變電站綜合自動化系統(tǒng)底層通信協(xié)議比較

1、1 變電所自動化系統(tǒng)常用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 目前，變電所綜合自動化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)站內(nèi)電壓、電流、功率、電度量和開關(guān)量等信息的采集，并將信息送往車站的控制中心，接收站級和控制中心級的控制命令，實(shí)現(xiàn)變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)的集成。變電所內(nèi)一體化監(jiān)控計(jì)算機(jī)、車站綜合監(jiān)控室中的值班員工作站完成本站的監(jiān)視工作，控制中心電力調(diào)度工作站完成全線各站電力設(shè)備的監(jiān)視工作。在正常情況下，由控制中心電調(diào)操作員工作站實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的控制工作，當(dāng)維護(hù)和調(diào)試時(shí)，控制中心下放控制權(quán)，由變電所監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制和維護(hù)功能。 變電所綜合自動化系統(tǒng)(如采用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的RT21-SAS型變電所綜合自動化系統(tǒng))采用分層分布式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為三層

2、：站級管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和間隔層。 1) 站級管理層為設(shè)置在控制信號盤內(nèi)的冗余熱備的通信控制器、通用測控裝置和一體化監(jiān)視計(jì)算機(jī)。 2) 間隔層包括分散安裝于供電一次設(shè)備中的各種微機(jī)保護(hù)測控單元、信息采集設(shè)備、智能測控單元以及采用硬接點(diǎn)接入的現(xiàn)場設(shè)備。設(shè)備包括400V及10kV交流保護(hù)測控單元、直流保護(hù)測控單元、變壓器溫控器、軌電位限制裝置、制動能量吸收裝置、雜散電流監(jiān)控單元、UPS直流屏、電度表、上網(wǎng)隔離開關(guān)、跟隨所負(fù)荷開關(guān)等； 來源:輸配電設(shè)備網(wǎng)3) 網(wǎng)絡(luò)通信層即為所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和接口設(shè)備，間隔單元通過所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)層與站級管 理層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 對于變電所，分為牽引降壓混合所和降壓所，下圖給出

3、了典型的牽引降壓混合變電所綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（粗線表示雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)）。 變電所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由供貨商自己負(fù)責(zé)配置，并與所內(nèi)各開關(guān)柜內(nèi)的下位監(jiān)控單元（保護(hù)測控單元）、交直流裝置內(nèi)的集中監(jiān)控器、變壓器溫控器等實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊。 35kV開關(guān)柜、1500V開關(guān)柜、0.4kV開關(guān)柜內(nèi)下位監(jiān)控單元由開關(guān)柜廠家配置，安裝于各開關(guān)柜內(nèi)，與所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相連。 2 變電所綜合自動化系統(tǒng)中的常用的接口通訊協(xié)議 在電力系統(tǒng)中，南京南瑞集團(tuán)公司完成了數(shù)千個(gè)變電所綜合自動化系統(tǒng)項(xiàng)目，在軌道交通方面，已經(jīng)完成廣州地鐵2號線、南京地鐵南北線、重慶輕軌較新線、武漢輕軌主站的變電所綜合自動化系統(tǒng)工程，北京地鐵5號線綜合監(jiān)控和電力監(jiān)控

4、項(xiàng)目。在實(shí)際的工程中成功的實(shí)現(xiàn)與國內(nèi)外眾多的自動化設(shè)備生產(chǎn)廠商智能設(shè)備的信息互聯(lián)，積累了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。下表列出了部分我公司連接的智能設(shè)備的通訊規(guī)約情況。 南瑞成功連接設(shè)備及通信規(guī)約表 序號 類型 廠家 規(guī)約 接口類型 應(yīng)用工程 1 直流保護(hù)測控裝置 瑞士賽雪龍SEPCOS Modbus RS485 重慶輕軌較新線、南京地鐵南北線 2 西門子DPU96、S7-300、S7-200、和利時(shí)的LM3401 廠家自定義規(guī)約 PROFBUS-DP 廣州地鐵二號線北京地鐵5號線北京地鐵四號線 3 交流保護(hù) 測控裝置 國電南瑞 IEC60870-5-103 RS485 武漢輕軌 4 國電南自 IEC6

5、0870-5-103 RS485 電力系統(tǒng) 5 國電南自 南自94規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 6 許繼電氣 IEC60870-5-103 RS485 電力系統(tǒng) 7 美國SEL DNP3.0 RS485 南京地鐵南北線 8 ABB IEC60870-5-103 RS485 廣州地鐵二號線 9 西門子 IEC60870-5-103 RS485 重慶輕軌較新線、南京地鐵南北線北京地鐵5號線 10 阿爾斯通 IEC60870-5-103 RS485 電力系統(tǒng) 11 美國通用電氣GE） IEC60870-5-103 RS485 電力系統(tǒng) 12 東芝 IEC60870-5-103 RS485 廣州地鐵四號

