智能变电站网络结构
智能变电站通信网络技术方案
智能变电站通信网络技术方案1 智能变电站通信网络总体结构智能变电站通信网络采用IEC 61850国际标准，IEC 61850标准将变电站在结构上划分为变电站层、间隔层和过程层，并通过分层、分布、开放式网络系统实现连接。
变电站层与间隔层之间的网络称为变电站层网络，间隔层与过程层之间的网络称为过程层网络。
变电站层网络和过程层网络承载的业务功能截然不同。
为了保证过程层网络的实时性、安全性，在现有的技术条件下，变电站层网络应与过程层网络物理分开，并采用100M及以上高速以太网构建。
通讯在线保护及故障系统服务器系统服务器GOOSE视频监视终端信息管理兼操作员站2兼操作员站1远动远动联动服务器子站工作站1工作站2变电站层MMS/GOOSE网变电站层网络超五类屏蔽双绞线其他智能电能保护故障间隔层设备计量测控录波SMV网光缆过程层网络GOOSE网合并智能单元单元过程层光缆电缆电子式开关设备互感器(主变、断路器、刀闸)智能变电站通信网络基本构架示意图2 变电站层网络技术方案功能:变电站层网络功能和结构与传统变电站的计算机监控系统网络基本类似,全站信息的汇总功能(包括防误闭锁)可依靠MMS/GOOSE网络实现。
拓扑结构选择:环形和星形拓扑结构相比，其网络可用率有所提高(单故障时两者均不损失功能，少数的复故障环形网可以保留更多的设备通信)，但是支持环网的交换机和普通星型交换机相比价格大大提高。
国内经过多年的技术积累，装置普遍具备2~3个独立以太网口, 星型网络在变电站实际应用有着更加丰富的使用经验。
国内220kV及以上变电站层网络一般采用双星型拓扑结构;110kV及以下变电站层网络一般采用单星型拓扑结构。
变电站层双星型网络结构示意图系统服务器兼操作员站远动工作站变电站层变电站层网络变电站层交换机2变电站层交换机1保护测控保护测控保护测控保护测控间隔层变电站层双环型网络结构示意图3 过程层网络技术方案功能:过程层网络分为SMV采样值网络和GOOSE信息传输网络。
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摘要：本文简要阐述了智能变电站二次系统网络结构，介绍了GOOSE、SV、MMS的定义和传输方式，并对站内数据信息的流向进行了分析。
关键词：三层两网；GOOSE；SV；MMS；信息流0 引言智能变电站基于IEC61850标准提出了变电站的三层功能结构、功能间的逻辑接口和逻辑接口到物理接口的映射，现在国内变电站应用较多的是“三层两网”结构。
智能变电站的二次设备网络架构可分为站控层、间隔层和过程层三层，网络组成可分为站控层网络和过程层网络。
站控层网络和过程层网络在物理上完全独立。
站控层和间隔层之间采用MMS报文通信，间隔层之间采用面向通用对象的变电站事件GOOSE通信，间隔层和过程层之间采用面向通用对象的变电站事件GOOSE通信和SV通信。
GOOSE报文和SV报文组成了过程层和间隔层之间的信息流，间隔层GOOSE报文是间隔层之间的信息流，MMS报文是间隔层和站控层之间的信息流。
三层两网是智能变电站的核心架构，站控层和过程层网络独立，报文相互隔离，确保了安全的信息交互和稳定的报文走向。
1 智能变电站二次系统网络结构智能变电站二次系统设备主要包括：（1）站控层设备：包括后台监控主机、数据通信网关机、数据服务器、综合应用服务器、操作员站、工程师站、保护信息子站和PMU数据集中器等。
（2）间隔层设备：包括测控、保护、故障录波、网络分析仪、安全与稳定控制装置等。
（3）过程层设备：包括合并单元、智能终端和智能组件等。
智能变电站二次系统网络结构示意图如下图1所示。
合并单元采集一次设备的电压、电流等电气量后，按照IEC61850-9-2的多路广播采样值格式进行组帧，通过光纤以太网通信介质传输到间隔层二次设备（如测控和保护），或者按照IEC60044-8标准通过光或电同步串行接口以FT3格式发送给间隔层设备。
智能终端通过电缆线与一次断路器等设备相连，通过光纤接口的以太网，采用GOOSE报文与间隔层设备快速交换信息。
智能变电站网络结构一.
过程层设备
互感器 间隔1
开关 间隔1
互感器 间隔2
开关 间隔2
...
