網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要本論文闡述了網(wǎng)絡(luò)通信在變電站綜合自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的通信通道、通信功能、通信規(guī)約、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、IEC 61850通信規(guī)約以及基于IEC 61850通信規(guī)約的數(shù)字化變電站等內(nèi)容。從變電站綜合自動化系統(tǒng)對站內(nèi)通信網(wǎng)的要求入手，解釋了網(wǎng)絡(luò)通信的一些基本概念和網(wǎng)絡(luò)通信的一些技術(shù)，總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況，對變電站綜合自動化系統(tǒng)今后的發(fā)展做出簡要說明。本文共分7章。第1章變電站綜合自動化系統(tǒng)的簡介；第2章變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，第3章變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，第4章變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇；第5章

2、基于IEC 61850的變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用研究，第6章基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的750KV數(shù)字化變電站建設(shè)；第7章是對于變電站綜合自動化的現(xiàn)狀和發(fā)展方向做一簡要的說明。關(guān)鍵詞：變電站自動化 網(wǎng)絡(luò)通信 局域網(wǎng) 以太網(wǎng) IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)目 錄摘 要1前 言3第1章 變電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)41.1 變電站綜合自動化的概念41.2 變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)的基本功能51.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式6第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信92.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信內(nèi)容92.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)通信功能92.3 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式102.4 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳信息通道11第3

3、章 綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)143.1 通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)143.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)采用的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)15第4章 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇164.1 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇164.2 變電站自動化系統(tǒng)中的傳輸規(guī)約選擇18第5章 基于IEC 61850的變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用研究205.1 智能變電站的主要技術(shù)特征205.2 IEC 61850概述215.3 IEC 61850通信規(guī)約的技術(shù)特點225.4 IEC 61850模型概述245.5 基于IEC 61850變電站自動化系統(tǒng)255.6 IEC 61850與智能變電站的關(guān)系275.7 基于IEC 61850標(biāo)

4、準(zhǔn)變電站的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議28第6章 基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的750KV變電站的建設(shè)306.1 變電站的通信規(guī)約說明306.2 過程層安裝方式316.3 交換機(jī)配置及GOOSE的實現(xiàn)326.4 小結(jié)33第7章變電站綜合自動化系統(tǒng)的存在問題和發(fā)展趨勢357.1 存在問題357.2 發(fā)展趨勢36結(jié) 語38前 言變電站自動化系統(tǒng)是在計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。變電站自動化能夠顯著提高變電站的運行水平，增強(qiáng)變電站的各種功能，一經(jīng)推出即得到迅速的應(yīng)用。它改變了傳統(tǒng)的二次設(shè)備的組態(tài)模式，大大提高了電網(wǎng)的自動化水平，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，降低了變電站的總造價，因此近幾年來在電力系統(tǒng)中被廣泛

5、應(yīng)用。由于目前的變電站自動化系統(tǒng)中的后臺監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)保護(hù)設(shè)備、直流設(shè)備、安穩(wěn)設(shè)備等廠家的通信協(xié)議不統(tǒng)一，造成不同廠家連接困難，調(diào)試周期長，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，生命周期縮短，設(shè)備之間的互操作性差，維護(hù)工作量大，改造升級困難。國際電工委員會第 57 技術(shù)委員會制定的 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)字化變電站的發(fā)展指明了新的方向，使變電站站內(nèi)設(shè)備通信采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。智能化一次電氣設(shè)備的發(fā)展，特別是智能化開關(guān)設(shè)備、電子式電壓和電流互感器等在變電站系統(tǒng)中的逐漸推廣應(yīng)用，電氣設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟，以及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，使得數(shù)字化變電站具備了必要的技術(shù)條件?；?IEC

6、61850 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站在國內(nèi)外基本處于試驗和積累經(jīng)驗階段，目前建成的或正在建設(shè)的數(shù)字化變電站大多不具備真正意義上數(shù)字化變電站的全部特征。有些變電站僅實現(xiàn)了站內(nèi)的 IED 按照 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，或者在站內(nèi)采用電子式互感器。即使同時采用了以上兩項技術(shù)，離實現(xiàn)整個變電站的數(shù)字化通信還有一段距離，特別是對斷路器、隔離開關(guān)及變壓器的數(shù)字化研究還不是很成熟。因此研究全數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)和理論以及設(shè)計方案對數(shù)字化變電站的推廣應(yīng)用具有重大意義。變電站綜合自動化技術(shù)、通信技術(shù)、檢測技術(shù)和控制技術(shù)等，將傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動系統(tǒng)等多個獨立的功

7、能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、組合為一套智能化的綜合系統(tǒng)。變電站綜合自動化系統(tǒng)是以計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，將保護(hù)、控制、遠(yuǎn)動、自動裝置、故障錄波等分散的技術(shù)集成在一起，從而實現(xiàn)電網(wǎng)的現(xiàn)代化管理，并可以給運行、安全、設(shè)計、施工、檢修、維護(hù)、管理等諸多方面帶來直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。第1章 變電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)1.1 變電站綜合自動化的概念1.1.1 變電站綜合自動化的概念將變電站的二次設(shè)備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置和遠(yuǎn)動裝置等）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動

8、控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。在國內(nèi)，我們也可以說是包含傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置等設(shè)備，是集保護(hù)、測量、監(jiān)視、控制、遠(yuǎn)傳等功能為一體，通過數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)信息共享的一套微機(jī)化的二次設(shè)備及系統(tǒng)。1.1.2 變電站綜合自動化的核心利用自動控制技術(shù)、信息處理和傳輸技術(shù)，通過計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)或自動裝置代替人工進(jìn)行各種變電站運行操作，對變電站執(zhí)行自行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)，變電站綜合自動化的范疇包括二次設(shè)備，如控制、保護(hù)、測量、信號、自動裝置和遠(yuǎn)動裝置等。1.1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)基本特征 功能實現(xiàn)綜合化 變電站綜合自動化技術(shù)是在微機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)

9、、自動化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它綜合了變電站內(nèi)除一次設(shè)備和交、直流電源以外的全部二次設(shè)備。需要指出的是，綜合自動化的綜合功能，“綜合”并非指將變電站所要求的功能以“拼湊”的方式組合，而是指在滿足基本要求的基礎(chǔ)上，達(dá)到整個系統(tǒng)性能指標(biāo)的最優(yōu)化。系統(tǒng)構(gòu)成模塊化保護(hù)、控制、測量裝置的數(shù)字化采用微機(jī)實現(xiàn)，并具有數(shù)字化通信能力，利用把各功能模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，便于接口功能模塊的擴(kuò)充及信息的共享。另外，模塊化的構(gòu)成，方便變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)模塊的組態(tài)，以適應(yīng)工程的集中式、分布分散式和分布式結(jié)構(gòu)集中式組屏等方式。結(jié)構(gòu)分布、分層、分散化綜合自動化系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，其中微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集和控制以及

