新一代智能变电站信息流架构设计
新一代智能变电站二次设备模块化设计
新一代智能变电站二次设备模块化设计新一代智能变电站以系统高度集成、设计集成优化为目标，推动智能变电站创新发展。
本文详细介绍新一代智能变电站对二次设备的技术要求，通过从发展需求和设备整合两个角度分析了二次设备集成化思路及关键技术，论述了智能变电站新设备集成优化方案，提出了几种模块化设计方案，体现了二次设备高度集成模块化的设计原则。
标签：新一代智能变电站；二次设备；集成方案；模块化0 引言随着经济和电力技术的发展，各种新技术、新设备在变电站的建设过程中得到了广泛的应用。
我国变电站的发展经历了传统变电站、综合自动化变电站、数字化变电站、智能变电站和目前的新一代智能变电站。
新一代智能变电站智能化特征鲜明，按照新技术要求，制定了新一代信息流方案，研制了通用一体化业务平台，提高了系统可扩展性，研制站域保护、集成式就地化二次设备等。
采用预制舱式二次组合设备，实现最大化工厂加工，最小化现场施工。
还采用预制电缆、预制光缆，实现设备之间标准化连接和一、二次设备连接的“即插即用”。
1 二次设备的发展历程在中国50年代之前，早期的变电站，二次设备采用模拟仪器仪表，就地监控和人工操作，不具备自动化能力；20世纪80年代以前，传统变电站采用机械电磁式、晶体管式、集成电路式二次设备应用，二次设备均按照传统方式布置，各部分独立运行。
20世纪90年代，综合自动化变电站，通过对变电站二次设备的功能进行重新组合和优化设计，建成了变电站综合自动化系统，RTU、微机自动装置、计算机监控系统等二次设备和系统获得大面积推广应用，满足站内现场总线及以太网应用；2013年，在总结智能变电站建设经验的基础上，新一代智能变电站应运而生，提出了集成化二次设备和一体化业务平台应用，实现分散独立系统向一体化系统转变，强化了高级功能应用，全面提升了运行可靠性[1]。
2 二次设备集成化思路及关键技术2.1 需求分析二次设备整合和集成是实现新一代智能变电站最终目标的首要任务及重要途径。
智能变电站二次系统网络结构和信息流分析
智能变电站二次系统网络结构和信息流分析首先是监测与控制系统，该系统对变电站中的各个设备进行监测和控制。
传感器和监测装置将设备的相关参数和工作状态信息采集并传输给监测与控制系统，通过该系统可以实时了解变电站的运行状态。
监测与控制系统将根据设定的参数进行自动控制操作，以确保变电站的正常运行。
其次是保护系统，保护系统通过监测变电站的电气参数和设备状态，及时采取措施以保护电力设备和传输线路的安全与正常运行。
保护系统中的继电器、开关和保护装置会接收、处理并响应来自各个设备的信息，以及时切断故障设备，并将相应的告警信号传输给控制中心。
第三个部分是电力管理系统，该系统主要用于对电网的运行状态进行实时监测、分析和预测，以及对电力负荷的调整与控制。
电力管理系统通过采集变电站的数据，包括电压、电流、功率因数等参数，对电网的电量进行统计和分析，并根据需求进行智能调控，保证电网的安全、稳定和高效运行。
最后是通信网络系统，该系统是实现智能变电站信息传输与共享的基础。
通信网络系统将二次系统各个部分的信息进行集中管理和传输，以保证信息的实时性、准确性和可靠性。
通信网络可以使用有线通信和无线通信技术，将数据传输到控制中心，并实现与其他智能电网设备的互联互通。
在智能变电站的二次系统中，信息流是实现智能化运行的核心。
各个部分的数据采集和传输构成了信息流的基础。
监测与控制系统通过传感器和监测装置采集设备的参数和状态信息，并将其传输到控制中心；保护系统通过继电器和保护装置采集故障设备的信息，并将告警信号传输到控制中心；电力管理系统将变电站的数据传输到控制中心进行分析和决策；通信网络系统将各个部分的信息进行传输和共享。
控制中心是智能变电站二次系统信息流的汇聚和处理中心。
控制中心负责接收和处理来自各个部分的数据，并进行分析和决策。
通过对数据的分析和处理，控制中心可以实时监测变电站的运行状态，并根据需要做出相应的控制和调整。
总的来说，智能变电站的二次系统网络结构以及其中的信息流是实现智能化运行的关键。
智能变电站一体化信息平台的设计
智能变电站一体化信息平台的设计摘要：一般来说，智能化的变电站系统会有自己的提点，比如在信息的共享方面或是在智能化的控制方面等，这种特点具有紧凑性、集成化的特质，也是智能变电站的主要表现形式之一。
我国的智能变电站系统具有标准的规格，基本可以实现通讯和网络的共享，实现数字化的处理。
研究发展，我国在智能通讯方面有着先天的优势，容易形成集成性的方案，促进智能一体化在我国的应用，使得各种智能化变电站产品实现高速的运作。
关键词：智能变电站；一体化信息平台；设计1 智能变电站信息一体化的重要意义在以往的变电站中，设备检查检修工作缺乏足够的针对性，使得检修工作无法发挥应有的效果，存在一定隐患，严重时还会造成停电等事故，给系统运行造成严重的影响。
为消除这些问题，需要对设备检修方法进行全面的优化和整改，并运用当前较为先进、有效的技术措施。
信息一体化的应用可以很好的解决数据交互方面的难题，借助相应的平台，可对变电站复杂、海量的实时数据进行统一的管理。
与传统意义上的变电站对比，切实应用信息一体化的智能变电站在采集数据时更加方面，处理效率也更高。
由于传统变电站的系统相互交叉，容易使数据也产生重叠或交叉，所以会对数据的准确性造成一定程度的影响，不利于后续分析、处理等工作。
然而，信息一体化的合理应用可以从根本上避免这种问题的发生，它强调信息的统一性，可实现数据共享，不仅节省了大量资源，还能提高各类数据的准确性和可靠性。
由此可见，信息一体化的合理应用对于变电站数据采集、处理与分析等都有着十分重要的意义和作用。
2 智能变电站信息一体化功能介绍2.1 实时监控为了保证变电站整个系统的稳定，要对变电站的全部数据与信息实施监控，通过对数据的采集与监控，对需要处理的数据及时进行处理，对所有数据进行整理与整合，最终实现对数据的智能化管理。
信息一体化的平台可以及时提供各种数据，保证整个系统的正常运行与系统的稳定性。