互感器 间隔N
开关 间隔N
黑色线：光纤以太网 绿色线：光纤（FT3协议）
重庆电力高等专科学校
智能变电站网络结构一
变电站综合自动化
智能变电站网络结构一
变电站层设备 站控间隔层网络 间隔层设备
变电站层设备
100M/1Biblioteka M交换 以太网间隔层设备 间隔1
间隔层设备 间隔2
...
间隔层设备 间隔N
母差等跨间隔的 间隔层设备
过程层网络
100M交换 以太网
100M交换 以太网
100M交换 以太网
100M交换 以太网 各种连线颜色示例 ： 蓝色线：双绞线以太网
智能变电站自动化通信网络结构研究
智能变电站自动化通信网络结构研究随着电力系统规模的不断扩大，变电站的数量和规模不断增加，传统的手动操作已无法满足其需求，智能变电站应运而生。
智能变电站系统能够实现远程监控、自动控制、保护和诊断，具有高效、精确和安全的特点。
智能变电站通信网络是实现智能化管理的核心技术之一。
本文将就智能变电站的自动化通信网络结构进行研究。
1.智能变电站通信网络的分类智能变电站通信网络可按照传输介质的不同进行分类，主要分为有线网络和无线网络两种形式。
有线网络是使用电缆等物理连接方式建立的，其优点是传输速度快、抗干扰能力强、稳定性高，但需要大量的敷设工作，且易受自然灾害等外部环境的影响。
无线网络是利用无线电波传输数据的一种形式，其优点是灵活性高、可移到性强、成本低廉，但易受干扰影响，传输速度相对较慢，且安全隐患较大。
智能变电站通信网络结构分为三层，即实时控制层、数据汇聚层和管理决策层。
实时控制层是智能变电站内各种控制设备的集中管理层，包括自动化终端装置（RTU）、自动化控制单元（ACU）等。
这一层的通信网络需要满足实时高速、稳定安全的要求。
数据汇聚层是控制层的中间层，主要负责数据的汇聚和转发，其中包括以太网交换机、路由器等。
这一层的通信网络需要具备高速、稳定的要求，同时需要满足管理层的数据需求。
管理决策层是智能变电站系统的最高层次，主要负责监控、管理和决策。
这一层的通信网络需要满足高度安全性、稳定性和可靠性要求。
智能变电站通信网络体系应具有充分的可扩展性和灵活性，以适应不断变化的业务需求。
同时，通信网络应具备高度的可靠性和安全性，保证变电站的正常运行。
在通信网络设计中，应采用多层次的逻辑结构和复杂的管理方式，以达到网络的高可靠性和安全性。
同时，网络应设计具有完善的备份和故障恢复机制，以应对可能发生的各种网络故障。
此外，通信网络还应设计好接口标准，以保证通信协议的统一性和互操作性，方便设备之间的交互和数据共享。
总之，智能变电站通信网络是实现智能化管理的核心技术之一，其设计需要遵循高可靠性、高安全性、可扩展性等原则。
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。
智能变电站网络结构
智能变电站网络结构在当今的电力系统中，智能变电站扮演着至关重要的角色，而其网络结构则是实现智能化运行和高效可靠供电的关键支撑。
智能变电站的网络结构，简单来说，就像是一个高效运作的信息高速公路系统，负责在变电站内的各个设备之间快速、准确地传输数据和指令。
它主要由站控层、间隔层和过程层这三个层次组成，每个层次都有着独特的功能和作用。
站控层处于整个网络结构的顶端，就像是一个指挥中心。
它主要由主机、操作员站、远动通信装置等设备构成。
站控层的任务是对整个变电站进行监视、控制和管理。
通过收集来自间隔层和过程层的各种数据信息，站控层能够全面了解变电站的运行状态，并根据这些信息下达控制指令，以实现对变电站的优化运行和故障处理。
间隔层则像是各个作战小分队，位于站控层和过程层之间。
它由保护装置、测控装置等设备组成。
间隔层的主要职责是对所属间隔进行保护、测量和控制。
每个间隔都有对应的间隔层设备，它们相互协作，又相对独立，能够在一定程度上自主处理本间隔内的事务，并将重要信息上传至站控层，同时接收站控层的指令进行相应操作。
过程层是网络结构的最底层，也是与一次设备直接相连的部分，堪称“前线战士”。
过程层包括智能终端、合并单元等设备。
智能终端负责对一次设备进行控制和监测，例如断路器、隔离开关的分合操作等。
合并单元则主要对电流、电压等模拟量进行数字化转换，并将这些数字信号上传至间隔层和站控层。
在智能变电站的网络结构中，通信技术起着举足轻重的作用。
目前，常用的通信协议有 IEC 61850 标准。
IEC 61850 标准为智能变电站内的各种设备之间的通信提供了统一的规范和接口，使得不同厂家生产的设备能够相互兼容和互操作。
这就好比大家都说着同一种“语言”，交流起来毫无障碍，大大提高了系统的灵活性和可扩展性。
