變電站物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)及接口

ICSFORMTEXT備案號(hào)：中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/Txxxx—2017FORMTEXT變電站物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)及接口技術(shù)要求CommunicationarchitectureandinterfacetechnicalrequirementsofsubstationinternetofthingsFORMTEXTFORMTEXT-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發(fā)布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實(shí)施GB/Txxxx—xxxx變電站物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)及接口技術(shù)要求范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了變電站物聯(lián)網(wǎng)的總體框架、通信架構(gòu)，以及電氣接口、時(shí)間同步、電磁兼容、安全防護(hù)等技術(shù)要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于狀態(tài)監(jiān)測、智能巡檢、輔助監(jiān)控等變電站物聯(lián)網(wǎng)。發(fā)電廠、風(fēng)光儲(chǔ)電站等可參照?qǐng)?zhí)行。規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T7611數(shù)字網(wǎng)系列比特率接口特性GB/T17626試驗(yàn)和測量技術(shù)（所有部分）GB/T25931網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步協(xié)議GB_T30155-2013智能變電站技術(shù)導(dǎo)則DL/T634.5104運(yùn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5-104部分：傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議集的IEC60870-5-101網(wǎng)絡(luò)訪問DL/T860變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)DL/T1100電力系統(tǒng)的時(shí)間同步系統(tǒng)DL/T1411-2015智能高壓設(shè)備技術(shù)導(dǎo)則DL/T1430-2015變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則YD/T1330-2004數(shù)據(jù)通信接口轉(zhuǎn)換器技術(shù)要求及測試方法YD/T2398-2012M2M業(yè)務(wù)總體技術(shù)要求YD/T2399-2012M2M應(yīng)用通信協(xié)議技術(shù)要求YD/T2437-2012物聯(lián)網(wǎng)總體框架與技術(shù)要求YD/T

2456-2013電信網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能分析及傳感器疊加應(yīng)用架構(gòu)和總體技術(shù)要求IEEE802.3具有沖突檢測的載波偵聽多路訪問的接入方法及物理層規(guī)范IEEE802.3ab以1000Mbit/s速率在4對(duì)5類平衡銅線上工作的以太網(wǎng)設(shè)備物理層參數(shù)及規(guī)范IEEE802.3ae,D4.1以10Gbit/s速率工作的媒體訪問控制（MAC）參數(shù)、物理層和管理參數(shù)ISO/IEC9314.4單模光纖-物理層相關(guān)媒體（SMF-PMD）ISO/IEC9314.9低價(jià)位光纖-物理層相關(guān)媒體（LCF-PMD）ITU-TV.11-1996工作在高至10Mbit/s數(shù)據(jù)速率的平衡雙流接口電路的電氣特性ITU-TV.24-2000數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備間互換電路定義表ITU-TV.28-1993不平衡雙流接口電路的電氣特性IETFRFC1242(1991)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的基本術(shù)語中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)令第14號(hào)《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》術(shù)語和定義、縮略語術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1.1變電站物聯(lián)網(wǎng)substationinternetofthings在變電站的監(jiān)控和管理局域網(wǎng)等通信網(wǎng)路的基礎(chǔ)上，將傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集，實(shí)現(xiàn)物理電網(wǎng)信息全面感知、可靠傳輸、智能處理，構(gòu)建人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備互聯(lián)的智能信息服務(wù)系統(tǒng)。