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        基于阻斷隔離技術(shù)的電力電量綜合采集裝置的研究

        2019-10-21 08:42:52張心心陳培東孫瀅濤陳水標(biāo)周進(jìn)
        科學(xué)大眾 2019年11期
        關(guān)鍵詞:安全監(jiān)測

        張心心 陳培東 孫瀅濤 陳水標(biāo) 周進(jìn)

        摘? ?要:為了實(shí)現(xiàn)對小火電和新能源發(fā)電站等小型發(fā)電站進(jìn)行全面準(zhǔn)確地監(jiān)視和控制,增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸安全性,文章探討了一種基于阻斷隔離技術(shù)的電力電量綜合采集裝置的設(shè)計(jì),分析了該裝置的功能和原理。數(shù)據(jù)采集總線系統(tǒng)由同步時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)總線、外部網(wǎng)絡(luò)通信模塊、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信模塊、安全監(jiān)測模塊組成。外部網(wǎng)絡(luò)模塊與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)模塊之間、內(nèi)部不同的網(wǎng)絡(luò)通信模塊之間不是直接連通,而是通過系統(tǒng)內(nèi)部總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,從而達(dá)到數(shù)據(jù)同步采集、安全監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)之間物理阻斷隔離的目的。

        關(guān)鍵詞:SNOP;內(nèi)部總線交互;同步采集;安全監(jiān)測;阻斷隔離

        現(xiàn)如今,數(shù)量龐大的小型水(火)電站、自備電廠及地方電廠等非統(tǒng)調(diào)電源缺乏完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料,無法滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的業(yè)務(wù)需求。電網(wǎng)中如果有異常,調(diào)度部門無法對小型電站進(jìn)行控制并及時(shí)將電源脫離電網(wǎng)。為實(shí)現(xiàn)將各類小型發(fā)電站的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到電網(wǎng)平臺,為電力有效分配提供依據(jù)并增加電網(wǎng)的可靠性,有必要開展電力電量采集裝置的相關(guān)研究。

        有關(guān)學(xué)者開展了一些采集裝置的相關(guān)研究,主要集中在移動式裝置研發(fā)[1]、通信故障調(diào)試方法[2]、采集算法研究[3]等領(lǐng)域。目前,小型電站在數(shù)據(jù)傳輸時(shí),主要使用無線通道傳輸,數(shù)據(jù)傳輸過程沒有加密裝置,安全性低,阻斷隔離技術(shù)提高數(shù)據(jù)傳輸過程中安全性的一種技術(shù)手段。

        本文主要介紹了采集裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),從采集總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、同步采集與內(nèi)部總線交互、模塊認(rèn)證與數(shù)據(jù)過濾、安全監(jiān)測等方面重點(diǎn)分析了阻斷隔離技術(shù)的原理實(shí)現(xiàn)。

        1? ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        電力電量綜合采集裝置支持三相三線或三相四線交流數(shù)據(jù)和遙信狀態(tài)量等數(shù)據(jù)的采集功能,能夠使小水電站、小火電站、風(fēng)電站、太陽能電站等小型電站安全可靠接入電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)監(jiān)控自動化的功能,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        裝置采用模塊化設(shè)計(jì),由交流采集模塊、遙信采集模塊、無線通信加密模塊(包含主控、無線通信和加密模塊)、232串口通信模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、485串口通信模塊、電源模塊等組成。

        2? ? 阻斷隔離技術(shù)

        數(shù)據(jù)采集總線系統(tǒng)由同步時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)總線、外部網(wǎng)絡(luò)通信模塊、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信模塊、安全監(jiān)測模塊組成。外部網(wǎng)絡(luò)模塊與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)模塊之間、內(nèi)部不同的網(wǎng)絡(luò)通信模塊之間不是直接連通,而是通過系統(tǒng)內(nèi)部總線數(shù)據(jù)交互,從而達(dá)到數(shù)據(jù)同步采集、安全監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)之間物理阻斷隔離的目的。數(shù)據(jù)采集總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        模塊與模塊之間通過數(shù)據(jù)總線分時(shí)隙報(bào)告的方式,在總線上交互數(shù)據(jù)。通過安全監(jiān)測模塊對總線數(shù)據(jù)的管理配置,可以實(shí)現(xiàn)模塊之間的數(shù)據(jù)過濾,從而實(shí)現(xiàn)模塊之間的數(shù)據(jù)安全交互,并實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間網(wǎng)絡(luò)的阻斷隔離。

