔层和过程层的每个设备均与一个主交换机和所述主交换机对应的冗余交换机相连。

所述过程层包括互感器组、智能开关、合智一体装置，所述智能开关包括断路器及与断路器一体的智能操作单元，所述过程层设备设有三个通讯接口，所述第一通讯接口连接一个过程层交换机，通过过程层交换机连接，所述第二通讯接口连接至冗余过程层交换机，第三通讯接口连接至对应的保护装置。

所述间隔层设有保护装置、测控装置、计量装置、状态监测装置、动态记录装置和保测一体装置。所述保护装置、测控装置、计量装置、状态监测装置、动态记录装置和保测一体装置连接所述过程层交换机和冗余过程层交换机。

所述互感器组包括电子式互感器、与所述电子式互感器一体的合并单元。

所述站控层设有IEEE1588标准的同步时钟、监控主机和远动装置，所述IEEE1588标准的同步时钟、监控主机、远动装置均连接至站控层交换机和冗余站控层交换机。

所述过程层交换机、站控层交换机为非中心交换机，总和为2N个，其中过程层交换机数量为2(N-1)个，站控层交换机数量为2个。所述非中心交换机分成两层，一层由N-1个过程层交换机和1个站控层交换机通过光纤依次首尾相连，形成以所述光纤为支路，所述交换机为节点构成的环形拓扑，并且与中心交换机通过光纤相连，另一层则由余下的N个非中心交换机依次首尾相连，并且与中心交换机相连，构建“2N+1”型双层蛛网拓扑结构的MMS+SV+GOOSE+IEEE1588网。

本实施例中N的确定过程，包括：

间隔层中的第一种的保护测控装置(比如线路保护)和过程层对应的合并单元、智能终端、合智一体装置等连接到一个主交换机中，可看作第一类型的间隔层+过程层组合而成的混合层1。

间隔层中的第二种保护测控装置(比如母线保护)和过程层对应的合并单元等连接到第二个主交换机中，可看作第二类型的间隔层+过程层组合而成的混合层2。

间隔层中的第三种保护测控装置(比如变压器保护)和过程层对应的合并单元等连接到第三个主交换机中，可看作第三类型的间隔层+过程层组合而成的混合层3。

......

间隔层中的第N-1种保护测控装置和过程层对应的合并单元等连接到第N个主交换机中，可看作第N-1类型的间隔层+过程层组合而成的混合层N-1。

加上站控层装置连接到1个主交换机中，因为N-1个主交换机+1个站控层主交换机+N-1个冗余交换机+1个冗余交换机+1个中心交换机＝2N+1蛛网，所以N由接入的保护测控装置的数量决定的；

所述保护测控装置包括：保护装置、测控装置、保测一体装置。

所述间隔层包括保护装置，所述保护装置、保测一体装置设有四个通讯接口，其中，信号输入端a连接所述过程层的N-1个主交换机，通过所述过程层的N-1个主交换机连接所述MMS+SV+GOOSE+IEEE1588网来获得需要的采样值，并可向所述各智能开关、合智一体装置发送GOOSE报文，以及接收站控层的调控信息，并向站控层发送状态信息；信号输入端b接入所述过程层的N-1个冗余交换机，通过所述过程层的N-1个冗余交换机连接所述MMS+SV+GOOSE+IEEE1588网，在主交换机发生故障时可保证正常接收和发送信息；信号输入端c接入互感器组、合智一体装置，在网络通信系统故障时直接获取采样值；信号输入端d接入智能开关、合智一体装置，在网络通信系统故障时可以直接执行动作信号。

所述监控主机通过所述站控层主交换机和冗余交换机进入所述MMS+SV+GOOSE+IEEE1588网，与所述保护、测控装置、保测一体装置进行通信。

本实施例中的，所述MMS+SV+GOOSE+IEEE1588网就是所述变电站网络通信系统。

所述变电站网络通信系统满足变电站通信协议IEC61850的规定。

如图6所示，变电站网络系统的信息流有:

1.所述过程层的所述合并单元、合智一体装置向所述间隔层的所述保护装置、测控装置、保测一体装置发送电压、电流采样值信息(SV)以及合并单元告警信息(GOOSE)。

2.所述过程层的所述智能终端、合智一体装置向所述间隔层的所述保护装置、测控装置、保测一体装置发送合位置信息(GOOSE)、分合位置信息(GOOSE)、闭锁信息(GOOSE)、智能终端及开关告警信息(GOOSE)。