10、其他智能設(shè)備等子系統(tǒng)都是按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計的，每個子系統(tǒng)可能有多個CPU分別完成不同功能，這樣一個由龐大的CPU群構(gòu)成了一個完整的、高度協(xié)調(diào)的有機(jī)綜合（集成）系統(tǒng)。這樣的綜合系統(tǒng)往往有幾十個甚至更多的CPU同時并列運行，以實現(xiàn)變電站自動化的所有功能。操作監(jiān)視屏幕化變電站實現(xiàn)綜合自動化后，不論是有人值班還是無人值班，操作人員不是在變電站內(nèi)，就是在主控站或調(diào)度室內(nèi)，面對彩色屏幕顯示器，對變電站的設(shè)備和輸電線路進(jìn)行全方位的監(jiān)視與操作。通信局域網(wǎng)絡(luò)化、光纜化計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光纖通信技術(shù)在綜合自動化系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。因此，系統(tǒng)具有較高的抗電磁干擾的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送，滿足實時性要求，組態(tài)更靈

11、活，易于擴(kuò)展，可靠性大大提高，而且大大簡化了常規(guī)變電站繁雜量大的各種電纜，方便施工。運行管理智能化智能化不僅表現(xiàn)在常規(guī)的自動化功能上，如自動報警、自動報表、電壓無功自動調(diào)節(jié)，小電流接地選線，事故判別與處理等方面，還表現(xiàn)在能夠在線自診斷，并不斷將診斷的結(jié)果送往遠(yuǎn)方的主控端。測量顯示數(shù)字化用CRT顯示器上的數(shù)字顯示代替了常規(guī)指針式儀表，直觀、明了；而且打印機(jī)打印報表代替了原來的人工抄表，這不僅減輕了值班員的勞動強(qiáng)度，而且提高了測量精度和管理的科學(xué)性。1.1.4 變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性 在線運行的可靠性高； 供電質(zhì)量高； 專業(yè)綜合，易于發(fā)現(xiàn)隱患，處理事故恢復(fù)供電快； 變電站運行管理的自動化水平

12、高； 減少控制電纜，縮小占地面積； 維護(hù)調(diào)試方便； 為變電站實現(xiàn)無人值班提供了可靠的技術(shù)條件。1.2 變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)的基本功能1.2.1 測量、監(jiān)視、控制功能綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)取代常規(guī)的測量裝置，如變送器、錄波器、指示針儀表等；取代常規(guī)的告警、報警裝置，如中央信號系統(tǒng)、光字牌等。在變電站的運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)對采集到的電壓、電流、頻率、主變壓器油溫等量不斷的進(jìn)行越限監(jiān)視，如有越限立即發(fā)出告警信號，同時記錄和顯示越限時間和越限值；出現(xiàn)電壓互感器或電流互感器斷線、差動回路電流過大、單相接地、控制回路斷線等情況時也發(fā)出報警信號；另外，還要監(jiān)視自動裝置本身工作是否正常。1.2.2 繼電保護(hù)功能

13、變電站綜合自動化系統(tǒng)中的繼電保護(hù)主要包括輸電線路保護(hù)、電力變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)等。微機(jī)保護(hù)是綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的功能和可靠性如何，在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的性能。各類裝置能存儲多套保護(hù)定值，能遠(yuǎn)方修改整定值并根據(jù)要求可以選配有自帶故障錄波和測距系統(tǒng)。1.2.3 自動控制智能裝置的功能變電站的自動控制功能有系統(tǒng)接地保護(hù)、備用電源自投、低頻減載、同期檢測和同期合閘、電壓和無功控制（此功能可分自動和手動兩種方式實現(xiàn)），當(dāng)在調(diào)度中心直接控制時，變壓器分接頭開關(guān)調(diào)整和電容器組的切換直接接受遠(yuǎn)方控制，當(dāng)調(diào)度（控制）中心給定電壓曲線或無功曲線的情況下，可由變電站自動化系統(tǒng)就地進(jìn)行控制

14、。1.2.4 遠(yuǎn)動及數(shù)據(jù)通信功能變電站綜合自動化的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級間的通信和自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩部分。1.2.5 自診斷、自恢復(fù)和自動切換功能自診斷功能是指變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的硬件、軟件（包括前置機(jī)、主機(jī)、各種智能模件、通道、網(wǎng)絡(luò)總線、電源等）故障的自診斷，并給出自診斷信息供維護(hù)人員及時檢修和更換。在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)有自恢復(fù)功能。當(dāng)由于某種原因?qū)е孪到y(tǒng)停機(jī)時，能自動產(chǎn)生自恢復(fù)信號，將對外圍接口重新初始化，保留歷史數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無擾動的軟、硬件自恢復(fù)，保障系統(tǒng)的正?？煽窟\行。1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式自1987年我國自行設(shè)計、制造的第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)投運以來

15、，變電站自動化技術(shù)已得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)體系也在不斷完善。由早期的集中式發(fā)展為目前的分層分布式。在分層分布式結(jié)構(gòu)中，按照繼電保護(hù)與測量、控制裝置安裝的位置不同，可分為集中組屏、分散安裝、分散安裝與集中組屏相結(jié)合等幾種類型。同時，結(jié)構(gòu)形式正向分散式發(fā)展。1.3.1 集中式結(jié)構(gòu)形式集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動控制等功能。集中式是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，所有二次設(shè)備以遙測、遙信、電能計量、遙控、保護(hù)功能劃分成不同的子系統(tǒng)。集中結(jié)構(gòu)也并非指由一臺計算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。如圖1所示。1.3.2 分層

16、分布式結(jié)構(gòu)形式分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)是以變電站內(nèi)的電氣間隔和元件（變壓器、電抗器、電容器等）為對象開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。如圖2所示。（1）分層式的結(jié)構(gòu) 按照國際電工委員會（IEC）推薦的標(biāo)準(zhǔn)，在分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站控制系統(tǒng)系統(tǒng)中，整個變電站的一、二次設(shè)備被劃分為三層，即過程層（process level）、間隔層（bay level）和站控層（station level）。其中，過程層又稱為0層，間隔層又稱為1層或單元層，站控層又稱為2層或變電站層。1）過程層主要包含變電站內(nèi)的一次設(shè)備，如母線、線路、變壓器、電容器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器和電壓互感器等，它們是