2.2 信息与警报智能的变电站能够对不同状态下的数据进行收集，然后进行集中的分析与处理，将分析后的数据反馈给工作人员，给工作人员提供了可参考的数据，实现人机的完美结合，还能减少工作人员的劳动强度，优化工作形式，消除人为因素所造成的误差和影响。
智能变电站网络架构
SNTP报文用于给站控层设备对时。
220kV线路配置以及光纤走向图示
超达变网络架构
智能 单元
合并 单元
智能 单元
合并 单元
智能 单元
蓝色
：RJ45以太网
黑色
：点对点光纤（SMV）
绿色
：点对点光纤（GOOSE）
国ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ公司采用三层两网、直采直跳的架构。
三层：站控层、间隔层、过程层；
两网： 站控层网络、过程层网络；
直采：智能电子设备间不经过交换机而以点对点连接方式直接进行采样值传 输，直跳：智能电子设备间不经过交换机而以点对点连接方式直接进行跳合闸 信号的传输。
站控层设备：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，例如图 形网关机、监控主机等。
站控层网络示意图
站控层网络
站控层网络主要传输MMS报文、GOOSE报文、 SNTP对时报文。
MMS报文主要用于站控层与间隔层之间的客户端 /服务器端服务通信，传输带时标信号（SOE）、 测量量、文件、定值、控制等信息。
CPU模块：负责GOOSE通讯、逻辑运算、开放出口继电器
正电源
开入模块：采集断路器、隔离开关等一次设备的开关量信息 开出模块：驱动隔离开关、地刀分合控制的出口继电器 智能操作回路模块：驱动断路器的跳合闸出口继电器 模拟量采集模块：温湿度模拟量到数字量的转换
智能终端与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备 采用光纤连接，实现对一次设备（例如，断路器、隔离开关、 主变压器等）的测量、控制等功能。
过程层设备
过程层设备包括变压器、断路器、隔离开关、电 流电压互感器、合并单元、智能终端等以及独立 的智能电子装置。 合并单元：实现了交流二次电流、电压模拟量到 数字量之间的转换，或者说实现了从模拟量输入 到数字量输出。
2、智能变电站信息流及重要监控信号解析
智能终端收XX GOOSE 链路中断
保护装置收XX GOOSE 链路中断
原因：光纤损坏、装置故障、配置错误。
后果： 无法收断路器、隔离开关位置，但是保护
可以正常出口。
原因：保护装置硬件故障、装置配置错误、光纤损
保护装置收XX SV采样链路中断
坏、交换机故障
后果：保护无法收到电压、电流采样值，视为TV断
三、智能变电站典型监控信息
2.智能变电站典型监控信息分析
原因：无装置无法运行或失电。电源板损坏，C
PU板损坏，装置电源空开跳闸。
合并单元装置故障 智能终端装置故障
合并单元装置异常 智能终端装置异常
原因： 对合并单元来说装置有 GOOSE 或 SV 总告
警，智能终端有 GOOSE 总告警。或装置有异常但
二、保护信息流
3.220kV智能变电站110kV出线间隔信息流关系图（110kV双母线接线）
调 度
光 纤
现场后台
总控
站控层MMS网
网 线 网 线 网 线
其他 测控
光 纤 光 纤
测 控 ⑴ ⑻
光 纤 光 纤
母差保护
线路保护
⒀
⑺
光 纤
⑼
⑶
⑹
光 纤
⑽ ⑷
光 纤
过程层SV网 过程层GOOSE网
⑾ 母线合 并单元
不足以导致无法运行。一般由自身光模块故障引起。
原因：在智能终端、合并单元、测控装置、保护装
检修压板
置上都有检修硬压板，作用是标示以上装置置检修
状态。原则是两端的检修压板一致，才能保证传输 命令的一致。
三、智能变电站典型监控信息
2.智能变电站典型监控信息分析
智能变电站概述及通讯结构图
电气设备监测与故障诊断作业智能变电站学院：电子信息专业：电气工程及其自动化班级：13级01班姓名：苗增学号：134智能化变电站建设苗增西安工程大学电气工程及其自动化系，临潼，710600摘要：智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
与常规变电站相比，智能化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口仅接口和通信模型发生了变化，但过程层却由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。
1.智能化变电站的体系结构与通讯网络IEC61850将智能变电站分为过程层、间隔层和站控层，各层内部及各层之间采用高速网络通信。
整个系统的通讯网络可以分为：站控层和间隔层之间的站控层通讯网、以及间隔层和过程层之间的过程层通讯网。
站控层通信全面采用IEC61850标准，监控后台、远动通信管理机和保护信息子站均可直接接入IEC61850装置。
同时提供了完备的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6规范的SCL文件，可在不同厂家的工程工具之间进行数据信息交互。
2.间隔层通讯网采用星型网络架构，在该网络上同时实现跨间隔的横向联锁功能。
110kV及以下电压等级的变电站自动化系统可采用单以太网，110kV以上电压等级的变电站自动化系统需采用双以太网。
智能化变电站通讯结构见如下示意图：变电站自动化系统.技术特点采用分层分布、面向对象的设计思想;支持IEC61850标准，间隔层测控/保护装置全面通过中国电科院RTU 检测中心的一致性测试和荷兰KEMA公司IEC61850一致性测试及认证;当地监控系统适用于多操作系统(Windows/UNIX/Linux),多硬件系统(32位/64位)的混合平台;当地监控系统采用图库一体化设计，并内嵌了操作票和一体化五防等功能;采用嵌入式软/硬件设计技术，实现了变电站层通信平台的通用化和装置化，可以方便地满足不同应用场合的需要;间隔层测控/保护装置采用了网络化硬件平台，实现了硬件的标准化、模块化，方便配置和扩展。
智能变电站系统的基本结构
智能变电站系统的基本结构随着电力行业的不断发展，智能变电站系统已经成为电力系统中不可或缺的一部分。