3.所述间隔层的所述保护装置、保测一体装置向所述过程层的所述智能终端、合智一体装置发送保护跳闸指令(GOOSE)。

4.所述间隔层的所述保护装置、保测一体装置向所述站控层的所述监控主机发送保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、保护装置状态监测信息(MMS)。

5.所述间隔层的所述测控装置、保测一体装置向所述过程层的所述智能终端、合智一体装置发送开关控制指令(GOOSE)。

6.所述间隔层的所述测控装置、保测一体装置向所述间隔层的其他测控装置、保测一体装置发送跨间隔联闭锁信息(GOOSE)。

7.所述间隔层的所述测控装置、保测一体装置向所述站控层的所述监控主机发送测控装置本身的告警信息(MMS)、电压电流的有效值(MMS)以及合并单元、智能终端、合智一体装置、保护、测控装置、保测一体装置的状态监测信息(MMS)。

8.所述站控层的所述监控主机、远动装置向所述间隔层的测控装置、保测一体装置发送功能压板投退指令及定值(MMS)、开关控制指令(MMS)，向所述间隔层的保护装置、保测一体装置发送保护装置功能压板投退指令(MMS)。

9.所述过程层的所述合并单元、合智一体装置向所述过程层的所述动态记录装置发送电压采样值信息(SV)、合并单元状态监测信息(GOOSE)。

10.所述过程层的所述智能终端、合智一体装置向所述过程层的所述动态记录装置发送开关分合位置信息(GOOSE)、智能终端的状态监测信息(GOOSE)和合智一体装置的状态监测信息(GOOSE)。

11.所述间隔层的所述保护装置、保测一体装置向所述过程层的所述动态记录装置发送保护动作逻辑及中间节点信息(MMS)、保护装置状态监测信息(MMS)。

本实施例中的智能终端可以采用现有的CSD601，合并单元可以选择已有的CSD602或PRS-7390，保护装置选用现有的数字式变压器保护装置CSC-326G或CSC-150，保护测控装置可以选择PSL646U等。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种智能变电站的网络通信方法，包括：

基于所述的网络通讯系统进行通信时，从智能变电站的站控层、间隔层和过程层的设备中确定发送端和接收端；

基于网络通信系统的拓扑结构获取所述发送端到接收端之间信息流的最短路径；

将所述信息流按获取的最短路径进行传送。

所述信息流依据重要性设有不同的优先级，优先级从高到低依次为：保护跳闸命令、电压、电流采样值信息及状态信息、对时信息、站控层控制命令、故障信息、其他信息。

当接收设备同时接收到两种及以上的信息流时，根据信息流的优先级生成信息流的处理顺序，优先处理优先级最高的信息流，处理完毕后按优先级从高到低的顺序依次接收处理剩余的信息流。

所述变电站网络系统的信息处理机制为：

正常时，所述信息流的传送应按“最近原则”进行传送。

设置所述各交换机权重为同一定值，所述信息流传输的路径为发送设备至接收设备所经的路径，传输的路径应选为最短路径。所述交换机，包括中心交换机和非中心交换机。

最短路径的计算思路为：

计算前，先确定起点和终点，并设定路径值为0，根据网络拓扑，确定所经的路径，在每经过一个交换机，路径值将增加对应的权重，直到达到终点，确定路径值结果为止；

最短路径的路径值为所有线路路径值的最小值，即所经过的交换机的数量最少。

采用该思路利用Dijkstra算法遍历起点到终点的所有路径，并计算各路径的路径值，最终确定最短路径。

如图2所示，W表示交换机的权重值，且W为非负数，计算过程如图3所示。

故障时以单层蛛网结构为例进行说明，当某一条链路发生故障时，如图4所示，图中A为发送起点，B为接收终点：

1.在正常运行时，A处的发送设备向B处的接收设备发送信息，此时信息采用最短路径进行传输，信息流向为A→B。

2.当A和B之间的通信链路发生故障时，在原本A→B的通信链路中，交换机A不能接收到交换机B发送的响应信息。当交换机A确定在一个设定时间T内仍然没有收到交换机B发出的响应信息时，判定通信链路A→B已经失效。

3.此时交换机A依据最短路径算法，确定到交换机B时的最短路径并成功接收到交换机B发出的响应信息时，生成A→G→B的信息流路径。

4.确定信息流路径时，交换机A将发送设备发送的信息按照A→G→B的路径向交换机B所连的接收设备发送信息。

当确定发送端和接收端之间的最短路径后，再确定由主交换机还是冗余交换机进行信息流的传送，当主交换机或冗余交换机故障时，主交换机与冗余交换机互为备份。

以非中心交换机中的主交换机故障为例进行说明主交换机与冗余交换机互为备份，当非中心交换机中的主交换机故障时，发送端可将信息发送到冗余交换机并进行信息转发到目的地址。

