【摘 要】隨著電力系統(tǒng)對(duì)智能化要求越來越高，常規(guī)的變電站已不能滿足未來電網(wǎng)的需要，所以變電站發(fā)展的前景是智能化變電站。本文論述了智能化變電站的特點(diǎn)，提出了智能化變電站系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選型要求。針對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)可靠性的問題，研究了故障樹和貝葉斯技術(shù)，并用故障樹和貝葉斯技術(shù)相結(jié)合的方法，分析計(jì)算了數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化變電站；通信；IEC61850，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

1、引言

隨著我國智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠、安全、信息交互等方面要求不斷提高，傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)不能滿足智能電網(wǎng)未來的發(fā)展需求。因此智能化變電站技術(shù)是日后變電站技術(shù)發(fā)展的潮流和方向。

2、智能化變電站的特點(diǎn)

智能化變電站具有以下幾個(gè)主要特征[1]：

1、一次設(shè)備的數(shù)字化。智能化變電站內(nèi)將原有的傳統(tǒng)的電磁式互感器使用電子式或光電式互感器替代，它優(yōu)點(diǎn)是可以向外提供數(shù)字式光纖以太網(wǎng)接口，通過與站內(nèi)可向外進(jìn)行數(shù)字通信的智能斷路器、變壓器等設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備數(shù)字化的要求。

2、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。智能化變電站的二次設(shè)備與傳統(tǒng)變電站信息傳輸以電纜為媒介不同，它加裝了對(duì)外光纖網(wǎng)絡(luò)通信接口，基于光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的二次信號(hào)的傳輸。

3、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)化。以往傳統(tǒng)變電站中由于不同廠家標(biāo)準(zhǔn)不同，因而不同設(shè)備的信息描述和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)存在差異，這就導(dǎo)致了設(shè)備間信號(hào)互操作性差、識(shí)別困難。而智能化變電站全站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)均采用國際IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，保證了智能化變電站站內(nèi)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)互操作性。

3、智能化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的要求

通信網(wǎng)絡(luò)的性能要求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、高可靠性。由于電力生產(chǎn)存在連續(xù)性，所以電力系統(tǒng)對(duì)可靠性要求很高。通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于可靠性是第一位的，應(yīng)避免裝置損壞迫使站內(nèi)通信中斷事故的發(fā)生。

2、實(shí)時(shí)性。站內(nèi)要求實(shí)時(shí)傳送的數(shù)據(jù)量有測量數(shù)據(jù)、保護(hù)信號(hào)、控制命令等。這些數(shù)據(jù)特別是出現(xiàn)故障時(shí)，對(duì)于電力系統(tǒng)各種繼電保護(hù)裝置動(dòng)作很重要，所以需要站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)上快速傳送各種數(shù)據(jù)，保證嚴(yán)格的時(shí)限要求。

3、良好的開放性。站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)是電力調(diào)度自動(dòng)化的一個(gè)子系統(tǒng)，系統(tǒng)在發(fā)展中規(guī)模會(huì)逐漸擴(kuò)大，因此通信網(wǎng)絡(luò)的硬件接口應(yīng)滿足國際標(biāo)準(zhǔn)，選用國際標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，方便用戶的系統(tǒng)集成。

4、智能化變電站網(wǎng)絡(luò)的基本物理結(jié)構(gòu)

1、環(huán)型架構(gòu)。環(huán)環(huán)型架構(gòu)圖1所示，它的特點(diǎn)是冗余度較高，環(huán)中任意一點(diǎn)發(fā)生故障后，可經(jīng)由其他鏈路傳輸，不會(huì)引起通信中斷。但其不足是通信經(jīng)過多級(jí)交換機(jī)，延時(shí)增加；對(duì)交換機(jī)性能要求較高，每臺(tái)交換機(jī)均通過全站所有數(shù)據(jù)，需強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸功能，而且不同廠家的交換機(jī)可能采用不同的生成樹協(xié)議，不利于組網(wǎng)[2]。

2、星型架構(gòu)。星型架構(gòu)如上圖2所示，由一個(gè)主交換機(jī)，連接所有其他交換機(jī)，這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)清晰簡單，任意兩點(diǎn)之間通信最多經(jīng)過三級(jí)交換機(jī)，等待時(shí)間最短；缺點(diǎn)是沒有冗余度，主交換機(jī)故障將會(huì)失去所有的其他交換機(jī)的IED信息。

5、可靠性分析

我們通常把網(wǎng)絡(luò)連續(xù)無故障工作的能力叫做網(wǎng)絡(luò)可靠性。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鏈路、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面都決定了通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性的高低。由于智能化變電站對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)有高可靠性的要求，因此通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性是對(duì)于智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)來說是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。在智能化變電站通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之前，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)可靠性分析是十分必要的。但是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各式各樣復(fù)雜多變，無統(tǒng)一模型，通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性分析一直是個(gè)棘手的問題。貝葉斯分析法的出現(xiàn)解決了這個(gè)難題，這種分析方法可以提供元器件故障模式下的系統(tǒng)性分析，評(píng)估故障發(fā)生的概率和可能的影響。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法[3]是基于概率分析、圖論的一種不確定性表達(dá)和推理模型，是一種將因果知識(shí)和概率知識(shí)相結(jié)合的一種信息表示框架。其數(shù)學(xué)描述為，對(duì)于一個(gè)論域A={a1…an}， a1， a2…an對(duì)應(yīng)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)，其條件概率為：

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)不但能由原因?qū)С鼋Y(jié)果，進(jìn)行前向推理，更重要的是進(jìn)行后向推理，也就是由結(jié)果分析原因。對(duì)于變電站通信網(wǎng)絡(luò)，其推理方法是根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型和已知的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)信息子集，利用貝葉斯定理中條件概率的計(jì)算方法，得出需要決策節(jié)點(diǎn)子集的條件分布概率，然后把結(jié)果用于決策分析。

根據(jù)分析可得，環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的可靠性要好于星型。環(huán)型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)自愈性、可靠性比星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)好。但星型結(jié)構(gòu)可以通過網(wǎng)絡(luò)雙重化，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，滿足數(shù)字化變電站要求。

6、結(jié)論

智能化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，系統(tǒng)內(nèi)大量的信息量的傳送，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)可靠性提出了更高的要求。準(zhǔn)確的評(píng)估通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性對(duì)于建設(shè)智能化變電站有著重大意義。我們通過貝葉斯和故障樹相結(jié)合的方法，分析網(wǎng)絡(luò)的可靠性，找出系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，有針對(duì)性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加強(qiáng)?？傊惾~斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是智能化變電站網(wǎng)絡(luò)可靠性分析的有力工具。