6、線 13 直流屏 深圳奧特迅 廠家自定義規(guī)約 RS485 廣州地鐵二號線 14 無錫斯達(dá) 部頒CDT RS485 南京地鐵南北線 15 東方電子 部頒CDT RS485 重慶輕軌較新線 16 珠海泰坦 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 17 深圳華為 部頒CDT RS485 電力系統(tǒng) 請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息18 許繼電氣 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 19 南瑞京瑞科 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 20 西安利達(dá) 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 21 成都蓉騰 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 22 魯能積成 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 23

7、 廣州智光 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 24 深圳瓦特 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 25 電度表 湖南威勝 廠家自定義規(guī)約 RS485 重慶輕軌較新線南京地鐵南北線 26 湖南威勝 DL645 RS485 電力系統(tǒng) 27 深圳浩寧達(dá) 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 28 深圳浩寧達(dá) DL645 RS485 電力系統(tǒng) 29 珠海恒通電度表 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 30 珠海恒通電度表 DL645 RS485 電力系統(tǒng) 31 紅相 DL645 RS485 電力系統(tǒng) 32 控制中心調(diào)度系統(tǒng) IEC60870-5-101 RS422 南京地鐵南北線；廣州地鐵二號

8、線 33 IEC60870-5-104 以太網(wǎng) 重慶輕軌較新線 34 SC1801 RS485 電力系統(tǒng) 35 部頒CDT RS485 電力系統(tǒng) 36 RT21-SAS CDT RS485 電力系統(tǒng) 37 RP570 RS485 電力系統(tǒng) 38 消弧線圈 上海思源 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息 39 廣州智光 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 40 長沙華源 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 41 河北韓山 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 42 河北旭輝 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 43 接地選線裝置 浪拜迪 廠家自定義規(guī)約

9、RS485 電力系統(tǒng) 44 北京華星 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 45 河北恒山 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 46 溫控器 協(xié)順 Modbus RS485 南京地鐵南北線，重慶輕軌較新線 47 接地漏電保護(hù) 株洲車輛廠 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 48 再生制動 株洲車輛廠 廠家自定義規(guī)約 RS485 重慶輕軌較新線 49 諧波分析儀 天津凱發(fā) 廠家自定義規(guī)約 RS485 南京地鐵南北線 50 空調(diào) 三菱電機(jī) 廠家自定義規(guī)約 RS485 電力系統(tǒng) 3 變電所綜合自動化系統(tǒng)通訊協(xié)議現(xiàn)狀 從上表的以往經(jīng)驗(yàn)，可以看出，目前的最常用的是物理接口為485串行通信為主，以太網(wǎng)

10、和現(xiàn)場總線為輔的狀況，總結(jié)如下： 序號 接口設(shè)備名稱 通訊介質(zhì) 通訊規(guī)約 1 10kV、35KV綜合保護(hù)測控單元 光纖 IEC60870-5-103 2 直流750V/1500V保護(hù)測控單元） 光纖 MODBUS、profibusModbus 3 整流變壓器溫控器PLC 電纜 4 400V低壓柜監(jiān)控單元 光纖 MODBUS規(guī)約 5 制動能量吸收裝置微機(jī)監(jiān)控單元 電纜 6 排流柜或雜散電流監(jiān)控單元 7 直流屏微機(jī)監(jiān)控單元 8 配電變壓器溫控器 9 10kV計(jì)量表計(jì) 光纖 10 通訊控制器、通用測控裝置 電纜 CANBUS規(guī)約 11 接觸軌隔離開關(guān)直連線硬結(jié)點(diǎn) 12 軌電位限制裝置 13 10kV

11、負(fù)荷開關(guān) 14 電力監(jiān)控與控制中心 RJ45 DNP 3.0 4 變電所綜合自動化系統(tǒng)通訊協(xié)議比較 變電所自動化系統(tǒng)常用的接口主要有串行數(shù)據(jù)接口、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口、硬線接口等類型。 A 、串行數(shù)據(jù)接口，標(biāo)準(zhǔn)的RS422/RS485/RS232接口，波特率采用19.2kbps及以下，支持通用的、開放的、軟件解碼的協(xié)議，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生任何變化時(shí)，接口上的數(shù)據(jù)應(yīng)在0.5秒鐘之內(nèi)更新，接口的通信通常采用查詢或事件觸發(fā)方式進(jìn)行； B、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口，10Mbps/100Mbps自適應(yīng)IEEE802.3以太網(wǎng)接口，支持TCP/IP接口，支持通用的、開放的、軟件解碼的協(xié)議，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)生任何變化時(shí)，接口上的數(shù)據(jù)應(yīng)在0

12、.5秒鐘之內(nèi)更新，接口的通信通常采用查詢或事件觸發(fā)方式進(jìn)行，集成和互聯(lián)系統(tǒng)的接口協(xié)議轉(zhuǎn)換所必須的硬件和軟件設(shè)備功能； C、硬線接口，綜合監(jiān)控系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的硬線接口包括DI、DO、AI、AO，接點(diǎn)為獨(dú)立的無源接點(diǎn)； D、現(xiàn)場總線，實(shí)際是串行485接口的私有協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，至少有13種之多，常用的有CANBUS、PROFIBUS-DP、Lonworks等。 從理論上講，只要可以實(shí)際滿足功能的要求的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議就可以稱之為“好的完善的”標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際中，往往因?yàn)楦鞣嚼嬉蛩兀苡锌赡軐δ骋环接欣?，這是大的背景，對于電力系統(tǒng)也一樣，下面，我們就來比較一下軌道交通中變電所自動化系統(tǒng)常用的標(biāo)準(zhǔn)比較。

