变电站以太网信息安全论文

【摘要】本文分析了基于以太网进行的常用加密技术的优缺点，并在考虑实时性的情况下提出一种基于混合加密的变电站通信安全的解决方案，即DES和RSA混合使用。今天小编给大家找来了《变电站以太网信息安全论文 (精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

变电站以太网信息安全论文 篇1：

基于智能数字化变电站的关键技术及以太网信息安全技术研究

摘要:基于智能变电站自动化的发展历程,分析了智能数字化变电站的关键技术、IED、IEC 61850标准来分析以太网信息安全技术的缺陷及其解决方法。

关键词:智能数字化;IED;以太网

基于国家电网公司落实智能数字电网计划中的变电站转为智能数字变电站的发展,一次、二次设备融为智能数字控制系统,这是用信息化融合传统的科技转化。基于新设备的融合技术都已全面打通命脉,比如在智能数字变电站关键技术方面,国家电网颁布了智能数字变电站关键技术的整体设计规划,要求新旧设备必须符合新的技术设计规范。智能传统变电站与智能ZigBee 数字化变电站融合,提高了智能数字变电站的应用能力,比如自動识别和协调、互动融合、PID控制系统等。在全国数字化变电站大市场中排前列,应用测试训练点也多,采集了许多经验,因此把传统变电站与智能数字化变电站通过一、二次智能设备融合实现信息化智能数字变电站,也是国家电网一次大的挑站。基于ZigBee 无线传感器网络中的智能数字变电站的主要研究是以ZigBee无线传感器网络中的BP算法等数字智能化设备在无线传感器网络监控系统中的继电保护的应用研究;同时采用IEC 61850标准和IEEE1588标准实现测量关键技术、以太网控制系统分析设备在线监测和状态检修及无线移动互联网监视等功能的智能数字化嵌入式数字化变电站自动识别系统来实现 ZigBee无线传感器网络的IEEE1588标准实现硬件和软件信息平台。

1 智能数字化变电站关键技术

智能数字化变电站主要由基于电光效应的互感器称为光学电流/电压互感器(OCT/OVT)或无源式互感器;其余泛称为电子式电流/电压互感器(ECT/EVT)或有源式互感器基础上分层融合,能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。

1.1 智能数字变电站一次、二次设备融合体系化

基于国家电网公司落实智能数字电网计划中的变电站转为智能数字化变电站的发展,一次、二次设备融为智能数字控制系统,这是用信息化融合传统的科技转化。基于新设备的融合技术都已全面打通命脉,比如在智能数字变电站关键技术方面,国家电网颁布了智能数字变电站关键技术的整体设计规划,要求新旧设备必须符合新的技术设计规范。智能传统变电站与智能ZigBee数字化变电站融合,提高了智能数字变电站的应用能力,比如自动识别和协调、互动融合、PID控制系统等。在全国数字化变电站大市场中排前列,应用测试训练点也多,采集了许多经验,因此把传统变电站与智能数字化变电站通过一、二次智能设备融合实现信息化智能数字变电站,也是国家电网一次大的挑站。基于ZigBee无线传感器网络中的智能数字变电站的主要研究是以ZigBee无线传感器网络中的BP算法等数字智能化设备在无线传感器网络监控系统中的继电保护的应用研究;同时采用IEC 61850标准和进程通信IEEE1588标准实现测量关键技术、以太网控制系统分析设备在线监测和状态检修及无线移动互联网监视等功能的智能数字化嵌入式数字化变电站自动识别系统来实现ZigBee无线传感器网络的IEEE1588标准硬件和软件平台。因为今年将有很多智能数字化变电站项目融合实施,为了融合国家电网新的技术规划需求,将很快研究出新标准的新产品,如新能源风能发电并网技术须和ZigBee智能电网融合。根据我国的地理位置风能基地分布在西北、东北,如没有一个固定稳定电力网络结构来统一协调管理,就不能够实现多种风能的分布式融合。比如太阳能是清洁能源,用来发电不稳定,需用电网整体结构协调应用。基于各国对智能电网的研究的方式一样,因此在各国电网智能设备市场中,中国国内公司与国外的大公司是融会同一起跑线上。密切相关,因此智能电网将给电力自动控制化和电子信息技术安全融合巨大的利润,物联网进程通信、物联网中心数据处理模块、以及Atmegal28+CC2430的设计芯片和电子元器件等领域都将受益。