智能变电站系统采用了先进的技术和先进的控制策略，能够实现对电力系统的完全自动化控制，提高了电力系统的可靠性和安全性。
本文将从智能变电站系统的基本结构入手，详细介绍智能变电站系统的组成和功能。
1. 智能变电站系统的基本结构智能变电站系统主要由以下几个部分组成：(1) 电源系统：电源系统是智能变电站的基础，负责为整个系统提供稳定的电源。
(2) 信号采集系统：信号采集系统负责采集各种信号，包括电流、电压、功率、频率等参数，以确保变电站系统的正常运行。
(3) 通信系统：通信系统是智能变电站系统的重要组成部分，负责与外部系统进行通信，包括与电力公司的通信、与监控中心的通信等。
(4) 控制系统：控制系统是智能变电站系统的核心部分，能够实现对变电站的自动控制和监测，包括对各个设备的控制和监测。
(5) 保护系统：保护系统是智能变电站系统的重要组成部分，能够对电力系统进行实时保护和监测，包括对电力设备的过载、短路和接地等异常情况进行保护。
2. 智能变电站系统的功能智能变电站系统具有以下几个主要功能：(1) 自动化控制：智能变电站系统能够实现对变电站的自动控制，包括对设备的控制和监测。
(2) 远程监测：智能变电站系统能够实现对电力系统的远程监测，包括对电压、电流、功率等参数的监测。
(3) 实时保护：智能变电站系统能够对电力系统进行实时保护，包括对电力设备的过载、短路和接地等异常情况进行保护。
(4) 数据分析：智能变电站系统能够对采集到的数据进行分析，提供给用户详细的数据报告，帮助用户进行决策。
(5) 预警功能：智能变电站系统能够通过对数据的分析，提前预警电力系统可能出现的问题，帮助用户采取相应的措施。
3. 智能变电站系统的应用智能变电站系统目前已经广泛应用于各个领域，包括电力系统、工业控制、交通运输等。
智能变电站系统能够提高电力系统的可靠性和安全性，降低了电力系统的运营成本，同时也提高了电力系统的效率和可持续性。
智能变电站功能架构及设计原则
智能变电站功能架构及设计原则摘要：随着我国社会经济社会的不断发展，人们对电能的需求量逐渐增大，导致供电压力随之逐渐增大。
变电站是供电系统重要组成部分之一，直接关系着电力供应的效果。
因此建设智能变电站对电力能源的供给意义重大。
本文就智能变电站的功能架构及其设计原则展开了具体研究。
关键词：智能变电站；功能架构；设计原则前言：电力作为当代社会的重要能源之一，给人们的生活提供了极大的便利。
因此相关工作人员为了确保电力设备能够正常运行，需要建设完善的智能变电站，对智能变电站功能架构以及设计原则进行深入性的研究。
与传统变电站相比，智能变电站具有多种优势：安全性能高、占地面积少、绿色环保等，所以成为变电站的主要发展方向。
智能变电站作为建设智能电网的基础，成为了变电站的发展方向，因此对智能变电站的研究具有现实意义。
一、智能变电站的设计原则和注意事项（一）、设计原则智能变电站在设计过程中为了更好的顺应时代发展的趋势，满足新时期供电系统的需求，需要遵循一下原则：第一，为便于采集最新消息，需在变电站设备中植入传感器；第二，智能变电站构造体系要选取开放型；第三，设计原则要遵从规范化；第四，保证设计的安全和可靠；第五，体现变电站的“智能”性，内部应能够自动协调和分析。
只有遵循一定的设计原则，才能使设计更合理、更人性化，更能够满足社会发展的需求。
1.、设计注意事项智能变电站设计过程中，首要就是要保证设备运行的安全性，设备的构造要保持紧密，确保智能变电站实现高效性的运行。
再者，要注意设备配置出现重复的情况。
变电站在设计过程中特别需要注意一下事项：（1）减少变电站的占地面积，智能变电站一律使用集成化电气设备；再者，最大限度的将功能相似的设计进行合并，扩大空间，以电缆代替光纤，合理设置电缆沟位置；最后，在经济允许的情况下，要选择性能好的网络设备，对于网络架构也要灵活把握。
1.智能变电站系统结构设计根据lEC61850标准，变电站自动化系统共分为三层，分别为：过程层、间隔层和变电站层，其主要是用来监控,对设备和电网继电进行保护，下面就这三部分展开具体研究。
智能变电站网络架构
智能变电站网络架构在当今电力系统的发展中，智能变电站扮演着至关重要的角色。
而智能变电站的高效运行，离不开其精心设计的网络架构。
智能变电站的网络架构，简单来说，就是将变电站内的各种设备和系统通过网络连接起来，实现信息的快速、准确传输和共享，从而保障变电站的稳定运行和智能化控制。
要理解智能变电站网络架构，首先得知道它由哪些部分组成。
一般来说，主要包括站控层、间隔层和过程层。
站控层就像是整个变电站的“大脑”，负责对全站进行监测、控制和管理。
它包含了监控主机、数据服务器等设备，通过高速以太网与间隔层设备进行通信。
在这里，各种数据被汇总、分析和处理，运行人员可以直观地了解变电站的运行状态，并下达控制指令。
间隔层则像是各个“器官”，起到承上启下的作用。
它由保护装置、测控装置等组成，一方面与站控层进行通信，另一方面与过程层的设备进行交互。
间隔层的设备能够对本间隔的电气量进行测量、保护和控制，实现了对不同间隔的独立管理和协同工作。
过程层是最接近“一线”的部分，包括了互感器、智能终端、合并单元等设备。
它直接与一次设备相连，负责采集电气量、开关量等实时数据，并将控制命令传递给一次设备，实现对电力系统的实时监测和控制。
在智能变电站网络架构中，通信网络是关键的“桥梁”。
目前，常用的通信协议有 IEC 61850 标准。
这个标准就像是一套通用的“语言”，让不同厂家生产的设备能够相互理解和通信。
它规定了数据的格式、传输方式以及设备之间的交互规则，大大提高了系统的兼容性和开放性。
为了保障通信的可靠性和实时性，智能变电站通常采用多种网络拓扑结构。
常见的有星型、环形和总线型。
星型结构中，所有设备都连接到一个中心节点，这种结构易于管理和维护，但中心节点一旦出现故障，可能会影响整个网络。
环形结构则将设备连成一个环形，数据沿着环进行传输，具有较高的可靠性，但网络扩展相对困难。
总线型结构则是所有设备都连接在一条总线上，成本较低，但容易出现数据冲突。
智能变电站 330kV 线路MU、智能终端连接示意图
母线保护1
母线保护2
一次设备
