數字化變電站中通信解決方案的研究
論文關鍵詞 IEC61850 數字化變電站 通信 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，因為統一的通信保準缺乏，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，數字變電站通信解決方案得到了長足的發展，本文基于IEC61850數字變電站，對其通信關鍵技術進行了研究，對分層網絡的數據交換標準、數字化變電站模式等進行了分析。
1 通信是數字化變電站的顯著特征
通信是數字化變電站的特征之一，所有數字化變電站均以先進的計算機網絡技術構建變電站的通信網絡為基礎，從而實現信息可靠傳輸。數字化變電站IED大多基于IEC61850標準構建，并以此作為信息交互的標準。此外，輸變電設備的在線監測信息也作為變電站信息的一部分被處理和分析。可見，數字化變電站設備通過需要通過數字化信息交互以及IED之間互操作性功能，實現高、低壓電氣設備的電氣隔離。
2 IEC6P 850標準及其技術要點
IEC61850標準在通信解決方案中占有極重要的作用，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信標準，該標準的推行為數字化變電站的通信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征的相關通信服務，信息對象在所處的信息源位置惟一定義，相應數據對象建模是統一的。能夠實現面向設備和對象的建模，能夠實現面向應用的自我描述。采取抽象通信的服務接口，在網絡的應用層中的協議和網絡傳輸層的協議都是獨立的。與傳統通信協議相比具有以下特點L1)：采用分層體系；信息傳輸采用與網絡獨立的抽象通信服務接口(ACSI)和特定通信服務接口(SCSI)；信息模型采用面向對象、面向應用的自描述；具有互操作性。
3 數字化變電站的網絡結構
過去由于通信的不確定，使以太網進入控制領域有著一定的障礙，然而今年來以太網技術已經變得不斷成熟，這就使嵌入式的以太網在控制領域有了更加廣泛的應用，技術成熟的以太網完全能夠滿足數字化變電站的通信需求。
3.1 應用層
選擇MMS規范作為應用層協議完成和變電站控制系統之間的通信。基于IEC61850建立的對象以及服務模型全部被映射為通用的服務，比如數據對象的創建、讀寫、定義等。MMS支持面向對象數據，這就使數據自描述完全能夠實現，徹底改變了過去面向點的描述方法。由于數據本身有著說明，所以傳輸可以不受其限制，使數據管理和維護工作得到了簡化。以太網通信與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的高層接口選擇了標準的TCP／IP協議，完成了站內IED的網絡化，讓站內IED的數據收發全部能夠通過丁CP／／P方式進行。監控主站以及遠方調度中心通過丁CP／IP協議就能夠通過WAN得到變電站內的相關數據。使用標準的數據訪問方式就能夠實現站內IED較好的互操作性。
3.3 物理層
選擇以太網作為通信系統的物理層和數據鏈路層的主要原因是以太網在技術和市場上已處于主流地位。構建站級網絡的過程中應該對變電站層的數據流量進行分析。以減少網絡內的交換量，從而減輕網絡的相關負擔，同時要考慮使用多個網段。也就是把需要及時交換數據的IED置于同一網段之中，最大限度地減少網段之間的流量，規避數據沖突，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絡進行分段。此時要注意，過多的網段可能會造成網絡結構變得更加復雜以及相應網絡設備的增加。
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。對于需要配置雙重化保護的間隔的，通常要采取雙網冗余結構或者兩套相對獨立的設備。
原則二：在滿足數據傳輸各項要求的情況下，應盡量使網絡結構做到簡化。對于35 kV以下等級的各間隔應該按母線位置分別設置一或者兩段網絡，對于分布在該段網絡上的IED能夠通過交換機直接完成信息交換過程。
原則三：針對母線保護以及主變差動保護等要采集更多的間隔交流量裝置，需要采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。這種模式的關鍵在于保證母線保護設備和交換機通信接口處理的時間一致性。
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，遙信采集，報警處理等。該類應用的數據通信通常是垂直的，IEC61850中采取客戶到服務器的方式實現。在服務器端控制映射到MMS的讀寫服務時，遙信被映射到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。報告服務訪問是數據集而并非單個的數據屬性。觸發報告的原因能夠包括數據遙信變化，遙測越限以及數據刷新等。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信息交換，這些功能單元能夠處于相同或者不同的間隔。
6 結論
通信如數字化變電站的神經一般重要，選擇更加合適的站內通信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絡的發展是收到多項技術的影響，為此，在實際網絡結構選擇中，要充分考慮各種因素，確保通信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信網絡的國際標準簡介川．供用電，2000，17(5)：50一52．
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