淺析數字化變電站中通訊解決方案的研究
General 更新 2024年04月28日
論文關鍵詞 IEC61850 數字化變電站 通訊 方案
論文摘 要 數字化變電站是電力業的發展方向，在過去一段時期，因為統一的通訊保準缺乏，數字化變電站的發展受到了一定的制約，近年來，在多項新技術的合力推動下，數字變電站通訊解決方案得到了長足的發展，本文基於IEC61850數字變電站，對其通訊關鍵技術進行了研究，對分層網路的資料交換標準、數字化變電站模式等進行了分析。
1 通訊是數字化變電站的顯著特徵
通訊是數字化變電站的特徵之一，所有數字化變電站均以先進的計算機網路技術構建變電站的通訊網路為基礎，從而實現資訊可靠傳輸。數字化變電站IED大多基於IEC61850標準構建，並以此作為資訊互動的標準。此外，輸變電裝置的線上監測資訊也作為變電站資訊的一部分被處理和分析。可見，數字化變電站裝置通過需要通過數字化資訊互動以及IED之間互操作性功能，實現高、低壓電氣裝置的電氣隔離。
2 IEC6P 850標準及其技術要點
IEC61850標準在通訊解決方案中佔有極重要的作用，IEC61850國際標準是以美國的UCA2．0標準為基礎的，是數字化變電站的首個比較完備的通訊標準，該標準的推行為數字化變電站的通訊網的建設提供了堅實的理論和技術基礎，IEC61850國際也被引入到國家標準GB／T 860之中。該標準的技術要點有以下幾個方面：能夠提供符合電力系統特徵的相關通訊服務，資訊物件在所處的資訊源位置惟一定義，相應資料物件建模是統一的。能夠實現面向裝置和物件的建模，能夠實現面向應用的自我描述。採取抽象通訊的服務介面，在網路的應用層中的協議和網路傳輸層的協議都是獨立的。與傳統通訊協議相比具有以下特點L1***：採用分層體系；資訊傳輸採用與網路獨立的抽象通訊服務介面***ACSI***和特定通訊服務介面***SCSI***；資訊模型採用面向物件、面向應用的自描述；具有互操作性。
3 數字化變電站的網路結構
過去由於通訊的不確定，使乙太網進入控制領域有著一定的障礙，然而今年來乙太網技術已經變得不斷成熟，這就使嵌入式的乙太網在控制領域有了更加廣泛的應用，技術成熟的乙太網完全能夠滿足數字化變電站的通訊需求。
3.1 應用層
選擇MMS規範作為應用層協議完成和變電站控制系統之間的通訊。基於IEC61850建立的物件以及服務模型全部被對映為通用的服務，比如資料物件的建立、讀寫、定義等。MMS支援面向物件資料，這就使資料自描述完全能夠實現，徹底改變了過去面向點的描述方法。由於資料本身有著說明，所以傳輸可以不受其限制，使資料管理和維護工作得到了簡化。乙太網通訊與MMS的有機結合，再加入IEC61850的應用，這些都使數字化變電站成為了更加開放的系統。
3.2 傳輸層
站內IED的高層介面選擇了標準的TCP／IP協議，完成了站內IED的網路化，讓站內IED的資料收發全部能夠通過丁CP／／P方式進行。監控主站以及遠方排程中心通過丁CP／IP協議就能夠通過WAN得到變電站內的相關資料。使用標準的資料訪問方式就能夠實現站內IED較好的互操作性。
3.3 物理層
選擇乙太網作為通訊系統的物理層和資料鏈路層的主要原因是乙太網在技術和市場上已處於主流地位。構建站級網路的過程中應該對變電站層的資料流量進行分析。以減少網路內的交換量，從而減輕網路的相關負擔，同時要考慮使用多個網段。也就是把需要及時交換資料的IED置於同一網段之中，最大限度地減少網段之間的流量，規避資料衝突，從而提升各網段的利用效率。應用中也可以根據電壓等級等因素統籌考慮對網路進行分段。此時要注意，過多的網段可能會造成網路結構變得更加複雜以及相應網路裝置的增加。
4 組網的幾個原則