13、4.1串行RS485接口 優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，技術(shù)成熟，接口雙方的開發(fā)和硬件成本都很低，是最常用的一種接口連接方式，協(xié)議多為根據(jù)實(shí)際需求，雙方協(xié)商制定，其基本上是基于 MODBUS RTU協(xié)議，對底層子設(shè)備，一般采用逐個(gè)掃描方式，查詢周期一般為500MS，此種物理接口基本可以大多數(shù)的實(shí)際通訊需求。 缺點(diǎn)：通訊速率不是很高，一般為9.6kbps，當(dāng)子站設(shè)備很多時(shí)，將會降低實(shí)時(shí)性，一般不應(yīng)超多32個(gè)。 總結(jié)：適用于需要考慮降低變電所自動化系統(tǒng)的成本的場合，將會在今后的一段時(shí)間長期存在著。 4.2以太網(wǎng) 優(yōu)點(diǎn)：接線標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)成熟，接口雙方的開發(fā)很低，通訊速率高，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，是未來的接口通訊發(fā)展的趨勢，協(xié)

14、議多為根據(jù)實(shí)際需求，雙方協(xié)商制定，其基本上是基于MODBUS TCP協(xié)議，對底層子設(shè)備，一般采用逐個(gè)掃描方式，查詢周期一般為500MS，此種物理接口基本可以大多數(shù)的實(shí)際通訊需求。 缺點(diǎn)：硬件成本高，若子站的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都支持以太網(wǎng)，將會遇到網(wǎng)絡(luò)地址分配等問題，技術(shù)實(shí)現(xiàn)會有所復(fù)雜，若對方子站節(jié)點(diǎn)不支持以太網(wǎng)，則必然會需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)，來專門負(fù)責(zé)串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換工作（包括協(xié)議轉(zhuǎn)換，如南瑞的C301通訊控制器），其成本將會有所增加。此外，由于以太網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜，在連接不是很理想時(shí)，可能會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴和網(wǎng)絡(luò)阻塞等惡劣的影響，不過這種出現(xiàn)的概率一般不是很高。 缺點(diǎn)：就目前來講，將會增加變電所自動化系統(tǒng)的設(shè)備成本

15、。 4.3現(xiàn)場總線 優(yōu)點(diǎn)：接線標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)成熟，接口雙方的開發(fā)很低，通訊速率高，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，是最常用的一種接口連接方式，協(xié)議多為根據(jù)實(shí)際需求，雙方協(xié)商制定，其基本上是基于MODBUS RTU協(xié)議，對底層子設(shè)備，一般采用逐個(gè)掃描方式，查詢周期一般為500MS，此種物理接口基本可以大多數(shù)的實(shí)際通訊需求。 來源: 缺點(diǎn)：現(xiàn)場總線不統(tǒng)一，有將近13種，一般在電力系統(tǒng)中，主要是廠商的內(nèi)部接口，外部接口不是很多，南瑞僅僅很和西門子的直流牽引測控保護(hù)裝置采用PROFIBUS-DP規(guī)約，但現(xiàn)在也有改變，如廣州的二、八拆分中就是使用以太網(wǎng)通信 。 總結(jié)：由于各種廠商的利益關(guān)系，將會在今后的一段時(shí)間長期存在著。 4

16、.3電力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約 目前，在地鐵的變電所自動化系統(tǒng)，常用的電力標(biāo)準(zhǔn)主要包括： IEC60870-5-101； IEC60870-5-102； IEC60870-5-103； CDT等 一般來講，變電所中的中壓10KV或35KV的保護(hù)測控單元和南瑞的通信控制一般均為103規(guī)約，且為串行總線物理介質(zhì)，基本還沒有以太網(wǎng)方式。 IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)是最新發(fā)布的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了變電站中的智能電子裝置IED之間的通信以及有關(guān)系統(tǒng)需求，主要目的是實(shí)現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)中來自不同廠家的IED之間的互操作。 不過，到目前為止，還沒有在地鐵變電所中使用61850的實(shí)例。南瑞在變電所中對61850的產(chǎn)品已經(jīng)推出，只是用在通常變電站中。 總結(jié)：103規(guī)約技術(shù)成熟，成本低，是目前流行的保護(hù)通訊規(guī)約，61850是新技術(shù)，但采用以太網(wǎng)，是未來的發(fā)展趨勢。 5變電所綜合自動化系統(tǒng)通訊協(xié)議發(fā)展趨勢 目前，在地鐵、大鐵路、高速公路等變電所綜合自動化系統(tǒng)中，常用的協(xié)議主要有： IEC60870-5-101； IEC60870-5-102； IEC60870-5-103； DNP3.0； MODBUS