为了确保数据传输的可靠性和实时性，智能变电站网络通常采用以太网技术。
以太网具有传输速度快、带宽大、易于扩展等优点。
同时，为了满足不同业务对实时性和可靠性的要求，网络还会采用不同的组网方式，比如过程层网络可能会采用星形、环形或者总线型等结构。
智能变电站网络架构
智能变电站网络架构智能变电站网络架构第一章引言智能变电站作为能源电力系统中的重要组成部分，具有数据采集、监控管理、远程操作等功能。
本文档旨在介绍智能变电站网络架构的设计原则及相关技术细节，以便为变电站网络部署提供指导。
第二章整体架构设计1.变电站网络拓扑a.传感器与设备连接：(1) 采用统一的物联网通信技术，如LoRaWAN、NB-IoT 等，连接各种传感器和设备。
(2) 传感器与设备之间可以通过无线或有线方式连接，以满足不同传感器的特殊需求。
b.局部网络：(1) 变电站内部设备采用局部网络进行连接，如以太网、工业以太网等。
(2) 局部网络通过网络交换机进行连接，实现设备之间的通信与数据交换。
c.多变电站互连：(1) 不同变电站间通过广域网连接，建立互连网络。
(2) 互连网络可以采用VPN、封装协议等方式进行数据隔离与传输。
2.网络安全设计a.认证与授权：(1) 采用身份认证机制，例如基于数字证书的认证方式，确保系统中每个用户的身份可信。
(2) 授权管理，设定不同用户的权限等级，实现对系统资源的访问控制。
b.数据传输加密：(1) 在局部网络和互连网络中，采用安全的通信协议，如SSL/TLS，对数据进行加密传输，防止数据被窃听和篡改。
c.设备安全保护：(1) 引入物联网安全技术，对传感器和设备进行安全管理与保护。
(2) 定期更新设备固件，修复安全漏洞，确保设备的安全性。
第三章局部网络设计1.总体要求a.高可靠性：采用冗余设计，实现网络设备的冗余和链路的冗余，提高网络的可靠性与可用性。
b.高性能：选用高性能的网络设备，确保数据传输的稳定性和快速性。
c.网络管理：引入网络管理平台，实现网络设备的集中管理和监控，提供故障诊断和维护功能。
2.设备选型a.网关设备：选用高性能、可靠性强的网关设备，支持各种传感器和设备的连接、数据处理与转发。
b.网络交换机：根据局部网络规模和需求，选用高性能、可管理性强的交换机，满足带宽需求和扩展性。
智能变电站的网络结构优化
智能变电站的网络结构优化0引言智能变电站由一次设备和二次设备2个层面构成，其基本的组成单元和普通数字化变电站并没有本质区别。
智能变电站的优势主要体现在一次设备的智能化控制以及利用网络化来组织二次设备上，加之一次设备与二次设备之间采用了高速网络通信，因此二者之间的联系得以加强。
从智能变电站组成的层次结构来看，从一次设备（互感器、断路器）开始，往下是过程层设备（主要是户外柜组件和过程层交换机），其次是隔离层设备（如各类保护装置和测控装置），最后是由以太网MMS 、监控系统和远控装置构成的站控层设备。
而从智能变电站的发展趋势来看，有向系统层和设备层2层结构简化的趋势。
但这种2层简化结构需要依赖于大量的计算机和网络控制技术，因此短时间内还难以实现。
当前的智能变电站多数仍采用传统的3层结构形式，该种结构框架的过程层设备和间隔层设备是通过过程层的网络连接来实现的。
网络连接在过程层中承担着智能变电站主要数据的通信任务，这些传输数据来自于变电站运行中的状态实时数据，以及变电站的模拟量采样信息、网络中传输的设备管理信息和事件警告信息等。
因此，在研究智能变电站的网络结构优化时，主要是考虑网络中数据传输的优化。
1智能变电站网络结构形式分析智能变电站自动化系统分为站控层、间隔层和过程层3个大层次，通信连接一般都是靠站控总线和过程总线完成。
其中站控总线处理站控层与间隔层各控制设备之间的通信，而过程总线处理间隔层与过程层中各种智能一次设备的通信。
从逻辑上讲，在设计时，通常可依据需要将站控总线设置为独立于过程总线，或将站控总线与过程总线合并的形式。
这2种不同的布线方式各有优缺点。
如果将站控总线与过程总线合并，可能会因数据时效性属性不同（实时性、非实时性）、数据控制属性不同（控制性、非控制性）而导致数据间的互相影响，降低网络资源的利用效率和网络的安全性。
但这种布线方式能够提高硬件资源的利用效率，在条件允许的情况下，可通过以太网的优先级排队技术或虚拟局域网技术来实现对各类重要等级不同的数据进行分析处理。
智能变电站自动化技术培训-智能变电站网络结构
HMI
GW
Swit ch (1 )
Swit ch (2 )
Swit ch (3 )
Swit ch (N)
IED ... IED IED ... IED IED ... IED
IED ... IED
15
网络架构分析