1.2 智能数字变电站网络化

基于一种变电站直流智能设备网络化监测管理系统,包括分布在各变电站的智能检测设备,还包括数据采集设备、VPN局域网络和信息处理单元,智能检测设备的信息输出端接入信息采集设备的输入端,信息采集设备将信息转换为符合VPN技术的TCP/IP通讯协议的数据包,信息采集设备的输出端接入VPN局域网络后传送信息至信息处理单元,本实用新型能够方便接入各种智能设备,并将所采集数据信息送入开放实时数据库,便于设备运行状态信息处理单元进行分析处理,使设备信息能得到充分利用,对数据进行处理分析并web发布,对变电站直流电源系统各设备的运行情况进行实时监控,提高供电系统的可靠性。

1.3 IED的互操作性

为了保证IED的互操作性,需要对其进行一致性测试和性能测试。一致性测试属于“证书”测试,目的是测试IED是否符合特定标准。一致性测试一般由授权机构完成,而性能测试则由用户组织实施。与常规变电站相比,数字化变电站系统中的一致性测试和应用测试的联系更为紧密。一致性测试是应用测试的基础,产品只有通过了一致性测试才具备构成应用系统以执行应用测试的条件。由于IEC 61850标准的复杂性、其性能在网络异常时的未知性以及保护、监控系统对实时性的严格要求等原因,很可能出现单独产品已通过一致性测试,将其构成应用系统时却不能通过应用测试的情况。

2 智能数字化变电站以太网信息安全技术对策

IEEE1588所定义的精确网络同步协议实现了网络中的高度同步,使得分配控制工作时无需再进行专门的同步通信,从而达到了通信时间模式与应用程序执行时间模式分开的效果。智能数字化变电站内由于各种智能电子设备的大量应用,变电站内运行、状态和控制等智能数字化信息需要传送,负责传送这些信息的网络通讯系统成为智能数字化变电站的重要平台,因而,网络可靠性直接关系着智能数字化变电站的良好运行。

2.1 基于数字化变电站

数据加密技术是一种防止数据采集发收篡改的方法,其中用到人工神经网络中的BP算法来贯却任意大小的数据消息,而BP神经网络权值、阈值的修正融合函数下降最快负梯度方向。如xk+1=xk-αkgk;其中xk是当前的权值和阈值矩阵,gk是当前表现函数的梯度, αk是数据加密。

2.2 VPN技术

虽然实现VPN的技术和方式很多,但所有的VPN均应保证通过电网网络平台传输数据的专用性和安全性。在安全性方面,由于VPN直接构建在电网网上,实现简单、方便、灵活,但同时其安全问题也更为突出。电力公司必须确保其VPN上传送的数据不被攻击者窥视和篡改,并且要防止非法用户对网络资源或私有信息的访问。VPN技术网应当为电力数据提供不同等级的服务质量保证。不同的用户和业务对服务质量保证的要求差别较大。在网络优化方面,构建VPN技术的另一重要需求是充分有效地利用有限的VPN局域网资源,为重要数据提供可靠的带宽。VPN局域网流量的不确定性使其带宽的利用率很低,在流量高峰时引起网络阻塞,使实时性要求高的数据得不到及时发送;而在流量低谷时又造成大量的网络带宽空闲。QoS和PB算法通过流量预测与流量控制策略,可以按照优先级分实现带宽管理,使得各类数据能够被合理地先后发送,并预防阻塞的发生。

2.3 信息的同步性

为避免电气量的相位和幅值产生误差,二次设备需要在同一时间点上获得采样数据。传统电磁式互感器输出的模拟信号不存在上述问题,但由合并单元输出的数字采样信号就必须含有时间信息。应在现场进行试验来验证合并单元进行数据采样的时间同步准确度,以满足系统测量和控制的要求。由于传统以太网自身的限制,通过多播方式在网络内实现时间同步很困难。IEC 61850采用SNTP实现不同设备间的同步采样,以UTC作为时钟同步源。由于过程层总线的负载大,要求同步误差控制在1μs,因此过程层同步标准必须采取IEEE 1588标准。1个IEEE1588精密时钟系统包括多个节点,每个节点代表1个时钟,时钟之间经由网络连接。按工作原理可将时钟分为普通时钟和边界时钟,普通时钟只有1个TVP端口,而边界时钟具有多个TVP端口。在网络中,每个时钟都可能处于从属时钟、主时钟和原主时钟共3种状态,时钟所处的状态是根据最优化的时钟算法确定的。

