专利名称：一种智能变电站中过程层三网合一方法
技术领域：
本发明涉及智能变电站过程层网络技术领域。
背景技术：
智能变电站与常规变电站的一个重要区别在于其有特有的网络-过程层网络，它连接着间隔层设备和过程层设备，在智能变电站自动化系统中占有相当重要的地位。过程层网络从功能上可以分为传输采样值(电流、电压)的SMV网络和传输变电站事件(例如保护跳闸、开关变位等)的GOOSE网络。目前的智能变电站工程应用中，过程层大多采用SMV 网络、GOOSE网络分网传输，对时采用光秒脉冲的方案。光秒脉冲对时系统需要铺设专用网络，与过程层物理以太网独立存在。以上分网传输方案在实际应用中暴露出网络结构复杂、 装置需配置多个相应光口以接受来自不同网络的信息，发热功耗较大。另外，分网传输需要的交换机数量较多，而工业以太网交换机采购成本和后期维护成本很高，据统计，变电站过程层交换机的成本占到二次设备成本的50%左右，严重制约了智能变电站发展的进程。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于提供一种过程层中的对时网络、SMV网、GOOSE 网的共网传输方法，以降低智能变电站建设成本、降低维护和操作难度。本发明的目的通过如下技术方案实现。一种智能变电站中过程层三网合一方法，该方法通过交换机将SV网络、GOOSE网络和时间同步网络合并为一个物理网络，将过程层设备接入同一台交换机，在此交换机上实现SMV、GOOSE、IEEE1588三种通讯协议的传输，再通过一个光纤接口将间隔层设备接入交换机；所述的过程层设备为合并单元智能终端一体化装置；所述间隔层设备包括保护测控装置、网络分析仪和录波器。本发明所述合并单元智能终端一体化装置包括CPU处理单元，与CPU处理单元通过光纤和通信接口连接的采集器，采集器与变电站电子式互感器连接，CPU处理单元通过光电隔离区连接变电站断路器和变压器获取开关量信号，CPU处理单元还通过另一光电隔离区连接驱动变电站跳间的继电器；CPU处理单元通过光纤与交换机连接，交换机与保护测控装置连接。研究表明，SMV采样数据特点为数据量大，定期发送；GOOSE网络数据流量小，为突发性传输模式，二者数据在一个网络上传输具有可行性。IEEE 1588协议是一种利用以太网实现时间同步的高可靠性技术，数据流量很少，也可借助SMV和GOOSE的共网传输网络。数据仿真和试验验证均表明该方案具有可行性，在信息共享、网络架构及经济型等方面具有较突出的特点。本发明在实现方法上，为解决共网传输中数据冲突的问题，借助了过程层的信息传送中优先权标记方法。优先级标记用于将GOOSE报文及优先级要求高的网络流量从繁忙的低优先级流量中分开，可有效的减少网络负载，提高了重要报文的优先级，从而使提高了 GOOSE报文传输的实时性；采用双网冗余，并采用PRP技术实现双网的无缝切换，可以防止任意一台保护装置、交换机或一条链路故障甚至网络风暴等严重故障导致的保护功能失效，具有较高的可靠性。本发明将过程层网络的SMV网络、GOOSE网络和IEEE 1588时间同步网络合并为一个物理网络，优化了网络构架，减少了交换机数量，提高了可靠性。本发明方法的实施对于降低智能变电站建设成本、降低维护和操作难度、提高过程层网络稳定程度具有重要意义， 是未来变电站网络发展的方向。下面结合附图和实施例进一步阐述本发明内容。
图1为采用本发明方法进行三网合一的系统结构图； 图2为合并单元智能终端一体化装置示意图。
具体实施例方式如图1所示，智能变电站的设备基本分为站控层设备、间隔层设备和过程层设备。 站控层设备与间隔层设备之间、间隔层设备与过程层设备之间通过过程层网络连接。变电站的监控设备、各级调度中心、信息一体化平台、GPS主机等均属于站控层设备。间隔层设备包括保护测控装置、网络分析仪和录波器等。过程层设备为合并单元智能终端一体化装置。 本发明方法通过交换机将SV网络、GOOSE网络和时间同步网络合并为一个物理网络，将过程层设备接入同一台交换机，在此交换机上实现SMV、GOOSE、IEEE1588三种通讯协议的传输，再通过一个光纤接口将间隔层设备接入交换机。