網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要本論文闡述了網(wǎng)絡(luò)通信在變電站綜合自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的通信通道、 通信功能、通信規(guī)約、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、 IEC 61850通信規(guī)約以及基于 IEC 61850通信規(guī)約的數(shù)字化變電站等內(nèi)容。從變電站綜合自動化系統(tǒng)對站內(nèi)通信網(wǎng) 的要求入手,解釋了網(wǎng)絡(luò)通信的一些基本概念和網(wǎng)絡(luò)通信的一些技術(shù),總 結(jié)了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的實際應(yīng)用情況,對變電站 綜合自動化系統(tǒng)今后的發(fā)展做出簡要說明。本文共分 7章。第 1章變電站綜合自動化系統(tǒng)的簡介;第 2章變電站 綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信,第 3章變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu),第 4章變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)

2、絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇;第 5章基于 IEC 61850的變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用研究,第 6章基于 IEC 61850標準的 750KV 數(shù)字化變電站建設(shè); 第 7章是對于變電站綜合自動化的現(xiàn)狀和發(fā)展方 向做一簡要的說明。關(guān)鍵詞:變電站自動化 網(wǎng)絡(luò)通信 局域網(wǎng) 以太網(wǎng) IEC 61850標準目 錄摘 要 . 1 前 言 . 3 第 1章 變電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ) . 4 1.1 變電站綜合自動化的概念 . 4 1.2 變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)的基本功能 . 5 1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 . 6 第 2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 . 9 2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信內(nèi)

3、容 . 9 2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)通信功能 . 9 2.3 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式 . 10 2.4 數(shù)據(jù)遠傳信息通道 . 11 第 3章 綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) . 14 3.1 通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) . 14 3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)采用的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) . 15 第 4章 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇 . 16 4.1 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇 . 16 4.2 變電站自動化系統(tǒng)中的傳輸規(guī)約選擇 . 18 第 5章 基于 IEC 61850的變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用研究 . 20 5.1 智能變電站的主要技術(shù)特征 . 20 5.2 IEC 61850概述 . 21

4、5.3 IEC 61850通信規(guī)約的技術(shù)特點 . 22 5.4 IEC 61850模型概述 . 24 5.5 基于 IEC 61850變電站自動化系統(tǒng) . 25 5.6 IEC 61850與智能變電站的關(guān)系 . 27 5.7 基于 IEC 61850標準變電站的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議 . 28 第 6章 基于 IEC 61850標準的 750KV 變電站的建設(shè) . 30 6.1 變電站的通信規(guī)約說明 . 30 6.2 過程層安裝方式 . 31 6.3 交換機配置及 GOOSE 的實現(xiàn) . 32 6.4 小結(jié) . 33 第 7章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的存在問題和發(fā)展趨勢 . . 35 7.1 存在問

5、題 . 35 7.2 發(fā)展趨勢 . 36 結(jié) 語 . 38前 言變電站自動化系統(tǒng)是在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 變電站自動 化能夠顯著提高變電站的運行水平,增強變電站的各種功能,一經(jīng)推出即得到迅速的應(yīng) 用。它改變了傳統(tǒng)的二次設(shè)備的組態(tài)模式,大大提高了電網(wǎng)的自動化水平,增強了系統(tǒng) 的可靠性,降低了變電站的總造價,因此近幾年來在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。由于目前 的變電站自動化系統(tǒng)中的后臺監(jiān)控系統(tǒng)和微機保護設(shè)備、直流設(shè)備、安穩(wěn)設(shè)備等廠家的 通信協(xié)議不統(tǒng)一, 造成不同廠家連接困難, 調(diào)試周期長, 系統(tǒng)穩(wěn)定性差, 生命周期縮短, 設(shè)備之間的互操作性差,維護工作量大,改造升級困難。國際電工委

6、員會第 57 技術(shù)委員會制定的 IEC 61850標準, 為數(shù)字化變電站的發(fā)展 指明了新的方向, 使變電站站內(nèi)設(shè)備通信采用統(tǒng)一的標準。 智能化一次電氣設(shè)備的發(fā)展, 特別是智能化開關(guān)設(shè)備、電子式電壓和電流互感器等在變電站系統(tǒng)中的逐漸推廣應(yīng)用, 電氣設(shè)備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓(xùn)仿真等技術(shù)日趨成熟,以及計算機網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)的高速發(fā)展,使得數(shù)字化變電站具備了必要的技術(shù)條件。基于 IEC 61850 標準的數(shù)字化變電站在國內(nèi)外基本處于試驗和積累經(jīng)驗階段,目 前建成的或正在建設(shè)的數(shù)字化變電站大多不具備真正意義上數(shù)字化變電站的全部特征。 有些變電站僅實現(xiàn)了站內(nèi)的 IED 按照 IEC 61850 標準進

