Substation Automation Construction and Implementation Based on Communication Protocol

JIANG Nan

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)也在不斷的創(chuàng)新和完善，電力電子技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)等越來(lái)越多技術(shù)開(kāi)始作用于社會(huì)生活和工作中，改善了社會(huì)生活質(zhì)量和社會(huì)生活體驗(yàn)。在這當(dāng)中，社會(huì)生活和生產(chǎn)對(duì)于電力的需求越來(lái)越多，由此使得電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，從而在當(dāng)電網(wǎng)容量不斷擴(kuò)大的同時(shí)，電網(wǎng)的信息傳輸量也在不斷增加，所以需要對(duì)電網(wǎng)中變電站系統(tǒng)進(jìn)行完善和改造，體現(xiàn)出變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，以此研究基于通訊規(guī)約的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)。

Abstract： With the development and progress of society， science and technology are constantly innovating and perfecting at this stage. More and more technologies such as power electronics technology and automation technology are beginning to be used in social life and work， improving the social life quality and social life experience. The demand for electricity in social life and production is increasing， which makes the structure of the power system more complicated. Therefore， while the capacity of the power grid is continuously expanding， the information transmission capacity of the power grid is also increasing， so it is necessary to improve and transform the substation system in the power grid to reflect the advantages of the substation automation system， and studies the construction and implementation of the substation automation system based on the communication protocol.

關(guān)鍵詞：通訊規(guī)約;電力監(jiān)控系統(tǒng);電力綜控系統(tǒng)

Key words： communication protocol;power monitoring system;power comprehensive control system

中圖分類號(hào)：TM734? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）32-0213-02

1? 通訊規(guī)約在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要作用

目前由于變電站所采用的通訊規(guī)約在標(biāo)準(zhǔn)方面不夠統(tǒng)一，原因在于各個(gè)不同的供應(yīng)商有其獨(dú)自的產(chǎn)品通信協(xié)議，以此使得不同變電站所采用的產(chǎn)品供應(yīng)商不同，相應(yīng)的通訊規(guī)約也會(huì)不同。所以現(xiàn)階段為了能夠快速的傳遞信息、收集和處理需求，實(shí)現(xiàn)變電站與遠(yuǎn)方終端和用戶之間的聯(lián)系，也為了能夠盡快與國(guó)際接軌，在未來(lái)采用一種或者幾種通訊規(guī)約，是能夠促進(jìn)我國(guó)電力企業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展、促進(jìn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能完善的基礎(chǔ)。

對(duì)于變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要想使得變電站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，并且使得主機(jī)、終端設(shè)備以及各個(gè)工作站和工程師站等實(shí)現(xiàn)有效且高效的聯(lián)系，就要遵循一定的通訊規(guī)約，通訊規(guī)約是整個(gè)變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)和核心技術(shù)，從而若是沒(méi)有既定的通訊規(guī)約，變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)在進(jìn)行通信時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)信息傳遞的紊亂以及通信網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，所以為了保障變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須要采用合適的通訊規(guī)約，從而最大程度上降低通信故障造成的損失。

2? 通訊規(guī)約選擇的方案實(shí)現(xiàn)

2.1 站控層-間隔層解決方案

解決方案建議選擇“漸進(jìn)式柔性改造”的實(shí)現(xiàn)形式。首先，對(duì)于硬件的設(shè)置，保持原來(lái)的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)不變，在此基礎(chǔ)上增添基于X86的硬件平臺(tái)。使用Linux系統(tǒng)作為監(jiān)控系統(tǒng);其次，對(duì)于軟件方面，在間隔層的測(cè)控和保護(hù)不斷改進(jìn)過(guò)程中，將由IEC61850規(guī)約代替原有的NET103規(guī)約。而對(duì)于暫時(shí)無(wú)法進(jìn)行過(guò)渡的間隔層的設(shè)備，可以選擇使用原有的通訊規(guī)約。并且也可以選擇增加總控轉(zhuǎn)換協(xié)議進(jìn)行過(guò)渡。以此實(shí)現(xiàn)整體的過(guò)渡。如圖1所示為站控層-間隔層規(guī)約改造方案。

2.2 站端-調(diào)度端解決方案

對(duì)于解決方案的設(shè)定選擇在原運(yùn)動(dòng)屏柜內(nèi)部對(duì)現(xiàn)場(chǎng)形式的配線，以此使用新的總控裝置代替原有舊的總控裝置。最終舊的總控裝置會(huì)退出運(yùn)行。具體的，是將NSC330代替NSC200。前者是基于一種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和嵌入式的操作平臺(tái)，并結(jié)合兩路一百兆網(wǎng)口，將其接入到站控層的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，進(jìn)行全站數(shù)據(jù)的采集和處理，其能夠?qū)崿F(xiàn)四路一百兆網(wǎng)口的以太網(wǎng)規(guī)約調(diào)度通訊需求，并且最大支持網(wǎng)絡(luò)端口IEC104的16個(gè)端口連接數(shù)量。

這當(dāng)中NSC330型的運(yùn)動(dòng)裝置一方面在功能實(shí)現(xiàn)當(dāng)中能夠替代原有的設(shè)備;另一方面更能夠在性能和支持的網(wǎng)口數(shù)量方面滿足實(shí)際的需求。

3? 基于通訊規(guī)約上的變電站自動(dòng)化建設(shè)

