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)

2、絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇;第 5章基于 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) . 4 1.1 變電站綜合自動化的概念 . 4 1.2 變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)的基本功能 . 5 1.3 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 . 9 2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信內(nèi)

3、容 . 9 2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)通信功能 . 9 2.3 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式 . 10 2.4 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳信息通道 . 11 第 3章 綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) . 14 3.1 通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) . 14 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) . 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 . 16 4.1 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇 . 16 4.2 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 . 20 5.1 智能變電站的主要技術(shù)特征 . 20 5.2 IEC 61850概述 . 21

4、5.3 IEC 61850通信規(guī)約的技術(shù)特點(diǎn) . 22 5.4 IEC 61850模型概述 . 24 5.5 基于 IEC 61850變電站自動化系統(tǒng) . 25 5.6 IEC 61850與智能變電站的關(guān)系 . 27 5.7 基于 IEC 61850標(biāo)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) . 30 6.1 變電站的通信規(guī)約說明 . 30 6.2 過程層安裝方式 . 31 6.3 交換機(jī)配置及 GOOSE 的實現(xiàn) . 32 6.4 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 . . 35 7.1 存在問

5、題 . 35 7.2 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(yùn)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

6、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(yùn)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 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)

7、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(dú)立的功能系統(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(yùn)

8、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

9、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(yùn)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)、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

10、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(

11、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(yùn)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 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(yùn)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

12、,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(yùn)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(yùn)行管理的自動化水平高;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

13、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(yùn)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

14、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。 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

15、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)的正常可靠運(yùn)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(yùn)以來,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

16、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。 圖 1 集中式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.3.2 分層分布式結(jié)構(gòu)形式分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動

17、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。 站控層(2層間隔層(1層過程層(0層圖 2 110KV分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(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

18、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(yùn)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劳瓿?與間隔層之間的信息交換, 從而實現(xiàn)對全變電站所

19、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(dú)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

20、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),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(diǎn)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)

21、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?種。(1現(xiàn)場一次設(shè)備與間隔層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(yùn)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

22、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、隔離開關(guān),主 變壓器分接開關(guān)位置、各間隔層運(yùn)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(diǎn),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

23、。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(dú)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

24、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

25、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、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(dú)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?？梢砸宰止?jié)為單位(8位數(shù)據(jù)總線并行 傳送,也可以以字為

26、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(diǎn)是可

27、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(diǎn)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(diǎn)保護(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。 (b圖 3 并行和串行數(shù)據(jù)傳輸方式示意圖(a 并行數(shù)據(jù)傳輸;(b 串行數(shù)據(jù)傳輸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

28、或敷設(shè)線路的一種通信方式。其特點(diǎn)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

29、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。 圖 4 電力線載波信道的信息傳輸框圖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 300MHz 300GHz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, 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(diǎn)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.

30、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(diǎn)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?處的一種通信手段。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式 已越來越得到廣泛的應(yīng)用。其特點(diǎn)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

31、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?化。如圖所示,光纖通道示意圖。 發(fā)LEDLED光檢測器圖 5 光前通信構(gòu)成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

32、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?經(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)

33、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(diǎn)相連。它以中央節(jié)點(diǎn)為中心,一個節(jié)點(diǎn)向另一個節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù),必須向中央節(jié)點(diǎn)發(fā)送 請求,一旦建立連接,這兩個節(jié)點(diǎn)之間就是一條專用連接線路,信息傳輸通過中央節(jié)點(diǎn) 的存儲 轉(zhuǎn)接來完成。這種結(jié)構(gòu)要求中央節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。缺點(diǎn)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(diǎn)連接起來,從而形成一個 共享信道。它的所有節(jié)點(diǎn)都通過相應(yīng)的硬件接口連接到一條無源公共線上,任何一個節(jié) 點(diǎn)發(fā)出的信息都可沿著總線傳輸,

34、并被總線上其它任何一個節(jié)點(diǎn)接受。它的傳輸方向是 從發(fā)送點(diǎn)向兩端擴(kuò)散傳送,是一種廣播式結(jié)構(gòu)。每一個節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)卡上有一個收發(fā)器,當(dāng) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的目的地址與某一節(jié)點(diǎn)的接口地址相符時,該節(jié)點(diǎn)即接受該信息。其結(jié)構(gòu)簡單、擴(kuò)建方便;一個節(jié)點(diǎn)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(diǎn)同時向一個節(jié)點(diǎn)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。 (a 電 纜 頭(b 圖 6 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(diǎn)和一根總線相連,每一節(jié)點(diǎn)都可以和其它接點(diǎn)直接通信,消除了瓶頸現(xiàn)象

35、,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-42

36、2串口為全雙工; RS-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(diǎn)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(diǎn)對點(diǎn), 上位機(jī)一個通信口最多只能接 10個節(jié)點(diǎn), RS-485串口構(gòu)成一主多從,只能接 32個節(jié)點(diǎn),此外有信號反射、中間節(jié)點(diǎn) 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(diǎn)連接在一起,可以方便的增減節(jié)點(diǎn);具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn) 對多點(diǎn)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

37、網(wǎng)在小于 40m 時達(dá) 1Mb/s, CAN 網(wǎng)在節(jié)點(diǎn)出錯時可自動切除與總線的聯(lián)系, Lon Works網(wǎng)在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)異常時可使該 節(jié)點(diǎn)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

38、 變電站節(jié)點(diǎn)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 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(diǎn),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)

39、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(dú)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)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(diǎn)如何共享公用總線的問題。在以太網(wǎng)中,任何節(jié)點(diǎn)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(diǎn),網(wǎng) 中節(jié)點(diǎn)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

40、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(diǎn)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(diǎn):先聽后發(fā)、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(diǎn)是:信道帶寬較寬; 傳輸速率可達(dá) 10Mbit/s, 誤碼率很低 (一般為 1011-108-Mbit/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:

41、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)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(diǎn)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(yùn)行。 圖 7 以太(Ethernet 框圖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

42、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(dú)立,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

43、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)方通信功能。 變電站層 Lonworks1間隔層 Lonworks2至調(diào)度中心專圖 8 采用 Lonworks 網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)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

44、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

45、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)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)

46、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(yùn)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)

47、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)。第 5章 基于 IE

48、C 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 “ Communi

49、cation networks and system in substations ”,即變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。其技術(shù)特點(diǎn)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

50、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(diǎn)。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(yùn)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

51、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)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(diǎn),可以將其集成在智能開關(guān)設(shè)備系 統(tǒng)

52、(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。 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

53、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

54、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(yùn)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(yùn)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(yùn)行管理自動化水平、大大簡化了運(yùn)行維護(hù)。5.2 IEC 61850概述IEC 61850的宗旨是“一個