基于阻斷隔離技術(shù)的電力電量綜合采集裝置的研究

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(duì)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(cè)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(guò)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(cè)、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(cè);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(wú)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(wú)法對(duì)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(tái)，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(kāi)展電力電量采集裝置的相關(guān)研究。

有關(guān)學(xué)者開(kāi)展了一些采集裝置的相關(guān)研究，主要集中在移動(dòng)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(wú)線通道傳輸，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程沒(méi)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(guò)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(guò)濾、安全監(jiān)測(cè)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(yáng)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(dòng)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(wú)線通信加密模塊（包含主控、無(wú)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(cè)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(guò)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(cè)、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(guò)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(guò)安全監(jiān)測(cè)模塊對(duì)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(guò)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(hào)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(jí)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(cè)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(cè)功能。并可通過(guò)安全監(jiān)測(cè)模塊對(duì)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(guò)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(guò)安全監(jiān)測(cè)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(cè)內(nèi)部總線是否空閑，在總線空閑的時(shí)候發(fā)起接入請(qǐng)求。安全監(jiān)測(cè)模塊收到請(qǐng)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(duì)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(cè)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(jí)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(duì)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(guò)濾。

2.3? 安全監(jiān)測(cè)

安全監(jiān)測(cè)模塊可檢測(cè)各通信模塊的模塊信息，并可通過(guò)配置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)應(yīng)通信模塊的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。安全監(jiān)測(cè)模塊可根據(jù)需求存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)信息和模塊信息，并可根據(jù)需求在總線上報(bào)告對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)信息。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

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(méi)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(guò)對(duì)總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(dòng)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(kù)，徐占江，陸軍，等.智能電量采集裝置中FFT算法研究[J].中國(guó)新通訊，2012（19）：29-30.