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1．1網絡設計原則
變電站網絡設計涉及多種因素，其主要原則包括:
(1)數據業務分類。
變電站中各種數據業務通信要求不同，利用變電站數據業務分類的特性，組建不同特點的通信網絡，在多種信息混合的情況下保證實時信息傳遞的實時性和可靠性是網絡設計的基礎。信息多樣化和傳遞實時性是通信系統中的一對矛盾體，解決這個矛盾是選擇網絡通信方案的基本原則。
(2)網絡互通和隔離。
通信網絡應提供IED互聯的便利性、靈活性，為變電站自動化技術的發展預留空間;同時網絡應滿足各個系統間隔離的要求，以保證各個專業系統(保護、自動化)互不影響?；ネê透綦x是一對矛盾，構建變電站通信網絡應該妥善解決這個矛盾。
(3)通信系統的建設成本。
變電站通信系統的性能與成本是網絡設計中的另一對矛盾，較高的性能要求，往往導致較高的建設成本。降低成本的途徑一是采用合理的網絡結構設計，避免復雜的網絡結構，減少通信設備數量;二是采用標準、成熟、流行的技術;三是合理配置網絡資源，裕度考慮合理。
1．2“兩層一網”整體構架
本研究根據網絡設計原則，綜合考慮智能變電站網絡性能要求和建設成本，利用數據通信業務分類的特性，組建“兩層一網”通信網絡。“兩層一網”中，兩層指站控層、設備層，“一網”指全站MMS\GOOSE\SV合一網絡。在“兩層一網”兩層網絡方案中，筆者采用無源光網絡技術，組建統一通信網絡，。本研究通過采用面向連接、接近電路交換特點的交換技術(MPLS-TP)替代以太網技術，構建邏輯網絡。通過網絡互連使得變電站成為一個整體，變電站中任意兩個IED設備通過統一網絡可以直接實現通信，通過網絡互連使得變電站成為一個整體，便于發揮各種自動化保護、測控系統的整體效益;同時，可以充分利用網絡提供的廣播、組播技術實現保護、測控數據的一對多的跨間隔傳遞，大幅度提高通信的效率。
1．3無源光網絡的設計
本研究變電站通信網絡設計采用“兩層一網”結構，通過引入無源光網絡技術PON，將整個通信資源劃分為許多小時間片實現數據的傳輸和交換，其關鍵技術主要包括無源光網絡技術、分組交換技術、并行網絡技術和邏輯子網技術等。
(1)無源光網絡技術
智能變電站網絡引入了無源光網絡技術PON，PON技術將整個通信資源劃分為許多小時間片實現數據的傳輸和交換，多倍地增加通信資源數量;每一路數據占有一個專屬自己的時間片，各路數據之間不產生資源競爭。系統通過無源光網絡的應用提高設備集成度和網絡覆蓋能力，引入高精度時間同步技術以提供具有亞微秒精度的同步控制環境;通過采用多重路徑快速保護機制，提高數據傳遞可靠性，增強網絡的魯棒性和生存能力;通過采用專用業務網絡技術，提供傳遞高速同步控制為基本業務兼容信息網、多媒體數據業務的綜合通信平臺。
(2)分組交換技術
為克服以太網交換技術的不足，“兩層一網”網絡設計中采用面向連接、接近電路交換特點的分組交換技術(MPLS-TP)替代以太網技術作為實時交換機的基本技術體制。分組交換技術采用固定的分組連接，每一個連接固定分配一定的資源，基本保證連接的資源不受干擾;通信網絡可以為每兩個IED設備之間提供固定的連接和固定的帶寬。這種技術在數據傳遞前通過帶寬資源分配機制確定資源，在數據傳遞過程中固定不變，強調面向連接、嚴格控制、資源獨占和通信保障，因此該技術可以保證通信的可靠性，提供固定的通信時延。
(3)并行網絡技術
在統一物理網絡的基礎上，本研究采用并行網絡技術，實現IED設備由單點接入到雙網絡接入的轉變，提高系統的可靠性和穩定性。具體組網中，主備兩臺完全相同的交換機和接入網絡組成并行網絡，IED設備配置P模塊接口，采用標準的PRP方式(即雙路并發、主動放棄方式，IEC62439)，實現主備網絡無縫、無損的保護切換。全站設備以并行網絡保護方式接入，實現覆蓋全系統的N-1保護和全路徑端到端的1+1保護。
(4)邏輯子網技術
本研究根據數據業務的類型對通信網絡資源進行實質性的劃分，依據高級、緊急、快速業務資源專用，低級、慢速業務資源復用，各類業務之間資源占用互不影響的原則，利用可預配置時分復用交換技術，將一個物理網絡劃分成若干獨立的邏輯子網分別傳遞不同類型的業務。本研究通過資源劃分，將智能變電站典型業務分成GOOSE邏輯子網、SV邏輯子網和MMS邏輯子網3個邏輯平面，各業務之間邏輯隔離，互不影響，提高了數據傳輸可靠性。
2實驗結果與分析
以國網公司220-A1-1通用設計方案為例，變電站規模為主變3臺，220kV采用雙母線接線、出線6回，110kV單母線三分段接線、出線12回，35kV單母線分段接線、出線8回。本研究采用“三層兩網”組網方案，冗余雙網配置，全站需配置站控層中心交換機4臺、間隔層交換機8臺、過程層交換機39臺，合計51臺交換機，網絡設備投資約190萬元。筆者按本研究“兩層一網”組網方案，構建無源光網絡，冗余雙網配置，全站設A、B兩個網，A網核心交換機冗余配置、雙主工作模式，主要接入主變間隔保護一、220kV間隔線路、母線保護一、110kV間隔和35kV間隔;B網核心交換機冗余配置、雙主工作模式，主要接入主變間隔保護二、220kV間隔線路、母線保護二。全站共需配置4臺實時交換機。網絡設備投資約60萬元，較“三層兩網”方案，交換機數量減少47臺，投資減少130萬元。
3結束語
本研究介紹了采用面向連接的分組交換技術和無源光網絡組建的智能變電站“兩層一網”網絡構架，并將其應用于220kV變電站。結果表明，通過組建全站統一的無源光網絡，變電站中任意兩個IED設備都可以直接實現通信，減少交換機的中轉，提高了網絡性能;實現了全站間隔層與過程層的整合，全站交換機數量由51臺減少為4臺，網絡設備投資減少60%以上，經濟效益顯著。
作者：俞辰穎 高亞棟 尹康 徐俞音 潘國兵 單位：國網浙江省電力公司經濟技術研究院 浙江工業大學機械工程學院