1、总线型拓扑——传输延时分析
典型报文类型或字节数（Bytes）64
SV（265） GOOSE（321） MMS（1024）
共网传输，构建全站一体化网络 ；Ｂ码 SNTP
监控后台
远动终端
网络打印机
站控层 设备
变电站统一网络MMS、SV、 GOOSE、SNTP报文共网
网络拓扑采用单星型架构 接入设备采用 GOOSE、SV、 MMS 共 端 口 传 输 ， 减 少 交 换 机装置
新一代智能变电站通信网络关键技术 网络可视化管理技术
网络的运行状态进行监测 网络的运行状态进行控制 动态拓扑发现 信息建模
12
交换机传输延时分析
数据帧通过交换机的延时主要包括： ➢帧发送延时：与帧长度成正比 ➢交换延时：从数据帧最后一位进交换机至数据帧第 一位出交换机所需时间 ➢帧排队时延：数据帧在存储转发队列等待的时间 ➢……
优点：简化站内连线， 实现全站数据共享。
MMS/GOOSE 站控层网络
主变保护
远动机 线路保护
缺点：两类数据传输 时会相互影响，特别
SV/GOOSE 过程层网络 GOOSE
需要注意的是由于带
智能终端
宽和网络负荷等问题
将可能导致数据丢失。
主机/操作员站
断路器保护 ...
SV
合并单元
6
智能站组网方式
SV、GOOSE和IEEE1588标准对时三网合一
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。
智能变电站自动化系统网络结构分析及其优化开题报告
智能变电站自动化系统网络结构分析及其优化开题报告一、研究背景和意义智能变电站自动化系统是应用物联网、云计算等新兴技术而形成的新型电力系统。
其通过数字化、自动化和智能化的技术手段，将变电站的各种设备、设施连接成一个整体，实现对电力系统的实时监测、分析和控制。
智能变电站自动化系统的成熟与否，直接影响到电力系统的运行效率和稳定性。
因此，对其网络结构和优化的研究具有重大的实际意义。
在目前的研究中，智能变电站自动化系统网络结构和优化已成为研究热点。
文献中主要涉及到智能变电站网络结构的构建、网络优化的算法设计、网络性能的模拟仿真等方面的研究。
然而，网络结构的构建和网络优化算法的设计是基于变电站内部网络结构以及变电站和外部系统之间的网络联系建立的，而这些联系是非常复杂的。
在实践中，网络联系可能会受到电力负荷、天气等因素的影响，造成网络性能的下降。
因此，需要对智能变电站自动化系统网络结构进行深入研究与优化，以提高其运行效率和稳定性。
二、研究内容本课题旨在对智能变电站自动化系统网络结构进行深入研究，优化其网络性能，具体研究内容如下：1. 分析智能变电站自动化系统内部网络结构，建立相应的网络模型（包括拓扑结构、设备连接关系等），为后续的网络优化提供基础支持。
2. 研究现有的网络优化算法（如遗传算法、粒子群算法等），并根据智能变电站自动化系统的特点进行改进，以提高网络性能。
3. 设计网络性能的模拟仿真实验，分析网络性能的影响因素，检验算法的有效性。
4. 根据优化结果，提出实际应用中的调节措施和建议，改善智能变电站自动化系统的网络结构和性能。
三、研究方法本课题将采用以下研究方法：1. 文献研究法：对智能变电站自动化系统的发展历程、网络结构、网络优化算法等进行全面系统的梳理和总结。
2. 数学建模法：将智能变电站自动化系统的内部网络结构进行建模，研究网络结构的影响因素，并运用网络优化算法进行优化。
3. 实验仿真法：通过模拟仿真实验，分析网络性能的影响因素，检验算法的有效性。
智能变电站网络结构
110kV线路1保护 测控装置
1#主变差动保护 装置
1#主变高压侧后 备保护测控装置
1#主变低压侧后 备保护测控装置
110kV分散式母线保护
10kV综保 及状态监测
10kV综保 及状态监测
开关柜
开关柜
间隔层设备
110kV线路 过程层光交换机
1#主变 过程层光交换机
主干网交换机 间隔层与过程层网络
合并器单元
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0) IEC61850-9-1 / 9-2 / FT3
IEC61850-9-1 IEC61850-9-2 传输方向
数据格式 内容
FT3 单向
固定 采样值
单向
固定
双向
灵活配置
采样值（位置）采样值
网络
延时
以太网
点对点时固定
以太网
经过交换机不固定
2.5Mbps
固定
Page 4
1) 站控层总线+电子互感器(9-1)
间隔层
智能单元
合并器
智能单元
合并器
过程层
Page 6
3) 站控层总线+电子互感器(9-1) +智能单元
调度 监控主站 工程师站 路由器 站控层总线 站控层
保护A
保护B
...
