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        饋線自動化通信系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

        2014-10-15 11:54:33燕春花
        中國新通信 2014年18期

        燕春花

        【摘要】 在配網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中,線路分支較多,運(yùn)行方式較復(fù)雜,提高配網(wǎng)的自動化程度是問題的關(guān)鍵所在。這與通信系統(tǒng)密切相關(guān)。本文著重分析了饋線自動化系統(tǒng)對通信技術(shù)的要求,針對基于復(fù)向通信的饋線自動化系統(tǒng),提出了基于IEC68150的光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通信系統(tǒng)的設(shè)計方案,并對終端的信息傳遞做了詳細(xì)闡述。

        【關(guān)鍵詞】 饋線自動化 通信系統(tǒng) IEC61850 光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)

        隨著供電安全可靠性要求的不斷提高,經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展對配電自動化技術(shù)水平提出了更高的要求。饋線自動化FA(Feeder Automation)配電網(wǎng)最基本也是最重要的組成部分,是提高配電網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一。饋線自動化系統(tǒng)是指變電站出線到用戶用電設(shè)備之間的饋電線路自動化,可以使配電企業(yè)在遠(yuǎn)方以實(shí)時方式監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的自動化系統(tǒng)。饋線自動化的各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸或其自動化程度離不開通信系統(tǒng),通信系統(tǒng)的建設(shè)是饋線自動化實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)。

        由于通信技術(shù)的不斷發(fā)展,饋線自動化系統(tǒng)可選擇的通信手段多種多樣。其中包括光纖通信、電力線載波通信、GPRS/CDMA等。伴隨著這些技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用,合理選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議、通信技術(shù)和組網(wǎng)方式,建設(shè)滿足饋線自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸要求的通信系,是饋線自動化建設(shè)的關(guān)鍵。

        一、饋線自動化對通信系統(tǒng)的要求

        1.1對通信協(xié)議的要求

        (1)協(xié)議應(yīng)具有一定的開放性。就是為理解來自設(shè)備的數(shù)據(jù)意義提供必要的信息,從而 保證各廠家設(shè)備之間具有相互可操作性。

        (2)保證用戶傳輸?shù)男畔㈤L度不受限制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

        (3)強(qiáng)壯性。每段應(yīng)用層信息或每個數(shù)據(jù)鏈路幀可以要求接收方的確認(rèn)。

        (4)有效性。不同的數(shù)據(jù)類型具有不同的查詢周期,有緊急情況發(fā)生時要求從站可以不經(jīng)請求就發(fā)出應(yīng)答信息,從而保證重要信息的及時傳輸。

        1.2對通信組網(wǎng)模式的要求

        (1)可靠性:配電現(xiàn)場(戶外或配電房)的各個配電網(wǎng)通信終端系統(tǒng)要求有很高的可靠 性。首先,由于環(huán)境的惡劣,要選用能夠經(jīng)得起高溫,潮濕的設(shè)備;其次,由于通信終端安放在電磁場較強(qiáng)的配電線附近,為防止外界影響通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,還要能抵抗較強(qiáng)的電磁干擾;第三,通信保持通暢。

        (2) 在線路故障時保證正常通信:要有雙向通信能力,大部分饋線自動化功能需用雙向通信功能。饋線自動化系統(tǒng)具有故障定位、隔離及恢復(fù)供電能力,在線路故障或結(jié)構(gòu)變化時,F(xiàn)TU與主站之間的通信不能受影響。

        (3)通信速率:通信速率的選擇依據(jù)饋線自動化終端的數(shù)據(jù)量及實(shí)時性要求而定,饋線FTU通信速率的選擇為1200-9600 bit/s。

        (4)設(shè)備靈活,易于安裝:配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣,各種終端對安裝環(huán)境要求不同,使通信設(shè)備復(fù)雜。通信設(shè)備是符合工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的,要求安裝方便,調(diào)試簡單,運(yùn)行可靠,便于維護(hù)。

        (5) 擴(kuò)展性:指通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和通信系統(tǒng)的擴(kuò)展度。標(biāo)準(zhǔn)化程度包括通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程度、通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化程度??蓴U(kuò)展程度主要指現(xiàn)行通信系統(tǒng)能否進(jìn)行功能擴(kuò)充和等級提升,能否滿足未來的通信要求。

        二、通信協(xié)議的說明

        在通信系統(tǒng)中,通信協(xié)議稱為通信雙方共同遵循的約定。協(xié)議一般都規(guī)定了同步方式、幀格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)則。當(dāng)今廣泛應(yīng)用的有四大通信協(xié)議:101協(xié)議、104協(xié)議、DNP3.0和IEC61850協(xié)議。本文采用的是IEC61850協(xié)議,此協(xié)議應(yīng)用于通信系統(tǒng)中有如下突出特點(diǎn):

        (1)采用分層、分布的體系結(jié)構(gòu),便于同能的自由分配。

        (2)采用面向?qū)ο蟮男畔⒔<夹g(shù),在信息源定義數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性,是維護(hù)和管理更加方 便。

        (3)使用抽象通信服務(wù)接口和特殊通信服務(wù)映射技術(shù),使抽象建模與具體實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立,服務(wù)與通信網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立。

        (5)采用配置描述語言進(jìn)行設(shè)備自描述,易于實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展和智能電子設(shè)備間的互操作。

        尤其是IEC61850中的Goose模型是以高速P2P(peer-to-peer)通信為基礎(chǔ)的,它替代了傳統(tǒng)的智能電子設(shè)備之間硬接線的通信方式,為邏輯節(jié)點(diǎn)間的通信提供了快速且高效的可靠的方法。實(shí)現(xiàn)了真正的P2P通信,任一電子設(shè)備與其他的電子設(shè)備通過以太網(wǎng)相連,可以為訂閱端接受數(shù)據(jù),也可以為發(fā)布端其他的電子設(shè)備提供數(shù)據(jù)。