17、變電站綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)控對象。過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。2）間隔層各智能電子裝置（IED）利用電流互感器、電壓互感器、變送器、繼電器等設(shè)備獲取過程層各設(shè)備的運行信息，如電流、電壓、功率、壓力、溫度等模擬量信息以及斷路器、隔離開關(guān)等的位置狀態(tài)，從而實現(xiàn)對過程層進(jìn)行監(jiān)視、控制和保護(hù)，并與站控層進(jìn)行信息的交換，完成對過程層設(shè)備的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等任務(wù)。3）站控層借助通信網(wǎng)絡(luò)（通信網(wǎng)絡(luò)是站控層和間隔層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ溃┩瓿膳c間隔層之間的信息交換，從而實現(xiàn)對全變電站所有一次設(shè)備的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控功能以及間隔層設(shè)備的監(jiān)控、變電站各種數(shù)據(jù)的管理及處理功

18、能；同時，它還經(jīng)過通信設(shè)備，完成與調(diào)度中心之間的信息交換，從而實現(xiàn)對變電站的遠(yuǎn)方監(jiān)控。（2）分布式的結(jié)構(gòu)所謂分布是指變電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成在資源邏輯或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的分布，主要強(qiáng)調(diào)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度來研究和處理功能上的分布問題。由多個分散的計算機(jī)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的統(tǒng)一的計算機(jī)系統(tǒng)，該計算機(jī)系統(tǒng)又是一個分布式的計算機(jī)系統(tǒng)。在這種結(jié)構(gòu)的計算機(jī)系統(tǒng)中，各計算機(jī)即可以獨立工作，分別完成分配給自己的各種任務(wù)，又可以彼此之間相互協(xié)調(diào)合作，在通信協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)的全局管理。在分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)中，間隔層和站控層共同構(gòu)成的分布式的計算機(jī)系統(tǒng)，間隔層各IED與站控層的各計算機(jī)分別完成各自的任務(wù)

19、，并且共同協(xié)調(diào)合作，完成對變電站的監(jiān)視、控制等任務(wù)。（3）面向間隔的結(jié)構(gòu) 分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)“面向間隔”的結(jié)構(gòu)特點主要表現(xiàn)在間隔層設(shè)備的設(shè)置是面向電氣間隔的，即對于一次系統(tǒng)的每一個電氣間隔，分別布置有一個或多個智能電子裝置來實現(xiàn)對該間隔的測量、控制、保護(hù)及其他任務(wù)。 電氣間隔是指發(fā)電廠或變電站一次接線中一個完整的電氣連接，包括斷路器、隔離開關(guān)、TA、TV、端子箱等。 第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信內(nèi)容2.1.1 變電站內(nèi)的信息傳輸內(nèi)容現(xiàn)場的變電站綜合自動化系統(tǒng)一般都是分層分布式結(jié)構(gòu)，需要傳輸?shù)男畔⒂邢铝袔追N。（1）現(xiàn)場一次設(shè)備與間隔層

20、的信息傳輸間隔層設(shè)備大多需要從現(xiàn)場一次設(shè)備的電壓和電流互感器采集正常情況和事故情況下的電壓值和電流值，采集設(shè)備的狀態(tài)信息和故障診斷信息，這些信息主要包括斷路器、隔離開關(guān)位置、變壓器分接頭的位置，變壓器、互感器、避雷器的診斷信息以及斷路器操作信息。（2）間隔層的信息交換在一個間隔層內(nèi)部相關(guān)的功能模塊間，即繼電保護(hù)和控制、監(jiān)視、測量之間的數(shù)據(jù)交換。這類信息有如測量數(shù)據(jù)、斷路器狀態(tài)、器件的運行狀態(tài)、同步采樣信息等。同時，不同間隔層之間的數(shù)據(jù)交換有主后備繼電保護(hù)工作狀態(tài)、相關(guān)保護(hù)動作閉鎖、電壓無功綜合控制裝置等信息。（3）間隔層與變電站層的信息測量及狀態(tài)信息。正常及事故情況下的測量值和計算值，斷路器、

21、隔離開關(guān)，主變壓器分接開關(guān)位置、各間隔層運行狀態(tài)、保護(hù)動作信息等。操作信息。斷路器和隔離開關(guān)的分、合閘命令，主變壓器分接開關(guān)位置的調(diào)節(jié)，自動裝置的投入與退出等。參數(shù)信息。微機(jī)保護(hù)與自動裝置的整定值等。另外還有變電站層的不同設(shè)備之間通信，要根據(jù)各設(shè)備的任務(wù)和功能的特點，傳輸所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作命令等。2.1.2 綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信內(nèi)容綜合自動化系統(tǒng)前置機(jī)或通信控制機(jī)具有執(zhí)行遠(yuǎn)動功能，會把變電站內(nèi)相關(guān)信息傳送控制中心，同時能接受上級調(diào)度數(shù)據(jù)和控制命令。變電站向控制中心傳送的信息通常稱為“上行信息”，包括遙測和遙信；而由控制中心向變電站發(fā)送的信息，常稱為“下行信息”，包括遙控和

22、遙調(diào)。這些信息是變電站和控制中心共有的，不必專門為送控制中心而單獨采集。2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)通信功能2.2.1 微機(jī)保護(hù)的通信功能微機(jī)保護(hù)的通信功能除了與微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信外，還包括通過監(jiān)控系統(tǒng)與控制中心的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。具體內(nèi)容包括：接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢；向監(jiān)控系統(tǒng)傳送事件報告；向監(jiān)控系統(tǒng)傳送自檢報告；校對時鐘，與監(jiān)控系統(tǒng)對時，修改時鐘；修改保護(hù)定值；接受調(diào)度或監(jiān)控系統(tǒng)值班人員投退保護(hù)命令；保護(hù)信號的遠(yuǎn)方復(fù)歸；實時向監(jiān)控系統(tǒng)傳送保護(hù)主要狀態(tài)。2.2.2 自動裝置的通信功能與信息內(nèi)容自動裝置的通信內(nèi)容包括接地選線裝置、備用電源自投、電壓、無功自動綜合控制與監(jiān)控系統(tǒng)的通信。具體如

23、下：小電流接地系統(tǒng)接地選線裝置的通信內(nèi)容，母線和接地線路，母線TV諧振信息接地時間，諧振時間，開口三角形電壓值等；備用電源自投裝置的通信功能，與微機(jī)保護(hù)通信功能相似；電壓和無功調(diào)節(jié)控制通信功能，除具有與微機(jī)保護(hù)相類似的通信功能外，電壓和無功調(diào)節(jié)控制還必須具有接收調(diào)度控制命令的功能。2.2.3 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能具有擴(kuò)展遠(yuǎn)動RTU功能。常規(guī)變電站遠(yuǎn)動RTU功能包括遙測、遙信、遙調(diào)、遙控的四遙功能。在無人值守的變電站里，極大的擴(kuò)展了常規(guī)變電站遠(yuǎn)動RTU功能的應(yīng)用領(lǐng)域，總的信息量也比常規(guī)RTU裝置的容量大得多。主要擴(kuò)展了對保護(hù)系統(tǒng)及其他智能系統(tǒng)的遠(yuǎn)東功能。如保護(hù)定值遠(yuǎn)方監(jiān)視、切換與修改、故障錄波