330kV 母联（分段）间隔 母联（分段）间隔GOOSE信息流图 信息流图
测控I/O单元
断路器 刀闸位置 控制 命令 出口 断路器 刀闸位置
断路器位置
断路器位置
母联/母分 充电保护1
智能终端1
保护动作出口 智能终端告警/闭锁
智能终端2
保护动作出口
母联/母分 充电保护1
闭锁重合闸（电缆） 保护动作 保护动作
330kV 1M 330kV 2M
线路保护1
关口计量
母线保护1 SV A网中心交换机 SV A网交换机 线路测量
电流电压合并单元1 电流电压合并单元
GOOSE A网交换机
母线电压合并单元1 1 母线电压合并单元2
电流电压合并单元2 电流电压合并单元
GOOSE B网交换机 SV B网中心交换机 SV B网交换机 线路测量 母线保护2
母线电压合并单元2
母联保护2
330kV 分段间隔 分段间隔MU连接图 连接图
330kV 1M
330kV 3M 分段保护1 母线保护1 SV A网中心交换机 SV A网交换机 分段测量
电流合并单元1 电流合并单元
GOOSE A网交机
母线电压合并单元1
电流合并单元2 电流合并单元
GOOSE B网交换机 SV B网中心交换机 SV B网交换机 分段测量 母线保护2
保护动作出口
线路保护2
闭锁重合闸（电缆） 母 动作 动 闭锁重 合闸 保护动作 （单 （单 ） 保护动作 ） 母 动作 动 闭锁重 合闸 开 关 刀闸位置 本 体 、 信 保护动作出口 号 位 置 间隔 刀闸位置 间隔 动作出口 、 、 置 间隔 动作出口 间隔 刀闸位置 闸 刀 号 位 信 闸 器 体 刀 保护动作出口 路 本 、 断 关 器 开 路 刀闸位置 断
智能变电站过程层交换机信息流
智能变电站过程层交换机信息流在智能站信息流中，对于智能站点对点与组网传输方式：前者通过光纤直连，将保护电压电流、跳合闸命令或是一次设备状态等信息传递至相应的智能设备。
而后者则通过过程层交换机，将信息通过GOOSE/SV网络传递。
本文将结合典型220kV智能站过程层交换机的配置，详细阐述过程层交换机作为信息交互的枢纽，是如何将组网信息传递至各个智能设备的。
一、过程层交换机典型配置限于篇幅，只探讨典型220kV智能站过程层交换机配置。
在220kV母差保护信息流、主变保护信息流等推送中提到过，位于母差保护屏上的过程层中心交换机是各个过程层网络的核心，负责联通各间隔的设备。
而各个间隔的交换机可以看成是中心交换机的网口拓展，设置的目的是实现更多过程层设备信息的交互。
因此，针对220kV智能站过程层A、B、C、D网，过程层交换机也就相应地有4套配置。
过程层A、B网主要针对220kV设备，主要配有：220kV母差保护过程层A(B)网中心交换机、线路间隔过程层A(B)网交换机、主变220kV 及本体过程层A(B)网交换机。
过程层C、D网主要针对110kV及35kV设备，主要配有：110kV 母差保护过程层C(D)网中心交换机、线路间隔过程层C网交换机、主变110kV、35kV过程层C(D)网交换机。
下面分别针对过程层A、B、C、D网，讨论过程层交换机在信息流中所处的位置。
二、过程层A网一般而言，过程层A网包括的设备有：保护、合并单元、智能终端、测控装置以及其他辅助设备共5大类。
保护：220kV线路(主变、母分)间隔的第一套保护；220kV第一套母差保护；合并单元：220kV线路(主变高压侧及本体)、母分间隔的第一套合并单元；220kV母线压变第一套合并单元；智能终端：220kV线路(主变高压侧)、母分间隔的第一套智能终端；主变本体智能终端；220kV正母(副母)智能终端测控装置：220kV电压等级所有测控装置(包括母线、主变本体测控)；辅助设备：网络分析仪；220kV线路故障录波器；主变故障录波器；图1 220kV过程层A网设备联系图注：限于篇幅，各间隔仅画到间隔交换机一级，具体设备未画出。
智能变电站网络架构
智能变电站网络架构在当今电力系统的发展中，智能变电站扮演着至关重要的角色。
而智能变电站的高效运行，离不开其精心设计的网络架构。
这一网络架构就像是变电站的神经系统，确保了各种信息的准确、快速传递，实现了电力的稳定供应和智能化管理。
智能变电站网络架构的构成要素丰富多样。
首先，站控层网络是整个架构的“大脑”，它负责变电站的整体监测、控制和管理。
这一层级的设备包括监控主机、数据服务器等，通过高速以太网与间隔层和过程层设备进行通信。
间隔层网络则像是各个“器官”之间的协调者，由保护测控装置、故障录波装置等组成，实现对本间隔一次设备的保护、控制和监测，并与站控层和过程层进行信息交互。
过程层网络则是与一次设备直接相连的“末梢神经”，包含智能终端、合并单元等设备，负责采集和传输实时数据，执行控制命令。
在网络架构中，通信协议的选择至关重要。
目前，常用的通信协议有 IEC 61850 标准。
IEC 61850 为智能变电站提供了统一的通信规范，使得不同厂家的设备能够实现互联互通，大大提高了系统的兼容性和可扩展性。
它定义了数据模型、服务接口和通信映射，确保了信息的准确、高效传输。
智能变电站网络架构的拓扑结构也有多种形式。
常见的有星型拓扑、环型拓扑和总线型拓扑。
星型拓扑结构以站控层设备为中心，各间隔层和过程层设备通过独立的链路与之相连。
这种结构的优点是易于管理和维护，单点故障不会影响其他设备的通信。
但缺点是布线成本较高，对中心节点的可靠性要求极高。
环型拓扑结构则将各个设备连接成一个环形，数据在环上单向或双向传输。
它具有较高的可靠性，当某段链路出现故障时，数据可以通过反向链路传输。
然而，环型拓扑的扩展性相对较差。
总线型拓扑结构中，所有设备都连接在一条总线上，共享通信介质。
其优点是成本低、易于扩展，但缺点是容易出现冲突，通信效率相对较低。
为了保证智能变电站网络架构的可靠性，采取了一系列的措施。
冗余技术是其中的关键之一。
通过设备冗余、链路冗余等方式，即使在部分设备或链路出现故障的情况下，系统仍能正常运行。
智能化变电站的概念及架构
智能化变电站的概念及架构一、智能化变电站的概念智能化变电站是数字化变电站的升级和发展，在数字化变电站的基础上，结合智能电网的需求，对变电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能。
