变电站自动化系统内部网络通信技术的研究和应用 赵兴攀

发表时间:2018/5/8   来源:《电力设备》2017年第36期   作者:赵兴攀
[导读] 摘要:随着电力系统智能变电站建设的不断推进,自动化技术在变电站中的应用不断深化,智能化监控系统的应用越来越普及。
        (云南电网有限责任公司楚雄供电局  云南省楚雄市  675000)
        摘要:随着电力系统智能变电站建设的不断推进,自动化技术在变电站中的应用不断深化,智能化监控系统的应用越来越普及。远程控制中心对变电站的监视和控制,小到一个智能开关的开合,大到整个电站的负荷监控,遍及整个变电站。完成这项任务离不开变电站自动化系统网络通信技术的强力支撑。
        关键词:变电站;自动化系统;网络通信技术;
        1变电站自动化系统概述
        随着经济的发展,我国大多数地区对于电力的需求都急剧增大,促进了我国电力事业的快速发展。在进行电力传输的过程中,变电站起着十分重要的作用,而由于对电力传输的要求越来越高,就进一步造成了电力系统的自动化技术逐渐发展起来。在电力系统中,自动化水平与电网的稳定运行有很大关系,起着较为重要的作用。在自动化系统中,网络通信技术属于其关键组成部分,决定着相互之间通信的安全性和有效性。由于变电站的特殊环境和自动化系统的要求,变电站自动化系统内的数据网络应满足下列要求:(1)快速的实时响应能力;(2)很高的可靠性;(3)优良的电磁兼容性能;(4)分层式结构。
        2变电站自动化系统内部网络通信技术的应用
        2.1常用的通信接口标准
        2.1.1以太网
        自动化系统的以太网结构所使用的介质主要是双绞线、电缆以及光纤等,其拓扑结构大多为总线型或者是星型,该种结构可使可靠性大幅度提高,应用较为广泛。采用以太网结构,可以保证在变电站的某个节点发生故障时,问题因受到集线器的隔离而不会发生扩散,从而将故障限制在一定范围内,而整个系统仍能正常运转,间接实现了系统中各个单元的相对独立性。以太网结构的带宽较高,其范围一般在l0Mbps~100Mbps之间,在同一冲突域中可支持1024个节点。
        2.1.2现场总线
        由于基于网络技术的现场总线在通信速率、实时性、可靠性和组网的灵活性上均远高于简单的串行通信技术,在很短时间内便成为变电站自动化系统主流通信技术,但现场总线技术自身的诸多的自身局限性,又一次成为变电站自动化系统网络通信技术发展的瓶颈。变电站通信节点超过一定数量时,网络性能迅速下降,不能适应大型变电站对通信的要求。有限的带宽不能满足通信速率的要求。总线型拓扑结构在网络的任一点故障时均可能导致网络通信中断,且难以诊断故障点。
        2.1.3RS-485/422接口总线
        该种技术应用最为广泛,主要是因为其具有成本低廉、设备结构简单以及易于实现等优点,但同时,相比以太网该种结构的节点较少,其可连接的节点不超过32个。使用RS-485/422接口来实现网络节点的连接时,接口标准一致,均为物理接口。但是由于通信规约的差异,使得在变电站的自动化系统中的各个子系统设备之间的信息传输较为困难,无法实现可靠、快速的信息交换过程,且其控制过程十分复杂。另外,由于该种接口给自动化系统提供的通信的查询方式在进行工作时,不能对任意两节点之间的信息传输进行处理,从而在一定程度上影响了其应用的范围。


        2.1.4双网通信
        网络拓扑结构网络通信拓扑结构主要有星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑以及它们的混合型。在星型拓扑结构中,任何一个连接只涉及网络集线器Hub和一个站点,访问控制介质的方法很简单,因而访问协议也十分简单。同时,单个站点的故障只影响一个站点,不会影响全网,容易检测和隔离故障,重新配置网络也十分方便。因此变电站网络通信拓扑结构主要采用星型拓扑。但星型拓扑对Hub的可靠性要求很高,一旦Hub发生故障,全网将不能工作,为了提高通信可靠性,双网通信己逐渐成为变电站内网络通信的标准。
        常规双网通信在变电站中的应用:目前无论是在网络传输层还是网络应用层都没有标准的双网通信规约,国内外厂家的双网装置主要采用双网冗余传送方式,在传输层使用UDP协议,应用层使用DNP3.0协议,数据在双网上同时发送。其它设备接收双网数据时有两种方式可避免冗余重复处理:(1)收到数据后,需先与缓存的已处理的数据进行比较,如果缓存中没有则继续处理,否则将其丢弃。该方式不但消耗接收设备的CPU资源和缓冲区空间,而且增加了数据处理时间,影响数据实时性。(2)只处理其中A网数据,将B网所有数据丢弃,B网处于备用状态。当A网出现中断或严重拥塞,数据接收超过规定时间后,再切换网络,同时处理B网数据,使A网处于备用状态。由于接收设备在等待数据超时的过程中并不处理另一网络通信,因此在网络切换过程中可能会造成数据丢失。
        2.2变电站自动化系统内部网络通信
        2.2.1IEC61850
        IEC61850将变电站通信体系分为3层:变电站层、间隔层、过程层。在变电站层和间隔层之间的网络采用抽象通信服务接口映射到制造报文规范(MMS)、传输控制协议/网际协议(TCP/IP)以太网或光纤网。在间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输以太网。IEC61850标准中没有继电保护管理机,变电站内的智能电子设备(IED)、测控单元和继电保护均采用统一的协议,通过网络进行信息交换。
        2.2.2IEC60870-5-103
        IEC60870-5-103规约由应用服务数据单元和通用分类服务两部分组成。应用服务数据单元是用来实现标准化报文的传输;通用分类服务采用由间隔层各个单元、不同的设备自我描述和自我定义的方法,在初始化的时候对要求传输的信息按照目录和条目对数据的属性、描述、类型和格式进行定义,并进行自我描述,将这些目录和条目传输到变电站层的控制系统后,在控制系统按照描述就能够理解间隔层所传输的内容,这样不管什么样类型和格式的数据,均可以进行传输,而不必对所要传输的数据的含义,预先进行约定,而是利用规约中通用服务的各功能组就可以实现测量信息、控制信息、定值调取和切换、保护动作和故障信息,还有故障录波等采集、控制功能。其良好的兼容性、开放性为将来新技术、新产品的应用提供了可能,所以执行和应用IEC60870-5-103规约已经势在必行。
        3结语
        随着我国用电需求的增长,电力供应系统的安全性和可靠性都逐渐成为人们关注的问题。网络通信技术本身具有较高的可靠性、实时响应能力、较好的电磁兼容性等,在变电站的自动化系统中,发挥着十分重要的作用。
        参考文献
        [1]新一代变电站自动化网络通信系统研究[J].李兆柏.通讯世界.2017(06)
        [2]基于以太网的变电站自动化网络通信系统[J].陈文.电子世界.2014(12)
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