24、、故障測距的遠(yuǎn)方傳送與控制等。具有與系統(tǒng)通信的功能。變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與系統(tǒng)的通信具備兩條獨立的通信信道。一條是常規(guī)的電力線載波通道，另一條是數(shù)字微波通信或光纖通信信道。有的變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)要求具有多個遠(yuǎn)方調(diào)度中心的SCADA系統(tǒng)通信的功能，如可同時與縣調(diào)、地調(diào)通信。2.3 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式2.3.1 并行數(shù)據(jù)通信并行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)的各位同時傳送。可以以字節(jié)為單位（8位數(shù)據(jù)總線）并行傳送，也可以以字為單位（16位數(shù)據(jù)總線）通過專用或通用的并行接口電路傳送，各位數(shù)據(jù)同時傳送，同時接受。并行傳輸速度快，但是在并行傳輸數(shù)據(jù)線外，往往還需要一組狀態(tài)信號線和控制信號線，數(shù)據(jù)線的根數(shù)等于并行傳輸信號

25、的位數(shù)。顯然并行傳輸需要的傳輸信號線多、成本高，因此常用在短距離傳輸中（通常小于10m）要求傳輸速度高的場合。早期的變電站綜合自動化系統(tǒng)，由于受當(dāng)時通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等具體條件的限制，變電站內(nèi)部通信大多采用并行通行，在綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，多為集中組屏式。2.3.2 串行數(shù)據(jù)通信串行數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)一位一位順序的傳送。顯而易見，串行通信數(shù)據(jù)的各不同位，可以分時使用同一傳輸線，故串行通信最大的優(yōu)點是可以節(jié)約傳輸線，特別是當(dāng)位數(shù)很多和遠(yuǎn)距離傳送時。但串行傳輸?shù)娜秉c是傳輸速度慢，且通信軟件相對復(fù)雜。因此適合于遠(yuǎn)距離的傳輸，數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)木嚯x可達(dá)數(shù)千公里。在變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部，各種自動裝置間或基點保

26、護(hù)裝置與監(jiān)控系統(tǒng)間，為了減少連接電纜，簡化配線，減低成本，常采用串行通信。2.4 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳信息通道變電站遠(yuǎn)動通信的通道類型較多。通道可簡單的分為有線信道和無線信道兩大類。明線、電纜、電力線載波和光纖通道等都屬于有線信道，而短波、散射、微波中繼和衛(wèi)星通信等都屬于無線信道。2.4.1 明線或電纜信道這是采用架空或敷設(shè)線路的一種通信方式。其特點是線路敷設(shè)簡單，線路損耗大，易受干擾，主要用于近距離的變電站之間或變電站與調(diào)度或監(jiān)控中心的遠(yuǎn)動通信。常用的電纜有多芯電纜、同軸電纜等類型。2.4.2 電力線載波通信通道采用電力線載波方式實現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)話音和數(shù)據(jù)通信是最早采用的一種通信方式。一個電話話路的頻率范

27、圍為0.33.4KHz，為了使電話與遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)復(fù)用，通常將0.32.5KHz劃歸電話使用，2.73.4KHz劃歸遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)使用。遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)采用數(shù)字脈沖信號，故在送入載波機(jī)之前應(yīng)將數(shù)字脈沖信號調(diào)制成2.73.4KHz的信號，載波機(jī)將話音信號與該已調(diào)至的2.73.4KHz信號迭加成一個音頻信號，再經(jīng)調(diào)制放大耦合到高壓輸電線路上。在接收端，載波信號先經(jīng)載波機(jī)解調(diào)成音頻信號，并分理出遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)信號，經(jīng)解調(diào)得遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)的脈沖信號。2.4.3 微波中繼通信微波中繼通信簡稱微波信道。微波是指頻率為300MHz300GHz的無線電波，它具有直線傳播的特性，其繞射能力弱。由于地球是一球體，所以微波的直線傳輸距離受到限制，

28、需經(jīng)過中繼方式完成距離的傳輸。在平原地區(qū)，一個50m高的微波天線通信距離為50km左右。因此，遠(yuǎn)距離微波通信需要多個中繼站的中繼才能完成。微博信道的優(yōu)點是容量大，可同時傳送幾百乃至幾千路信號，其發(fā)射功率小，性能穩(wěn)定。2.4.4 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是利用位于同步軌道的通信衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號，在兩個或多個地面站之間進(jìn)行通信。和微波通信相比，衛(wèi)星通信的優(yōu)點是不受地形和距離的限制，通信容量大，不受大氣騷動的影響，通信可靠。2.4.5 光纖通道光纖通信就是以光波為載體、以光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介，將信號從一處傳輸?shù)搅硪惶幍囊环N通信手段。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖通信在變電站作為一種主要的通信方

29、式已越來越得到廣泛的應(yīng)用。其特點如下：具有很好的抗電磁干擾能力；傳輸頻帶寬、容量大、功能價格比較高；安裝維護(hù)簡單；線徑細(xì)、質(zhì)量輕、抗化學(xué)腐蝕；損耗小、中繼距離遠(yuǎn)；保密性強(qiáng)、無串話干擾；節(jié)約有色金屬和原材料。光纖通道用光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介，形式上是采用有線通信方式，而實質(zhì)上它的通信系統(tǒng)是采用光波的通信方式，波長為納米波。目前，光纖通信系統(tǒng)采用簡單的直接檢波系統(tǒng)，即在發(fā)送端直接把信號調(diào)制在光波上（將信號的變化變?yōu)楣忸l強(qiáng)度的變化），通過光纖傳送到接收端。接收端直接用光電檢波管將光頻強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖兓?。如圖所示，光纖通道示意圖。光纖通信系統(tǒng)主要由電端機(jī)、光端機(jī)和光導(dǎo)纖維組成。發(fā)送端的電端機(jī)對

30、來自信源的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將各種低速率數(shù)字信號復(fù)接成一個高速率的電信號進(jìn)入光端機(jī)的發(fā)送端。光纖通信的光發(fā)射機(jī)俗稱光端機(jī)，實質(zhì)上是一個電光調(diào)制器，它用脈沖編碼調(diào)制（PCM）電端機(jī)發(fā)數(shù)字脈沖信號驅(qū)動電源（如發(fā)光二級管LED），發(fā)出被PCM電信號調(diào)制的光信號脈沖，并把該信號耦合進(jìn)光纖送到對方。遠(yuǎn)方的光接收機(jī)，也稱光端機(jī)裝有檢測器（一般是半導(dǎo)體雪崩二極管APD或發(fā)光二極管PIN）把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)放大和整形處理后，再送至PCM接收端機(jī)還原成發(fā)送端信號。遠(yuǎn)動和數(shù)據(jù)信號通過光纖通信進(jìn)行傳送是將遠(yuǎn)動裝置或計算機(jī)系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號送入PCM終端機(jī)。因此，PCM終端機(jī)實際上是光纖通信系統(tǒng)與RTU或