从智能电网体系结构(图1)看，智能化变电站是智能电网运行与控制的关键。
作为衔接智能电网发电、输电、变电、配电、用电和调度六大环节的关键，智能化变电站是智能电网中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电压的重要电力设施，是智能电网“电力流、信息流、业务流”三流汇集的焦点，对建设坚强智能电网具有极为重要的作用。
除了变压器、开关设备、输配电线路及其配套设备之外，智能化变电站在硬件上的两个重要特征是大量新型柔性交流输电技术及装备的应用，以及风力发电、太阳能发电等间歇性分布式清洁电源的接入。
这两个变化，在提高变电站功能的同时也增加了其复杂程度。
智能化变电站自动化系统应当增加对柔性交流输电设备和分布式电源接口的智能化管理和控制功能。
根据国家电网公司《智能变电站技术导则》，智能化变电站是采用先进的传感器、信息、通信、控制、智能等技术，以一次设备参量数字化和标准化、规范化信息平台为基础，实现变电站实时全景监测、自动运行控制、与站外系统协同互动等功能，达到提高变电可靠性、优化资产利用率、减少人工干预、支撑电网安全运行，可再生能源“即插即退”等目标的变电站。
其内涵为可靠、经济、兼容、自主、互动、协同，并具有一次设备智能化、信息交换标准化、系统高度集成化、运行控制自动化、保护控制协同化、分析决策在线化等技术特征。
二、智能化变电站的功能特征智能化变电站的设计和建设，必须在智能电网的背景下进行，要满足我国智能电网建设和发展的要求，体现我国智能电网信息化、数字化、自动化、互动化的特征。
智能化变电站应当具有以下功能特征:1、紧密联结全网。
从智能化变电站在智能电网体系结构中的位置和作用看，智能化变电站的建设，要有利于加强全网范围各个环节间联系的紧密性，有利于体现智能电网的统一性，有利于互联电网对运行事故进行预防和紧急控制，实现在不同层次上的统一协调控制，成为形成统一坚强智能电网的关节和纽带。
智能变电站概述及通讯结构图解析
电气设备监测与故障诊断作业智能变电站学院：电子信息专业：电气工程及其自动化班级：13级01班姓名：苗增学号：41303040134智能化变电站建设苗增西安工程大学电气工程及其自动化系，临潼，710600摘要：智能变电站是由智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信协议基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
与常规变电站相比，智能化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口仅接口和通信模型发生了变化，但过程层却由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。
1.智能化变电站的体系结构与通讯网络IEC61850将智能变电站分为过程层、间隔层和站控层，各层内部及各层之间采用高速网络通信。
整个系统的通讯网络可以分为：站控层和间隔层之间的站控层通讯网、以及间隔层和过程层之间的过程层通讯网。
站控层通信全面采用IEC61850标准，监控后台、远动通信管理机和保护信息子站均可直接接入IEC61850装置。
同时提供了完备的IEC61850工程工具，用以生成符合IEC61850-6规范的SCL文件，可在不同厂家的工程工具之间进行数据信息交互。
2.间隔层通讯网采用星型网络架构，在该网络上同时实现跨间隔的横向联锁功能。
110kV及以下电压等级的变电站自动化系统可采用单以太网，110kV以上电压等级的变电站自动化系统需采用双以太网。
智能化变电站通讯结构见如下示意图：3.PRS7000变电站自动化系统3.1.技术特点采用分层分布、面向对象的设计思想;支持IEC61850标准，间隔层测控/保护装置全面通过中国电科院RTU 检测中心的一致性测试和荷兰KEMA公司IEC61850一致性测试及认证;当地监控系统适用于多操作系统(Windows/UNIX/Linux),多硬件系统(32位/64位)的混合平台;当地监控系统采用图库一体化设计，并内嵌了操作票和一体化五防等功能;采用嵌入式软/硬件设计技术，实现了变电站层通信平台的通用化和装置化，可以方便地满足不同应用场合的需要;间隔层测控/保护装置采用了网络化硬件平台，实现了硬件的标准化、模块化，方便配置和扩展。
智能变电站网络结构
智能变电站网络结构
1.数据采集通信网络：
2.边缘计算网络：
边缘计算网络是智能变电站网络结构中的中间层，其主要功能是对采集到的数据进行处理和分析。
在这一层次上，智能变电站通常配备有边缘计算节点，能够对实时数据进行实时处理，从而提高决策响应速度。
边缘计算节点可以通过预测、优化等方式对数据进行分析，从而提供更为准确的运行控制策略。
为了实现边缘计算网络的高效工作，通常需要配置高性能的计算设备和存储设备，并保证计算节点之间的通信速度和可靠性。
3.云计算网络：
云计算网络是智能变电站网络结构的顶层，其主要功能是对边缘计算网络中处理和分析得到的数据进行进一步的综合利用和存储。
云计算网络通常采用分布式计算、大数据存储等技术，可以将繁重的计算任务分发到多个计算节点上进行并行处理，从而提高计算效率。
云计算网络还可以利用大数据分析技术对历史数据进行挖掘和分析，提取潜在的规律和模式，为智能变电站的运行和管理提供可靠的支持。
总体而言，智能变电站的网络结构是一个渐进式的架构，从数据采集通信网络到边缘计算网络，再到云计算网络，不断迭代完善。
这一网络结构的建立，不仅可以实现变电站内部的信息共享和协同工作，还可以与上级电网、下级用户进行远程通信和数据交互，从而提高了变电站的运行效率和可靠性，实现了电力系统的智能化和自动化管理。
智能变电站系统的基本结构
智能变电站系统的基本结构智能变电站系统是一种将现代信息技术、通信技术、自动化技术和电力系统技术相结合的高科技产品。
它通过对电力设备进行监测、控制和保护，实现了对电力系统的智能化管理，提高了电力系统的可靠性、安全性和经济性。