3.1.2智能組件intelligentcomponent智能高壓設(shè)備的組成部分，由高壓設(shè)備本體的測量、控制、監(jiān)測、保護(hù)（非電量）、計(jì)量等全部或部分智能電子裝置（IED）集合而成，通過電纜或光纜與高壓設(shè)備本體的傳感器或/和控制機(jī)構(gòu)連接成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)和/或支持對(duì)高壓設(shè)備本體或部件的智能控制，并對(duì)其運(yùn)行可靠性、控制可靠性及負(fù)載能力進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，支持電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行和高壓設(shè)備的狀態(tài)檢修。通常運(yùn)行于高壓設(shè)備本體近旁。[GB/T30155-2013，術(shù)語和定義3.1.3]3.1.3監(jiān)測IEDmonitoringIED智能組件的組成部分之一。通過采集高壓設(shè)備狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)和/或控制狀態(tài)和/或負(fù)載能力狀態(tài)的智能評(píng)估。[DL/T1430-2015，術(shù)語和定義3.8]3.1.4主IEDmainIED智能組件的組成部分之一。用于集合智能組件內(nèi)各IED信息，對(duì)高壓設(shè)備的運(yùn)行可靠性、控制可靠性及負(fù)載能力等做出評(píng)估，以支持電網(wǎng)運(yùn)行控制和/或狀態(tài)檢修。[DL/T1430-2015，術(shù)語和定義3.8]3.1.5移動(dòng)智能終端smartdevice擁有移動(dòng)作業(yè)能力，支持GPRS/3G/wifi等無線網(wǎng)絡(luò)通信，具備防水、防摔及抗壓能力，通常搭載各種操作系統(tǒng)，可根據(jù)用戶需求定制化各種功能，用于變電站巡檢、檢測、遠(yuǎn)程視頻會(huì)商等作業(yè)的裝置。縮略語下列縮略語適用于本文件。RFIDRadioFrequencyIdentification射頻識(shí)別IEDIntelligentElectronicDevice智能電子裝置IRIG-BInterRangeInstrumentationGroup-B靶場儀器組B型碼SNTPSimpleNetworkTimeProtocol簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議M2MMachineToMachine/Man機(jī)器到機(jī)器/人VPNVirtualPrivateNetwork虛擬專用網(wǎng)絡(luò)變電站物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)體系架構(gòu)模型變電站物聯(lián)網(wǎng)在邏輯功能上可以劃分為3層，即：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。變電站物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)模型如圖1所示。圖1變電站物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)模型感知層感知層是變電站物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，支持或?qū)崿F(xiàn)電測量信息和設(shè)備狀態(tài)信息的采集、自動(dòng)識(shí)別和智能控制。傳感器、執(zhí)行器、智能裝置、RFID讀寫器等智能節(jié)點(diǎn)采集變電站內(nèi)的信息，并通過通信模塊和網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行信息交互。典型的感知層設(shè)備有各種類型的傳感器、在線監(jiān)測裝置、、智能機(jī)器人、智能移動(dòng)終端、可穿戴智能設(shè)備、RFID讀寫器、輔助監(jiān)控IED等。網(wǎng)絡(luò)層4.3.1接入層接入層位于感知層與匯聚層之間，通過各種接入技術(shù)，連接感知層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。接入層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)類型分為兩類：無線接入和有線接入。無線接入主要有：無線局域網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)中的機(jī)器到機(jī)器（M2M）通信等。有線接入主要有：現(xiàn)場總線接入、電力線接入、局域網(wǎng)接入等。4.3.2匯聚層匯聚層位于接入層與核心交換層之間，實(shí)現(xiàn)接入層數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)膮R聚、轉(zhuǎn)發(fā)與交換。接入層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到核心交換層或在本地進(jìn)行路由處理。典型的匯聚層設(shè)備有多串口/網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器、通信協(xié)議轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)集中器等。