2.4 以太网接口芯片POE在智能電网嵌入式中的应用

基于POE标准是以太网的传输电缆输送直流电到POE兼容的嵌入式设备定义为两种方法:一种是“中间跨接法”是以太网电缆中没有被使用的空闲线对来传输直流电,融合的PSE支持POE功能的以太网HC3交换机、S9800核心路由器、集线器或其他网络交换设备。二种是“末端跨接法”是在传输数据采集的芯线上同时传输直流电,其输电融合以太网数据采集信号不同的频率。PSE是嵌入式交换机专门的电源管理设备。它对应每个端口有两个RJ45插孔,一个用短线连接至交换机,另一个连接远端设备。可以省去设置独立输电的专用线,这对于仅有8芯的电缆和相配套的标准RJ-45插座意义特别重大。

PD设备与POE标准融合时就直接通过RJ-45插座从以太网电缆供电,对于与POE不融合的设备可以采用直流变换器或抽头分压装置的方法,将其电压变换成POE兼容的电压被称为有源以太网分裂器。

2.5 ZigBee协议栈

要实现的是电量等信息汇总到监控机上,采用的是IEEE802.15.4标准的Atmegal28+CC2430的芯片来实现各个节点网络连接的融合的实现整个IEEE802.15.4标准的TCP/IP协议栈。基于变电站各个节点模块中, IEEE802.15.4标准的Atmegal28单片机是通过SPI接口和CC2430通信融合,在IEEE802.15.4标准实现ZigBee协议栈的融合实现数据在ZigBee无线传感器网络定位中的传输。软件方面,采用IEEE802.15.4标准Atmegal28中实现一个精简的Zigbee协议栈,完成ZigBee链路层的建立和数据的传输和多种网络拓扑融合体系结构。

3 结束语

IEC61850标准的实施、非常规互感器的应用以及智能断路器技术的成熟将逐步推进数字化变电站示范性工程的建设,这意味着变电站自动化技术将进入全面数字化的新阶段。在未来10年内,数字化变电站必将成为变电站自动化技术发展的主流,同时也将为未来“数字化电网”的建设奠定坚实的基础。减少了设备的退出次数和时间,提高了设备的可用性;减少了自动化设备的数量,从而简化了二次接线,提高了系统的可靠性;设备的互操作性为维护、更新和扩展设备的功能提供了方便。实现了信息在运行系统和其它支持系统之间的共享,减少了重复建设的投资以及变电站寿命周期内的总体成本。

参考文献:

[1] 徐礼葆.开放式数字化变电站自动化系统的讨论[J].继电器,2004,32(6):40-43.

[2] 戴先中.准同步采样及其在非正弦功率测量中的应用[J].仪器仪表学报,1984,5(4):390-396.

作者：郑小发

变电站以太网信息安全论文 篇2：

变电站以太网组网的信息安全及保护

【摘要】本文分析了基于以太网进行的常用加密技术的优缺点，并在考虑实时性的情况下提出一种基于混合加密的变电站通信安全的解决方案，即DES和RSA混合使用。

【关键词】变电站以太组网;信息安全;混合加密

一、引言

随着信息技术的迅猛发展，电力系统越来越趋向于高度自动化、信息化，以适应社会基础建设发展的需求。迅速崛起的电力系统自动化技术，给电力系统带来强大功能的同时也给电力系统信息安全带来了威胁，被攻击后所造成的经济损失和灾难性后果都是难以估量的。

电力系统是一个功能复杂的大型系统，包括了发电、输变电、配电以及用户用电等多个环节，其中变电站作为电力系统中极为重要的组成部分， 其安全性和稳定性的运行对于电力系统极为重要。通信的安全性和实时性是变电站自动化系统在通信过程中存在的可能会被外界攻击的关键问题。这两个性能经常会一起被探讨，因为实时性通常会受到基于安全手段的一些技术的影响，也会对变电站造成影响。