智能变电站系统的基本结构包括以下几个方面：1. 自动化控制系统自动化控制系统是智能变电站最重要的组成部分之一，它主要负责对变电站内各种设备进行监测、控制和保护。
自动化控制系统可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调等功能，从而使得变电站的管理更加便捷和高效。
2. 通信网络通信网络是智能变电站中不可或缺的一部分，它主要用于实现各个设备之间的数据通信。
通信网络可以采用有线或无线方式进行传输，常见的有光纤通信、以太网通信等。
通过建立完善的通信网络，可以实现设备之间数据共享，从而提高了整个系统的效率。
3. 监测与诊断系统监测与诊断系统主要用于对变电站内各种设备进行实时监测和故障诊断。
通过对设备的监测，可以及时发现设备的异常情况，并采取相应的措施进行处理，从而保证了变电站的安全运行。
4. 数据管理系统数据管理系统主要用于对变电站内各种数据进行管理和分析。
通过对数据的分析，可以了解到变电站内各种设备的运行状态和故障情况，从而及时采取相应的措施进行处理。
同时，数据管理系统还可以提供各种报表和图表，方便管理人员进行决策。
5. 人机界面系统人机界面系统是智能变电站中最直接与人交互的部分，它主要用于显示各种设备的运行状态和故障信息，并提供操作界面供人员进行操作。
通过人机界面系统，可以方便地了解到整个变电站内各个设备的运行情况，并及时采取相应措施进行处理。
总之，智能变电站系统是一种将现代信息技术、通信技术、自动化技术和电力系统技术相结合的高科技产品。
其基本结构包括自动化控制系统、通信网络、监测与诊断系统、数据管理系统以及人机界面系统等几个方面。
通过对这些方面的综合应用，可以实现对电力系统的智能化管理，提高了电力系统的可靠性、安全性和经济性。
变电站管理信息系统的设计
变电站管理信息系统的设计1.引言现代电力系统是非常复杂的组织系统，其中变电站作为电力系统的重要组成部分，起到电能转换、调节和传输的作用。
为了提高变电站的管理效率和安全性，设计一个高效的变电站管理信息系统是至关重要的。
本文将介绍变电站管理信息系统的设计。
2.系统需求分析2.1软件功能需求(1)设备管理：对变电站设备进行分类管理，并对设备参数、状态进行监测和管理。
(2)人员管理：管理变电站工作人员的信息，包括工作岗位、权限等。
(3)供电管理：对变电站的电能供应进行监测和管理，包括电网状态、运行负荷等。
(4)安全管理：对变电站的安全设备进行监测和管理，包括火灾报警、温度、湿度等监测。
(5)运维管理：对变电站的维修、保养等运维工作进行管理，包括工作任务安排、工作进度跟踪等。
(6)报表统计：对变电站的运行情况进行报表统计和分析。
(7)数据分析：对变电站的各项数据进行分析，发现问题和潜在风险。
(8)远程监控：远程监控变电站的运行状态，及时发现问题并进行处理。
2.2系统性能要求(1)响应速度：系统要求能够在短时间内及时响应用户的操作请求。
(2)数据安全性：系统要求对重要数据进行备份和安全传输，防止数据泄露和丢失。
(3)可靠性：系统要求能够长时间稳定运行，保证变电站的正常运行。
(4)可扩展性：系统要求能够根据变电站的规模和需求进行扩展和升级。
(5)易用性：系统要求用户界面简单易用，用户能够快速上手。
3.系统设计3.1系统架构设计(1)前台用户界面：提供给用户使用的界面，包括设备管理、人员管理、供电管理、安全管理、运维管理等功能模块。
(2)后台数据库系统：负责存储和管理变电站的各项数据，包括设备数据、人员数据、供电数据、安全数据、运维数据等。
3.2数据库设计根据系统需求，设计以下数据库表：(1)设备表：存储变电站设备信息，包括设备名称、设备类型、设备参数等。
(2)人员表：存储变电站工作人员信息，包括姓名、工作岗位、权限等。
智能变电站二次系统结构
智能变电站二次系统结构智能变电站二次系统结构是指变电站中用于运维管理的智能化系统，它包括智能监测、智能控制、智能保护以及智能维护等子系统。
这些子系统通过各种传感器、控制器、通信设备等互联互通，实现对变电站设备的实时监测、远程控制和智能化保护。
下面将详细介绍智能变电站二次系统的结构。
1.智能监测子系统：智能监测子系统是智能变电站的核心组成部分，它包括各种监测设备和传感器，用于实时监测变电站设备的状态和运行参数。
这些监测设备可以监测到变电站中的电压、电流、温度、湿度等参数，并将监测数据传输到数据中心进行处理和分析。
监测数据的处理和分析可以实现对变电站设备的运行状况进行评估和预测，为运维管理提供重要的参考依据。
2.智能控制子系统：智能控制子系统主要是通过集中控制器对变电站设备进行远程控制和调度。
集中控制器可以实现对变压器、断路器、开关等设备的远程开关控制，以及对设备运行参数的设定和调节。
智能控制子系统还可以实现对电能质量、电能损耗等参数的监测和控制，以保证变电站的安全运行和供电质量。
3.智能保护子系统：智能保护子系统是保障变电站安全运行的关键系统，它包括各种保护设备和保护装置，用于对电力系统的故障进行快速检测和处理。
智能保护子系统可以实现对变电站中的电流、电压、频率等参数进行实时监测，并通过故障检测和判断算法，实现对设备故障的自动切除和迅速恢复。
4.智能维护子系统：智能维护子系统是为了提高设备运维效率和降低运维成本而设计的。
它包括设备维护管理系统和设备维护设备等。
设备维护管理系统可以实现对变电站设备的故障诊断、维护计划的制定和维护资源的调配。
设备维护设备主要是为运维人员提供方便的工具和设备，以提高运维效率和工作质量。
智能变电站二次系统的结构是一个复杂的系统工程，它需要各个子系统之间的互联互通，以实现高效的运维管理。
只有将各个子系统有效地集成和协调，才能实现对变电站设备的精细化管理和智能化运行控制。
未来，随着物联网技术的发展和应用，智能变电站二次系统的结构将会更加完善和智能化。
智能变电站通信网络系统设计
智能变电站通信网络系统设计随着电力行业的不断发展，智能变电站已成为电力系统的重要组成部分。
通信网络系统是智能变电站的核心之一，它能够实现变电站内部各种设备之间的高效信息交互，同时还可以与上级电力系统和远程控制中心进行数据传输。
