摘 要 过程总线技术是智能数字化变电站基于常规变电站自动化系统结构发展起来的一种集一次设备智能化、二次设备网络系统化为一体的重要技术。在介绍了智能数字化变电站过程总线通信实现的基本前提技术支撑条件后，对过程总线通信中实现特征参量信号采样值报文和跳闸命令（GOOSE）事件报文高效稳定、精确可靠传输的关键技术进行了详细分析研究。
关键词 智能数字化变电站；信号采样值；GOOSE事件
中图分类号TM6文献标识码A文章编号 1674-6708（2011）56-0161-02
随着电力电子技术、计算机技术、电力通信技术等先进技术发展的不断完善，智能数字化变电站已成为变电站综合自动化领域技术升级改造研究的难点热点。国内外相关电力研究工作人员普遍认为，智能数字化变电站综合自动化技术是基于变电站IEC61850国际规约标准的基础上，建成满足变电站自动化系统全站统一数据信息集成模型和实时通信平台需求，从而实现变电站一次设备和二次设备间的无缝数字化通信，有效提高变电站自动化系统中IED智能电子设备间数据信息资源的实时共享和互操作水平。基于IEC61850标准的智能数字化变电站继承了常规变电站自动化逻辑组成结构，将整个变电站自动化系统划分为站控层、间隔层、以及过程层三层单元。过程层与间隔层间的串行通信规约通道可以成为过程总线通信，是过程层现地智能设备与间隔层监测、保护、记录等设备间数据信息的主要通信通道，其是基于网络的过程总线技术结构，其综合成本较低、运行可靠性高等优点，可以大大解决过程层IED设备与间隔层IED设备间数据信息规约较为复杂、通信转换设备综合投资较大等问题，受到广大变电站用户和自动化厂家的青睐。但在过程层实际应用过程中，如何确保采样信号、保护动作命令等与变电站综合自动化系统安全稳定运行有密切关系的数据信息在船上过程中具有较高的实时性、准确性、安全可靠性，一直就是智能数字化变电站过程总线应用技术研究的重要内容。
1 智能数字化变电站过程总线通信实现基本前提
智能数字化变电站过程总线通信技术的研究发展与断路器、互感器等高压开关电气设备制造新技术、通信新技术等的发有密不可分，同时也是电力系统高压行业适应智能电网建设需求的必然发展趋势。
1.1 电子式电流/电压互感器
常规变电站自动化系统中的电磁式互感器，其在运行过程中容易受到外部环境干扰、内部电磁能量转换等因素的影响，出现饱和\铁磁谐振过电压、绝缘结构较为复杂等不足，已很难适应现代大容量、高参数、高电压等级复杂智能数字化变电站自动化系统建设发展需求。为了适应智能数字化变电站建设发展的需求，电力科研机构投入了大量人力和物力来对高压电子式电流/电压互感器等特征电参量高压开关设备机构和控制系统的优化研发，并在最近几年的数字化变电站系统技术升级改造工程应用中取得了较为良好的应用效果。不同IED电子设备间数据信息通信接口的标准化、系统化也是电子式电流/电压互感器能够成功应用到数字化变电站自动化系统技术升级改造工程中的重要技术保障。
1.2 智能化断路器
断路器智能化二次系统实现了断路器系统监测信息量最大化、故障事故判定方式多样化、以及综合监控保护手段智能自动化等功能，可以使变电站系统运行中的故障和事故定位更加准确和及时。数字化变电站系统在开关与开关、过程层与间隔层、以及间隔层中智能IED设备间建立标准统一化的过程总线通信网络，可以有效改善和提高变电站过程层与间隔层智能IED设备故障诊断和状态监测的综合性能水平。
1.3 组合式开关设备
紧凑型组合式开关设备由于其具有运行可靠性高、操作维护方便、可扩展性强、占地面积小、以及综合费用经济性高等优点，在智能电力系统工程中得到广泛推广使用。ABB公司推出的插接式组合开关系统（PASS, Plug And Switch System）是组合式开关设备发展的最新方向。为了提高PASS在变电站系统中的使用综合效率，应建立基于IEC61850标准的PISA的过程总线通信网络系统。
2过程总线信号采样值报文传输关键技术