31、計算機(jī)的外部接口。第3章 綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.1 通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.1.1 星形網(wǎng)星形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6（a）所示，每一個終端均通過單一的傳輸鏈路與中心交換節(jié)點相連。它以中央節(jié)點為中心，一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，必須向中央節(jié)點發(fā)送請求，一旦建立連接，這兩個節(jié)點之間就是一條專用連接線路，信息傳輸通過中央節(jié)點的存儲 轉(zhuǎn)接來完成。這種結(jié)構(gòu)要求中央節(jié)點的可靠性很高，否則出現(xiàn)故障就會危及整個網(wǎng)絡(luò)。星形網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)簡單、建網(wǎng)容易且易于管理的特點。缺點是線路利用率低、安全性差。3.1.2 總線形網(wǎng)總線形網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖6（b）所示，通過總線把各個節(jié)點連接起來，從而形成一個共享信道。它的所有節(jié)點都通

32、過相應(yīng)的硬件接口連接到一條無源公共線上，任何一個節(jié)點發(fā)出的信息都可沿著總線傳輸，并被總線上其它任何一個節(jié)點接受。它的傳輸方向是從發(fā)送點向兩端擴(kuò)散傳送，是一種廣播式結(jié)構(gòu)。每一個節(jié)點的網(wǎng)卡上有一個收發(fā)器，當(dāng)發(fā)送節(jié)點發(fā)送的目的地址與某一節(jié)點的接口地址相符時，該節(jié)點即接受該信息。其結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)建方便；一個節(jié)點損壞，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)工作。但由于共用一條總線，所以要解決兩個節(jié)點同時向一個節(jié)點發(fā)送信息的碰撞問題，這對實時性要求較高的場合不太適用。3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)采用的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用總線形網(wǎng)。因為總線網(wǎng)是將網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點和一根總線相連，每一節(jié)點都可以和其它接點直

33、接通信，消除了瓶頸現(xiàn)象，可靠性較高，成為當(dāng)前站內(nèi)通信網(wǎng)的首選。第4章 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇4.1 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇通信網(wǎng)絡(luò)作為實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部各種IED，以及與其他系統(tǒng)之間的實時信息交換的功能載體，它是連接站內(nèi)各種IED的紐帶，必須能支持各種通信接口，滿足通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化。4.1.1 35kV變電站通信網(wǎng)絡(luò)在小規(guī)模的35kV變電站和110kV終端變電站，可考慮使用RS-422和RS-485組成的網(wǎng)絡(luò)。RS-422和RS-485串口傳輸速率指標(biāo)是不錯的，在1000m內(nèi)傳輸速率可達(dá)100Kb/s，短距離速率可達(dá)10Mb/s，RS-422串口為全雙工；RS-

34、485串口為半雙工，媒介訪問方式為主從問答式，屬總線結(jié)構(gòu)。這兩個網(wǎng)絡(luò)的不足在于接點數(shù)目比較少，無法實現(xiàn)多主冗余，有瓶頸問題，RS-422的工作方式為點對點，上位機(jī)一個通信口最多只能接10個節(jié)點，RS-485串口構(gòu)成一主多從，只能接32個節(jié)點，此外有信號反射、中間節(jié)點問題。4.1.2 110kV變電站通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線網(wǎng)將網(wǎng)上所有節(jié)點連接在一起，可以方便的增減節(jié)點；具有點對點、一點對多點和全網(wǎng)廣播傳送數(shù)據(jù)的功能；常用的有Lon Works網(wǎng)、CAN網(wǎng)。兩個網(wǎng)絡(luò)均為中速網(wǎng)絡(luò)，500m時Lon Works網(wǎng)傳輸速率可達(dá)1Mb/s，CAN網(wǎng)在小于40m時達(dá)1Mb/s，CAN網(wǎng)在節(jié)點出錯時可自動切除與總線

35、的聯(lián)系，Lon Works網(wǎng)在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點異常時可使該節(jié)點自動脫網(wǎng)，媒介訪問方式：CAN網(wǎng)為問答式，Lon Works網(wǎng)為載波監(jiān)聽多路訪問/沖撞檢測（CSMA/CD）方式，內(nèi)部通信遵循Lon Talk協(xié)議。CAN網(wǎng)開銷小，一幀8位字節(jié)的傳輸格式使其服務(wù)受到一定限制。Lon Works網(wǎng)為無源網(wǎng)絡(luò)，脈沖變壓器隔離，具有強(qiáng)抗電磁干擾能力，重要信息有優(yōu)先級。因此Lon Works網(wǎng)可作為一般中型110KV樞紐變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)。4.1.3 220kV及以上變電站通信網(wǎng)絡(luò)220500kV變電站節(jié)點數(shù)目多，站內(nèi)分布成百上千個CPU，數(shù)據(jù)信息流大，對速率指標(biāo)要求高（要求速率130Kbit/s），Lon

36、Works網(wǎng)絡(luò)的實時性、寬帶和時間同步指標(biāo)也達(dá)到要求。可考慮Ethernet網(wǎng)或Profibus網(wǎng)。Ethernet網(wǎng)為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用CSMA/CD介質(zhì)訪問方式，傳輸速率高達(dá)10Mb/s，可容納1024個節(jié)點，距離可達(dá)2.5km。物理層和鏈路層遵循IEEE802.3協(xié)議，應(yīng)用層采用TCP/IP協(xié)議。4.1.4 局域網(wǎng)的應(yīng)用（1）計算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)（Local Area Networks，LAN），簡稱局域網(wǎng)，它是把多臺小型、微型計算機(jī)以及外圍設(shè)備用通信線路互聯(lián)起來，并按著網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議實現(xiàn)通信的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，各計算機(jī)即能獨立工作，又能交換數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。構(gòu)成局域網(wǎng)的四大因素是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)

