變電站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)雙平面接入研究

摘要：針對(duì)目前調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)日益完善卻有大量110kV變電站上位端無(wú)法通過(guò)該數(shù)據(jù)專網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)默F(xiàn)狀，提出在不改變和更換現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)廠站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)雙平面?zhèn)鬏數(shù)乃悸罚槲覈?guó)電網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的智能化改造提出了網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展方向，以及具體的實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：通信服務(wù)器；下載式規(guī)約；規(guī)約轉(zhuǎn)換

作者簡(jiǎn)介：朱思杰（1981-），男，四川南江人，安徽省電力公司淮北供電公司，工程師。（安徽#8194;淮北#8194;235000）

中圖分類號(hào)：TM73#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2012）15-0151-02

一、目的和意義

隨著電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)通信專網(wǎng)的建立和完善，網(wǎng)絡(luò)通信的高速、可靠、低成本已經(jīng)顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電力數(shù)據(jù)通信已經(jīng)是大勢(shì)所趨。

新一代智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（SG-OSS）的建立，對(duì)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全可靠性提出了更高要求。要滿足電網(wǎng)調(diào)度信息傳輸?shù)目煽啃砸?，?duì)現(xiàn)有廠站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)雙平面?zhèn)鬏數(shù)母脑?，已?jīng)勢(shì)在必行。

在我國(guó)電網(wǎng)中，還有不少變電站和發(fā)電廠遠(yuǎn)動(dòng)（RTU/監(jiān)控系統(tǒng)）、功角測(cè)量、電量計(jì)費(fèi)、即時(shí)信息系統(tǒng)、保護(hù)信息子站，還在使用著低速的串口通信和老的通信規(guī)約，不但數(shù)據(jù)傳輸速度提不上去，誤碼率也較高，面對(duì)已經(jīng)完善的調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)，這些變電站卻無(wú)法利用這條信息高速通道，原因如下：

第一，硬件方面：老的廠站RTU或測(cè)控單元型號(hào)多，廠家雜，串口遵循多種標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法即插即用；沒(méi)有網(wǎng)口。

第二，軟件方面：多種操作系統(tǒng)平臺(tái)；多種串口通信規(guī)約，同種規(guī)約有多個(gè)版本；所采集數(shù)據(jù)的類、順序、量、位寬、信息體的長(zhǎng)度等等都有不同。

第三，雖然變電站到調(diào)度端的信道已經(jīng)具備了網(wǎng)絡(luò)傳輸條件，但原有變電站內(nèi)的設(shè)備存在著各種物理接口、不同規(guī)約，且不同廠家的多種軟硬件版本自成體系，即使有了網(wǎng)口，也無(wú)法做到插上就通。

有了信息高速公路卻不能用，仍然擠在狹窄的串口通道上，這是很不合理的。解決的辦法，就是要使廠站設(shè)備的軟硬件接口及其規(guī)約符合現(xiàn)有調(diào)度通信網(wǎng)絡(luò)及主站在規(guī)約方面的要求，這就需要對(duì)現(xiàn)有廠站設(shè)備的通信接口、通信軟件以及規(guī)約版本進(jìn)行調(diào)整和整合，使得從調(diào)度主站端看過(guò)去，像是一臺(tái)使用網(wǎng)絡(luò)通信并符合主站規(guī)約及其版本的設(shè)備。

只有這樣，廠站側(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)才能走上網(wǎng)絡(luò)通信這條高速公路，高效、可靠地完成數(shù)據(jù)傳送的任務(wù)。

要實(shí)現(xiàn)以上轉(zhuǎn)變，必須研制一款符合上位（調(diào)度主站）條件和下位（采集裝置）設(shè)備當(dāng)前條件的、具有雙平面?zhèn)鬏斈芰Φ耐ㄐ欧?wù)器，使得在不改變上下位通信條件的情況下，廠站的所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳輸。

該設(shè)備如果研制成功，將為我國(guó)電網(wǎng)的中低壓變電站的通信改造，找到一條低成本之路，實(shí)現(xiàn)所有變電站數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于技術(shù)方向的趨同性，在國(guó)外，同樣的問(wèn)題也是存在的，這就是國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）提出電力信息互聯(lián)的新標(biāo)準(zhǔn)IEC-61850-8/9的原因，這一標(biāo)準(zhǔn)在理論上很具前瞻性，但實(shí)際執(zhí)行中有許多技術(shù)困難目前還無(wú)法解決。

