基于MOXA以太網(wǎng)架構(gòu)的大型數(shù)字化變電站
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高壓變電站是大區(qū)域電力能源管理的基本節(jié)點,其數(shù)字化通信是現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理運行的基礎(chǔ)，通常面臨強電磁干擾和室外惡劣環(huán)境，屬于自動化設(shè)備安全性要求極高的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，建立一個高可靠、堅固的變電站自動化數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)是保證電力輸送與配電過程順利進行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這類環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須滿足最高的電磁干擾EMI防護要求，工業(yè)可靠性要求以及環(huán)境適應(yīng)性要求。
1 大型變電站以太網(wǎng)架構(gòu)
1.1 系統(tǒng)通信任務(wù)
大型變電站自動化系統(tǒng)對電網(wǎng)和輸電線路的電流量進行實時監(jiān)視，因此，要求保證變電站與遠程控制室之間的無間斷優(yōu)先數(shù)據(jù)通信的可靠性外，還應(yīng)滿足變電站中多個標(biāo)準(zhǔn)與專有協(xié)議的要求。作為標(biāo)準(zhǔn)變電站通信協(xié)議，IEC61850規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的通信規(guī)范，從而滿足基于以太網(wǎng)技術(shù)的可擴展性與兼容性要求。
1.2 系統(tǒng)通信要求
大型變電站自動化系統(tǒng)通信要求如下：
（1）對惡劣電磁干擾EMI環(huán)境的防護能力，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備符合IEC 61850-3變電站環(huán)境認(rèn)證或IEEE 1613電力配電站中通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的環(huán)境和測試要求，提供最佳的EMI屏蔽能力和無故障通信能力；
（2）網(wǎng)絡(luò)的高可用性，冗余以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)通信；
（3）堅固的光線連接，光線電纜連接具備無噪聲、遠距離傳輸特點，帶寬的可擴展能力滿足未來升級要求；
（4）能夠承受極端環(huán)境變化，變電站環(huán)境的溫度邊界條件變化非常大，變電站局域網(wǎng)LAN必須能夠在寬溫條件下可靠運行；
（5）大型變電站3層路由功能，路由能力可以提升大規(guī)模變電站網(wǎng)絡(luò)的整體網(wǎng)絡(luò)性能。
2 MOXA數(shù)字化變電站解決方案
基于MOXA 3層以太網(wǎng)架構(gòu)的大型數(shù)字化變電站解決方案如圖1所示。
圖1 MOXA數(shù)字化變電站解決方案
2.1總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
整個變電站監(jiān)控體系采用雙星型網(wǎng)絡(luò)連接，站控層采用MOXA PT7728電力交換機搭建，過程層則采用PT7324電力交換機搭建。當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，既可通過現(xiàn)場交換機的繼電器輸出報警信息，也可通過E-mail、SNMP Trap方式把故障點及原因報告給站控層管理員，便于及時做出判斷和維護。過程層采用傳統(tǒng)互感器，通過MU合并單元將其同步采集信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字幀送出，并將此信息透過交換機向間隔層傳遞，從而在對一次設(shè)備、二次設(shè)備的監(jiān)控過程中完全實現(xiàn)了數(shù)字化操作。
2.2 方案的優(yōu)勢
MOXA數(shù)字化變電站解決方案的優(yōu)勢有:
（1）雙星型連接有效的規(guī)避了單一網(wǎng)絡(luò)出故障時系統(tǒng)失效的風(fēng)險，使數(shù)字化通信在網(wǎng)絡(luò)間得到雙向備份；
（2）當(dāng)監(jiān)控分站的支干網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，不會影響到主干網(wǎng)絡(luò)的通信；
（3）系統(tǒng)擴展時，規(guī)避了環(huán)網(wǎng)的解環(huán)風(fēng)險，借助MU設(shè)備和交換機設(shè)備可以迅速實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化擴展，提高了變電站的監(jiān)控效率。
2.3 核心技術(shù)
MOXA以太網(wǎng)架構(gòu)的核心技術(shù)有：
（1）站控層采用的PT7728高性能電力交換機滿足變電站自動化系統(tǒng)（IEC 61850-3，IEEE 1613）的工業(yè)級別性能需求。PT-7728可組建高性能的千兆以太網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)、冗余環(huán)網(wǎng)，具備24/48 VDC或110/220 VDC/VAC冗余電源輸入的功能，在提高網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定性的同時還可節(jié)省布線，模塊化的設(shè)計為用戶提供更加輕松，靈活的組網(wǎng)方式。
（2）網(wǎng)站頂層交換機PT7728支持Turbo Ring和RSTP/STP（IEEE802.1W/D）；IGMP Snooping和GMRP過濾多播封包；支持基于端口的VLAN、IEEE 802.1Q VLAN和GVRP協(xié)議，可輕松實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理；通過Q0S-IEEE 802.1p/1Q和TOS/DiffServ提升決策機制；采用802.3ad，LACP優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)帶寬；支持IEEE
802.1X和https/SSL，增強網(wǎng)絡(luò)安全性；SNMP V1/V2/V3用于不同級別的網(wǎng)絡(luò)管理；采用RMON提升網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控能力；ABC-01自動備份配置器；帶寬管理可以阻止不可預(yù)料的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，端口鎖定只允許授權(quán)的MAC地址訪問；端口鏡像用于在線調(diào)試；異常事件通過E-mail或繼電器自動輸出報警信息；自動恢復(fù)連接設(shè)備的IP地址；Line-swap快速恢復(fù)。
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