        2.1? 同步采集與內(nèi)部總線交互

        數(shù)據(jù)采集總線系統(tǒng)如圖3所示。系統(tǒng)根據(jù)同步脈沖信號觸發(fā),各模塊同步采集各自的數(shù)據(jù),并保存在各自的內(nèi)存數(shù)據(jù)中。在下一個(gè)同步周期,按傳輸優(yōu)先級設(shè)置,在總線上報(bào)告各自的內(nèi)存數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了各模塊之間數(shù)據(jù)的時(shí)間一致性。由于是在總線上交互數(shù)據(jù),每個(gè)模塊都可以收到總線上的數(shù)據(jù),可以根據(jù)各自的需求,選擇性地獲取相關(guān)數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)了模塊之間的數(shù)據(jù)交互。

        同樣,安全監(jiān)測模塊也可以在總線上獲取每個(gè)模塊的數(shù)據(jù)信息,從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的監(jiān)測功能。并可通過安全監(jiān)測模塊對總線的管理,實(shí)現(xiàn)各模塊數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂乒δ?,以達(dá)到模塊與模塊之間數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)淖钄喔綦x。

        2.2? 模塊認(rèn)證與數(shù)據(jù)過濾

        通信模塊包括內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信模塊和外部網(wǎng)絡(luò)通信模塊,新的通信模塊接入系統(tǒng)的時(shí)候,必須要通過安全監(jiān)測模塊的認(rèn)證。當(dāng)新的通信模塊接入系統(tǒng)時(shí),首先檢測內(nèi)部總線是否空閑,在總線空閑的時(shí)候發(fā)起接入請求。安全監(jiān)測模塊收到請求后,如果認(rèn)為是合法的模塊,則在下一個(gè)總線數(shù)據(jù)交互周期,發(fā)布新的模塊配置信息報(bào)告,新模塊收到報(bào)告后,在總線對應(yīng)的模塊通信時(shí)隙報(bào)告數(shù)據(jù),其認(rèn)證流程如圖4所示。

        在一個(gè)新的總線交互區(qū),首先是安全監(jiān)測模塊的模塊配置報(bào)告,配置報(bào)告里面包含各模塊發(fā)送優(yōu)先級以及各模塊的接收內(nèi)容,模塊配置信息格式如表1所示。

        各模塊根據(jù)配置報(bào)告,接收對應(yīng)的數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全傳輸及數(shù)據(jù)過濾。

        2.3? 安全監(jiān)測

        安全監(jiān)測模塊可檢測各通信模塊的模塊信息,并可通過配置,以實(shí)現(xiàn)對對應(yīng)通信模塊的數(shù)據(jù)監(jiān)測。安全監(jiān)測模塊可根據(jù)需求存儲對應(yīng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測信息和模塊信息,并可根據(jù)需求在總線上報(bào)告對應(yīng)的監(jiān)測信息。

        3? ? 結(jié)語

        本電力電量綜合采集裝置采集數(shù)據(jù)的功能較為全面,采用模塊設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集總線系統(tǒng)中,由于外部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間沒有實(shí)際的通信連接和任何協(xié)議的交互,只有內(nèi)部總線上各自內(nèi)存數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)拷貝,通過對總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測管理,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)之間安全通信和真正意義上的網(wǎng)絡(luò)阻斷隔離。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]馮璇,徐剛,沙征,等.可移動式配電站出線電量采集裝置[J].電力與能源,2018(2):166-169.

        [2]韓廣偉,于福水,潘鵬飛.變電站電量采集裝置通信故障的調(diào)試方法[J].農(nóng)村電氣化,2018(9):41-42.

        [3]蔡玉庫,徐占江,陸軍,等.智能電量采集裝置中FFT算法研究[J].中國新通訊,2012(19):29-30.

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