三网合一技术对于网络接点中的各个装置只要求提供一个网口就能满足要求，相对于分网传输实现方式，光纤接口大量减少，并由此进一步减少交换机数量、光缆数量和装置的发热功率。所述的过程层设备即合并单元智能终端一体化装置如图2所示，包括CPU处理单元，与CPU处理单元通过光纤和通信接口连接的采集器，采集器与变电站电子式互感器连接，CPU处理单元通过光电隔离区连接变电站断路器和变压器获取开关量信号，CPU处理单元还通过另一光电隔离区连接驱动变电站跳闸的继电器；CPU处理单元通过光纤与交换机连接，交换机与保护测控装置连接。本发明采用IEEE 1588同步方式，提高对时精度和可靠性。本发明的三网合一方法满足了智能变电站信息共享的要求，过程层SV、GOOSE、IEEE1588共同组网，实现全站信息的共享，为实现一些高级功能如网络化保护、集中式保护等功能提供了技术支撑。采用本方法不需要额外的对时系统而可靠完成对时功能。本发明网络结构简洁、可靠性高、经济性突出，可以灵活地采用A网、B网实现双网冗余，并采用PRP (并行网络冗余)技术实现双网的无缝切换，具有较高的可靠性。对减少交换机数量、降低智能变电站建设成本、降低维护和操作难度、提高过程层网络稳定程度具有重要意义。本发明共网传输的对时系统可以是基于以太网的其它对时系统如SNTP等。所述的交换机为可实现SMV、GOOSE、IEEE1588三网合一的交换机， 可采用现有技术设备，也可自行设计制作。采用本发明方法，来自变电站内电子式互感器的输出信号经过采集器变成数字信号，经由光纤送入通信接口，再进入CPU处理单元，经CPU处理单元转换成以太网数据，进行合并等处理后，通过光纤送入GOOSE、SMV、IEEE1588三网合一的交换机，再由交换机送入保护测控装置；来自变电站内断路器和变压器的开关量信号经光电隔离区送入CPU处理单元中处理后，通过光纤接口送入交换机，再由交换机送入保护测控装置；保护测控装置将需发送的命令通过交换机送入CPU处理单元，通过光电隔离区送入继电器，由继电器驱动变电站跳间。站控层设备通过三网合一的过程层网络实时监控间隔层设备的工作状态并进行调度。
权利要求
1.一种智能变电站中过程层三网合一方法，其特征在于，该方法通过交换机将SV网络、GOOSE网络和时间同步网络合并为一个物理网络，将过程层设备接入同一台交换机，在此交换机上实现SMV、GOOSE、IEEE1588三种通讯协议的传输，再通过一个光纤接口将间隔层设备接入交换机；所述的过程层设备为合并单元智能终端一体化装置；所述间隔层设备包括保护测控装置、网络分析仪和录波器。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站中过程层三网合一方法，其特征在于，所述合并单元智能终端一体化装置包括CPU处理单元，与CPU处理单元通过光纤和通信接口连接的采集器，采集器与变电站电子式互感器连接，CPU处理单元通过光电隔离区连接变电站断路器和变压器获取开关量信号，CPU处理单元还通过另一光电隔离区连接驱动变电站跳闸的继电器；CPU处理单元通过光纤与交换机连接，交换机与保护测控装置连接。
全文摘要
一种智能变电站中过程层三网合一方法，该方法通过交换机将SV网络、GOOSE网络和时间同步网络合并为一个物理网络，将过程层设备接入同一台交换机，在此交换机上实现SMV、GOOSE、IEEE1588三种通讯协议的传输，再通过一个光纤接口将间隔层设备接入交换机；所述的过程层设备为合并单元智能终端一体化装置；所述间隔层设备包括保护测控装置、网络分析仪和录波器。本发明提供了一种过程层中的对时网络、SMV网、GOOSE网的共网传输方法，可以降低智能变电站建设成本、降低维护和操作难度。
文档编号H02J13/00GK102185387SQ20111014853
公开日2011年9月14日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者何焱, 史俊, 晋伟平, 李卫, 李文亮, 杨义兴, 樊凤明, 白彪 申请人:云南电网公司普洱供电局