工业以太网交换机在智能变电站中的应用.pptx

伏少松
工业以太网交换机在智能变电站中的应用
智能变电站的概念是随着智能电网概念的提出而一并提出的,可以讲是智能电网的一个最重要、最关键的“终端”,承担为智能电网提供数据和控制对象的功能。
采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,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、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。因此,智能变电站需要数字化的通信平台。
基于IEC 61850 标准的变电站网络通信是最大的共同点。
智能变电站概念
数字化平台
通信网络;
二次设备;
工具软件。
功能:
取消长电缆连接,提高系统性能,同时消除事故隐患;
使用IEC 61850标准,有利于设备之间的互操作。
电子式互感器
有源式电子式互感器;
无源式电子式互感器。
功能:
解决传统互感器的固有缺陷;
节约绝缘和材料成本。
智能一次设备
高压设备本体;
智能组件。
功能:
监视设备运行状态,消除事故隐患;
提高设备运行寿命,降低全生命周期成本;
实现智能操作。
高级应用
全景数据反演;
一体化在线五防;
VQC;
程序化顺控功能;
网络记录分析;
分担主站负担。
功能:
提高电网智能化水平。
智能变电站的主要组成
智能变电站的通用以太网架构
根据IEC 61850标准,智能变电站具备典型的三层架构:
站控层
间隔层
过程层
由于实际工程的需要,以太网交换机往往置于站控层和过程层;而智能设备(IED)则严格的按照三层架构加以区分。
MMS网:站控层和间隔层之间的网络一般传输制造报文规范(manufacturing message specification,MMS)报文,为TCP单播报文。
GOOSE网:过程层和间隔层之间的网络一般传输面向通用对象的变电站事件(generic object oriented substation events,GOOSE)报文,为组播报文。
SMV网:智能一次设备通过光PT、光CT 进行模拟量采集并上送合并单元(MU),合并单元将同步后的模拟信号上送保护、测控等间隔层装置使用,通过传输采样测量值(sample measured value,SMV)报文上送,为组播报文。
时钟同步网:过程层与间隔层之间的基于IEEE 1588标准的时钟同步网。
过程层报文的种类
星形拓扑结构
最小延迟—从IED到IED之间只有三跳;
全部连接到中心交换机通常成本高且不易实现;
没有冗余—任一电缆/交换机的故障可能导致多个IED与站控级断开。
站控层的交换机网络通常布置为双星型
优点:布线容易缺点:成本高
双网互备
基本网络结构
环形拓扑结构
N+1网络冗余容错能力;
采用RSTP自动组态;
多环连接可以组成网格形拓扑结构。
过程层的交换机网络方案:
双星型(国内)
环网(国外):
优点:出现故障时可在毫秒级内完成自愈切换
缺点:实时性略显不足
采样值(SMV)、GOOSE、同步(1588)三网合一将提高系统可靠性
GOOSE和采样值合网
带宽上具有可行性(稳定流量和突发性流量配合)
降低了成本
48点/周波供保护测控,200点/周波点对点供计量
9-2、48点/周波,16回达到80Mbit/s
以太网时钟同步与采样网合一
IEEE 1588v2,硬件参与,ns级对时,满足计量要求
提高了采样数据的可靠性
过程层合网
本方案以变压器保护为例,采用IEC61850-9-2采样信息、GOOSE 信息、IEEE1588 对时信息共网传输。

间隔层与过程层合并单元遵循IEC61850-9-2标准,与过程层智能终端采用GOOSE 通信协议。

过程层网络按间隔配置独立的间隔交换机,各间隔通过主干网交换机组成过程层网络实现信息共享。
三网合一配置方案
由于三网合一技术的要求比较高,技术难度大,且欠缺有效的冗余手段,其可靠性受到一定的质疑和担忧。因此,基于IEC 62439 标准的PRP冗余技术得到广泛的关注。PRP ( Parallel Redundancy Protocol ) 是IEC62439-3 中定义的网络冗余协议,IEC62439 已于2010 年3 月份正式颁布。
IEC61850 中明确引用IEC62439-3,作为其冗余协议。在基于PRP 技术的变电站冗余网络中,每个PRP 冗余节点(例如保护装置、合并单元)需两个网络端口并行运行。工作时,端口通过链路冗余体与网络层相连,其作为一个单独的网络接口软件管理处理以太网卡和上层网络协议的通信接口,如图所示。
PRP并行冗余技术方案