37、構(gòu)和傳輸介質(zhì)、傳輸控制和通信方式。（2）常用的局域網(wǎng)以太網(wǎng)目前，應(yīng)用最廣的一類局域網(wǎng)是總線型局域網(wǎng)，即以太網(wǎng)。它的核心技術(shù)是隨機(jī)征用型介質(zhì)訪問控制方法，即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）方法。CSMA/CD方法用來解決多節(jié)點如何共享公用總線的問題。在以太網(wǎng)中，任何節(jié)點都沒有可預(yù)約的發(fā)送時間，它們的發(fā)送都是隨機(jī)的，并且網(wǎng)中不存在集中控制的節(jié)點，網(wǎng)中節(jié)點都必須平等的爭用發(fā)送時間，這種介質(zhì)訪問控制屬于隨機(jī)征用型方法。連接在電纜上的設(shè)備爭用總線，沖突采用CSMA/CD協(xié)議控制。為了有效地實現(xiàn)分布式多節(jié)點訪問公共傳輸介質(zhì)的控制策略，CSMA/CD的發(fā)送流程可以簡單的概括為四點：先聽后發(fā)、

38、邊聽邊發(fā)、沖突停止、隨機(jī)延遲后重發(fā)。以太網(wǎng)采用總線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是一種局部通信網(wǎng)，通常在線路半徑110Km中等規(guī)模的范圍內(nèi)使用，為單一組織或單位的非公用網(wǎng)，網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)可以是數(shù)據(jù)線、同軸電纜或光纖等。它的特點是：信道帶寬較寬；傳輸速率可達(dá)10Mbit/s，誤碼率很低（一般為1010Mbit/s）；具有高度的擴(kuò)充靈活性和互聯(lián)性；建設(shè)成本低，見效快。圖7是一個以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)框圖。從圖中可以看出：凡是用同軸電纜互連的各站都能收到主機(jī)HOST發(fā)出的報文分組，但只有要求接受的那一終端才能接受。這樣就需要路徑選擇，且控制也是分散的，也就是說以太網(wǎng)中沒有交換邏輯裝置，因此沒有中央計算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)。這種分布式網(wǎng)

39、絡(luò)可接收從各個終端發(fā)出的語言、圖形、圖像和數(shù)據(jù)信息，形成綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)。它的突出特點是使用可靠的信道而不是各種功能設(shè)備，當(dāng)網(wǎng)中某一站發(fā)生故障時不會影響整個系統(tǒng)的運行。4.1.5 現(xiàn)場總線的應(yīng)用（1）Lon Works總線的通信網(wǎng)絡(luò)Lon Works技術(shù)為設(shè)計和實現(xiàn)可互操作的通信網(wǎng)絡(luò)提供了一套完整、開放、成品化的解決途徑。CSC-2000型變電站綜合自動化系統(tǒng)就是采用Lon Works網(wǎng)絡(luò)的總線型分散分布式實例。采用Lon Works網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)如圖8所示。（2）變電站層、主站通信功能。由圖可知，它只分為兩層：變電站層和間隔層，Lon Works網(wǎng)絡(luò)取消了通信管理層。變電站層有三個主站并相互獨立，

40、提高了系統(tǒng)的冗余度。主站1主管系統(tǒng)監(jiān)控，它有一個監(jiān)控總線網(wǎng)卡與Lon Works1（監(jiān)控總線）和Lon Works2（錄波總線）監(jiān)控總線鏈接，還通過RS-232接口連接人機(jī)界面的PC機(jī)，用做后臺監(jiān)控。主站2也設(shè)置一個監(jiān)控總線網(wǎng)卡主管遠(yuǎn)動傳送接收信息，通過MODEM將監(jiān)控信息傳送給調(diào)度中心。工程師站有兩個網(wǎng)卡，分別監(jiān)控總線和錄波總線。接監(jiān)控總線的PC機(jī)具有監(jiān)視系統(tǒng)功能，但不能作控制操作；接錄波總線的網(wǎng)卡，按個間隔變化（或?qū)Ｓ娩洸パb置）的錄播數(shù)據(jù)。從Lon Works總線形式變換為RS-232串口接線形式，通過MODEM和電話通信網(wǎng)傳向具有電話通信功能的遠(yuǎn)方另一端，因此該主站微機(jī)系統(tǒng)具有錄播數(shù)據(jù)遠(yuǎn)

41、方通信功能。4.2 變電站自動化系統(tǒng)中的傳輸規(guī)約選擇在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，為了保證通信雙方能有效地、可靠和自動的通信，在發(fā)送端和接收端之間規(guī)定了一系列約定（信息格式和信息內(nèi)容等）和順序，這種約定和順序稱為通信規(guī)約（或通信協(xié)議）。一個通信規(guī)約包括：代碼（數(shù)據(jù)編碼）、傳輸控制字符、傳輸報文格式、呼叫和應(yīng)答方式。4.2.1 變電站和調(diào)度中心之間的傳輸規(guī)約目前各個地方情況不一，現(xiàn)場采用規(guī)約有各種形式。我國調(diào)度自動化系統(tǒng)中常采用三類規(guī)約：循環(huán)式規(guī)約（如CDT、DXF5和C01等）、問答式規(guī)約（如SC-1801、u4F和MODBUS）和對等式規(guī)約（如DNP3.0等）。1995年，IEC為了在兼容的設(shè)備

42、之間達(dá)到互換的目的，頒布了IEC 60870-5-101傳輸規(guī)約，為了使我國盡快采用遠(yuǎn)動傳輸?shù)膰H標(biāo)準(zhǔn)，1997年原電力部頒布了國際101規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T634-1997，并在1998年的桂林會議上進(jìn)行了宣講。該規(guī)約為調(diào)度端和變電站端之間的信息傳輸制定了標(biāo)準(zhǔn)，今后變電站自動化設(shè)備的遠(yuǎn)方調(diào)度傳輸協(xié)議上應(yīng)采用101規(guī)約。4.2.2 站內(nèi)局域網(wǎng)的通信規(guī)約目前各生產(chǎn)廠家基本上各作各的密碼，造成不同廠家設(shè)備通信連接的困難和以后維護(hù)的隱患。IEC在1997年頒布了IEC 60870-5-103規(guī)約，國家經(jīng)貿(mào)委在1999年頒布了103規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T667-1999，并在2000年的南昌會議上進(jìn)

43、行了宣講。103規(guī)約為繼電保護(hù)和間隔層（IED）設(shè)備與變電站層設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信傳輸規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，今后變電站自動化站內(nèi)協(xié)議要求采用103規(guī)約。4.2.3 電力系統(tǒng)電能計量傳輸規(guī)約對于電能計量采集傳輸系統(tǒng)，IEC在1996年頒布的IEC 60870-5-102標(biāo)準(zhǔn)，即我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T719-2000，是我們在實施變電站電能計量系統(tǒng)時需要遵守的，今后電力系統(tǒng)電能計量傳輸協(xié)議要求采用102規(guī)約。4.2.4 總結(jié)上述的三個標(biāo)準(zhǔn)即101、102、103協(xié)議，運用于三層參考模型（EPA）即物理層、鏈路層、應(yīng)用層結(jié)構(gòu)之上，是相當(dāng)一段時間里指導(dǎo)變電站自動化技術(shù)發(fā)展的三個重要標(biāo)準(zhǔn)。這些國際標(biāo)準(zhǔn)按照非平衡式和

