變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)及規(guī)約的研究

張家福

摘要：變電站是電網(wǎng)的重要監(jiān)控點(diǎn)，是輸配電系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來(lái)，電力系統(tǒng)積極引進(jìn)多種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，變電站逐漸實(shí)現(xiàn)了綜合自動(dòng)化。由于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中各種運(yùn)行數(shù)據(jù)多分散在不同間隔單元中，只有通過實(shí)時(shí)、可靠、有效的通信手段，才能實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)和規(guī)約設(shè)定有助于全面提高變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。本文分析了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)，闡述了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信規(guī)約。

關(guān)鍵詞：變電站 自動(dòng)化系統(tǒng) 通信結(jié)構(gòu) 規(guī)約

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）12-0027-01

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)分布式的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，為了確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行和信息交換的可靠性、實(shí)時(shí)性，關(guān)鍵在于正確處理變電站自動(dòng)化系統(tǒng)各個(gè)層次件的通信問題，因此應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)和規(guī)約的重要性，進(jìn)一步優(yōu)化通信網(wǎng)路和現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)置，推動(dòng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的快速發(fā)展。

1 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)

1.1 RS-485/422接口

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通過RS-485/422接口來(lái)連接各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其具有易于實(shí)現(xiàn)、成本低、通信設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是RS-485/422接口可連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)目一般不能超過32個(gè)[1]。RS-485/422接口屬于一種物理接口，接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，但是由于通信規(guī)約不同，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中各電力設(shè)備信息之間難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠和高速的交換，通信控制復(fù)雜。同時(shí)，RS-485/422接口為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)提供查詢通信方式，這種通信方式不能正常處理任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信要求。

1.2 CAN總線

CAN總線是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信模塊的重要組成部分，其形成了全分布式多機(jī)系統(tǒng)，沒有主機(jī)和從機(jī)之分，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以在任何時(shí)間和其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換，通訊方式非常靈活。并且CAN總線可通過全局廣播、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等方式接收和傳送數(shù)據(jù)，其支持超載幀、出錯(cuò)幀、遠(yuǎn)程幀、數(shù)據(jù)幀這四類報(bào)文幀[2]，這種短幀結(jié)構(gòu)，重發(fā)時(shí)間短、受干擾頻率低、傳輸時(shí)間短。同時(shí)，CAN總線網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)劃分為不同優(yōu)先級(jí)，采用保護(hù)性總線優(yōu)先級(jí)仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)先發(fā)送數(shù)據(jù)，有效避免CAN總線信息交換沖突。另外，CAN總線通信速率高達(dá)1Mb/s，最遠(yuǎn)通訊距離達(dá)10km，通訊介質(zhì)可采用光導(dǎo)纖維、同軸電纜或者雙絞線。

1.3 Lon Works

Lon Works是一種應(yīng)用非常廣泛的分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其包括三個(gè)CPU神經(jīng)元芯片，通過顯式報(bào)文和隱式報(bào)文進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，極大地縮短了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)時(shí)間。Lon Works不受網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)的限制，可采用紅外線、無(wú)線、電力線、光纖、雙絞線等，并且可在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中混合使用。Lon Works具有良好的互操作性和開放性，Lon Talk通訊協(xié)議符合開放系統(tǒng)OSI互連模型要求，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器/客戶結(jié)構(gòu)。并且Lon Works的三個(gè)CPU分別為應(yīng)用處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和介質(zhì)訪問控制器，其固化了OSI/ISO協(xié)議和常見的34種I/O控制對(duì)象。同時(shí)，Lon Works具有較高的通信可靠性，Lon Works網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議設(shè)計(jì)了變量捆綁和網(wǎng)絡(luò)變量，有效簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)，每幀有效字節(jié)0～228，這種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用P-CSMA，當(dāng)負(fù)載較多時(shí)，實(shí)現(xiàn)最小化的沖突概率，當(dāng)負(fù)載較少時(shí)，實(shí)現(xiàn)最小化訪問延時(shí)。

1.4 以太網(wǎng)

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)以太網(wǎng)采用光纖、雙絞線、同軸電纜等通信介質(zhì)，采用星型或者總線型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基于結(jié)構(gòu)化布線技術(shù)和星型拓結(jié)構(gòu)，可有效提高以太網(wǎng)的可靠性。即使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，受到集線器隔離影響，不會(huì)發(fā)生擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)各個(gè)智能單元之間的相對(duì)獨(dú)立性。以太網(wǎng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，帶寬高達(dá)10Mbps～100Mbps，可支持同一個(gè)沖突域中的1024個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信規(guī)約

當(dāng)前，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要采用IEC60870-5-104規(guī)約，其基于IEC60870-5系列標(biāo)準(zhǔn)，建立在TCP/IP和以太網(wǎng)上，采用FTI.2幀格式，明確定義了用戶進(jìn)程、應(yīng)用層、鏈路層和物理層。

IEC60870-5-104規(guī)約采用的參考模式主要基于ISO-OSI開放式系統(tǒng)參考模型，其采用其中的5層[3]，結(jié)構(gòu)表如表1所示。

IEC60870-5-104規(guī)約結(jié)合了TCP/IP和IEC60870-5-101的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，可在TCP/IP的各種網(wǎng)絡(luò)中使用IEC60870-5-104規(guī)約，包括綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、異步轉(zhuǎn)移模式、幀中繼等，并且IEC60870-5-104規(guī)約具有支持網(wǎng)絡(luò)傳輸、便于擴(kuò)充信息量、數(shù)據(jù)流量大、可靠性高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，不僅可應(yīng)用在變電站端和電力調(diào)度中，還適用于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)和規(guī)約不斷發(fā)生變化，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)和規(guī)約的相關(guān)研究對(duì)于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展有著重要影響，在未來(lái)發(fā)展過程中，應(yīng)進(jìn)一步加大研究力度。

參考文獻(xiàn)

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