保护A
保护B
间隔层
智能单元
电子互感器 组合单元
智能单元
电子互感器 组合单元
过程层
Page 7
4) 站控层总线+过程层总线(9-2)
. . .
. . .
IED IED IED （a）冗余星型网络结构
IED IED IED （b）IED双以太网口冗余结构
智能变电站网络架构
智能变电站网络架构智能变电站网络架构1：引言本文档旨在提供智能变电站网络架构的详细说明和指导。
智能变电站是基于物联网技术和云计算平台的电力系统新型应用模式，通过数字化、智能化的手段，实现对变电站设备及电力运行状态的监测、管理和控制。
本文档将从以下几个方面展开对智能变电站网络架构的介绍和分析。
2：网络基础设施2.1 网络拓扑结构2.2 网络传输介质2.3 网络通信协议3：智能变电站网络层次结构3.1 网络核心层3.2 网络汇聚层3.3 网络接入层4：网络安全保障4.1 网络安全需求分析4.2 网络安全防护措施4.3 网络监测与故障处理5：数据管理与应用5.1 数据采集与存储5.2 数据传输与处理5.3 数据分析与决策支持6：智能变电站网络集成6.1 网络集成需求分析6.2 系统集成架构设计6.3 系统集成与调试7：智能变电站网络维护与运维7.1 网络设备维护7.2 网络故障排除与处理7.3 网络性能监测与优化8：附件本文档涉及的附件包括：- 网络拓扑图- 网络设备清单- 数据传输协议规范9：法律名词及注释- 物联网：指由能够互联互通的智能设备通过互联网进行数据交换的网络。
- 云计算平台：一种通过互联网将计算能力、存储空间和应用程序等资源提供给用户的服务模式。
- 智能化：指通过各种传感器、控制器和算法等技术手段实现设备和系统的智能控制和管理。
10：结束语本文档详细介绍了智能变电站网络架构的各个方面，包括网络基础设施、网络层次结构、网络安全保障、数据管理与应用、网络集成、维护与运维等内容。
希望通过本文档的参考，可以为智能变电站的搭建和运维提供指导和支持。
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。
智能变电站网络架构
智能变电站网络架构智能变电站网络架构⒈引言本文档旨在介绍智能变电站网络架构的设计和实施。
智能变电站是将传统变电站与先进的信息技术相结合，实现远程监测、控制和管理的高级电力设施。
通过合理的网络架构设计，能够实现智能变电站的稳定运行和优化管理。
⒉网络需求分析⑴网络覆盖范围明确智能变电站网络应覆盖的范围，包括变电站内部设备、变电站间互联、与传输网络的连接等。
⑵带宽需求根据智能变电站的实际运行需求，确定网络的带宽需求，包括数据传输、视频监控、远程操作等。
⑶网络安全性要求智能变电站作为关键的电力设施，网络安全是至关重要的。
确定网络安全性要求，包括访问控制、数据加密等。
⒊网络架构设计⑴核心网络设备确定核心网络设备，包括交换机、路由器、防火墙等，用于构建智能变电站的核心网络架构。
⑵网络拓扑结构根据智能变电站的实际情况，确定网络的拓扑结构，包括星型、环型、树型等，以实现数据的高效传输和管理。
⑶子网划分根据智能变电站的功能需求，将网络划分为多个子网，实现不同功能模块之间的隔离和管理。
⑷ IP地质规划根据子网划分和设备数量，进行IP地质规划，确保网络设备之间的通信和管理。
⒋网络设备选型根据网络需求和架构设计，选型合适的网络设备，包括交换机、路由器、防火墙等，保证网络的性能和可靠性。
⒌网络安全设计⑴访问控制通过访问控制技术，限制对智能变电站网络的访问权限，确保只有授权的人员能够进入网络。
⑵数据加密采用数据加密技术，保护敏感数据在传输过程中的安全性，防止被未经授权的人员窃取。
⑶安全监控配置安全监控系统，对智能变电站网络的安全状态进行实时监控，及时发现并应对安全威胁。
⒍网络管理与维护⑴远程监控与管理通过远程监控技术，实现对智能变电站网络设备的实时监控和管理，及时发现和解决网络故障。
⑵日志记录与分析配置日志记录系统，对智能变电站网络的操作日志进行记录和分析，为故障排查和安全审计提供依据。
⑶后续维护计划制定后续维护计划，包括设备维护、软件升级、安全漏洞修复等，确保智能变电站网络的持续运行和安全性。
智能变电站通信网络技术方案
智能变电站通信网络技术方案1 智能变电站通信网络总体结构智能变电站通信网络采用IEC 61850国际标准，IEC 61850标准将变电站在结构上划分为变电站层、间隔层和过程层，并通过分层、分布、开放式网络系统实现连接。
变电站层与间隔层之间的网络称为变电站层网络，间隔层与过程层之间的网络称为过程层网络。
变电站层网络和过程层网络承载的业务功能截然不同。
为了保证过程层网络的实时性、安全性，在现有的技术条件下，变电站层网络应与过程层网络物理分开，并采用100M 及以上高速以太网构建。