7、行通信,或者在站內(nèi)采用電子 式互感器。即使同時采用了以上兩項技術(shù),離實現(xiàn)整個變電站的數(shù)字化通信還有一段距 離,特別是對斷路器、隔離開關(guān)及變壓器的數(shù)字化研究還不是很成熟。因此研究全數(shù)字 化變電站的關(guān)鍵技術(shù)和理論以及設(shè)計方案對數(shù)字化變電站的推廣應(yīng)用具有重大意義。 變電站綜合自動化技術(shù)、通信技術(shù)、檢測技術(shù)和控制技術(shù)等,將傳統(tǒng)的繼電保護系 統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、信號系統(tǒng)和遠動系統(tǒng)等多個獨立的功能系統(tǒng)進行 優(yōu)化、組合為一套智能化的綜合系統(tǒng)。變電站綜合自動化系統(tǒng)是以計算機和網(wǎng)絡(luò)通信技 術(shù)為基礎(chǔ),將保護、控制、遠動、自動裝置、故障錄波等分散的技術(shù)集成在一起,從而 實現(xiàn)電網(wǎng)的現(xiàn)代化管理,并可以給運

8、行、安全、設(shè)計、施工、檢修、維護、管理等諸多 方面帶來直接或間接的經(jīng)濟效益和社會效益。第 1章 變電站綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)1.1 變電站綜合自動化的概念1.1.1 變電站綜合自動化的概念將變電站的二次設(shè)備(包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置 等經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計,利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和 信號處理技術(shù),實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控 制和微機保護,以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。在國內(nèi),我們也可以說是包含 傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置等設(shè)備,是集保護、測量、監(jiān)視、控制、 遠傳等功能為一體, 通過數(shù)字

9、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)信息共享的一套微機化的二次設(shè)備 及系統(tǒng)。1.1.2 變電站綜合自動化的核心利用自動控制技術(shù)、信息處理和傳輸技術(shù),通過計算機軟硬件系統(tǒng)或自動裝置代替 人工進行各種變電站運行操作,對變電站執(zhí)行自行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào),變電站綜 合自動化的范疇包括二次設(shè)備,如控制、保護、測量、信號、自動裝置和遠動裝置等。 1.1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)基本特征功能實現(xiàn)綜合化變電站綜合自動化技術(shù)是在微機技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、自動化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來 的。它綜合了變電站內(nèi)除一次設(shè)備和交、直流電源以外的全部二次設(shè)備。需要指出的是,綜合自動化的綜合功能, “綜合”并非指將變電站所要求的功能以 “拼湊”的

10、方式組合,而是指在滿足基本要求的基礎(chǔ)上,達到整個系統(tǒng)性能指標的最優(yōu) 化。系統(tǒng)構(gòu)成模塊化保護、控制、測量裝置的數(shù)字化采用微機實現(xiàn),并具有數(shù)字化通信能力,利用把各 功能模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)連接起來,便于接口功能模塊的擴充及信息的共享。另外,模塊 化的構(gòu)成,方便變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)模塊的組態(tài),以適應(yīng)工程的集中式、分布分 散式和分布式結(jié)構(gòu)集中式組屏等方式。結(jié)構(gòu)分布、分層、分散化綜合自動化系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng),其中微機保護、數(shù)據(jù)采集和控制以及其他智能 設(shè)備等子系統(tǒng)都是按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計的, 每個子系統(tǒng)可能有多個 CPU 分別完成不同功能, 這樣一個由龐大的 CPU 群構(gòu)成了一個完整的、高度協(xié)調(diào)的有機綜合(