转换过程如图5所示，转换的步骤如下：

1.正常工作时，发送端将信息发送至主交换机中，主交换机接收到发送端发送的信息，检查报文帧头后将其转发至目的地址。

2.当主交换机发生故障时，发送端发送信息至主交换机时，在一个设定时间内没有收到主交换机的响应信息，发送端判定主交换机发生故障。此时发送端将通过另一端口将信息发送至冗余交换机，冗余交换机接收到发送端发送的信息并检查报文帧头后将其转发至目的地址。

修复完毕后的信息处理恢复机制：

通信链路故障时，交换机在选择其它最短路径进行数据转发的同时，每隔一定的周期通过故障链路向与故障链路所连接的交换机发送确认信息。当故障的通信链路修复完毕后，交换机将收到与已修复链路所连接的交换机发送的响应信息，判定故障链路已经修复。然后通过所述的路径表进行路径比较，确定最新的最短路径进行转发。

为提高正常工作下冗余交换机的利用率，发送端依据报文的重要级别将高优先级的报文发送至冗余交换机，通过冗余交换机转发至目的地址；优先级低的报文则发送至主交换机，通过主交换机转发至目的地址。可有效减少优先级低的报文的排队时间，有提升了冗余交换机的利用率。

步骤如下：

1.发送端依据报文类型生成不同优先级的报文，通过比较优先级标志码分成高优先级和低优先级两类报文；

2.发送端将高优先级的报文发送至与冗余交换机所连的端口B，通过端口B发送至冗余交换机；

3.同时，发送端将低优先级的报文发送至与主交换机所连接的端口A，通过端口A发送至主交换机。

两类报文可同时通过不同端口进行发送，有效提升发送效率，减少排队时间。

当“2N+1”型双层蛛网拓扑结构，交换机数量规模确定时，可以提前计算点到点的所有路径线路图和对应的路径值，并写入一个路径表保存在交换机内。在通信链路发生故障时，可通过查询路径表，排除故障路径，而无需计算快速确定最短路径，从而达到快速恢复正常通信的目的。

本实施例中主要的提供的创新点，包括：

1、基于“2N+1”型双层蛛网拓扑结构的智能变电站的网络通信系统。智能变电站系统有1个中心交换机，2N个非中心交换机。2N个非中心交换机分为N个主交换机和N个冗余交换机，N个主交换机和冗余交换机均包括1个站控层交换机和N-1个过程层交换机，N个主交换机通过光纤首尾相接，形成上层的环形结构，N个冗余交换机通过光纤首尾相接，形成下层的环形结构，中心交换机通过光纤与上下两层的每个非中心交换机相连接，构成“2N+1”型双层蛛网的拓扑结构。

2、基于“2N+1”型双层蛛网的智能变电站通讯系统的所述信息处理机制。所述信息处理机制采用基于交换机的搜寻最短路径算法搜寻信息流最短路径，利用“2N+1”型双层蛛网拓扑的高冗余性，在网络通信系统的通信链路发生故障时，能够搜寻其它最短路径并恢复正常通信，保证智能变电站通信系统的正常可靠运行。

3、基于“2N+1”型双层蛛网的智能变电站通信系统所述的非中心交换机故障时的信息处理机制。在非中心交换机发生故障时，发送端发送信息时在设定的响应时间内未能接收到主交换机的响应信息，判定主交换机发生故障，同时将信息通过冗余端口发送至冗余交换机并收到响应信息，完成主交换机到冗余交换机的切换。

4、基于“2N+1”型双层蛛网的智能变电站通讯系统的所述信息处理机制的路径表。在“2N+1”型双层蛛网拓扑结构、交换机数量规模确定时，提前将计算好的点对点的所有路径及对应的路径值写入路径表，并存储在交换机内。在通信链路发生故障时具备快速确定其它最短路径，及时恢复正常通信的功能。

5、基于“2N+1”型双层蛛网的智能变电站通信系统所述的通信链路修复完毕后信息处理的自动恢复机制。通信链路故障时，交换机在选择其它最短路径进行数据转发的同时，每隔一定的周期通过故障链路向与故障链路所连接的交换机发送确认信息。当故障的通信链路修复完毕后，交换机将收到与已修复链路所连接的交换机发送的响应信息，判定故障链路已经修复，然后通过所述的路径表进行路径比较，确定最新的最短路径进行转发。

