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摘 要：随着通信技术的飞速发展，在电力系统继电保护领域实现广域保护已经成为可能。与传统继电保护系统相比，广域保护动作时限更短，故障情况的判断更为准确，能够更好的保障系统的运行安全。由于广域保护实现的基础是可靠完善的通信网络，所以有必要根据保护系统的结构对其网络拓扑结构进行深入分析。
关键词：广域保护；系统结构、网络拓扑；MSTP
前言
随着电网运行技术的飞速发展，计算机技术、通信技术、信息技术在电力系统中得到了广泛的应用，正在逐步实现智能电网的运营模式。在传统的继电保护系统中保护主要可以分为主保护和后备保护两类，其中后备保护的作用是当主保护该动作而未能可靠动作的情况下快速切断故障。但在实际运行过程中发现，后备保护保护定值的准确整定比较困难，同时由于其动作延时一般较长，当系统运行结构发生异常变化，且需要后备保护动作时，其保护功能和作用难以可靠实现。对于整个电网的运行安全及供电质量的提高都造成了很大的制约。在结合网络通信技术和广域测量技术的基础上，相关研究人员提出一种广域继电保护方案，在下面文章里，我们就根据广域继电保护系统分层结构的的特点，对其保护网络拓扑结构进行分析。
一.广域继电保护系统分层结构特点
根据广域继电保护功能的实现，分析其系统结构，可将其通信网络划分为三个层次，分别为接入层、汇聚层和核心层。
在电网继电保护通信网络的设计过程中，关键就是对变电站网络与电力通信网络的接入进行设计，在保证其保护功能实现的同时，还要求不影响网络中其他功能的正常实现。IED代表智能设备，为了便于区分，在这里我们将子站的IED定义为TCU，主站的IED定义为DCU，调度中心IED定义为MU。我们可以概括的认为广域电网是由多个有限的区域构成的，在每一个有限的区域内，选取一个变电站设置为主站，并将各个区域内的主站链接起来构成汇集层，功能是汇聚所有子站上传的信息；将区域内除了主站外的变电站都定义为子站，一个有限区域内的所有子站构成了接入层；调度中心为整个系统的核心层。[1]
二.IED接入保护通信网络的方式
根据前文对于系统结构分析，我们可以了解到通信网络主要可以划分为IED接入变电站网络和IED接入电力通信网两部分。
2.1 IED接入变电站网络
TCU/DCU接入数字化变电站网络拓扑结构，TCU/DCU接入220KV数字化变电站全站统一网络的拓扑结构中，采用TCU/DCU、变压器和高压侧其他设备的双重配置和双重网络。高压侧每一套单一间隔设备均通过间隔交换机与本间隔内相关过程层设备相连，构成一个子网，低压侧单一间隔设备通过间隔交换机和集中备用交换机与本间隔内相关过程层设备相连；对于需要跨间隔的设备，高压侧保护通过公共交换机与各个间隔交换机相连，低压侧保护则通过另外的公共交换机与各个集中备用交换机和间隔交换机相连，从而保证各电压等级相关间隔的信息能够可靠获取。为了保证交换机接口充足且留有备用，在低压侧每几个间隔还配置有一台集中备用交换机。
2.2IED接入电力通信网络
在传统的电力通信网络中，主要是应用SDH技术来实现数据的传输，但随着电网中不同速率宽带业务的增多，在实际应用中这项技术已经无法更好的满足应用需求，存在着带宽利用率低、带宽的动态调配功能无法实现等缺陷。在广域保护系统中我们将运用新一代的SDH技术MSTP，这一技术是能够同时实现TDM、ATM及IP等多项业务的接入、处理和传送等功能。在通信网络中应用MSTP，能够简化系统结构，降低维护成本，同时在保留SDH技术原有功能的前提下，很好的解决了带宽利用率低及带宽的动态调配问题，以MSTP技术为技术建立的平台为以太网业务的全面发展奠定了有利的基础。从而形成变电站通信业务与MSTP平台的链接结构。而这关键是针对变电站业务接入MSTP设备。变电站广域继电保护业务及其他业务通过MSTP设备接入电力通信网的传输模型。广域继电保护作为后备保护，其时延要求在300ms内，上面传输模型中能实现毫秒级业务传输的方式分别是IP over SDH、IP over ATM over SDH、Ethernet over SDH这三种。但这三种方式对于广域继电保护日益提高的应用需求仍存在一定的不足，为此我们建议将广域继电保护IED接入一个单独的以太网接口，这样就可以根据保护传输业务量的大小合理分配独立带宽，免受其他业务的干扰。同时结合网络服务质量Qos、调度策略和拥塞管理，更好的保证保护业务传输时延满足广域继电保护功能的需求。[2]
三.网络拓扑结构设计分析