远动工作站1MMS/GOOSE 网超五类屏蔽双绞线系统服务器兼操作员站1保护测控系统服务器兼操作员站2远动工作站2通讯在线监视终端故障录波电能计量其他智能设备SMV 网GOOSE 网光缆变电站层间隔层合并单元智能单元过程层过程层网络变电站层网络光缆电缆电子式互感器开关设备（主变、断路器、刀闸）保护及故障信息管理子站GOOSE 视频联动服务器智能变电站通信网络基本构架示意图2 变电站层网络技术方案功能：变电站层网络功能和结构与传统变电站的计算机监控系统网络基本类似,全站信息的汇总功能(包括防误闭锁）可依靠MMS/GOOSE网络实现。
拓扑结构选择：环形和星形拓扑结构相比，其网络可用率有所提高（单故障时两者均不损失功能，少数的复故障环形网可以保留更多的设备通信），但是支持环网的交换机和普通星型交换机相比价格大大提高。
国内经过多年的技术积累，装置普遍具备2~3个独立以太网口, 星型网络在变电站实际应用有着更加丰富的使用经验。
国内220kV及以上变电站层网络一般采用双星型拓扑结构；110kV及以下变电站层网络一般采用单星型拓扑结构。
变电站层双星型网络结构示意图变电站层交换机1变电站层交换机2变电站层变电站层网络间隔层变电站层双环型网络结构示意图3 过程层网络技术方案功能:过程层网络分为SMV 采样值网络和GOOSE 信息传输网络。
前者的主要功能是实现电流、电压交流量的上传；后者的主要功能是实现开关量的上传及分合闸控制、防误闭锁等。
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。
智能变电站网络架构-2023年学习资料
光纤信号-GOOSE网：GOOSE:报文主要用于间隔层与过程-层之间或间隔层各装置之间的简单信号快速通信如：跳合闸命令、开入信息、开出信息、温湿-度信息等，等同于传统站的硬接点信息-S网络-过程层网络：传输GOOSE报文、SV报文，用于-间隔层设备和过程层设备之间以及间隔层设备之-间 信息传递。-虚端子：描述GOOSE、SV输入、输出信号连接-点的总称，用于标识过程层、间隔层及其之间联-系 二次回路信号，等同于传统变电站的屏端子。-2020/4/10
110kV荆联2间隔光纤联系示意图-110kV荆联2、楚联2保护测控相-电度表-至110kV过程-层中心交 机-110kV料联2保护测控装置-3插件-ETH1-ETH2-12-至交接机-R-TR-5T5R-R2-1 0kV荆联2、楚联2线路保护测控柜过程层交换机-ETH3-ETH4-保护百跳-T3-14-直采-R3-R4 合并单元DMU-831-刑联2-智能单元DB0-814-13#采集插件-11#C插件-了#SV插件-3#阿 力-1#U械件-辰插件-直跳-母线合-井单元-RX1-光纤以-SV发送-至柜空换机-接入-太同1-T2-R -G05E组啊-RXO-RX2-RX3-至110kV母差-保扩直跳-至110kW母若-至110kV母线-至 度表SY-点对点-保护SY点对-合并单元1
间隔层设备指继电保护装置、系统测控装置等二次-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。-监空系宛-MMS网凸-IIII网E-D-保户凌置-测空装置-保户凌器-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 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。-站控层网 中的GOOSE报文主要用于传输间隔-间五防联闭锁信息。-·SNTP报文用于给站控层设备对时。
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。
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2）110kV数字化变电站工程组网流量仿真计算
B-1-1 M-1 B-1
DBU 813B DMU 801
DBU 813A
BU2 母线间 隔单元
BU1 母线间 隔单元 WCH821B
BU4 母线间 隔单元
DBU 813B
B-2-1 M-2 B-2
DMU 801 DBU 813A
WXH-803B 纵差保护测控
DBU 813B
B-5 M-5
B-3-1
B-3-2
WBH815B差动 WBH-815B 高后备保护测控 WBH-815B 低后备保护测控
M-8 电压并列
BU5 母线间 隔单元
DMU 801
T-1
DTU 811
DTU 811
T-2
I-1
DTI 801
I-2-1
DTI 801
I-2-1
DTI 801
…
WCH821B
操作接点
智能接口
位置接点
Page 18
