智能化变电站的通信网络可靠性分析

智能化变电站的通信网络可靠性分析【摘要】随着电力系统对智能化要求越来越高，常规的变电站已不能满足未来电网的需要，所以变电站发展的前景是智能化变电站。本文论述了智能化变电站的特点，提出了智能化变电站系统的通信网络选型要求。针对通信网络网络可靠性的问题，研究了故障树和贝叶斯技术，并用故障树和贝叶斯技术相结合的方法，分析计算了数字化变电站网络结构的可靠性。

【关键词】数字化变电站；通信；iec61850，贝叶斯网络

1、引言

随着我国智能电网的不断发展，电网的稳定、可靠、安全、信息交互等方面要求不断提高，传统的变电站已经不能满足智能电网未来的发展需求。因此智能化变电站技术是日后变电站技术发展的潮流和方向。

2、智能化变电站的特点

智能化变电站具有以下几个主要特征[1]：

1、一次设备的数字化。智能化变电站内将原有的传统的电磁式互感器使用电子式或光电式互感器替代，它优点是可以向外提供数字式光纤以太网接口，通过与站内可向外进行数字通信的智能断路器、变压器等设备相连，实现一次设备数字化的要求。

2、二次设备网络化。智能化变电站的二次设备与传统变电站信息传输以电缆为媒介不同，它加装了对外光纤网络通信接口，基于光纤以太网实现的二次信号的传输。

3、通信网络系统实现iec61850标准化。以往传统变电站中由于不同厂家标准不同，因而不同设备的信息描述和网络通信协议标准存在差异，这就导致了设备间信号互操作性差、识别困难。而智能化变电站全站通信网络和系统实现均采用国际iec61850标准，保证了智能化变电站站内设备可以实现互操作性。

3、智能化变电站通信网络的要求

通信网络的性能要求主要体现在以下几个方面：

1、高可靠性。由于电力生产存在连续性，所以电力系统对可靠性要求很高。通信网络对于可靠性是第一位的，应避免装置损坏迫使站内通信中断事故的发生。

2、实时性。站内要求实时传送的数据量有测量数据、保护信号、控制命令等。这些数据特别是出现故障时，对于电力系统各种继电保护装置动作很重要，所以需要站内通信网络上快速传送各种数据，保证严格的时限要求。

3、良好的开放性。站内通信网络是电力调度自动化的一个子系统，系统在发展中规模会逐渐扩大，因此通信网络的硬件接口应满足国际标准，选用国际标准的通信协议，方便用户的系统集成。

4、智能化变电站网络的基本物理结构

1、环型架构。环环型架构图1所示，它的特点是冗余度较高，环中任意一点发生故障后，可经由其他链路传输，不会引起通信中断。但其不足是通信经过多级交换机，延时增加；对交换机性能要求较高，每台交换机均通过全站所有数据，需强大的数据传输功能，

而且不同厂家的交换机可能采用不同的生成树协议，不利于组网[2]。

2、星型架构。星型架构如上图2所示，由一个主交换机，连接所有其他交换机，这种网络架构清晰简单，任意两点之间通信最多经过三级交换机，等待时间最短；缺点是没有冗余度，主交换机故障将会失去所有的其他交换机的ied信息。

5、可靠性分析

我们通常把网络连续无故障工作的能力叫做网络可靠性。网络设备链路、网络拓扑结构等方面都决定了通信网络的可靠性的高低。由于智能化变电站对于通信网络有高可靠性的要求，因此通信网络的可靠性是对于智能变电站自动化系统来说是一项非常重要

的指标。在智能化变电站通信网络设计之前，对其进行网络可靠性分析是十分必要的。但是网络结构各式各样复杂多变，无统一模型，通信网络的可靠性分析一直是个棘手的问题。贝叶斯分析法的出现解决了这个难题，这种分析方法可以提供元器件故障模式下的系统性分析，评估故障发生的概率和可能的影响。贝叶斯网络方法[3]是基于概率分析、图论的一种不确定性表达和推理模型，是一种将因果知识和概率知识相结合的一种信息表示框架。其数学描述为，对于一个论域a={a1…an}，a1，a2…an对应于贝叶斯网络中各节点，其条件概率为：

贝叶斯网络不但能由原因导出结果，进行前向推理，更重要的是进行后向推理，也就是由结果分析原因。对于变电站通信网络，

其推理方法是根据贝叶斯网络模型和已知的网络节点信息子集，利用贝叶斯定理中条件概率的计算方法，得出需要决策节点子集的条件分布概率，然后把结果用于决策分析。

根据分析可得，环型网络的可靠性要好于星型。环型结构的网络自愈性、可靠性比星型拓扑结构好。但星型结构可以通过网络双重化，可以大大提高网络可靠性，满足数字化变电站要求。

6、结论

智能化变电站自动化系统的建设是一个庞大的系统工程，系统内大量的信息量的传送，对通信网络可靠性提出了更高的要求。准确的评估通信网络的可靠性对于建设智能化变电站有着重大意义。我们通过贝叶斯和故障树相结合的方法，分析网络的可靠性，找出系统中的薄弱环节，有针对性对系统进行加强。总之，贝叶斯网络技术是智能化变电站网络可靠性分析的有力工具。