目前，国内外进行的关于变电站信息安全方面的研宄主要有三种类型。

第一是关于变电站自动化系统通信信息安全的关键技术研宄，张韵等主要介绍了当前基于IEC 61850标准下变电站中大多数主流的信息安全防护的方法与技术[1]。黄益庄等主要介绍了一些常用的智能化技术以及安全性防护手段，提出智能变电站是变电站综合自动化的发展目标[2]。Ericsson G等主要从智能电网的发展角度，解释了互联网在变电站智能化和开放性中的重要作用以及由此带来的网络安全威胁[3]。第二是变电站信息安全的仿真与评估研究，Ericsson G N等主要针对电力系统中信息安全的问题进行了包括安全框架、风险评估以及安全技术这三方面的工作介绍，给出了不同的解决方案[4]。Lu Z等重点就拒绝服务(DoS)攻击做了定量研究分析，并分析了变电站的信息安全的威胁种类[5]。第三是关于变电站信息安全的算法研究，廖晨淞等给出并验证了一种全新的身份认证方案，从而分析了IEC 61850标准下对于变电站的信息报文的需求[6]。周立龙等针对变电站智能电子设备(IED)在进行远程配置时存在的安全问题，提出了基于XML安全的远程设定的方案，并验证该方法可以实现变电站对配置语言的要求[7]。

变电站以及整个电力系统能够安全可靠的运行，在一定程度上将依赖于信息的安全通信。变电站与其外部或变电站本身的通信基本上都基于以太网，包括调度室与变电站之间，变电站与变电站之间，变电站内部都需要更多的信息通信。基于以太网进行的加密技术是一种在变电站安全应用中非常广泛、最为简单实用的技术手段，在目前比较常用的加密方法中，在特定情况下各自都存在一定的局限性，因此，提出一种新的基于以太网的加密方案是确保变电站通信信息安全的一重要方式。

二、以太网在变电站通信系统中的应用

以太网具有很多特有的优势，使之能够在包括变电站通信系统中成为主流应用。具体优势如下：

(1)以太网的数据传输速率高，越高的速率就能在通信工作量相同的前提下减少时间，大大减轻通信网络的负荷。(2)以太网具有强大的开放性， 能够很大程度提高设备互相之间的操作性，简化用户的工作，同时可以避免使用者被制造商的自身通信协议所限制。(3)以太网技术资源共享能力很强大，能轻易实现与其他控制网络无缝衔接。(4)可以实现各种远程访问技术、远程监控技术以及远程维护等技术难题。(5)以太网具有极强的扩展性，能对各种网络拓扑结构有很好的支持，同时能够支持众多主流的的物理传输介质。(6)以太网价格便宜，应用广泛，可以推进系统发展。

以太网虽有很多优势，但在实时性和安全性上仍存在一定的不足，在数字化技术下，变电站自动化系统包括变电站与控制中心，变电站内部各层之间时刻都有信息在传递，还有各种报文根据不同情况进行交流，对于信息的实时性和安全性要求极高。在满足实时性要求的情况下，提高以太网的安全性，发展一种更为安全的加密方案是一个亟待解决的问题。

三、以太网中的DES和RSA加密算法的优缺点

在以太网中使用加密技术，可以极大的提高其安全性，同时减少了对CPU资源的占用，提高了系统的处理效率。加密技术是对明文采用特定的计算方式，使之变成一段没有实际意义的，不可读的“密文”，要想获得原始的内容则必须有与加密算法对应的密钥，通过这样的手段来实现对原始对象的保护[8]。加密技术一般有以下两类：1)对称加密算法，经典是DES;2)非对称加密算法，经典是RSA。

DES又叫数据加密算法(Data Encryption Algorithm，DEA)。密钥在发送密文前，双方互相交换，接收方在收到了发送方的密文之后采用相同的密钥和算法可以进行逆向处理，进而得到明文，否则数据不具有实际意义。随着计算机计算能力的不断提高，DES的攻击常被一种称为暴力破解(也叫彻底密钥搜索)方式破解攻击，实际上是不断地尝试所有可能的密明直到找出合适的为止，所以DES目前的安全性不断下降。