        三、基于復(fù)向通信的饋線自動化通信系統(tǒng)方案設(shè)計思路

        3.1基于復(fù)向通信的饋線自動化系統(tǒng)的簡介

        基于復(fù)向通信的饋線自動化系統(tǒng),以配電自動化智能終端為基點(diǎn),其功能包括兩部分:基于相鄰?fù)ㄐ诺木偷刂悄鼙Wo(hù)功能和基于主站通信的饋線自動化三遙功能。復(fù)向通信為智能終端所具有的相鄰?fù)ㄐ藕椭髡就ㄐ殴δ艿目偡Q,其中相鄰的智能終端與智能終端之間的通信簡稱相鄰?fù)ㄐ牛悄芙K端與主站(子站)之間的通信簡稱為主站通信。

        以智能終端為基礎(chǔ)的復(fù)向通信要求自動化系統(tǒng)配備環(huán)網(wǎng)通信系統(tǒng)。

        3.2基于復(fù)向通信的饋線自動化通信系統(tǒng)的設(shè)計

        3.2.1 饋線自動化的通信層次與饋線自動化整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)。

        通信系統(tǒng)可采用分層結(jié)構(gòu)——骨干層和接入層,通信節(jié)點(diǎn)為通信主站、通信子站和通信終端。整體通信結(jié)構(gòu),其具體設(shè)計如下:

        (1)通信主站與通信子站之間的主干通信網(wǎng)。此通信層的信息數(shù)據(jù)量大,可靠性要求高,一般采用光纖通信方式,組成自愈環(huán)型結(jié)構(gòu)。通過三層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連接。

        (2)通信子站與饋線終端的通信。在配電網(wǎng)中終端的數(shù)量很大,針對基于復(fù)向通信的饋線自動化系統(tǒng),單個或就近成組的配電終端不僅需要與上級主站或子站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,也可以滿足終端之間的互通信,來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)向通信。這就需要采用光纖以太網(wǎng)交換機(jī)組成環(huán)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)這一要求。

        3.2.2工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢

        (1)工業(yè)級技術(shù)成熟。其技術(shù)成熟且產(chǎn)品多樣,組網(wǎng)方式豐富,可滿足各種現(xiàn)場要求。

        (2)自愈能力強(qiáng)。采用自愈環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)組網(wǎng),自愈時間小于300ms,保證了通信系統(tǒng)的無中 斷運(yùn)行。

        (3)速率高。采用光纖以太網(wǎng)技術(shù),能夠達(dá)到千兆速率,完全可以滿足終端設(shè)備對通信速率的要求。

        四、以下圖饋線系統(tǒng)為例說明復(fù)向通信的工作過程

        (1)正常運(yùn)行時,饋線的各監(jiān)控終端通過主站通信將終端信息傳至監(jiān)控主站,同時接受主站對本終端和開關(guān)的操作指令,保障主站對系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測和控制。

        (2)當(dāng)?shù)鼐€路發(fā)生故障時,通過就地智能保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障的快速隔離和快速恢復(fù)供電。

        假設(shè)L3區(qū)段發(fā)生永久性故障時,F(xiàn)TU1、FTU2、FTU3均檢測到故障,檢測到故障的開關(guān)均向相鄰開關(guān)發(fā)送Goose信息,也接受相鄰開關(guān)的信息,因?yàn)镕TU4沒有檢測到故障信息,F(xiàn)TU3判斷為故障在自己下方快速跳閘、開斷故障,因?yàn)镕TU2和FTU3同時檢測到故障,F(xiàn)TU2判斷故障不在自己下方,自動按照后備保護(hù)跳閘延時工作,F(xiàn)TU1接受到FTU2的Goose報文同樣也可以按照后備保護(hù)延時工作,F(xiàn)TU3開斷故障后,F(xiàn)TU1和FTU2保護(hù)返回。

        FTU4收到FTU3的Goose信息后,F(xiàn)TU4判斷為故障在自己上方也自動跳閘隔離故障區(qū)段。 此時故障區(qū)段已經(jīng)被隔離。但是FTU4與FTU5之間的區(qū)段沒有恢復(fù)供電。此時由FTU4向FTU5發(fā)送Goose信息。

        FTU5在接收這條Goose信息后,,沒有發(fā)現(xiàn)相鄰開關(guān)的故障信息,證明故障不在本開關(guān)兩側(cè),自動延時合閘轉(zhuǎn)供,恢復(fù)FTU4與FTU5之間區(qū)段的供電。

        (3)各終端的信息上傳到通信管理機(jī),采用104規(guī)約接入配電主站。

        五、總 結(jié)

        隨著IEC61850通信協(xié)議在配電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,光纖工業(yè)以太網(wǎng)已成為饋線自動化通信系統(tǒng)的核心通信技術(shù)。復(fù)向通信系統(tǒng)大大提高了配網(wǎng)的自動化程度,終端的互操作性提高了故障區(qū)域的自動化隔離及非故障區(qū)域的恢復(fù)供電的時間,提高供電可靠性。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1]余南華,陳云瑞.通信技術(shù)[M].中國電力出版社,2012.

        [2]韓國政.基于IEC61850的配電網(wǎng)自動化開放式通信體系[D].山東大學(xué),2011.

        [3]權(quán)南.智能電網(wǎng)中的配電通信網(wǎng)關(guān)鍵問題探討[J].電信科學(xué),2010(s3).

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