首先，它是一個(gè)過(guò)程層—間隔層—站控層的全網(wǎng)絡(luò)化通信的三層模型，要實(shí)現(xiàn)這種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，首先要求各個(gè)設(shè)備必須是網(wǎng)絡(luò)口的，并且要求具備全電子化的智能傳感器。

對(duì)于新建廠站，在新設(shè)備遵循其通信標(biāo)準(zhǔn)的前提下，可以一步到位地實(shí)現(xiàn)；而對(duì)于老的廠站，幾乎沒(méi)有可能滿足這些條件，這是困難之一。

第二，國(guó)內(nèi)的測(cè)控裝置所遵循的IEC-103規(guī)約，是一個(gè)定義松散的標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上現(xiàn)在各個(gè)廠家生產(chǎn)的測(cè)控單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多達(dá)數(shù)百種，基本上是一個(gè)產(chǎn)品一種規(guī)約，要實(shí)現(xiàn)上述IEC-61850-8/9的互聯(lián)，幾乎沒(méi)有可能。

所以總體上說(shuō)，IEC-61850-8/9的互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，只是指出了今后發(fā)展的方向，以便在新建廠站的設(shè)計(jì)中逐步推廣和采用。

就國(guó)內(nèi)而言，目前還沒(méi)有一種設(shè)備符合上述老廠站通信網(wǎng)絡(luò)化的要求，因此，我們提出帶規(guī)約功能通信服務(wù)器的概念，既考慮了歷史上遺留下來(lái)的當(dāng)前廠站設(shè)備的現(xiàn)狀，又能滿足全電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化的要求，在國(guó)內(nèi)尚處于領(lǐng)先地位。

三、方案的可行性分析

對(duì)于在各個(gè)不同時(shí)期投運(yùn)并且現(xiàn)在正在運(yùn)行的設(shè)備，要對(duì)它們本身直接進(jìn)行硬件或軟件的改造是不現(xiàn)實(shí)的：

第一，更換老設(shè)備為帶有網(wǎng)口的新設(shè)備，不但成本高，改造的工程量也很大，是不可行的；

第二，給各個(gè)設(shè)備添加獨(dú)立的網(wǎng)口轉(zhuǎn)換裝置后上送，不但要改動(dòng)所有的在線運(yùn)行設(shè)備，而且轉(zhuǎn)換口各自獨(dú)立，有的還需要獨(dú)立電源，整體性差，也不利于現(xiàn)場(chǎng)管理，因而也是不可行的；

第三，如果考慮到各個(gè)采集設(shè)備與主站的規(guī)約匹配，那么還有更改這些在線設(shè)備的規(guī)約軟件和版本的工作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)是一種傷筋動(dòng)骨的變動(dòng)，不但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作量很大，而且會(huì)影響現(xiàn)有設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行，也是不可行的。

綜合以上分析，我們的方案是：添加一款中間設(shè)備，即帶規(guī)約功能的通信服務(wù)器，使得這個(gè)中間設(shè)備不論是軟件還是硬件接口，它的上位端符合調(diào)度主站的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)以及相匹配的規(guī)約和版本；它的下位端配置多種不同的接口，以適合現(xiàn)有運(yùn)行設(shè)備的硬件標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)約及版本。顯而易見(jiàn)，這是唯一簡(jiǎn)單可行的辦法。當(dāng)然，這里面一定會(huì)牽涉到所傳送的數(shù)據(jù)要在不同的規(guī)約之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。

這種具有雙平面?zhèn)鬏斈芰Φ膸б?guī)約功能的通信服務(wù)器，具體要滿足下列指標(biāo)：

上位端配備4個(gè)或以上RJ45網(wǎng)絡(luò)口，符合ETHERNET標(biāo)準(zhǔn)；

與主站的通信規(guī)約為IEC-104（2002以上版本）；

下位端配備8個(gè)或以上RS232/RS485/RS422串口；

規(guī)約方面可選：CDT（2002版本）、DISA（最新版）、IEC-101（2002以上版本），其他規(guī)約也可備選；

串口具有防雷抗電磁干擾功能；

各個(gè)物理接口在結(jié)構(gòu)上可以模塊化靈活配置；

規(guī)約可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要用定制下載的方式配置；

設(shè)備的機(jī)械安裝可以是桌面式的或19〞機(jī)架式的。

四、理論與實(shí)踐的可行性依據(jù)