而RSA算法被国际标准化组织推荐成为公钥数据加密标准，基本上能够抵御己知的所有恶意攻击。RSA算法与DES算法的原理不尽相同，核心是加密/解密密钥在使用时是完全不同的，但可以相互匹配。相比DES算法而言，RSA算法极大的强化了信息的安全性。出于安全性考虑，RSA算法的密钥一般要求500-1024比特。RSA算法的最大弊端因此产生，其计算量无论基于何种手段实现，都是极其庞大的。和DES算法相比，DES算法计算量几乎将高出RSA算法好几个数量级，RSA算法势必会减慢变电站信息的传递效率，影响实时性。

四、基于DES和RSA混合加密方案的变电站通信安全

通过对各自加密算法的分析，我们可以看出无论DES算法还是RSA算法都存在着一定的缺点，这些缺点在某些特殊情况下是致命的。DES算法一般加密以64比特为单位的数据块，因为其算法简单相对来说多应用在大量数据下，在计算量上具有很大的优势，缺点是相对容易破解，密钥管理也成为了问题，容易被第三方非法获得。RSA出现稍晚于DES，这种算法不对称。两密钥同时关联产生，并不能通过算法推算，其安全性要远比DES好。但RSA缺点是计算量庞大，而且在对明文进行加密时，明文长度也会有一定的限制，所以RSA算法一般只应用于重要敏感的场合的一些小量数据加密。一种混合DES和RSA算法的混合加密方案被提出，优势十分明显。

一是密钥匙管理上的优势，密钥的管理模式对于加密技术的性能有极大的影响，本方案中中DES算法的密钥Ks属于一次性密钥，在使用之后即被舍弃，而被传输的会话密钥由于经过了RSA算法加密不需要在通信前将密钥发送给接受方，只要断路器保管好自己的私钥就可以了;二是安全性能上的优势，该方法的安全等级和单纯使用RSA时等价。RSA算法对DES算法的密钥进行再次加密，极大程度的确保了DES算法的安全性。三是时间上的优势，之前提到了该方案的安全性其实与单独运用RSA算法一样的，但是这个方案比单纯RSA算法的最大优势就在于时间上的优势。RSA算法本身会产生大量冗余，计算量较大，对于变电站通信过程中实时性要求是致命的。本方案对明文使用了DES算法，这样加密和解密不仅使所占用的时间较少，而且明文的长度不会受限，然后只对DES的会话密钥使用RSA加密，数据并不大，从而节省了大量时间，提高运算效率。

五、结论

变电站与其外部或变电站本身的通信基本上都基于以太网，以太网进行的单一加密技术存在弊端，然而一种新的基于以太网的混合DES和RSA加密方案，可以很好满足实时性的要求，提高以太网的安全性，从而可以提高变电站自动化系统及其信息的安全性，具有一定的应用价值。

参考文献

[1]张韵.基于IEC 61850标准的变电站关键技术应用探讨[J].低压电器，2008，(23)：35-38

[2]黄益庄.智能变电站是变电站综合自动化的发展目标[J].电力系统保护与控制，2013，41(2)：45-48

[3]Ericsson G N. Cyber security and power system communication—essential parts of a smart grid infrastructure[J].Power Delivery，IEEE Transactions on?2010，25(3)： 1501-1507.

[4]Ericsson G N.Information security for electric power utilities (EPUs)—CIGRE developments on frame works， risk assessment， and technology [J].Power Delivery，IEEE Transactions on，2009，24(3)：l174-1181

[5]Lu Z，Lu X，Wang W，et al.Review and evaluation of security on the communication networks in the smart grid[C].2010 Military Communications Conference(2010MILCOM).2010：1830-1835

[6]廖晨淞，童晓阳，王晓茹.OPNET仿真及其在电力系统通信研宄中的应用[J].电气应用，2010(009)：52-56

[7]周立龙，王晓茹，董雪源.贝叶斯网络在数字化变电站信息传输可靠性研 中的应用[J].南方电网技术，2010，4(6)：70-73

[8]Singh S P， Maini R. Comparison of data encryption algorithms[J]. International Journal of Computer Science and Communication， 2011(1)， 125-127

作者简介

李燕(1974，5—)，女，汉族，籍贯：河南沁阳，学历：大专，职称：工程师。研究方向：电力工程。工作单位：国网河南省电力公司检修公司。

作者：李燕

变电站以太网信息安全论文 篇3：

数字化变电站现场组网应用

摘要:随着电子互感器、智能电子设置、智能化一次设备和网络化二次设备的技术发展，数字化变电站成为变电站自动化系统的一个发展方向。文章介绍基于IEC61850的数字化变电站的关键技术，然后分析了数字化变电站的网络系统结构，对各个层次模型进行介绍，最后根据案例去作分析。