11、集成系統(tǒng)。這樣 的綜合系統(tǒng)往往有幾十個甚至更多的 CPU 同時并列運行, 以實現(xiàn)變電站自動化的所有功 能。操作監(jiān)視屏幕化變電站實現(xiàn)綜合自動化后,不論是有人值班還是無人值班,操作人員不是在變電站 內(nèi),就是在主控站或調(diào)度室內(nèi),面對彩色屏幕顯示器,對變電站的設(shè)備和輸電線路進行 全方位的監(jiān)視與操作。通信局域網(wǎng)絡(luò)化、光纜化計算機局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光纖通信技術(shù)在綜合自動化系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。因此,系 統(tǒng)具有較高的抗電磁干擾的能力,能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送,滿足實時性要求,組態(tài)更靈 活,易于擴展,可靠性大大提高,而且大大簡化了常規(guī)變電站繁雜量大的各種電纜,方 便施工。運行管理智能化智能化不僅表現(xiàn)在常規(guī)的自動化功能上

12、,如自動報警、自動報表、電壓無功自動調(diào) 節(jié),小電流接地選線,事故判別與處理等方面,還表現(xiàn)在能夠在線自診斷,并不斷將診 斷的結(jié)果送往遠方的主控端。測量顯示數(shù)字化用 CRT 顯示器上的數(shù)字顯示代替了常規(guī)指針式儀表,直觀、明了;而且打印機打印 報表代替了原來的人工抄表,這不僅減輕了值班員的勞動強度,而且提高了測量精度和 管理的科學(xué)性。1.1.4 變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性在線運行的可靠性高;供電質(zhì)量高;專業(yè)綜合,易于發(fā)現(xiàn)隱患,處理事故恢復(fù)供電快;變電站運行管理的自動化水平高;減少控制電纜,縮小占地面積;維護調(diào)試方便;為變電站實現(xiàn)無人值班提供了可靠的技術(shù)條件。1.2 變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)的基本功

13、能1.2.1 測量、監(jiān)視、控制功能綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)取代常規(guī)的測量裝置,如變送器、錄波器、指示針儀表等;取代 常規(guī)的告警、報警裝置,如中央信號系統(tǒng)、光字牌等。在變電站的運行過程中,監(jiān)控系統(tǒng)對采集到的電壓、電流、頻率、主變壓器油溫等 量不斷的進行越限監(jiān)視,如有越限立即發(fā)出告警信號,同時記錄和顯示越限時間和越限 值;出現(xiàn)電壓互感器或電流互感器斷線、差動回路電流過大、單相接地、控制回路斷線 等情況時也發(fā)出報警信號;另外,還要監(jiān)視自動裝置本身工作是否正常。1.2.2 繼電保護功能變電站綜合自動化系統(tǒng)中的繼電保護主要包括輸電線路保護、電力變壓器保護、母 線保護、電容器保護等。微機保護是綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵

14、環(huán)節(jié),它的功能和可靠性如 何,在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的性能。各類裝置能存儲多套保護定值,能遠方修改 整定值并根據(jù)要求可以選配有自帶故障錄波和測距系統(tǒng)。1.2.3 自動控制智能裝置的功能變電站的自動控制功能有系統(tǒng)接地保護、備用電源自投、低頻減載、同期檢測和同 期合閘、電壓和無功控制(此功能可分自動和手動兩種方式實現(xiàn),當在調(diào)度中心直接 控制時,變壓器分接頭開關(guān)調(diào)整和電容器組的切換直接接受遠方控制,當調(diào)度(控制 中心給定電壓曲線或無功曲線的情況下,可由變電站自動化系統(tǒng)就地進行控制。 1.2.4 遠動及數(shù)據(jù)通信功能變電站綜合自動化的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級間的通信和自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩

15、部分。1.2.5 自診斷、自恢復(fù)和自動切換功能自診斷功能是指變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的硬件、軟件(包括前置機、主機、各 種智能模件、通道、網(wǎng)絡(luò)總線、電源等故障的自診斷,并給出自診斷信息供維護人員 及時檢修和更換。在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)有自恢復(fù)功能。當由于某種原因?qū)е孪到y(tǒng)停機時,能自動產(chǎn)生自恢 復(fù)信號,將對外圍接口重新初始化,保留歷史數(shù)據(jù),實現(xiàn)無擾動的軟、硬件自恢復(fù),保 障系統(tǒng)的正常可靠運行。1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式自 1987年我國自行設(shè)計、制造的第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)投運以來,變電站 自動化技術(shù)已得到突飛猛進的發(fā)展,其結(jié)構(gòu)體系也在不斷完善。由早期的集中式發(fā)展為 目前的分層分布式。在