一、系统结构 1.1 系统结构 1.1.1 构架与组网方案 1.1.2 网络要求 1.1.3 网络带宽分析 1.1.4 网络实时性分析
Page 19
1)通信网络的两种技术要求
IEEE802.1q VLAN(虚拟局域网)
把同一物理网段内的不同装置逻辑地划分成不同的广播域 减少网络流量 降低网络负载 实现信息的安全隔离 保证了信息的实时性和安全性
220kV录波与 110kV类似
合并器1
智能接口
合并器2
合并器
智能接口
GIS开关 ECVT ECVT
GIS开关 ECVT
GIS开关
DTI 主变低压侧 主变本体 综合智能接口
低压侧开关柜
主变本体 智能接口
GIS开关 ECVT
220kV线路间隔 线路2与线路1结构相同
110kV线路间隔 其他线路与线路1结构相同
母差专用交换机
光纤连接
10kV 间隔层交换机1
10kV综保 及状态监测
主干交换机2
故障录波专用交换机
开关柜
220kV线路 过程层光交换机1
220kV线路 过程层光交换机2
110kV线路 过程层光交换机 中压侧合 并器 中压侧智 能接口
1#主变 过程层光交换机1 高压侧合 并器1
1#主变 过程层光交换机2 高压侧智 能接口 高压侧合 并器2
M-3
DMU 801
B-3
DBU 813A WXH-803B 纵差保护测控
B-4 813B M-4
DMU 801 BU3 母线间 隔单元 WBH815B差动 WBH-815B 高后备保护测控 WBH-815B 低后备保护测控
DBU
DBU 813B
9-2LE GOOSE DMU 802
DBU 813B
61850-9-1流量Mbits
1×3.93=3.93 Mbit/s 1×3.93=3.93 Mbit/s 5×3.93=19.65 Mbit/s 5×3.93=19.65 Mbit/s 1×3.93=3.93 Mbit/s 3×3.93=11.79 Mbit/s
各个间隔网络流量分析：
110kV线路保护使用一个合并器的数据：进线的电压、电流； 110kV桥分段使用一个合并器的数据：桥电流； 变压器保护使用5个合并器数据：高压进线电流、桥电流、低压 分支1的电流、低压分支2的电流、桥电流； 母线保护使用5个合并器的数据：高压进线1电流、高压进线2电 流、变压器1高压侧套管电流、变压器2高压侧套管电流、桥电流； 10kV采用一体化开关设计，电子互感器直接提供信号给保护测控 装置、电表。
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0) IEC61850-9-1 / 9-2 / FT3
IEC61850-9-1 IEC61850-9-2
传输方向 单向 双向
FT3
单向
数据格式 内容
网络 延时
固定
灵活配置
固定 采样值
2.5Mbps 固定
采样值（位置） 采样值
以太网 点对点时固定 以太网 经过交换机不固定
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1) 站控层总线+电子互感器(9-1)
…
…
BIU-801
BIU-801
BIU-801
…
BIU-801
BIU-801
…
BIU-801
BIU-801
BIU-801
BIU-801
…
BIU-801
BIU-801
系统配置图（图2）
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3）110kV数字化变电站工程组网流量仿真计算
工程概况：
电压等级：110kV 主变：X台XXMVA 主接线：110kV内桥， 10kV单母X分段 110kV线路：X回 10kV线路： XX回、 10kV电容器：X回、 10kV消弧线圈：X回、 10kV母分：X回
1#主变间隔 2#主变与1#主变结构相同
110kV母差间隔 220kV母差间隔为双套配 置，每套配置与110kV相同
110kV故障录波 220kV与110kV相同
10kV线路、电容 采用电流电压一 体的小信号模拟 量电子式互感器
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双重化保护示意图
原理A保护 设备A 原理B保护 设备B
过程层网络A
IEC61850-9-2工程中实际最大报文长度（SVLD为变长量）： 80点采样率 + 1点一帧 =► 159字节 x 8 = 1272位 256点采样率+ 8点一帧 =► 1037字节 x 8 = 8296位
GOOSE工程中实际最大报文长度： 752字节 x 8 = 6016 位
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IED IED IED IED IED IED
. . .