关键词:数字化变电站;IEC61850;智能电子装置;电子互感器

在变电站自动化技术的发展过程中，如互感器的局限性、智能电子装置(intelligent electronicdevice，IED)、问隔层和变电站等应用层缺乏统一的信息模型和信息交换标准，以及二次设备之间缺乏互操作性等，这些问题限制了变电站自动化的发展。近年来，随着光电互感器、智能断路器、网络通信技术的发展以及IEC61850标准的发布，数字化变电站的研究得到快速的发展。电子技术和计算机技术的发展使得IED在电力系统中得到广泛的应用，最终使得数字化变电站得到的快速的发展和应用。本文主要介绍了数字化变电站的关键技术和网络体系结构。

一、数字化变电站的关键技术

数字化变电站的关键技术主要有:电子互感器、智能化一次设备、智能化二次设备、IEC61850通信规范。要实现数字化变电站的自动化，就必须建立统一的通信标准，通过对设备的一系列规范化，形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。IEC61850标准是基于通用网络通信平台的数字化变电站系统的唯一国际标准，它将变电站通信体系分为3层:站控层、间隔层、过程层。在变电站和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范，传输控制协议。在间隔层和过程层之问的网络采用单点向多点的单向传输以太网。智能电子设备都使用统一的协议，通过网络进行信息交换。

二、数字化变电站的网络结构

数字化变电站的网络结构由站控层、间隔层和过程层3个层次组成，由过程总线和站级总线进行通信连接。过程总线处理间隔层装置和智能化一次设备(如断路器、互感器、变压器之问的通信)，站级总线处理变电站层和间隔层的装置之问的通信。文章所涉及的五村数字化变电站各层次间的通讯体系结构如图1。

(一)间隔层

问隔层的主要功能是汇总本问隔层的各种实时数据，实现对一次设备的保护控制和本间隔操作闭锁、同期功能等，还要完成与过程层及变电站的网络通信功能。

数字化变电站的保护装置与传统的变电站相比，其保护原理、电源模块基本相同。但交流采集模块使用连接合并单元输出的采样值接口模块替代，GOOSE接口模块替代开关量采集模块和出口继电模块，通过通信方式采集模拟量和开关量时，除了反映采集量的当前值，还需要有通信状态、数据源状态等。

监控装置通过计算机实现数据采集、控制、等功能。测控装置要支持电子互感器，IEC61850标准，GOOSE跳闸和信号采集等功能，使用通信接口模块来替代原有的交流采集、开关量采集和控制模块等。

故障录波装置主要用来记录电力系统故障过程，在记录系统发生波动时，能够记录电参量的变化工程和继电保护等信息。故障录波装置也需要支持电子互感器的合并单元输出采集量，支持IEC61850标准和GOOSE开入，还应具有故障录波的存储和分析功能等。

单间隔设备具有与合并器的过程层光纤通信接口，并具有与跨间隔间采样数据、控制数据交换能力。所有间隔层设备能按照IEC61850协议建模与站控层通信，问隔层设备直接从过程层网络获取合并单元传输的电压、电流数字量信息和智能终端传送开关信息，装置支持GOOSE方式实现间隔层防误闭锁功能，装置发出的基于IEC61850标准的GOOSE命令由专用GOOSE网络传送至各间隔保护测控装置及智能终端，间隔层还应配备数字式电表等相关数字式的计量设备。

(二)站控层

变电站层主要作用是:通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息和调度或控制中心进行双向信自、交互;可以进行编程来实现全站操作闭锁控制功能，对间隔层、过程层设备进行维护等。

1.采用100 Mbit/s冗余光纤以太网，通过高速网络全站的实时数据信息进行汇总，不断刷新实时数据库，按既定规约将有关数据信息传送远动主站和调度端;接收远动主站和调度端的控制命令并下传至间隔层、过程层执行;具有后台VQC电压无功调节功能和在线可编程的全站操作闭锁控制功能;具有站内就地监控，查询事件，打印波形报告等人机联系功能;具有对间隔层、过程层设备的在线维护、在线修改定值参数功能。