44、平衡式傳輸遠(yuǎn)動信息的需要制定，完全能滿足電力系統(tǒng)中各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，得到了廣泛的應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為滿足網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸遠(yuǎn)動信息，IEC TC57在IEC 60870-5-101基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定了IEC 60870-5-104傳輸規(guī)約，采用IEC 60870-5-101的平衡傳輸模式，通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸遠(yuǎn)動信息，它適用于PAD（分組裝和拆卸）的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。目前分層分布面向?qū)ο蟮乃枷胍褳槿藗兯邮?，變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為2層，即通過通信網(wǎng)絡(luò)連接的間隔層和變電站層，變電站到調(diào)度端通信逐步淘汰MODEM方式，采用TCP/IP模式上網(wǎng)。

45、第5章 基于IEC 61850的變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用研究智能變電站是以數(shù)字化變電站為依托，通過采用先進(jìn)的傳感、信息、通信、控制、人工智能等技術(shù)，建立全站所有信息采集、傳輸、分析、處理的數(shù)字化統(tǒng)一應(yīng)用平臺，實現(xiàn)變電站的信息化、自動化、互動化。它以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度的互動。智能變電站包括統(tǒng)一的信息平臺，統(tǒng)一的傳輸規(guī)約。IEC 61850是目前關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)及其通信的國際標(biāo)準(zhǔn)，是目前為止最為完善的變電站自動化通信標(biāo)準(zhǔn)，全稱是“Communication networks

46、 and system in substations”，即變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。其技術(shù)特點是對變電站的通信進(jìn)行分層、面向?qū)ο蠼?、統(tǒng)一的描述語言和抽象服務(wù)接口。該標(biāo)準(zhǔn)按照自動化系統(tǒng)所需的監(jiān)視、控制和保護(hù)等功能，提供了統(tǒng)一完整的信息模型和服務(wù)，并且為不同廠家產(chǎn)品間實現(xiàn)互操作和信息共享，其實踐應(yīng)用表明它將為站內(nèi)自動化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向集中體現(xiàn)在對變電站網(wǎng)絡(luò)信息化、數(shù)字化和自動化應(yīng)用上, 未來變電站自動化系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是變電站整體信息化和自動化的程度。以信息化網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，變電站實現(xiàn)少人值班，甚至無人值班，完全由控制中心遠(yuǎn)方操作與監(jiān)控將是今后變電站的發(fā)展方向。變電站

47、信息開放化，數(shù)字化，設(shè)備分散分布化，功能應(yīng)用智能化是今后IEC 61850變電站發(fā)展的新特點。5.1 智能變電站的主要技術(shù)特征5.1.1 數(shù)據(jù)采集數(shù)字化數(shù)字化變電站的主要標(biāo)志是采用數(shù)字化電氣量系統(tǒng)（如光電式互感器或電子式互感器）采集電流、電壓等電氣量。實現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)在電氣上的有效隔離，開關(guān)場經(jīng)傳導(dǎo)、感應(yīng)及電容耦合等途徑對于二次設(shè)備的各種電磁干擾將大為降低，可大大提高設(shè)備運行的安全性；非常規(guī)互感器送出的是數(shù)字信號，以弱功率數(shù)字量輸出，可以直接為數(shù)字裝置所用，省去了這些裝置的數(shù)字信號變換電路；增大了電氣量的動態(tài)測量范圍并提高了測量精度。5.1.2 系統(tǒng)分層分布化數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)在邏輯結(jié)構(gòu)

48、上可劃分為間隔層、變電站層和過程層。過程層是分擔(dān)了常規(guī)變電站間隔層的部分功能，實現(xiàn)所有與一次設(shè)備接口相關(guān)的功能，包括開入/開出、模擬量采樣等；間隔層的功能是利用本間隔的數(shù)據(jù)對本間隔的一次設(shè)備產(chǎn)生作用；變電站層的功能是利用全站的數(shù)據(jù)對全站的一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制及與遠(yuǎn)方控制中心的數(shù)據(jù)交換。這種分層分布式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)采用成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和開放式互連規(guī)約，能夠更完整的記錄設(shè)備信息并顯著地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。5.1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕等特點，可以將其集成在智能開關(guān)設(shè)備系統(tǒng)（PASS全封閉組合電器）中，按變電站機(jī)電一體化設(shè)計理念進(jìn)行功能優(yōu)化組合和設(shè)備布置。

49、在高壓和超高壓變電站中，保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元（如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等）作為一次智能設(shè)備的一部分，實現(xiàn)了IED的近過程化設(shè)計；在中低壓變電站可將保護(hù)及監(jiān)控裝置小型化、緊湊化并完整的安裝在開關(guān)柜上。5.1.4 系統(tǒng)建模標(biāo)準(zhǔn)化IEC 61850確立了電力系統(tǒng)的建模標(biāo)準(zhǔn)，為變電站自動化系統(tǒng)定義了統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的信息模型和信息交換模型，其意義主要體現(xiàn)在實現(xiàn)智能設(shè)備的互操作性、實現(xiàn)變電站的信息共享和簡化系統(tǒng)的維護(hù)、配置和工程實施等方面。5.1.5 信息交換網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化變電站采用低功率、數(shù)字化的新型互感器代替常規(guī)互感器，將高電壓、大電流直接變換為數(shù)字信號。變電

50、站內(nèi)設(shè)備之間通過高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，二次設(shè)備不再出現(xiàn)功能重復(fù)的I/O接口，常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊，即通過采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)及資源共享。5.1.6 信息應(yīng)用集成化數(shù)字化變電站對原來分散的二次系統(tǒng)裝置進(jìn)行了信息集成及功能優(yōu)化處理，因此可以有效地避免常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護(hù)、故障錄波、量測與計算等裝置存在的硬件配置重置、信息不共享及投資成本大等問題的發(fā)生。5.1.7 設(shè)備操作智能化新型高壓斷路器二次系統(tǒng)是采用微機(jī)、電力電子技術(shù)和新型傳感器建立起來的，斷路器系統(tǒng)的智能性由微機(jī)控制的二次系統(tǒng)、IED和相應(yīng)的智能軟件來實現(xiàn)，保護(hù)與控制命令可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)非常規(guī)變電站的二