为了保证广域继电保护功能的可靠实现，在MSTP平台上为其单独设置了一个以太网接口，这样就使保护网络系统具备了独立的虚拟网桥，使得各个虚拟网桥间的数据彼此隔离，且分配有独立的传输通道，可以通过相邻级联或虚拟联接技术将MSTP平台与多个虚拟网桥联接在一起。广域继电保护在以太网业务中属于集中式业务，各子站内TCU采集到的信息都流向对应主战DCU，所有主站DCU的信息又全部流向调度中心MU，所以保护系统组网方式包括点到多点及多点到点两种形式。通过综合考虑保护网络需要的安全性与实时性，我们最初选用EVPLAN（虚拟网桥服务）这种以太网类型来进行组网，很好的实现了VPLS（虚拟专用局域网业务）这一功能，但是在实际应用中发现在利用VPLS进行组网时，为了避免环路需要在信令上建立所有站点的全连接，这会造成当一个VPLS中有n个设备时，这个VPLS就需要有n（n-1）/2个连接，随着VPLS个数的增加，其连接数会呈指数型增长，同时会严重浪费带宽，为了解决这些问题的制约，研究出了HVPLS（分层VPLS）组网方案，对设备进行分级连接，这样既能避免带宽的浪费，又能解决VPLS连接数过多的问题，最终形成如下图1所示的物理拓扑结构示意图。
在上图中，SPE、UPE均为MSTP设备，简称PE，支持HVPLS功能，广域继电保护IED直接接入PE，其中UPE代表用户的聚集设备，直接与IED连接，也被称为下层PE，UPE支持路由和MPLS封装；而SPE表示连接UPE并位于基本VPLS全连接网络内部的核心设备，被称为上层PE，它也可直接与IED进行连接。这种结构中，UPE只需与SDH环网中众多SPE中的一个建立连接即可实现数据的向上传输。
通过对图2的分析，我们可以看到这一保护系统通信网络可以划分为高低两个层次，层次之间采用IGP（内部网关协议）和LDP（采用LDP方式作信令的PW）建立连接。在一个电力网中变电站数量较多，会导致通信网络中SPE的数量也相对较多，为了减少全连接的数量，可以在调度中心的SPE上采用BGP路由放射器RR。系统中继电保护IED与PE之间通过链路AC（光纤以太网）连接，UPE与SPE之间通过虚拟传输通道PW（通过信令或静态配置实现）相连。[3]
结束语
随着电网运行要求的不断提高，继电保护需要起到的作用将会更加重要，通过研究分析表面，广域继电保护在智能电网的运行过程中能够很好的承担责任，在相关技术不断发展的基础上，相信广域继电保护系统的整体水平将会日趋完善，更好的保障电网系统的正常运行。
参考文献：
[1]王军克，崔宁.广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计[J].《中国新技术新产品》，2013，（16）：27-30.
[2]张建英，罗彦.浅谈广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计[J].《中国新技术新产品》，2015，（01）：44-50.
[3]张怀春，张临泉.广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计[J].《通讯世界》，2013，（09）：122-130.
关键词：广域保护；系统结构、网络拓扑；MSTP
前言
随着电网运行技术的飞速发展，计算机技术、通信技术、信息技术在电力系统中得到了广泛的应用，正在逐步实现智能电网的运营模式。在传统的继电保护系统中保护主要可以分为主保护和后备保护两类，其中后备保护的作用是当主保护该动作而未能可靠动作的情况下快速切断故障。但在实际运行过程中发现，后备保护保护定值的准确整定比较困难，同时由于其动作延时一般较长，当系统运行结构发生异常变化，且需要后备保护动作时，其保护功能和作用难以可靠实现。对于整个电网的运行安全及供电质量的提高都造成了很大的制约。在结合网络通信技术和广域测量技术的基础上，相关研究人员提出一种广域继电保护方案，在下面文章里，我们就根据广域继电保护系统分层结构的的特点，对其保护网络拓扑结构进行分析。
一.广域继电保护系统分层结构特点
根据广域继电保护功能的实现，分析其系统结构，可将其通信网络划分为三个层次，分别为接入层、汇聚层和核心层。
在电网继电保护通信网络的设计过程中，关键就是对变电站网络与电力通信网络的接入进行设计，在保证其保护功能实现的同时，还要求不影响网络中其他功能的正常实现。IED代表智能设备，为了便于区分，在这里我们将子站的IED定义为TCU，主站的IED定义为DCU，调度中心IED定义为MU。我们可以概括的认为广域电网是由多个有限的区域构成的，在每一个有限的区域内，选取一个变电站设置为主站，并将各个区域内的主站链接起来构成汇集层，功能是汇聚所有子站上传的信息；将区域内除了主站外的变电站都定义为子站，一个有限区域内的所有子站构成了接入层；调度中心为整个系统的核心层。[1]
二.IED接入保护通信网络的方式
根据前文对于系统结构分析，我们可以了解到通信网络主要可以划分为IED接入变电站网络和IED接入电力通信网两部分。
2.1 IED接入变电站网络