理論依據(jù)：考慮到各個(gè)廠站的設(shè)備種類和配置規(guī)模的不同，這種通信服務(wù)器必須具有對(duì)所有廠站普適的能力，因此，概念設(shè)計(jì)的要求是：對(duì)現(xiàn)有設(shè)備不指定具體的物理接口，只須遵循通用的串口或網(wǎng)口的標(biāo)準(zhǔn)即可；對(duì)規(guī)約的要求僅僅是遵循目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的主流規(guī)約，對(duì)于特殊的規(guī)約可以個(gè)別處理。

實(shí)踐依據(jù)：串口/網(wǎng)口的物理轉(zhuǎn)換已經(jīng)是目前的實(shí)用化技術(shù)，但目前市場(chǎng)上沒(méi)有相應(yīng)的集成化產(chǎn)品；規(guī)約的轉(zhuǎn)換已經(jīng)有運(yùn)行的先例，原理上不存在問(wèn)題，但會(huì)受到數(shù)據(jù)類型不同的限制。對(duì)于相同的數(shù)據(jù)類型，轉(zhuǎn)換不存在障礙。

五、主要的研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案

1.主要的研究?jī)?nèi)容

硬件方面，將足夠的不同類型的串口和網(wǎng)口集成到單一的設(shè)備之中，并符合通用的國(guó)家電力（DL）標(biāo)準(zhǔn)；

對(duì)相同的數(shù)據(jù)類型實(shí)現(xiàn)通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換；

上位通信滿足調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)的要求和調(diào)度主站的規(guī)約一致性，下位通信則要滿足現(xiàn)有廠站設(shè)備的硬件、軟件接口和規(guī)約版本。

2.實(shí)施方案

硬件結(jié)構(gòu)，擬采用通用的標(biāo)準(zhǔn)模塊；

軟件方面，內(nèi)置LINUX操作系統(tǒng)平臺(tái)；

規(guī)約方面，采用靈活配置的下載方式。

這是一款集適當(dāng)?shù)挠布蛙浖谝惑w的具有針對(duì)性功能的設(shè)備，對(duì)于面廣量大的老的變電站網(wǎng)絡(luò)化通信改造，具有普遍的推廣意義。由于靈活配置的下載式規(guī)約軟件，內(nèi)置式規(guī)約轉(zhuǎn)換等功能，使得其從外部看上去，所有運(yùn)行設(shè)備都沒(méi)變，但已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電站的網(wǎng)絡(luò)化通信。

本方案取得成功以后，將為變電站通信網(wǎng)絡(luò)的智能化改造找到一條實(shí)用化的思路和模式，并開(kāi)發(fā)出一類適合于上下位端口要求的通信裝置，包括硬件和軟件，為我國(guó)電網(wǎng)中還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)雙平面網(wǎng)絡(luò)通信的變電站改造提供一套完整的思路和相應(yīng)的設(shè)備。

當(dāng)然，實(shí)施過(guò)程中也會(huì)遇到一些工程上的難點(diǎn)，比如：變電站早期投運(yùn)的各類設(shè)備四世同堂，各自遵循著不同的標(biāo)準(zhǔn)和接口，而且每一個(gè)變電站都是不一樣的。這就使得軟硬件的開(kāi)發(fā)往往是具體的、有針對(duì)性的，不能方便地覆蓋所有變電站，從而增加開(kāi)發(fā)工作量和工時(shí)成本。不過(guò)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，已經(jīng)最大限度地考慮了普適性，可能的情況是選擇好產(chǎn)品系列中最適合的一款以后，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一些小的改動(dòng)。

另外，對(duì)于實(shí)時(shí)運(yùn)行的變電站，做試驗(yàn)具有很高的機(jī)會(huì)成本，基本上要做到一次就能成功，幾乎不可能有反復(fù)修改的機(jī)會(huì)。

對(duì)于上述問(wèn)題，根據(jù)我們多年的工程經(jīng)驗(yàn)，有充分的把握可以解決，從而實(shí)現(xiàn)所有變電站的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳輸。

六、結(jié)論

本項(xiàng)目的實(shí)施成功，將為110kV及以下等級(jí)的中壓變電站的網(wǎng)絡(luò)化通信改造，找到一條切實(shí)可行的道路。

目前，我國(guó)的110kV及35kV變電站數(shù)以萬(wàn)計(jì)，在網(wǎng)絡(luò)通信日益成熟和普及的今天，對(duì)這些變電站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化通信改造已經(jīng)是大勢(shì)所趨，本方案的設(shè)計(jì)思路將具有很好的啟發(fā)性和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：劉輝）