16、分層分布式結(jié)構(gòu)中,按照繼電保護與測量、控制裝置安裝的位置 不同,可分為集中組屏、分散安裝、分散安裝與集中組屏相結(jié)合等幾種類型。同時,結(jié) 構(gòu)形式正向分散式發(fā)展。1.3.1 集中式結(jié)構(gòu)形式集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng), 集中采集變電站的模擬量、 開關(guān)量和數(shù)字量等信息, 集中進行計算與處理,分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能。集中式是 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式,所有二次設(shè)備以遙測、遙信、電能計量、遙控、保護功能劃分成不同的 子系統(tǒng)。集中結(jié)構(gòu)也并非指由一臺計算機完成保護、監(jiān)控等全部功能。如圖 1所示。 圖 1 集中式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.3.2 分層分布式結(jié)構(gòu)形式分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動

17、化系統(tǒng)是以變電站內(nèi)的電氣間隔和元件(變壓 器、電抗器、電容器等為對象開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。如圖 2所示。 站控層(2層間隔層(1層過程層(0層圖 2 110KV分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(1分層式的結(jié)構(gòu)按照國際電工委員會(IEC 推薦的標準,在分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站控制系統(tǒng)系 統(tǒng)中,整個變電站的一、二次設(shè)備被劃分為三層,即過程層(process level、間隔 層(bay level和站控層(station level。其中,過程層又稱為 0層,間隔層又稱 為 1層或單元層,站控層又稱為 2層或變電站層。1過程層主要包含變電站內(nèi)的一次設(shè)備,如母線、線路、變壓器、電

18、容器、斷路 器、 隔離開關(guān)、 電流互感器和電壓互感器等, 它們是變電站綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)控對象。 過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面, 或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部 分。2間隔層各智能電子裝置(IED 利用電流互感器、電壓互感器、變送器、繼電器 等設(shè)備獲取過程層各設(shè)備的運行信息,如電流、電壓、功率、壓力、溫度等模擬量信息 以及斷路器、隔離開關(guān)等的位置狀態(tài),從而實現(xiàn)對過程層進行監(jiān)視、控制和保護,并與 站控層進行信息的交換,完成對過程層設(shè)備的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等任務(wù)。3站控層借助通信網(wǎng)絡(luò)(通信網(wǎng)絡(luò)是站控層和間隔層之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ劳瓿?與間隔層之間的信息交換, 從而實現(xiàn)對全變電站所

19、有一次設(shè)備的當?shù)乇O(jiān)控功能以及間隔 層設(shè)備的監(jiān)控、變電站各種數(shù)據(jù)的管理及處理功能;同時,它還經(jīng)過通信設(shè)備,完成與 調(diào)度中心之間的信息交換,從而實現(xiàn)對變電站的遠方監(jiān)控。(2分布式的結(jié)構(gòu)所謂分布是指變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成在資源邏輯或拓撲結(jié)構(gòu)上的分布, 主要 強調(diào)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度來研究和處理功能上的分布問題。 由多個分散的計算機經(jīng)互聯(lián)網(wǎng) 絡(luò)構(gòu)成的統(tǒng)一的計算機系統(tǒng),該計算機系統(tǒng)又是一個分布式的計算機系統(tǒng)。在這種結(jié)構(gòu) 的計算機系統(tǒng)中,各計算機即可以獨立工作,分別完成分配給自己的各種任務(wù),又可以 彼此之間相互協(xié)調(diào)合作,在通信協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)系統(tǒng)的全局管理。在分層分布式結(jié)構(gòu) 的變電站綜合自動化系統(tǒng)中,間隔

20、層和站控層共同構(gòu)成的分布式的計算機系統(tǒng),間隔層 各 IED 與站控層的各計算機分別完成各自的任務(wù),并且共同協(xié)調(diào)合作,完成對變電站的監(jiān)視、控制等任務(wù)。(3面向間隔的結(jié)構(gòu)分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)“面向間隔”的結(jié)構(gòu)特點主要表現(xiàn)在間隔 層設(shè)備的設(shè)置是面向電氣間隔的,即對于一次系統(tǒng)的每一個電氣間隔,分別布置有一個 或多個智能電子裝置來實現(xiàn)對該間隔的測量、控制、保護及其他任務(wù)。電氣間隔是指發(fā)電廠或變電站一次接線中一個完整的電氣連接,包括斷路器、隔離 開關(guān)、 TA 、 TV 、端子箱等。第 2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信內(nèi)容2.1.1 變電站內(nèi)的信息傳輸內(nèi)

