摘 要

智能变电站是电网运行时重要的节点支撑和能量传输枢纽，承担着电力传输的转移与调配任务。我国正在极力推行建设坚强智能电网的政策，对智能变电站技术和设备的研究成为了重要任务。目前，我国智能变电站的发展日益成熟，然而暴露的问题也不少，其中最常见的就是网络通信的不可靠，可能造成继电保护装置出现误动作或延时动作，这对电力系统的运行带来很多潜在的危险。

本文第一章阐述了智能变电站发展的状况和课题研究的意义，剖析了智能变电站技术应用的三个关键技术，包括电子式互感器、智能断路器和变压器状态检测技术，这些技术的发展给监测、通信、控制和保护系统带来重大变化。第二章重点研究了IEC 61820的内容，分析了基于IEC 61850协议的变电站通信的基础：三个级别的逻辑层和两个网络层，网络间通过站控总线和过程总结链接通信；报文的传输及其要求；三个基本网络结构、通信服务映射、网络冗余方案等，重点研究了网络冗余方案，因为网络冗余对变电站网络系统的安全可靠运行有重要的意义。这些都给第四章的组网方案仿真设计打好基础。最后，通过OPNET Modeler仿真软件，对T2型变电站的全站统一网络结构进行了网络模拟仿真，按仿真流程预设仿真目标、搭建仿真模型、设定配置参数，对仿真结果进行对比分析，看是否满足IEC 61850所规定的网络通信的性能要求。

站控层网络与过程层网络的合并，使得变电站系统享用唯一的网络，站内智能设备可以实现直接通信，达到了信息共享的目的。由于免去对两网连接的通信设备和链路，在一定程度上减少对光纤等通信载体的投资。但容易发生数据赛车，要在网络管理方面需要加大关注力度，例如可实行数据优先级或采用VLAN技术分流。

关键词：智能变电站，IEC 61850，网络报文、组网，OPNET仿真

Abstract

Smart substation is the important node of support as well as energy transmission hub, which is responsible for the transfer and distribution of power transmission. Our country is trying to implement the policy of strong Smart Grid , the research of smart substation technologies and devices has become an important task. At present, the development of intelligent substation in China is becoming more and more mature. However, it exposes a lots of problem ,and the most common one is the unreliability of network communication, which may cause the relay protection devices to act slowly or wrongly. It bring a lot of potential dangers to power system.

The first chapter of this paper expounds smart substation and the significance of topic,and analyzes the three key technologies of smart substation technology ,including the technology of electronic transformer，intelligent circuit breaker and detecting transformer state.the development of these technologies take a significant changes in monitoring, communication, control and protection systems. The second chapter focuses on the connotation of IEC 61850 standard,analyzes the basis of substation communication which is based on IEC 61850 standard:Three levels of logic structure and two network structure,the communication network depend on the station control bus and process bus;The transmission of the message and its requirements;three basic network structure,communication service mapping, network redundancy program. the research of network redundancy program is focused, because the network redundancy on the substation network system’s safe and reliable operation is of great significance. These content are used in the fourth chapter ,which is about the network program simulation design to lay the foundation. Then, through the OPNET Modeler simulation software, the network simulation of the unified network structure of the T2 substation is carried out. According to the process of simulation software, the simulation model is set up and the configuration parameters are set, and the simulation results are compared and analyzed.Finally,It show whether the requirements for communication network performance requirements in IEC 61850 is satisfied.

The combination of the station control layer network and the process layer network makes the substation system enjoy the only network. The smart devices in the station can realize the communication directly and achieve the purpose of information sharing.Because the communication equipment and links to connect with the two networks are removed, to a certain extent, it reduce investment in optical fiber and other communications carrier .But prone to data racing, it needs to increase attention in the aspect network management, such as the implementation of data priority or using VLAN technology to distribute the messages .

Key words:smart substation , IEC 61850 , message , network , OPNET simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题的背景与意义 1

1.2国内外智能变电站发展和研究现状 1

1.2.1 标准的制定过程 1

1.2.2 变电站的发展历程 2

1.3关键的智能设备技术 2

1.3.1 电子式互感器技术 2

1.3.2 智能断路器技术 3

1.3.3 变压器状态监测技术 4

第2章 基于IEC61850的智能变电站网络报文传输 6

2.1 IEC 61850标准内容 6

2.1.1 关键技术 6

2.2 变电站自动化系统层次结构 8

2.2.1 站控层系统及其实现的功能 10

2.2.2 过程层的设备及其实现的功能 10

2.2.3 间隔层的设备及其实现的功能 10

2.3 报文传输要求与分类 11

2.3.1 网络报文的性能分类 11

2.3.2 网络报文的类型分类和传输要求 11

2.4 网络传输时延分析 12

2.4.1 定义与过程 12

2.4.2 报文的传输时延构成 13

第3章 智能变电站通信网络和组建方案 14

3.1 智能变电站的网络通信技术 14

3.1.1 OSI参考模型 14

3.1.2 典型网络结构 14

3.1.3 智能变电站通信服务映射 16

3.2 智能变电站组网方式 17

3.2.1 过程总线的组网方式 17

3.2.2 变电站总线组网方式 19

3.3 网络冗余方案 20

3.3.1 由交换机实现的网络冗余 20

3.3.2 由IED实现网络冗余 21

第4章 智能变电站组网方案仿真 23

4.1 OPNET Modeler仿真平台概述 23

4.1.1 仿真软件的介绍 23

4.1.2仿真流程 23

4.2 对不同组网方式的通讯网络仿真 24

4.2.1仿真内容和目标的假设 24

4.2.2仿真模型的搭建 25

4.2.3仿真参数整定 30

4.2.4通信网络仿真 32

4.2.5 仿真结论 35

第5章 总结与展望 36

5.1 总结 36

5.2 展望 36

参考文献 37

致谢 38

第1章 绪论

1.1 选题的背景与意义

在人们对电力的需求日益增长、倡导绿色环保的社会下，发展智能电网解决这矛盾的最佳方法之一。智能电网涉及的电力系统各个环节，包含发电、输电、变电、配电、用电，甚至调度也离不开信息和通信技术的支持^[1]。

智能变电站是智能电网的基础设施，是联通发电和用电这两重要环节的核心枢纽。与传统的变电站不一样，智能变电站应用了以太网技术、光电传感技术、交换机技术等众多领域的重大技术，实现了全站信息共享，完成对电力系统的运行状况的设定、控制、检测、保护等。智能变电站不仅在技术上安全可靠、效率，在建设、维护方面也能节省投入，而且很好的响应了绿色经济的要求。

保证运行安全可靠性是变电站最重要的目标之一。如何通过在满足变电站在信息共享的要求的同时，又能保证电力系统的安全可靠性，其组网方式起到了决定性的作用。本文的讲述了变电站的发展历程、IEC61850标准和变电站网络通信基础，重点讨论了变电站在不同组网方案下的性能分析。

1.2国内外智能变电站发展和研究现状

1.2.1 标准的制定过程

数字化变电站起步于20多年前，电力电子技术在实践中获得突破性进展，微处理器芯片开始应用于变电站自动化装置。依靠微处理器的智能和计算能力，这项技术适应了变电站系统向数字化发展的趋势，提高了变电站系统的自动化。例如微处理技术在智能变电站的首次应用远方终端装置RTU，比起以前的自动化装置，它在集成度，在体积、准确度和性价比等方面占有很大优势，更重要的是它能实现四遥功能。20世纪90年代初此项技术在我国得到应用，目前已得到全面的推广。