數(shù)字化水電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

李慧音，朱聿元，魏 源

（中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明650051）

自2006年我國(guó)首座基于IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站投運(yùn)以來(lái)，我國(guó)數(shù)字化變電站建設(shè)發(fā)展迅猛，至今已經(jīng)取得了巨大的成就，在大力建設(shè)智能電網(wǎng)和數(shù)字化變電站的過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外也在嘗試建設(shè)數(shù)字化水電站，我國(guó)走在了這方面的前列。國(guó)內(nèi)已建成的白山、松江河、葛洲壩、桐柏等水電站實(shí)現(xiàn)了部分的數(shù)字化功能，上述電站中，僅實(shí)現(xiàn)站控層網(wǎng)絡(luò)的通信，數(shù)據(jù)量較小且通過(guò)站控層網(wǎng)進(jìn)行通信的設(shè)備較少。當(dāng)數(shù)字化程度進(jìn)一步深化，實(shí)現(xiàn)全站的數(shù)字化時(shí)，面臨的問題是數(shù)據(jù)量激增、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、各個(gè)系統(tǒng)之間互相影響，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化就顯得尤為重要。

數(shù)字化水電站的通信網(wǎng)絡(luò)由冗余的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)（GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)）與站控層網(wǎng)絡(luò)（MMS網(wǎng)）構(gòu)成[1]，依據(jù)各層設(shè)備本身的特性以及與其他設(shè)備之間的關(guān)系，不同設(shè)備與各網(wǎng)的A網(wǎng)和B網(wǎng)之間的連接方式各異，其配置的基本原則如下：

（1）在保證網(wǎng)絡(luò)可靠性的前提下，網(wǎng)絡(luò)的配置應(yīng)盡可能的簡(jiǎn)潔，在數(shù)據(jù)冗余的同時(shí)應(yīng)減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)來(lái)縮減數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)。

（2）雙重化配置的過(guò)程層、間隔層設(shè)備分別接入對(duì)應(yīng)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)[2]，雖然不要求數(shù)字化水電站執(zhí)行數(shù)字化變電站的相關(guān)要求，但仍需將其納入考慮范圍內(nèi)。

（3）某設(shè)備的單一故障不應(yīng)引起其他設(shè)備的主備裝置/元件間的切換?；谏鲜鲈瓌t，本文將對(duì)數(shù)字化水電站各設(shè)備和兩網(wǎng)的連接方式分別進(jìn)行論證和比較。

1 設(shè)備的分類

各層設(shè)備依據(jù)配置方式以及設(shè)備間的主備關(guān)系可分為以下3類：

第1類設(shè)備為單套配置；第2類設(shè)備雙重化配置，同時(shí)兩套設(shè)備無(wú)主備關(guān)系，兩套設(shè)備同時(shí)采集數(shù)據(jù)、同時(shí)出口，當(dāng)某套設(shè)備出故障時(shí)不需要切換；第3類設(shè)備為主備關(guān)系的雙重化配置，兩套裝置同時(shí)采集數(shù)據(jù)但同一時(shí)刻僅有一套裝置出口，在故障時(shí)需要進(jìn)行主備切換以保證指令的正常下發(fā)和數(shù)據(jù)的上送。

第1類設(shè)備包括輔控系統(tǒng)、公用控制系統(tǒng)、測(cè)控裝置、自動(dòng)化元件的數(shù)字化采集單元、直流系統(tǒng)、振擺保護(hù)裝置等。

第2類設(shè)備包括合并單元、智能終端、智能測(cè)速裝置以及保護(hù)系統(tǒng)等。

第3類設(shè)備包括監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)、機(jī)組LCU、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)等。

2 各類設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接方式

2.1 第1類設(shè)備與兩網(wǎng)的連接

第1類設(shè)備若僅連接至單網(wǎng)，當(dāng)該網(wǎng)故障時(shí)，該設(shè)備無(wú)法與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此單套配置的設(shè)備需同時(shí)連接至數(shù)字化水電站兩網(wǎng)的A網(wǎng)和B網(wǎng)以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，見圖1。

圖1 第1類設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 第2類設(shè)備與兩網(wǎng)的連接

第2類設(shè)備兩套裝置同時(shí)采集數(shù)據(jù)、同時(shí)出口，采取單套對(duì)單網(wǎng)的連接方式時(shí)，數(shù)據(jù)的采集沒有問題，輸出的數(shù)據(jù)同時(shí)存在于各網(wǎng)的A網(wǎng)和B網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)是冗余且可靠的，在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)斷鏈或者單個(gè)裝置故障時(shí)仍正常工作；若采用單套對(duì)雙網(wǎng)的方式，數(shù)據(jù)的采集不受影響，但輸出的數(shù)據(jù)較單套對(duì)單網(wǎng)模式增加1倍，加重了網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)接收端的負(fù)擔(dān)；第2類設(shè)備可以采用單套對(duì)單網(wǎng)的模式連接至各網(wǎng)交換機(jī)。

已投運(yùn)的數(shù)字化變電站中，雙重化配置的保護(hù)裝置均采用單套對(duì)雙網(wǎng)的連接方式與MMS網(wǎng)連接，因保護(hù)裝置上送數(shù)據(jù)量不大，當(dāng)前方式對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)接收端的影響較小，同時(shí)其他單元層設(shè)備與MMS網(wǎng)的連接方式均為單套對(duì)雙網(wǎng)，為保證單元層設(shè)備與MMS網(wǎng)連接方式的一致性，建議遵循慣例，采用單套對(duì)雙網(wǎng)的方式與MMS網(wǎng)連接，詳見圖2。

圖2 第2類設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.3 第3類設(shè)備與兩網(wǎng)的連接

第3類設(shè)備兩套裝置同時(shí)采集數(shù)據(jù)但同一時(shí)刻僅一套裝置出口，采取單套對(duì)單網(wǎng)的連接方式時(shí)，數(shù)據(jù)的采集沒有問題，但輸出的數(shù)據(jù)只存在于主用裝置連接的網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)沒有冗余，當(dāng)該網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)斷鏈時(shí)，需要進(jìn)行裝置的主備切換，將可能會(huì)導(dǎo)致其他系統(tǒng)設(shè)備也隨之進(jìn)行主備切換，增加了發(fā)生故障的機(jī)率，因此建議采用單套對(duì)雙網(wǎng)的模式見圖3。

圖3 第3類設(shè)備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文分析可以看到，在綜合考慮設(shè)備運(yùn)行可靠性，權(quán)衡設(shè)備配置投資以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求后，針對(duì)各類設(shè)備分別提出了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本原則。因現(xiàn)階段調(diào)速器、勵(lì)磁和監(jiān)控系統(tǒng)暫時(shí)沒有全面支持IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，相關(guān)功能仍處在研究開發(fā)階段，本文的研究均基于傳統(tǒng)電站中該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制原理，該類設(shè)備經(jīng)研發(fā)后原理若有變動(dòng)，將需要重新進(jìn)行分類并采用對(duì)應(yīng)類別下的連接方式。