4.3.3核心交換層核心交換層為變電站物聯(lián)網(wǎng)提供高速、安全與具有服務(wù)質(zhì)量保障能力的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。用于支撐變電站內(nèi)和站外物聯(lián)網(wǎng)信息的雙向傳送和控制。核心交換層有生產(chǎn)控制區(qū)監(jiān)控局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)、生產(chǎn)管理區(qū)管理局域網(wǎng)、遠(yuǎn)程電力信息專網(wǎng)、電力無線虛擬專網(wǎng)等。應(yīng)用層4.4.1管理服務(wù)層管理服務(wù)層通過中間件軟件實(shí)現(xiàn)感知層硬件與應(yīng)用軟件物理的隔離與邏輯的無縫連接，提供數(shù)據(jù)匯聚、整合與存儲(chǔ)，通過數(shù)據(jù)挖掘、智能數(shù)據(jù)處理與智能決策計(jì)算，為行業(yè)應(yīng)用層提供安全的網(wǎng)路管理與智能服務(wù)。4.4.2行業(yè)應(yīng)用層行業(yè)應(yīng)用層是由調(diào)度（調(diào)控）、生產(chǎn)管理等行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)和應(yīng)用層協(xié)議構(gòu)成。應(yīng)用層協(xié)議由語法、語義與時(shí)序組成。語法規(guī)定了智能服務(wù)過程中的數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式。語義規(guī)定了控制信息的含義，以及完成的動(dòng)作與響應(yīng)。時(shí)序規(guī)定了事件實(shí)現(xiàn)的順序。通信架構(gòu)總體架構(gòu)變電站物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)宜采用工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)的架構(gòu)，滿足實(shí)時(shí)性和可靠性要求，必要時(shí)可采用雙網(wǎng)冗余方式。變電站物聯(lián)網(wǎng)各層之間存在3個(gè)接口級(jí)別，分別是第1級(jí)接口I0、第2級(jí)接口I1和第3級(jí)接口I2，變電站物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)如圖2所示。圖2變電站物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)I0接口I0接口是設(shè)備在接入層通信的數(shù)據(jù)接口。如變電站輔控設(shè)備與輔控設(shè)備IED的數(shù)據(jù)接口；在線監(jiān)測裝置與綜合在線監(jiān)測單元設(shè)備的數(shù)據(jù)接口；智能變電站中合并單元與保護(hù)測控裝置的數(shù)據(jù)接口等。在輔助監(jiān)控系統(tǒng)中，宜采用串行通信；在線監(jiān)測系統(tǒng)中應(yīng)用層宜采用MODBUS協(xié)議，傳輸層宜采用現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)協(xié)議。I1接口I1接口是設(shè)備/系統(tǒng)在匯聚層通信的數(shù)據(jù)接口。如輔控設(shè)備IED與變電站輔控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)接口；在線監(jiān)測系統(tǒng)中綜合監(jiān)測單元與站端監(jiān)測單元之間的數(shù)據(jù)接口；保護(hù)測控裝置與保護(hù)工程師站之間的數(shù)據(jù)接口等。I1接口也是變電站內(nèi)不同系統(tǒng)站控層設(shè)備之間的數(shù)據(jù)接口。如變電站輔控系統(tǒng)與變電站監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口；變電在線監(jiān)測與變電站監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口等。I1接口宜采用DL/T860協(xié)議。I2接口I2接口是設(shè)備/系統(tǒng)在核心交換層通信的數(shù)據(jù)接口。如在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和輔助監(jiān)控系統(tǒng)中，I2接口應(yīng)滿足DL/T634.5104相關(guān)技術(shù)要求。IO接口通信介質(zhì)變電站物聯(lián)網(wǎng)I0接口的通道類型可分為有線信道和無線信道兩大類。其中有線信道介質(zhì)有：電力線、光纖、雙絞線、同軸電纜等。I0接口通信協(xié)議I0接口通信協(xié)議滿足如下要求:物理層通信協(xié)議宜采用如下協(xié)議：RS-485、RS-232、Ethernet以太網(wǎng)、TokenPassingBUS令牌總線、TokenRing令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI光纖分布數(shù)據(jù)接口、WLan無線局域網(wǎng)、Zigbee、X.21、V.35、ISDN、SDH、CAN、RFID、GSM、GPRS、Bluetooth等；鏈路層通信協(xié)議宜采用如下協(xié)議：Modbus、Ethernet以太網(wǎng)、TokenPassingBUS令牌總、TokenRing令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI光纖分布數(shù)據(jù)接口、WLan無線局域網(wǎng)等；應(yīng)用層通信協(xié)議宜采用如下協(xié)議：DL/T860、Modbus、H.264、HTTP、RTP、RTSP、SIP等。