2.对时方式的更新:采用SNTP协议网络对时方案，二次系统设置同一时钟，实现全站设备的时钟同步，各设备根据同一时间基准和网络延时统一对时，取消了传统的硬接线对时方式。

(三)过程层

过程层是一次设备和二次设备的结合层，它是智能化电气设备的智能化部分。过程层要实现运行的电气一次设备实时模拟量的上传，运行电气一次设备的状态参数在线统计和监测，远程控制和操作命令的执行与驱动。

过程层向间隔层传送的数据较多，且报文的优先级不一样，在数据传输过程中不同优先级的响应速度也不一样，为了避免产生拥塞，过程层采用基于交换式以太网的串行通信网络，这样极大的提高数据的传输速度，以及可以使用局域网的各种功能和应用。

三、数字化变电站网络通讯方式

数字化变电站其通讯方式主要是集中在过程层和问隔层之间的通讯中，过程层的数字化是构建基于IEC61850的数字化变电站的重要组成部分。基本采用以太网交换方式进行通信，一般称为过程总线通信。过程总线可以根据数据流、稳定性和实际需求可以采用4种不同的组网方式。

(一)面向间隔原则

这种方案中，每个间隔都有一个总线段，且安装在一个独立的全站范围的总线，来连接各个间隔的总线段。该方案结构简单，对于电站的维护和保养非常有利。另外设备的互操作性可以在间隔层获得，也可以在IED层获得。但它同时也需要过多的网络设备，成本较高。该方案可以适用于1lOkV以上和有重要间隔的系统。另外电站设备的互操作性甚至互换性可以在IED层面获得，也可以在间隔层获得。

(二)面向位置原则

该方案中间隔总线覆盖了多个间隔，如果IED的安装位置处于多个传感位置中心时，从高压端下来的光线传输距离最短。当220kV双母线采用母线PT，该PT可以为多个间隔所用，这样就节省了PT的安装数量。

(三)单一总线原则

该方案在全站使用单一的通信总线，所以设备连接到该总线上。该方案节省交换机、网络线缆，但其结构不够清晰，给维护带来一定困难，中心总线负载大，使得整个系统的稳定性差。主要可以适用35kV及以下电压等级的问隔。

(四)面向功能原则

该方案总线是按照保护区域进行设置，它将相互之

间需要较多信息交互的IED、智能接口、合并器等设备挂接到一个交换机上，不同交换机之间再进行连接。其优点是不同交换机之间的信息交换量小，但也肯能会增加交换机的数量，主要适用于高压柜及厢式变。

对于变电站的总线组网方案主要有两种:(1)独立的变电站总线。使用该方案时，位于间隔层的IED需要2套以太网接口，分别接入到过程总线和变电站总线。(2)合并的变电站总线和过程总线。采用以太网的数字化变电站，其变电站总线和过程总线可以合并，这样IED只需一个以太网接口即可，这样简化了总线结构，减少了设备的数目节省了成本。但这种方案其控制性数据和非控制性数据、实时数据和非实时数据共用一个通道，很容易造成网络拥塞，应采取一定措施来避免拥塞。

根据不同数据要求和变电站实际情况采取不同的组网方式，1lOkV五村数字化变电站有1lOkV进线线路2回(远期规划为4回线路)主变3台，对应lOkV分段4段母线(#2主变双分支)及lOkV馈线、电容器、站用变、接地变等。其主接线图如下图2所示:

根据现场运行情况对该站的数字化网络在通讯上，过程层采样回路采用IEC61850 9 1协议点对点传输模式，开关量传输采用IEC61850协议GOOSE服务单独组网，站控层网络按照IEC61850协议统一建模，跨间隔采样采用IEC 60044-8 FT3高速串行协议。对于数字化变电站的各层之间和设备问隔的网络组成上我们采用了以下办法:(1)过程层网络与站控层网络分离;(2)过程层数据采集与开关量传输分网传输;(3)过程层数据采样不依赖于同步信号源而工作;(4)旁路数据按单独问隔对待的特点进行组网。其中智能电子设备为各个间隔采集电流电压信息，并且做好本间隔的间隔保护和间隔控制单元组成一个独立的子网，按照电压等级和设备对相同的每个子网成一个总线段。再通过以太网交换机，在全站范围组成一个独立的总线来连接个间隔的总线段。如(图4)110KV五村数字化变电站网络图。