6、基于“2N+1”型双层蛛网的智能变电站通信系统所述的非中心交换机修复完毕后信息处理的自动恢复机制。非中心交换机的主交换机故障时，发送端在每隔一定周期向故障的主交换机发送确认信息，当主交换机修复时，发送端将接收到已修复的主交换机发送的响应信息，判定主交换机已经修复完毕，同时将原本发送至主交换机的信息由向冗余交换机发送转换至向主交换机进行发送。

7、基于“2N+1”型双层蛛网的智能变电站通信系统所述的提升冗余交换机利用率方案。其特征在于发送端依据报文的重要级别将高优先级的报文发送至冗余交换机，通过冗余交换机转发至目的地址；优先级低的报文则发送至主交换机，通过主交换机转发至目的地址。

8、用于基于“2N+1”型双层蛛网结构的智能变电站系统的网络通信系统的间隔层结构。间隔层结构按间隔分类配置交换机，采用间隔层+过程层的混合信息配置方案。所述过程层的所述互感器组、智能开关、合智一体装置和所述间隔层的所述保护、测控装置、计量装置、状态监测装置和保测一体装置通过光纤与过程层交换机相连。

9、用于基于“2N+1”型双层蛛网的智能变电站系统网络通信系统的信息混合配置方式。所述信息混合配置方式中，所述间隔层+过程层+配置交换机的结构中，混合的信息流应包含有MMS、SV、GOOSE、IEEE1588标准的不同信息流。

显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种智能变电站的网络通信系统，其特征在于，所述网络通信系统可以进行MMS、SV、GOOSE和IEEE1588的通讯；

所述网络通信系统包括：智能变电站的站控层、间隔层和过程层，以及中心交换机、多个主交换机和为每个主交换机设置的冗余交换机；

所有的主交换机和冗余交换机均与所述中心交换机相连；

每个主交换机首尾相连构成主交换层；每个冗余交换机首尾相连构成冗余交换层；

所述智能变电站的站控层、间隔层和过程层的每个设备均与一个主交换机和所述主交换机对应的冗余交换机相连。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主交换机包括多个过程层主交换机和1个站控层主交换机；

所述冗余交换机包括：为每个过程层主交换机设置的过程层冗余交换机和为所述站控层主交换机设置的站控层冗余交换机。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述间隔层和过程层的设备至少设有3个通讯接口，其中两个通讯接口分别与所述过程层主交换机和与所述过程层主交换机对应的过程层冗余交换机连接，第三个通讯接口与所述间隔层和过程层的设备对应的保护装置连接；

所述站控层的设备至少设有两个通讯接口，分别与所述站控层主交换机和与所述站控层主交换机对应的站控层冗余交换机连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述过程层的设备包括：互感器组、智能开关和合智一体装置；

所述间隔层的设备包括：保护装置、测控装置、计量装置、状态监测装置、动态记录装置和保测一体装置；

所述站控层的设备包括：同步时钟、监控主机和远动装置。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述保护装置和保测一体装置分别设有四个通讯接口，所述四个通讯接口包括：信号输入端a、信号输入端b、信号输入端c和信号输入端d；

所述信号输入端a与一个过程层主交换机连接，用于通过所述过程层主交换机从网络通讯系统中获取采样值，并向过程层中的智能开关和合智一体装置发送GOOSE报文，以及与站控层进行信息交互；

所述信号输入端b与所述过程层主交换机对应的过程层冗余交换机连接，用于通过所述过程层冗余交换机连接网络通讯系统，在过程层主交换机发生故障时接收和发送信息；

所述信号输入端c与过程层中的互感器组和合智一体装置连接，用于在网络通信系统故障时直接获取采样值；

所述信号输入端d与过程层中的智能开关和合智一体装置连接，用于在网络通信系统故障时直接执行动作信号。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述监控主机通过所述站控层主交换机和站控层冗余交换机接入网络通信系统。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主交换机和冗余交换机的数量由保护测控装置的个数确定；

其中，所述保护测控装置包括：保护装置、测控装置、保测一体装置。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，通过所述网络通信系统进行通信时，发送端将优先级高的信息发送至冗余交换机，通过所述冗余交换机转发至接收端；将优先级低的信息发送至主交换机，通过所述主交换机转发至接收端。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主交换机和冗余交换机是互为备份的。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述网络通信系统中的设备之间通过光纤连接。

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