TCU/DCU接入数字化变电站网络拓扑结构，TCU/DCU接入220KV数字化变电站全站统一网络的拓扑结构中，采用TCU/DCU、变压器和高压侧其他设备的双重配置和双重网络。高压侧每一套单一间隔设备均通过间隔交换机与本间隔内相关过程层设备相连，构成一个子网，低压侧单一间隔设备通过间隔交换机和集中备用交换机与本间隔内相关过程层设备相连；对于需要跨间隔的设备，高压侧保护通过公共交换机与各个间隔交换机相连，低压侧保护则通过另外的公共交换机与各个集中备用交换机和间隔交换机相连，从而保证各电压等级相关间隔的信息能够可靠获取。为了保证交换机接口充足且留有备用，在低压侧每几个间隔还配置有一台集中备用交换机。
2.2IED接入电力通信网络
在传统的电力通信网络中，主要是应用SDH技术来实现数据的传输，但随着电网中不同速率宽带业务的增多，在实际应用中这项技术已经无法更好的满足应用需求，存在着带宽利用率低、带宽的动态调配功能无法实现等缺陷。在广域保护系统中我们将运用新一代的SDH技术MSTP，这一技术是能够同时实现TDM、ATM及IP等多项业务的接入、处理和传送等功能。在通信网络中应用MSTP，能够简化系统结构，降低维护成本，同时在保留SDH技术原有功能的前提下，很好的解决了带宽利用率低及带宽的动态调配问题，以MSTP技术为技术建立的平台为以太网业务的全面发展奠定了有利的基础。从而形成变电站通信业务与MSTP平台的链接结构。而这关键是针对变电站业务接入MSTP设备。变电站广域继电保护业务及其他业务通过MSTP设备接入电力通信网的传输模型。广域继电保护作为后备保护，其时延要求在300ms内，上面传输模型中能实现毫秒级业务传输的方式分别是IP over SDH、IP over ATM over SDH、Ethernet over SDH这三种。但这三种方式对于广域继电保护日益提高的应用需求仍存在一定的不足，为此我们建议将广域继电保护IED接入一个单独的以太网接口，这样就可以根据保护传输业务量的大小合理分配独立带宽，免受其他业务的干扰。同时结合网络服务质量Qos、调度策略和拥塞管理，更好的保证保护业务传输时延满足广域继电保护功能的需求。[2]
三.网络拓扑结构设计分析
为了保证广域继电保护功能的可靠实现，在MSTP平台上为其单独设置了一个以太网接口，这样就使保护网络系统具备了独立的虚拟网桥，使得各个虚拟网桥间的数据彼此隔离，且分配有独立的传输通道，可以通过相邻级联或虚拟联接技术将MSTP平台与多个虚拟网桥联接在一起。广域继电保护在以太网业务中属于集中式业务，各子站内TCU采集到的信息都流向对应主战DCU，所有主站DCU的信息又全部流向调度中心MU，所以保护系统组网方式包括点到多点及多点到点两种形式。通过综合考虑保护网络需要的安全性与实时性，我们最初选用EVPLAN（虚拟网桥服务）这种以太网类型来进行组网，很好的实现了VPLS（虚拟专用局域网业务）这一功能，但是在实际应用中发现在利用VPLS进行组网时，为了避免环路需要在信令上建立所有站点的全连接，这会造成当一个VPLS中有n个设备时，这个VPLS就需要有n（n-1）/2个连接，随着VPLS个数的增加，其连接数会呈指数型增长，同时会严重浪费带宽，为了解决这些问题的制约，研究出了HVPLS（分层VPLS）组网方案，对设备进行分级连接，这样既能避免带宽的浪费，又能解决VPLS连接数过多的问题，最终形成如下图1所示的物理拓扑结构示意图。
在上图中，SPE、UPE均为MSTP设备，简称PE，支持HVPLS功能，广域继电保护IED直接接入PE，其中UPE代表用户的聚集设备，直接与IED连接，也被称为下层PE，UPE支持路由和MPLS封装；而SPE表示连接UPE并位于基本VPLS全连接网络内部的核心设备，被称为上层PE，它也可直接与IED进行连接。这种结构中，UPE只需与SDH环网中众多SPE中的一个建立连接即可实现数据的向上传输。
通过对图2的分析，我们可以看到这一保护系统通信网络可以划分为高低两个层次，层次之间采用IGP（内部网关协议）和LDP（采用LDP方式作信令的PW）建立连接。在一个电力网中变电站数量较多，会导致通信网络中SPE的数量也相对较多，为了减少全连接的数量，可以在调度中心的SPE上采用BGP路由放射器RR。系统中继电保护IED与PE之间通过链路AC（光纤以太网）连接，UPE与SPE之间通过虚拟传输通道PW（通过信令或静态配置实现）相连。[3]
结束语
随着电网运行要求的不断提高，继电保护需要起到的作用将会更加重要，通过研究分析表面，广域继电保护在智能电网的运行过程中能够很好的承担责任，在相关技术不断发展的基础上，相信广域继电保护系统的整体水平将会日趋完善，更好的保障电网系统的正常运行。
参考文献：
[1]王军克，崔宁.广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计[J].《中国新技术新产品》，2013，（16）：27-30.
[2]张建英，罗彦.浅谈广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计[J].《中国新技术新产品》，2015，（01）：44-50.
[3]张怀春，张临泉.广域继电保护分层系统结构的网络拓扑设计[J].《通讯世界》，2013，（09）：122-130.