. . .
. . .
IED IED IED （a）总线型 （b）环型
IED IED IED （c）星型
IED IED IED
Page 11
过程层组网示意图(冗余型)
交 主换 干机
交 间换 ห้องสมุดไป่ตู้机
IED IED IED IED IED IED
IED IED IED IED IED IED
调度 监控主站 工程师站 路由器 站控层总线 站控层
测控
保护A
保护B
...
测控
保护A
保护B
间隔层
传统断路器
合并器
传统断路器
合并器
过程层
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2) 站控层总线+电子互感器(9-1)+智能单元(GOOSE)
调度 监控主站 工程师站 路由器 站控层总线 站控层
测控
保护A
保护B
...
测控
保护A
保护B
按照每帧1点(12个模拟量通道)计算，一个合并器每秒种的数据流量： S = 159字节×8bit/字节 × 50周波/s × 80帧/周波 = 5.088Mbit/s；
基于61850-GOOSE规约的智能设备的流量分析
按照 T0=10秒 计算，一个智能设备每秒种的数据流量 S = 6016字节×8bit/字节 ×( 1秒/10)帧 = 0.048Mbit/s； 通常情况下，GOOSE流量和采样值流量比较，对网络带宽的影响基本 可以忽略。
过程层
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6) IEC61850标准中四种组网原则
面向间隔原则
面向功能原则
单一总线原则
面向位置原则
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过程层组网示意图(简单型)
IED IED IED 交 换 机 IED IED IED IED IED IED 交 换 机
IED IED IED IED IED IED 交 换 机
调度 监控主站 工程师站 路由器 站控层总线 站控层
测控
保护A
保护B
...
测控
保护A
保护B
间隔层
智能开关
合并器
智能开关
合并器
过程层
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5) 站控层总线与过程层总线合并
调度 监控主站 工程师站 路由器 站控层总线 站控层
测控
间隔A
间隔B
...
测控
间隔A
间隔B
间隔层
智能开关
合并器
智能开关
合并器
传统以太网采用随机的网络仲裁机制（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection），其传输 不确定性是以太网进入实时控制领域的主要障碍。
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一、系统结构 1.1 系统结构 1.1.1 构架与组网方案 1.1.2 网络要求 1.1.3 网络带宽分析 1.1.4 网络实时性分析 1.2 时钟同步方案 1.2.1 同步原理与要求 1.2.2 同步实现解决方案
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网络流量计算
IEC61850-9-1 / 2 /GOOSE报文长度
IEC61850-9-1最大报文长度： 26 字节报头 + 4 字节优先权标记 + 8 字节以太网型 PDU + 2 字节ASN.1 标记/长度 + 2 字节块的数目 + 46 字节通用数据集 + 23 字节状态量 = 111 字节x 8 位 = 888 位 + 96 位帧间隔= 984 位
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220kV站 过程层组网示意图(双网)
脉冲校时
主控室交换机（双网配置） 光纤连接 光纤连接
保护小室交换机（双网配置） 220kV母差与 110kV类似，为 双套配置 220kV线路 测控 220kV线路 保护1 220kV线路 保护2 110kV线路 保护测控 主干交换机1 1#主变保 护1 1#主变测 控 1#主变保 护2 分散式母线保护