本文将介绍智能变电站通信网络系统的设计。
智能变电站通信网络系统主要由站控层、间隔层和过程层构成。
站控层是智能变电站的控制中心，主要负责变电站内部各种设备的集中监控和维护管理。
站控层包括监控主机、工程师站、维护服务器等设备。
这些设备通过以太网连接，实现数据传输和信息交互。
间隔层是智能变电站的核心层，主要负责各个设备的控制和保护。
间隔层包括各种智能设备，如变压器、断路器、隔离开关等。
这些设备通过以太网或串行接口连接，实现相互之间的信息交互和数据传输。
过程层是智能变电站的基础层，主要负责各种传感器和执行器的数据采集和控制。
过程层包括各种智能传感器和执行器，如电流互感器、电压互感器、继电器等。
这些设备通过以太网或串行接口连接，实现与站控层和间隔层的数据传输和信息交互。
智能变电站通信网络系统的可靠性是设计的首要考虑因素。
为了提高系统的可靠性，需要采用高可靠性设备和通信协议，同时还需要对系统进行冗余设计，确保在设备故障或通信故障时，系统仍能够正常运行。
智能变电站通信网络系统的实时性是关键性能之一。
为了提高系统的实时性，需要采用高效的通信协议和数据处理技术，同时还需要对系统进行优化，减少通信延迟和数据拥塞。
智能变电站通信网络系统的安全性是设计的另一个重要因素。
为了保障系统的安全性，需要采用加密技术和访问控制策略，以保护数据的安全和系统的稳定运行。
同时还需要对系统进行漏洞扫描和安全审计，及时发现和处理安全问题。
智能变电站通信网络系统的可扩展性是设计的必要考虑因素之一。
为了使系统能够适应未来的发展需求，需要采用可扩展的通信协议和设备接口，同时还需要对系统进行模块化设计，方便进行系统的升级和扩展。
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第35卷第0期中国电机工程学报V ol.35 No.0 000.00, 2015 DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2015.00.000 文章编号：0258-8013 (2015) 00-0000-00 中图分类号：TM 新一代智能变电站信息流架构设计肖燕(中国电力科学研究院，北京市海淀区100192)Design of Information Flow Scheme for New Smart SubstationXIAO Yan(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)ABSTRACT:For realizing the unity of data source and the unity of communication network at new smart substation, sharing the resource of hardware and network and promoting the integration degree of new smart substation, the information flow including measurement information flow, control information flow, protection information flow and monitoring information flow were investigated respectively and a scheme of information flow integrating control, protection, monitoring and measurement was proposed for new smart substation. Base on this scheme and the technical needs of 220 kV new smart substation, an implementable information flow design was putted forward which was composed by the information flow of bus space, the information flow of transmission line space, the information flow of transformer space and the information flow of intelligent high voltage equipment. The information flow design was applied in new smart substation demonstration project of SGCC.KEY WORDS: smart substation; information flow; data flow摘要：为了在新一代智能变电站内实现数据源的统一和通信网络的统一，共享站内硬件资源和网络资源，提升新一代变电站的集成度，该文对站内信息流进行了系统研究，包括测量信息流、控制信息流、提出一种融合测量、控制、保护、监测和计量等需求的全站信息流架构。
以此为基础，结合220 kV新一代智能站的工程需求，给出了一种可执行的信息流设计方案，该设计方案包括母线间隔信息流设计、线路间隔信息流设计、主变间隔信息流设计及高压设备信息流设计共4个部分。
文中提出的信息流设计方案在国家电网公司的新一代智能站示范工程中得到应用。
关键词：智能变电站；信息流；数据流0 引言智能变电站(简称智能站)是智能电网的重要组成部分[1-3]，在智能站中，大量应用了智能电子装置(以下简称二次设备)，信息流涉及站内通信网络架构、二次设备功能配置及智能化功能实现方案等关键问题，信息流设计已成为智能站顶层设计的重要部分。
智能站信息流包括电压、电流及各类设备状态信息、控制信息的采集、共享、处理、执行、传输、应用、存储等多个环节，经济、可靠地支持智能化目标的实现是信息流设计的基本要求。
2009年之前，已有数字变电站，但数字化主要限于保护与测控，二次设备数量有限，信息流相对简单[4-5]。