原則一：依據電氣間隔組網。這條原則在電網中是十分重要的，在可靠性以及實時性要求較高的電氣間隔，例如110 kV的線路以及母聯等間隔全部要按照電氣間隔來進行組網。對於需要配置雙重化保護的間隔的，通常要採取雙網冗餘結構或者兩套相對獨立的裝置。
原則二：在滿足資料傳輸各項要求的情況下，應儘量使網路結構做到簡化。對於35 kV以下等級的各間隔應該按母線位置分別設定一或者兩段網路，對於分佈在該段網路上的IED能夠通過交換機直接完成資訊交換過程。
原則三：針對母線保護以及主變差動保護等要採集更多的間隔交流量裝置，需要採取面向功能的原則組網。比如給雙重化的母線保護需要兩臺交換機，單母線配置一臺；同時分別收集各個間隔交流電氣量。這種模式的關鍵在於保證母線保護裝置和交換機通訊介面處理的時間一致性。
5 IEC6P850標準的應用
SCADA是數字化變電站的基本功能，包括開關控制，遙信採集，報警處理等。該類應用的資料通訊通常是垂直的，IEC61850中採取客戶到伺服器的方式實現。在伺服器端控制對映到MMS的讀寫服務時，遙信被對映到MMS的讀寫服務。報警以及事件的處理在SCADA中具有十分重要的意義，能夠通過IEC61850報告服務實現。報告服務訪問是資料集而並非單個的資料屬性。觸發報告的原因能夠包括資料遙信變化，遙測越限以及資料重新整理等。此外，數字化變電站系統的一些功能單元間要進行高精度的資訊交換，這些功能單元能夠處於相同或者不同的間隔。
6 結論
通訊如數字化變電站的神經一般重要，選擇更加合適的站內通訊對數字化變電站具有十分重要的作用。因為數字化變電站網路的發展是收到多項技術的影響，為此，在實際網路結構選擇中，要充分考慮各種因素，確保通訊傳輸的可靠性和實時性統籌兼顧，簡化結構，減少投資，提高效率。
參考文獻
[1]任燕銘，秦立軍，楊奇遜．變電站自動化系統通訊網路的國際標準簡介川．供用電，2000，17***5***：50一52．
淺析數字化變電站中通訊解決方案的研究
讀名著倡議書
論文摘 要 數字化變電站是電力業的發展方向，在過去一段時期，因為統一的通訊保準缺乏，數字化變電站的發展受到了一定的制約，近年來，在多項新技術的合力推動下，數字變電站通訊解決方案得到了長足的發展，本文基於IEC61850數字變電站，對其通訊關鍵技術進行了研究，對分層網路的資料交換標準、數字化變電站模式等進行了分析。
1 通訊是數字化變電站的顯著特徵
通訊是數字化變電站的特徵之一，所有數字化變電站均以先進的計算機網路技術構建變電站的通訊網路為基礎，從而實現資訊可靠傳輸。數字化變電站IED大多基於IEC61850標準構建，並以此作為資訊互動的標準。此外，輸變電裝置的線上監測資訊也作為變電站資訊的一部分被處理和分析。可見，數字化變電站裝置通過需要通過數字化資訊互動以及IED之間互操作性功能，實現高、低壓電氣裝置的電氣隔離。
2 IEC6P 850標準及其技術要點
IEC61850標準在通訊解決方案中佔有極重要的作用，IEC61850國際標準是以美國的UCA2．0標準為基礎的，是數字化變電站的首個比較完備的通訊標準，該標準的推行為數字化變電站的通訊網的建設提供了堅實的理論和技術基礎，IEC61850國際也被引入到國家標準GB／T 860之中。該標準的技術要點有以下幾個方面：能夠提供符合電力系統特徵的相關通訊服務，資訊物件在所處的資訊源位置惟一定義，相應資料物件建模是統一的。能夠實現面向裝置和物件的建模，能夠實現面向應用的自我描述。採取抽象通訊的服務介面，在網路的應用層中的協議和網路傳輸層的協議都是獨立的。與傳統通訊協議相比具有以下特點L1***：採用分層體系；資訊傳輸採用與網路獨立的抽象通訊服務介面***ACSI***和特定通訊服務介面***SCSI***；資訊模型採用面向物件、面向應用的自描述；具有互操作性。