四、五村站数字化以后的特点

110kV五村数字化变电站是我局第一座数字化变电站。数字化变电站改造后，对比传统自动化变电站，主要从以下几个方面体现了其特有的优越性:

1.解决设备间的互操作问题，数字化变电站的所有智能设备均按统一的IEC 61850标准建立信息模型和通信接口，设备间可实现无缝连接。

2.应用电子式互感器解决传统互感器固有问题。数字化变电站采用电子式互感器，没有传统互感器固有的TA断线导致高压危险、TA饱和影响差动饱和、CVT暂态过程影响距离保护、铁磁谐振、绝缘油爆炸、六氟化硫泄漏等问题，并彻底解决传统电流互感器二次回路开路、传统电压互感器二次回路短路问题。

3.通信网络取代复杂的控制电缆。数字化变电站的一次设备和二次设备间、二次设备之问均采用计算机通信技术，一条信道可传输多个通道的信息，同时采用网络通信技术，因此数字化变电站的二次接线将大幅度简化。

4.进一步提高自动化和管理水平。数字化变电站的采用智能一次设备，所有功能均可遥控实现。通信系统传输的信息更完整，通信的可靠性和实时性都大幅度提高。变电站因此可实现更多、更复杂的自动化功能，提高自动化水平。一次设备、二次设备和通信网络都可具备完善的自检功能，可根据设备的健康状况实现状态检修。

5.便于变电站新增功能和扩展规模。变电站的设备问信息交换均通过通信网络完成，变电站在扩充功能和扩展规模时，只需在通信网络上接入新增设备，无需改造或更换原有设备，保护用户投资，减少变电站全生命周期成本。

6.变电站的各种功能可共享统一的信息平台，避免设备重复。数字化变电站的所有信息采用统一的信息模型，按统一的通信标准接入变电站通信网络。变电站的保护、测控、计量、监控、远动、VQC等系统均用同一个通信网络接收电流、电压和状态等信息以及发出控制命令，不需为不同功能建设各自的信息采集、传输和执行系统。

7.提升测量精度。数字化变电站采用输出数字信号的电子式互感器，数字化的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差，提升了保护系统、测量系统和计量系统的系统精度。传统变电站计量系统总误差在±O.7%的水平，而数字变电站计量系统总误差在±O.4%的水平。

8.提高信号传输的可靠性。数字化变电站的信号传输均用计算机通信技术实现。通信系统在传输有效信息的同时传输信息校验码和通道自检信息，一方面杜绝误传信号，另一方面在通信系统故障时可技术告警。数字信号采用光纤传输，从根本上解决抗干扰问题。

9.避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题。数字化变电站二次设备和一次设备之间使用绝缘的光纤连接，电磁干扰和传输过电压没有影响到二次设备的途径，而且也没有二次回路两点接地的可能性。

除了以上相比较传统变电站的优点外，其还具有:(1)IEc 61850标准应用彻底，信息模型和层问采用了IEc 61850;(2)电子式互感器应用彻底，110kV和10kV系统全部改造成电子式互感器;(3)二次设备和智能一次设备采用同一厂家的产品，可更可靠地实现设备问的无缝连接;(4)GOOSE网(面向通用对象的变电站事件)的成功应用，使断路器的分合闸控制、断路器信息的上传、闭锁信号的传输等服务功能均通过该网络实时高速实现;(5)集成程度高，保护装置和测控装置融于一体，全部保护装置采用软压板，在后台系统实现;(6)取消保护装置本身打印机，保护信息全部在后台系统调用打印，全部保护装置共用一台打印机，节约了成本等一些特点。

五、结语

数字化变电站是目前变电站自动化系统的发展方向，变电站的数字化提高了电力系统的自动化和稳定性水平。符合IEC61850标准的变电站通信网络、智能化一次设备和网络化二次设备，以及自动化的运行管理系统，是数字化变电站的主要技术特征，也是将来变电站自动化发展的重要方向。通过对现在已经投入运行的110kV五村数字化变电站的一些特点进行分析和研究，为数字化变电站提供现场运行情况分析。数字化改造以后的五村站已投入运行两年多时问，其设备运行情况及操作情况均正常，对于站内设备的运行情况分析和统计效率上和手段上都有较大的提高，同时也有效地降低了设备维护率。

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作者：尹中华