電力無線虛擬專網(wǎng)通信架構(gòu)電力無線虛擬專網(wǎng)是電信運(yùn)營商在自身網(wǎng)絡(luò)之上采用GRE/L2TP/MPLS-VPN等技術(shù)建立的虛擬專用數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)的隔離，通過安全接入平臺(tái)與管理信息大區(qū)互聯(lián)，通過安全接入?yún)^(qū)與生產(chǎn)控制大區(qū)互聯(lián)，見圖3。圖3電力無線虛擬專網(wǎng)通信架構(gòu)安全接入平臺(tái)可在公司總部、分部/省公司/直屬單位兩級(jí)部署，安全接入?yún)^(qū)可在公司總部、分部/省公司/直屬單位、地市公司三級(jí)部署。技術(shù)要求電氣接口要求6.1.1通信接口要求通信接口滿足以下要求：光纖：應(yīng)滿足IEEE802.310Base-FX或IEEE802.3u100Base-FX。同軸電纜：應(yīng)滿足RS-485標(biāo)準(zhǔn)或RS-232標(biāo)準(zhǔn)。雙絞線：應(yīng)滿足IEEE802.310Base-T或IEEE802.3u100Base-TX。無線：應(yīng)滿足IEEE802.3或IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙接口：應(yīng)滿足IEEE802.15.1標(biāo)準(zhǔn)。通用串行總線接口：應(yīng)滿足USB2.0和USB3.0標(biāo)準(zhǔn)。6.1.2電源適應(yīng)性要求變電站物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備電源適應(yīng)性宜滿足以下要求：交流電源要求額定電壓：AC220V/110V。頻率：50HZ。幅值偏差：不大于±10%。諧波含量：<5%。直流電源要求宜采用鋰電池供電。直流允許幅值偏差：額定電壓值的±20%。時(shí)間同步應(yīng)遵循DL/T1100，并滿足下列要求：站用時(shí)間同步系統(tǒng)應(yīng)能接收北斗和GPS授時(shí)信號(hào)（優(yōu)先采用北斗），實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，兩種授時(shí)互為備用，同時(shí)具有守時(shí)功能，條件具備時(shí)也可采用地面授時(shí)時(shí)鐘的授時(shí)信號(hào)。站用時(shí)間同步系統(tǒng)為全站IED和系統(tǒng)進(jìn)行授時(shí)，實(shí)現(xiàn)全站時(shí)間同步，授時(shí)精度滿足各IED和系統(tǒng)的要求。站用時(shí)間同步系統(tǒng)應(yīng)支持IRIG-B、SNTP、GB/T25931等一種或多種對(duì)時(shí)方式，IED和系統(tǒng)至少支持其中一種。電磁兼容6.3.1抗擾度要求變電站在線監(jiān)測、智能巡檢、輔助監(jiān)控所涉及的傳感器、裝置等應(yīng)符合表1的要求。電磁兼容試驗(yàn)應(yīng)在裝置通電工作情況下進(jìn)行。表1抗擾度要求端口試驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)等級(jí)性能判據(jù)外殼靜電放電（ESD）射頻電磁場輻射工頻磁場脈沖磁場阻尼振蕩磁場GB/T17626.2GB/T17626.3GB/T17626.8GB/T17626.9GB/T17626.104級(jí)3級(jí)5級(jí)5級(jí)5級(jí)B或AAAAA交流電源電壓暫降脈沖群浪涌射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾GB/T17626.11GB/T17626.4GB/T17626.5GB/T17626.63類4級(jí)4級(jí)3級(jí)B或AB或AB或AA直流電源脈沖群浪涌射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾GB/T17626.4GB/T17626.5GB/T17626.64級(jí)4級(jí)3級(jí)B或AB或AAI/O信號(hào)/控制（包括功能接地端口的連接線）脈沖群射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾GB/T17626.4GB/T17626.64級(jí)3級(jí)B或AA6.3.2抗擾度性能判據(jù)性能判據(jù)如下：試驗(yàn)過程中，在技術(shù)要求限值內(nèi)功能或性能正常，可判定為A級(jí)。試驗(yàn)過程中，功能或性能暫時(shí)降低或喪失，但能自行恢復(fù)，可判定為B級(jí)。試驗(yàn)過程中，功能或性能暫時(shí)降低或喪失，但需要人工干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位才能恢復(fù)，可判定為C級(jí)。試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)設(shè)備（元件）或軟件損壞（存儲(chǔ)數(shù)