3 數字化變電站的網路結構
過去由於通訊的不確定，使乙太網進入控制領域有著一定的障礙，然而今年來乙太網技術已經變得不斷成熟，這就使嵌入式的乙太網在控制領域有了更加廣泛的應用，技術成熟的乙太網完全能夠滿足數字化變電站的通訊需求。
3.1 應用層
選擇MMS規範作為應用層協議完成和變電站控制系統之間的通訊。基於IEC61850建立的物件以及服務模型全部被對映為通用的服務，比如資料物件的建立、讀寫、定義等。MMS支援面向物件資料，這就使資料自描述完全能夠實現，徹底改變了過去面向點的描述方法。由於資料本身有著說明，所以傳輸可以不受其限制，使資料管理和維護工作得到了簡化。乙太網通訊與MMS的有機結合，再加入IEC61850的應用，這些都使數字化變電站成為了更加開放的系統。
3.2 傳輸層
站內IED的高層介面選擇了標準的TCP／IP協議，完成了站內IED的網路化，讓站內IED的資料收發全部能夠通過丁CP／／P方式進行。監控主站以及遠方排程中心通過丁CP／IP協議就能夠通過WAN得到變電站內的相關資料。使用標準的資料訪問方式就能夠實現站內IED較好的互操作性。
3.3 物理層
選擇乙太網作為通訊系統的物理層和資料鏈路層的主要原因是乙太網在技術和市場上已處於主流地位。構建站級網路的過程中應該對變電站層的資料流量進行分析。以減少網路內的交換量，從而減輕網路的相關負擔，同時要考慮使用多個網段。也就是把需要及時交換資料的IED置於同一網段之中，最大限度地減少網段之間的流量，規避資料衝突，從而提升各網段的利用效率。應用中也可以根據電壓等級等因素統籌考慮對網路進行分段。此時要注意，過多的網段可能會造成網路結構變得更加複雜以及相應網路裝置的增加。
4 組網的幾個原則
原則一：依據電氣間隔組網。這條原則在電網中是十分重要的，在可靠性以及實時性要求較高的電氣間隔，例如110 kV的線路以及母聯等間隔全部要按照電氣間隔來進行組網。對於需要配置雙重化保護的間隔的，通常要採取雙網冗餘結構或者兩套相對獨立的裝置。
原則二：在滿足資料傳輸各項要求的情況下，應儘量使網路結構做到簡化。對於35 kV以下等級的各間隔應該按母線位置分別設定一或者兩段網路，對於分佈在該段網路上的IED能夠通過交換機直接完成資訊交換過程。
原則三：針對母線保護以及主變差動保護等要採集更多的間隔交流量裝置，需要採取面向功能的原則組網。比如給雙重化的母線保護需要兩臺交換機，單母線配置一臺；同時分別收集各個間隔交流電氣量。這種模式的關鍵在於保證母線保護裝置和交換機通訊介面處理的時間一致性。
5 IEC6P850標準的應用
SCADA是數字化變電站的基本功能，包括開關控制，遙信採集，報警處理等。該類應用的資料通訊通常是垂直的，IEC61850中採取客戶到伺服器的方式實現。在伺服器端控制對映到MMS的讀寫服務時，遙信被對映到MMS的讀寫服務。報警以及事件的處理在SCADA中具有十分重要的意義，能夠通過IEC61850報告服務實現。報告服務訪問是資料集而並非單個的資料屬性。觸發報告的原因能夠包括資料遙信變化，遙測越限以及資料重新整理等。此外，數字化變電站系統的一些功能單元間要進行高精度的資訊交換，這些功能單元能夠處於相同或者不同的間隔。
6 結論
通訊如數字化變電站的神經一般重要，選擇更加合適的站內通訊對數字化變電站具有十分重要的作用。因為數字化變電站網路的發展是收到多項技術的影響，為此，在實際網路結構選擇中，要充分考慮各種因素，確保通訊傳輸的可靠性和實時性統籌兼顧，簡化結構，減少投資，提高效率。
參考文獻
[1]任燕銘，秦立軍，楊奇遜．變電站自動化系統通訊網路的國際標準簡介川．供用電，2000，17***5***：50一52．
讀名著倡議書