2009—2012年，开始研究建设智能站，二次设备从保护、测控扩展到了智能高压设备的二次部分及计量、监测及辅控设备等，信息流在深度及广度上均有较大扩展，但对信息流的系统研究甚少，实际工程中，通常由二次设备供应商结合工程要求自行设计，随意性很大，为后期的运智能站的维带来了极大的风险。
由于电网已发展成熟，欧美对智能站的研究并不活跃，有少数几个智能站的例子，技术状态与国内已建工程基本相同，即数字化的测控、保护，辅以部分在线监测，且彼此网络独立，数据源独立。
2012年，国家电网开始研究、建设新一代智能变电站(以下简称新一代智能站)，新一代智能站汲取了已有建设经验，进行了多方面的技术提升，其中一项十分重要的内容就是统一全站信息流[6]。
本文阐述了这项工作的主要内容。
与国内外已有信息流方案相比，本文实现了全站各业务的信息融合，将以往独立布局的保护测控、智能高压设备、计量、电能质量监测等不同业务的信息流进行统一规划，分析共同的数据源需求，按照设备、各业务子系统全站各层级智能化目标，构建全站信息流架构，首次实现了全站各业务共网共源，从根本上解决前期网络出版时间：2016-01-06 16:47:08网络出版地址：/kcms/detail/11.2107.TM.20160106.1647.004.html2 中国电机工程学报第35卷的技术发散状态，突破了各业务分割独立无法实现全站整体智能化目标的瓶颈。
本文以220 kV新一代智能站双母线结构并采用“直采直跳”为例，给出了各业务完全融合的全站信息流实施方案，分成智能高压设备、母线间隔、线路间隔和主变间隔4个模块分别予以阐述。
本文提出的信息流实施方案已用于国家电网新一代智能站示范工程。
1 信息流设计的基本原则新一代智能站信息流设计遵循了以下基本原则[6]：1）安全性和可靠性原则。
仅将支撑电网实时运行控制的信息接入安全I区，其它信息接入安全II区；保护采用“直采直跳”。
2）专业融合设计原则。
之前智能站内保护测控、监测、计量、电能质量等各自独立，造成同一变电站内不同业务信息流不同网、不同源的问题，制约了变电站整体智能化目标的实现。
新一代智能站则在分析各业务信息流需求的基础上，将保护测控、监测、计量、电能质量等进行统一设计，首次实现了变电站各业务信息流的“同源同网”，奠定了本文新一代智能站全站信息流设计的基础。
3）优先采用国标[3]或IEC标准[4]原则。
仅当已有国标或IEC标准不能满足要求时才进行必要的修订和扩展。
2 功能配置与信息流信息流方案影响二次设备之间的网络连接方案及二次设备的功能配置。
反过来，网络连接方案及二次设备功能配置也会影响信息流设计。
在新一代智能站，为了提升二次设备的集成度，对部分二次设备的功能配置做出了规范[6]：1）测控装置。
新一代智能站要求测控装置兼有考核点计量功能，这种集成安排是基于常规测控与计量应用相同的数据源，具备共享硬件资源的条件，集成之后，不仅简化了信息流架构，也减少了站内二次设备的数量。
2）合并单元。
合并单元输出的电压、电流采样值，是全站信息流的核心组成部分，包括80点/周波和256点/周波两类输出，前者简称合并单元，为保护、测控、高压设备智能组件、考核计量、一般性电能质量监测所共享，双套冗余配置；256点/周波输出的合并单元(简称高采样率合并单元)主要用于贸易结算点计量、高精度电能质量监测等，视工程需要配置。
目前两类合并单元为独立的物理装置，今后宜统一为单一物理装置。
3）主要二次设备配置了状态监测功能，包括板卡或核心器件温度、光信号强度和工作电源电压。
一次、二次设备所有监测类信息报送综合应用服务器，由综合应用服务器统一管理，其中，与保护直接相关的二次设备状态监测信息同时报送至动态记录装置。
4）智能高压设备设主IED，负责汇集、处理智能组件的监测信息，并于调度或PMIS进行信息交互。
5）110 kV侧配置了合并单元智能终端集成装置，10 kV/35 kV配置了多合一装置，将母线间隔合并单元、测控、保护、考核点计量等功能集成到一个物理装置。
3 逻辑节点的增扩新一代智能站的信息交互模式已有基础[7-9]，但监测部分尚不够成熟，部分逻辑节点不能准确反映实际需要，必须进行必要的扩展[6]。
具体有：气体绝缘介质监测逻辑节点(SIMG)，在状态信息和测量信息中扩展了气体湿度，并增补了定值信息；断路器监测逻辑节点(SCBR)，在测量信息中扩展了线圈电流积分值；变压器监测逻辑节点(SPTR)，在测量信息中扩展了铁心接地电流和绕组测量温度，并在定值信息中做了相应的扩展；液体绝缘介质监测逻辑节点(SIML)，在状态信息中扩展了氢气、乙炔和总烃，并扩展了定值信息[10]。
对智能变压器和智能开关设备，各增补了格式化信息和结果信息两个逻辑节点；针对二次设备状态监测，增补了温度监测逻辑节点(TTMP)、电源电压监测逻辑节点(SVLT)和光强监测逻辑节点SITY[11]。
4 智能高压设备信息流设计智能高压设备是新一代智能站的重要标志之一。
新一代智能站中实际应用了智能电力变压器和智能高压开关设备。
智能电力变压器信息流设计应支持其智能化目标的实现[10,12]，包括控制、监测和保护三类IED，共同组成智能组件，实现对有载分接开关及冷却装置的智能控制、非电量保护和绝缘状态监测等功能。
信息流架构如图1所示。
在图1中，非电量保护、控制、监测与合并单元进行了信息融合，主IED 汇集电力变压器本体的监测信息，并进行处理，形成结果信息和格式化信息，报送至调度系统和/或PMIS。
图1中的信息流编码见表1。
文中信息流编第 期肖燕：新一代智能变电站信息流架构设计3非电量保护IED主IED冷却装置控制IED 油中溶解气体监测IED有载分接开关控制IED07 直连 油中溶解气体浓度信号08 直连 末屏电流信号72 过程层 基于油中气体的格式化和结果信息(MMS) 2S站控层主要监测量格式化及结果信息(MMS)码的命名规则详见文献[10]。
智能高压开关设备信息流设计应支持其智能化目标的实现，包括了控制、监测和测量(合并单元)三类IED ，共同组成智能组件，实现对整个高压开关间隔的智能控制、绝缘状态监测和电压、电流测量等功能，信息流架构如图2所示。