3.1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)IEC 61850通訊規(guī)約

3.1.1 面向設(shè)備、面向?qū)ο蠼?/p>

此項(xiàng)通訊規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)使用直接面向?qū)ο蠼５募夹g(shù)，以此對(duì)客戶/服務(wù)器模型進(jìn)行了定義，如圖2所示。這當(dāng)中，IED內(nèi)部包含一個(gè)或者多個(gè)服務(wù)器，并且所包含的服務(wù)器內(nèi)部又有一個(gè)或者多個(gè)邏輯設(shè)備。在包含的邏輯設(shè)備當(dāng)中，邏輯設(shè)備會(huì)有相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)，因此此項(xiàng)通訊規(guī)約體系能夠?qū)?yīng)用功能進(jìn)行分解，以此使得最小的實(shí)體邏輯節(jié)點(diǎn)能夠用作通信。再根據(jù)不同邏輯節(jié)點(diǎn)的不同功能，每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)由特殊屬性的數(shù)據(jù)構(gòu)成。由此數(shù)據(jù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)屬性會(huì)通過(guò)特定的服務(wù)器進(jìn)行信息的交換。

3.1.2 使用分層、分布體系

對(duì)于變電站內(nèi)部的信息分層概念進(jìn)行了提出，從而無(wú)論是對(duì)于物理方面還是邏輯方面的概念理解，都將變電站的通信體系進(jìn)行三個(gè)層次的劃分。主要為：變電站層、間隔層和過(guò)程層。并以此將層次之間的通信接口進(jìn)行定義。

3.1.3 面向應(yīng)用開(kāi)放的完善的自我描述

具體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用的是面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自我描述，從而借助這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，在相應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)之內(nèi)就能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行自我描述，之后接收方接收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)本身就會(huì)帶有一定的說(shuō)明，因此無(wú)需再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終能夠直接建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收工作量、減少數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)工作量。

3.1.4 使用抽象通信服務(wù)接口（ACSI）、特殊通信服務(wù)映射SCSM技術(shù)

對(duì)于TCP/IP和OSI現(xiàn)場(chǎng)總線等各種通信系統(tǒng)已經(jīng)建立，考慮到網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議當(dāng)中的ACSI相對(duì)獨(dú)立，因此其與所采用的網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)。進(jìn)而此項(xiàng)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)使用了SCSM特殊通信服務(wù)映射技術(shù)，由此此項(xiàng)技術(shù)能夠根據(jù)對(duì)象的不同和相應(yīng)參數(shù)以及服務(wù)等，提供相應(yīng)的技術(shù)支持，幫助實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)際需求。

3.1.5 使用XML的配置技術(shù)

用來(lái)描述對(duì)于通訊有關(guān)的智能電子裝置的參數(shù)和配置、開(kāi)關(guān)間隔以及通信系統(tǒng)配置的IEC61850，即substation configuration language（變電站配置語(yǔ)言SCL）。其是借助可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言ex-tented markup language，（XML）為基礎(chǔ)的。

3.1.6 互操作性

作為互換性的基礎(chǔ)和前提條件，對(duì)于不同廠家所提供的IED智能裝置之間的信息交換，在IEC61850中能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同操作的需求。

3.2 基于IEC 61850的變電站功能和IED模型的建?；A(chǔ)

在進(jìn)行相應(yīng)的建模過(guò)程中，首先是明確裝置所能夠?qū)崿F(xiàn)的具體功能，以此在熟悉和了解其原理的基礎(chǔ)上，對(duì)主要的功能進(jìn)行完整的表述，以此再對(duì)設(shè)備的通信要求進(jìn)行提出，具體結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)系統(tǒng)具體功能和節(jié)點(diǎn)分類的要求不同，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，這當(dāng)中對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有的項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)自定義的方式對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇。之后標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)象類選擇完成之后，就可以以這些類為模板，建立所需要的實(shí)例，實(shí)例當(dāng)中包含具體的系統(tǒng)邏輯設(shè)備和邏輯節(jié)點(diǎn)。這就能夠正確表示多種數(shù)據(jù)的對(duì)象，在當(dāng)抽象數(shù)據(jù)的屬性得到定義之后，最終的公共數(shù)據(jù)就會(huì)由數(shù)據(jù)屬性的序列和數(shù)據(jù)屬性組成。

為了滿足上述要求和具體的規(guī)定，使得功能能夠?qū)崿F(xiàn)自由分布，就要將其分為主要的節(jié)點(diǎn)，以邏輯方式進(jìn)行控制，最終使得相應(yīng)的邏輯節(jié)點(diǎn)能夠分布在一個(gè)或者多個(gè)物理裝置當(dāng)中。這當(dāng)中需要考慮的問(wèn)題是，要建立一個(gè)特殊的邏輯節(jié)點(diǎn)，原因在于某些參數(shù)只與物理裝置本身具有的屬性有關(guān)，對(duì)于其他功能并未涉及。其中，LN代表一個(gè)設(shè)備，LLN0具有多種功能，因此對(duì)于當(dāng)前的功能和后期的功能定義，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)對(duì)其進(jìn)行滿足，所以考慮于此，要做到功能的可拓展，并做好標(biāo)準(zhǔn)化和詳盡描述。從而LN之間具有非常重要的交互作用。

4? 總結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電力電子技術(shù)等的發(fā)展，現(xiàn)階段社會(huì)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜多樣，所具有的功能也更多，從而能夠進(jìn)行傳輸?shù)男畔⒘恳哺?。但隨著需求的增大，就更需要電網(wǎng)以及相應(yīng)的變電站保障功能的完整性和滿足更多的需求。以此對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)和通信過(guò)程提出更多更具體的規(guī)定，使得通訊規(guī)約技術(shù)可以作用在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)通信過(guò)程和更高運(yùn)行要求當(dāng)中。從而通訊規(guī)約作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的重要保障，是目前變電站穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)和前提。

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作者簡(jiǎn)介：姜南（1981-），男，江蘇南京人，碩士研究生，電力工程師，研究方向?yàn)殡娏ψ詣?dòng)化。