运行特征电参量信号采样值和保护跳闸命令是变电站自动化系统中过程总线通信中最为重要的两类报文信息，同时也是变电站过程总线具有较高的技能水平的重要保证条件，从智能数字化变电站自动化系统过程总线实际应用功能来看，应该有效解决特征电参量信号采样值和保护跳闸命令在过程层总线通信中的安全、准确、可靠等问题。
互感器所采集到的电压、电流、以及通过内部运算获得功率因素、频率等值是变电站自动化系统安全稳定运行的重要保障信号。为了规范电子式电压/电流互感器的数字化输出，最早在IEC60044-8标准中就提出了合并单元，即通过合并单元同步采集电子式电压/电流互感器的多路模拟信号，然后通过内部电路动态转换成统一格式和语言描述的数字信号上传给变电站自动化系统间隔层单元中的测控、保护、记录等智能IED电子设备。对于特征电参量信号采样值的同步传输实现，在IEC60044-8标准中提供了插值法和同步时钟法，但是在实际过程发现时钟同步法其所取得的数据信息传输同步特性要比插值法应用效果好，因此，智能数字化变电站过程总线中特征电参量信号传输IEC61850-9-1标准只支持时钟同步法。基于IEC61850-9-1标准的过程层合并单元信号采样值同步原理如图1所示
图1 基于IEC61850-9-1标准的过程层
合并单元信号采样值同步原理
从图1可知，特征电参量信号采样值同步方法的有效性和准确性比较依赖于合并单元所接收到的秒脉冲同步信号的正确可靠，而智能数字化变电站系统中，此信号的获取和传输主要借助于以太网通信技术来确保特征电参量信号采样值转换和远程传输的高精度同步性能。尤其是在2002年底发布的专用于信号采样值测量和传输的IEEE1588高精度网络时钟同步协议，其能够达到亚微秒级的同步精确度。
3 过程总线跳闸命令报文传输关键技术
图2 功能整合后跳闸保护命令GOOSE报文传输结构
在变电站IEC6850标准中，变电站自动化系统各功能IED设备具有的分散分布式特性，为了实现数据信息资源不同IED设备间的实时共享和互操作，IEC61850标准定义了面向通用对象的变电站事件（GOOSE）集成模型。智能数字化变电站自动化系统中GOOSE报文传输结构主要包括星形网和环形网两种结构，星形网传输速率相对较高，而环形网其网络运行可靠性要相对较高。因此，在实际应用中，要根据变电站自动化系统GOOSE事件所包含的具体数据、所涉及到的IED智能设备、通信服务接口等情况，进行GOOSE网络结构的选择和VALN划分。目前智能数字化变电站过程总线跳闸保护命令报文传输结构多经功能整合后的星形结构，其具体逻辑组成如图2所示。
从图2可知，目前智能数字化变电站过程层中跳闸保护命令GOOSE报文传输单元以常规星形结构为基础，通过对合并单元和断路器控制器两个功能进行有机整合，从而形成一个完整的独立运行安全准确可靠物理设备。
4 结论
智能数字化变电站过程层总线是随一次设备智能自动化、二次设备集成网络化等技术发展而发展起来的。为了确保变电站过程层各智能IED设备具有较高的运行可靠性、信号采样值报文和跳闸命令报文传输具有较高的安全性、准确性和可靠性，除了要选择和构造完善合理的过程总线结构外，还需要合理划分过程通信总线中的VLAN网段和优先级，并考虑过程总线系统中双网冗余、同步冗余、以及网络流量冗余等各种因素对过程层总线通信稳定性、准确性、以及可靠性等方面的影响，以其确保整个智能数字化变电站过程层具有较高实际灵活应用性能。
参考文献
[1]辛建波,段献忠.基于优先级标签的变电站过程层交换式以太网的信息传输方案[J].电网技术，2004，28(11)：26-30.
[2]徐成斌，孙一民.数字化变电站过程层GOOSE通信方案[J].电力系统自动化，2007，31(19)：91-94.
[3]殷志良，刘万顺，杨奇逊，等.基于IEC61850 标准的采样值传输模型构建及映射实现[J].电力系统自动化，2004，28(21)：38-42.