基于MOXA以太網架構的大型數字化變電站
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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,其數字化通信是現代電力系統(tǒng)管理運行的基礎，通常面臨強電磁干擾和室外惡劣環(huán)境，屬于自動化設備安全性要求極高的應用領域。因此，建立一個高可靠、堅固的變電站自動化數字通信網絡是保證電力輸送與配電過程順利進行的關鍵環(huán)節(jié)。這類環(huán)境中的網絡設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)境適應性要求。
1 大型變電站以太網架構
1.1 系統(tǒng)通信任務
大型變電站自動化系統(tǒng)對電網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)先數據通信的可靠性外，還應滿足變電站中多個標準與專有協議的要求。作為標準變電站通信協議，IEC61850規(guī)定了網絡設備的通信規(guī)范，從而滿足基于以太網技術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，網絡設備符合IEC 61850-3變電站環(huán)境認證或IEEE 1613電力配電站中通信網絡設備的環(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）網絡的高可用性，冗余以太網結構實現安全的數據通信；
（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)模變電站網絡的整體網絡性能。
2 MOXA數字化變電站解決方案
基于MOXA 3層以太網架構的大型數字化變電站解決方案如圖1所示。
圖1 MOXA數字化變電站解決方案
2.1總體網絡架構
整個變電站監(jiān)控體系采用雙星型網絡連接，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。當系統(tǒng)網絡出現故障時，既可通過現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化為數字幀送出，并將此信息透過交換機向間隔層傳遞，從而在對一次設備、二次設備的監(jiān)控過程中完全實現了數字化操作。
2.2 方案的優(yōu)勢
MOXA數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)避了單一網絡出故障時系統(tǒng)失效的風險，使數字化通信在網絡間得到雙向備份；
（2）當監(jiān)控分站的支干網絡出現故障時，不會影響到主干網絡的通信；
（3）系統(tǒng)擴展時，規(guī)避了環(huán)網的解環(huán)風險，借助MU設備和交換機設備可以迅速實現系統(tǒng)的數字化擴展，提高了變電站的監(jiān)控效率。
2.3 核心技術
MOXA以太網架構的核心技術有：
（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骨干網絡、冗余環(huán)網，具備24/48 VDC或110/220 VDC/VAC冗余電源輸入的功能，在提高網絡通信穩(wěn)定性的同時還可節(jié)省布線，模塊化的設計為用戶提供更加輕松，靈活的組網方式。
（2）網站頂層交換機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協議，可輕松實現網絡管理；通過Q0S-IEEE 802.1p/1Q和TOS/DiffServ提升決策機制；采用802.3ad，LACP優(yōu)化網絡帶寬；支持IEEE
802.1X和https/SSL，增強網絡安全性；SNMP V1/V2/V3用于不同級別的網絡管理；采用RMON提升網絡監(jiān)控能力；ABC-01自動備份配置器；帶寬管理可以阻止不可預料的網絡狀態(tài)，端口鎖定只允許授權的MAC地址訪問；端口鏡像用于在線調試；異常事件通過E-mail或繼電器自動輸出報警信息；自動恢復連接設備的IP地址；Line-swap快速恢復。
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