51、次回路系統(tǒng)，從而實現(xiàn)與斷路器操作機(jī)構(gòu)的數(shù)字化接口。5.1.8 設(shè)備檢修狀態(tài)化在數(shù)字化變電站中，可以有效的獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及各種IED裝置的故障和動作信息，實現(xiàn)對操作及信號回路狀態(tài)的有效監(jiān)視，在線監(jiān)視一、二次設(shè)備的健康狀況，根據(jù)監(jiān)視和分析的診斷結(jié)果科學(xué)安排檢修時間和項目。數(shù)字化變電站中幾乎不再存在未被監(jiān)視的功能單元，設(shè)備狀態(tài)特征量的采集沒有盲區(qū)。5.1.9 運行管理自動化采用自動故障分析系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等自動化系統(tǒng)，提升了運行管理自動化水平、大大簡化了運行維護(hù)。5.2 IEC 61850概述IEC 61850的宗旨是“一個世界、一種技術(shù)、一種標(biāo)準(zhǔn)”，目標(biāo)是實現(xiàn)設(shè)備

52、間的互操作，實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)無縫集成，該標(biāo)準(zhǔn)是今后電力系統(tǒng)無縫通信體系的基礎(chǔ)。其作為國際統(tǒng)一變電站通信標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)廣泛的認(rèn)同與應(yīng)用。所謂互操作是指一種能力，使分布的控制系統(tǒng)設(shè)備能即插即用、自動互聯(lián)，實現(xiàn)通信雙方理解相互傳送與接收的邏輯信息命令，并根據(jù)信息正確響應(yīng)、觸發(fā)動作、協(xié)調(diào)工作，從而完成一個共同的目標(biāo)?；ゲ僮鞯谋举|(zhì)是如何解決計算機(jī)異構(gòu)信息系統(tǒng)集成問題。IEC 61850不是一個單純的通信規(guī)約，而是一個面向變電站自動化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，它指導(dǎo)了變電站自動化的設(shè)計、開發(fā)、工程、維護(hù)等各個領(lǐng)域。與以往變電站自動化系統(tǒng)通信協(xié)議不同，IEC 61850除了定義了變電站自動化系統(tǒng)的通信要求和數(shù)據(jù)交換外，還對

53、整個系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)和體系結(jié)構(gòu)、對象模型、項目管理控制、測試方法等進(jìn)行了全面詳盡的描述和規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)不僅適用于變電站內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)，也適用于變電站和控制中心之間的通信。IEC 61850采用了面向?qū)ο笏枷虢⑦壿嬆Ｐ?、基于XML技術(shù)的變電站配置描述語言SCL、將ACSI映射到MMS協(xié)議、基于ASN.1編碼的以太網(wǎng)報文等計算機(jī)異構(gòu)信息集成技術(shù)。IEC 61850共分為10個部分，其中第1、2、3、4、5部分為簡單概述、術(shù)語、總體要求、系統(tǒng)項目管理、通信性能評估方面內(nèi)容；第6-9部分為通信標(biāo)準(zhǔn)核心內(nèi)容；第10部分為IEC 61850規(guī)約一致性測試內(nèi)容。由于變電站與變電站、調(diào)度中心與調(diào)度中心之間各種協(xié)議

54、不兼容，IEC委員會TC57工作組認(rèn)為有必要從變電站信息源頭直至調(diào)度中心采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，IEC 61850數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模有必要與IEC 61850還正在向風(fēng)能、水電、配電和工業(yè)控制等其他領(lǐng)域拓展應(yīng)用，憑借良好的可擴(kuò)展性和體系結(jié)構(gòu)，IEC 61850將在全世界所有電力相關(guān)行業(yè)的信息共享，功能交換及調(diào)度協(xié)調(diào)方面發(fā)揮重大的、決定性的作用。5.3 IEC 61850通信規(guī)約的技術(shù)特點5.3.1 面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，定義了基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型。每個IED包含一個或多個服務(wù)器，每個服務(wù)器本身又包含一個或多個邏輯設(shè)備。邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點，邏輯節(jié)點

55、包含數(shù)據(jù)對象。數(shù)據(jù)對象則是由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成的公用數(shù)據(jù)類的命令實例。從通信而言，IED同時也扮演客戶的角色。任何一個客戶可通過抽象通信服務(wù)接口（ACSI）和服務(wù)器通信可訪問數(shù)據(jù)對象。如圖9所示。5.3.2 分層分布體系首先IEC 61850把變電站自動化系統(tǒng)分成變電站層、間隔層、過程層三個層次，從過程層到間隔層、間隔層到變電站層都采用工業(yè)以太網(wǎng)通信。變電站中的每個IED設(shè)備均為服務(wù)器，從邏輯上可以劃分為邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)對象和數(shù)據(jù)屬性四層。在實現(xiàn)時可以將變電站層、間隔層、過程層保護(hù)和監(jiān)控功能作為邏輯節(jié)點自由分配到任一IED中，但在邏輯上可以將多個IED中的邏輯節(jié)點靈活組合為一個邏輯設(shè)備。IE

56、D之間通過抽象通信服務(wù)接口ACSI提供的服務(wù)就可建立其完整的分層數(shù)據(jù)模型，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。如圖10所示。 -IF1；-IF6；-IF4；-IF5；-IF3；-IF8；-IF2；-IF9；-IF7；-IF10圖10中各邏輯接口的定義如下：IF1：間隔層與變電站層之間保護(hù)數(shù)據(jù)交換；IF2：間隔層與遠(yuǎn)方保護(hù)之間保護(hù)數(shù)據(jù)交換；IF3：間隔層間隔內(nèi)數(shù)據(jù)交換；IF4：過程層與間隔層之間電子式互感器瞬時數(shù)據(jù)交換；IF5：過程層與間隔層之間控制數(shù)據(jù)交換；IF6：間隔層與變電站層之間控制數(shù)據(jù)交換；IF7：變電站層與遠(yuǎn)方工程師站的數(shù)據(jù)交換；IF8：間隔層間隔之間直接數(shù)據(jù)交換，尤其是“五防”聯(lián)/閉鎖這樣的快速功

57、能；IF9：變電站層內(nèi)數(shù)據(jù)交換；IF10：變電站（裝置）與遠(yuǎn)方控制中心之間控制數(shù)據(jù)交換。5.3.3 抽象通信服務(wù)接口和特殊通信服務(wù)映射技術(shù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù)，設(shè)計了獨立與所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口（Abstract Communication Service Interface，ACSI）。在IEC 61850-7-2中，建立了標(biāo)準(zhǔn)兼容服務(wù)器所必須提供的通信服務(wù)的模型，包括邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型?？蛻敉ㄟ^ACSI，由專用通信服務(wù)映射（Specific Communication Service Map，SCSM）映射到所采用的具體協(xié)議，如制造報文規(guī)范（Manufacturing Message Specification，MMS）等。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)使用ACSI和SCSM技術(shù)，解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未