智能变电站“四网合一”基于环型组网的方法与流程

本发明涉及智能变电站网络通信领域，是一种智能变电站“四网合一”基于环型组网的方法。

背景技术：

随着纵向间隔集成技术、集成保护技术、一体化监控系统技术等研究的推进，智能变电站全站信息共享的研究也引起极大注意。全站信息共享不再存在站控层网和过程层网的隔离，理论上可以实现一个共享网内任一设备到其他设备的信息访问，极大程度地提高了通信服务的灵活性、高效性、标准性，符合智能变电站提出的目标要求，势必是未来智能变电站二次设备网络化的发展趋势。

全站信息共享实质就是智能变电站传输的四种报文GOOSE、SV、MMS、IEEE 1588同时在一个物理网中传输，即“四网合一”。其网络架构有多种，就目前的研究来看，结合实时性、可靠性等综合因素考虑，基本上大多数采用环型组网方案。环形网的冗余结构为每个设备带来两条路径，分流的特点能同时提高系统的实时性和可靠性。

“四网合一”环网组网方案和其他方案相比，在实时性和可靠性等方面体现出较为优越的性能，实现了全站信息共享，使得不同设备之间的信息访问更加灵活、高效，在变电站通信的一体化方面有了很大程度的提高。但是，与之前的智能变电站“三层两网”结构相比，全站四种报文形式的信息全在一个环网中传输，必定会增加网络流量，尤其是当一次设备发生故障时，报文数据包大小会发生突发性增长，这样就可能会造成网络堵塞，造成整个二次系统通信性能恶化，无法实行正常的监控功能。

另外，说明四种报文与变电站中信息流的对应关系，GOOSE报文传输的是信息流中的状态值、间隔层间数据交换和保护跳闸信号、测控按遥控命令对断路器的控制信号；SV报文传输的是信息流中的采样值；而像信息流中的监控主机对测控的遥控信号、测控对电气量和位置信息的上送、变电站和调度之间的通信则都是由MMS报文传输；最后，信息流中的对时信号由IEEE 1588报文传输。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对网络的传输速率无法满足网络中现有流量的处理要求，导致环网可能出现的网络堵塞问题，提供一种智能变电站“四网合一”基于环型组网的方法，这种方法科学合理，适用性强，能够在不改变交换机带宽下，结合设备之间的通信特点，在大网不变的前提下，通过小网分流实现通信畅通。

解决其技术问题采用的方案是，一种智能变电站“四网合一”基于环型组网的方法，它包括：将连接至少一个间隔合并单元、智能终端、保护装置、测控装置的交换机彼此级联，两端的交换机再与连接站控层设备的交换机分别级联而形成一个环型组网拓扑结构，使四种报文GOOSE、SV、MMS、IEEE 1588全部在环网中传输，其特征是，将间隔层设备连接到一个交换机单独组成一个小网，通过增加支路路径来减少环网干路中的网络流量。

进一步，间隔层内的数据交换不经过环网交换机而直接通过新增的交换机进行，从而减少干路的GOOSE报文；

进一步，测控装置的电气量、状态量的上传不经过环网交换机而直接通过新增的交换机进行，从而减少干路的MMS报文，但流过两端交换机的流量不能减少。

本发明是针对网络的传输速率无法满足网络中现有流量的处理要求，导致环网可能出现的网络堵塞问题，而提供一种智能变电站“四网合一”基于环型组网的方法，这种方法科学合理，适用性强，能够在不改变交换机带宽下，结合设备之间的通信特点，在大网不变的前提下，通过小网分流实现通信畅通。相较于纯环网结构，本发明能够有效缓解一次设备故障时可能出现的流量过大问题，而且系统规模越大，间隔越多，分流效果越明显。

附图说明

图1是现有的智能变电站“四网合一”环型组网方法示意图；

图2是本发明的智能变电站“四网合一”基于环型组网的方法示意图；

图3是某110kV智能变电站改进前OPNET建模结构框图；

图4是某110kV智能变电站的改进后的OPNET建模结构框图。

具体实施方式

下面利用附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，现有的智能变电站“四网合一”环型组网方法是指连接一个或多个间隔合并单元、智能终端、保护装置、测控装置的交换机，如图1中交换机1、交换机2彼此级联，两端的交换机再与连接站控层设备的交换机，如图1中交换机3分别级联，形成一个环型组网拓扑结构，四种报文GOOSE、SV、MMS、IEEE 1588全部在环网中传输。

如图2所示，本发明的智能变电站“四网合一”基于环型组网的方法，就对现有环型组网拓扑结构的改进，是在环网整体结构不变的情况下，将间隔层设备连接到一个交换机，如图2中交换机0来单独组成一个小网，通过增加支路路径的方法来减少环网干路中的网络流量。具体为：

(1)间隔层内的数据交换不经过环网交换机而直接通过新增的交换机进行，从而减少干路的GOOSE报文，如保护装置1和保护装置2的通信，选择路径“保护装置1-交换机0-保护装置2”，而不用走“保护装置1-交换机1-交换机2-保护装置2”，这样就能减少交换机1、2的流量。

(2)测控装置的电气量、状态量等的上传不经过环网交换机而直接通过新增的交换机进行，从而减少干路的MMS报文，但流过两端交换机的流量不能减少。如测控装置2上传MMS报文至监控主机，选择路径“测控装置2-交换机0-测控装置1-交换机1-交换机4-监控主机”，而不用走“测控装置2-交换机2-交换机1-交换机4-监控主机”，这样就能减少交换机2的流量。

如图3和图4所示，以某典型110kV智能变电站为例，其实际系统对应在OPNET建模结构框图。其中，图3指的是改进前的拓扑结构，图4指的是改进后的拓扑结构,改进方法即是将间隔层设备包括110kV线路保护、110kV线路测控、母线保护、母线测控、主变保护、主变测控和10kV线路保测一体均与交换机0连接从而另行单独组成一个小网。考虑到对时报文无论故障前后都是kb/s的量级，影响很小，可以忽略不计；远动装置是与调度之间进行通信，本例并未涉及，也未列出，故站控层设备只保留监控主机。

仿真场景设定为：主变高压侧发生单相接地故障，主变高压侧合并单元将异常的采样值上传到主变保护和主变测控，主变保护启动失灵，发送解除闭锁信号到母线保护，同时主变测控向母线测控发送联锁信号，母线保护向主变高压侧智能终端发送跳闸命令完成断路器分闸操作，开关变位，主变高压侧智能终端向主变保护和主变测控上传事件报文，主变测控触发报告服务将遥测量、遥信量上传到监控主机。整个过程伴随着不同类型的报文传输，通过适当的业务配置可以模拟真实的传输过程。

表1仿真统计结果

表1所示的是运行仿真后的统计结果，不难看出，发生故障时对于交换机1而言，改进前交换机输入流量最大值(The Max Switch Traffic Received)为40.37Mb/s,改进后为28.50Mb/s，同比减少了29.4％；对于交换机2而言，改进前交换机输入流量最大值为60.00Mb/s,改进后为28.50Mb/s，同比减少了19.8％。综合来看，证明改进方案能够达到减少环网干路中流量的目的，而且有着较好的优化效果。

本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。