21、容現(xiàn)場的變電站綜合自動化系統(tǒng)一般都是分層分布式結(jié)構(gòu), 需要傳輸?shù)男畔⒂邢铝袔?種。(1現(xiàn)場一次設(shè)備與間隔層的信息傳輸間隔層設(shè)備大多需要從現(xiàn)場一次設(shè)備的電壓和電流互感器采集正常情況和事故情 況下的電壓值和電流值,采集設(shè)備的狀態(tài)信息和故障診斷信息,這些信息主要包括斷路 器、隔離開關(guān)位置、變壓器分接頭的位置,變壓器、互感器、避雷器的診斷信息以及斷 路器操作信息。(2間隔層的信息交換在一個間隔層內(nèi)部相關(guān)的功能模塊間,即繼電保護和控制、監(jiān)視、測量之間的數(shù)據(jù) 交換。這類信息有如測量數(shù)據(jù)、斷路器狀態(tài)、器件的運行狀態(tài)、同步采樣信息等。 同時, 不同間隔層之間的數(shù)據(jù)交換有主后備繼電保護工作狀態(tài)、 相關(guān)保護動作閉

22、鎖、 電壓無功綜合控制裝置等信息。(3間隔層與變電站層的信息測量及狀態(tài)信息。正常及事故情況下的測量值和計算值,斷路器、隔離開關(guān),主 變壓器分接開關(guān)位置、各間隔層運行狀態(tài)、保護動作信息等。操作信息。斷路器和隔離開關(guān)的分、合閘命令,主變壓器分接開關(guān)位置的調(diào)節(jié), 自動裝置的投入與退出等。參數(shù)信息。微機保護與自動裝置的整定值等。另外還有變電站層的不同設(shè)備之間通信,要根據(jù)各設(shè)備的任務(wù)和功能的特點,傳輸 所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作命令等。2.1.2 綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信內(nèi)容綜合自動化系統(tǒng)前置機或通信控制機具有執(zhí)行遠動功能, 會把變電站內(nèi)相關(guān)信息傳 送控制中心,同時能接受上級調(diào)度數(shù)據(jù)和控制命令

23、。變電站向控制中心傳送的信息通常 稱為“上行信息”,包括遙測和遙信;而由控制中心向變電站發(fā)送的信息,常稱為“下 行信息”,包括遙控和遙調(diào)。這些信息是變電站和控制中心共有的,不必專門為送控制 中心而單獨采集。2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)通信功能2.2.1 微機保護的通信功能微機保護的通信功能除了與微機監(jiān)控系統(tǒng)通信外, 還包括通過監(jiān)控系統(tǒng)與控制中心 的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。具體內(nèi)容包括:接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢;向監(jiān)控系統(tǒng)傳 送事件報告;向監(jiān)控系統(tǒng)傳送自檢報告;校對時鐘,與監(jiān)控系統(tǒng)對時,修改時鐘;修改 保護定值;接受調(diào)度或監(jiān)控系統(tǒng)值班人員投退保護命令;保護信號的遠方復(fù)歸;實時向 監(jiān)控系統(tǒng)傳送保護主

24、要狀態(tài)。2.2.2 自動裝置的通信功能與信息內(nèi)容自動裝置的通信內(nèi)容包括接地選線裝置、備用電源自投、電壓、無功自動綜合控制 與監(jiān)控系統(tǒng)的通信。具體如下:小電流接地系統(tǒng)接地選線裝置的通信內(nèi)容,母線和接地線路,母線 TV 諧振信息 接地時間,諧振時間,開口三角形電壓值等;備用電源自投裝置的通信功能,與微機保護通信功能相似;電壓和無功調(diào)節(jié)控制通信功能,除具有與微機保護相類似的通信功能外,電壓和 無功調(diào)節(jié)控制還必須具有接收調(diào)度控制命令的功能。2.2.3 微機監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能具有擴展遠動 RTU 功能。常規(guī)變電站遠動 RTU 功能包括遙測、遙信、遙調(diào)、遙 控的四遙功能。在無人值守的變電站里,極大的擴展了

25、常規(guī)變電站遠動 RTU 功能的應(yīng) 用領(lǐng)域,總的信息量也比常規(guī) RTU 裝置的容量大得多。主要擴展了對保護系統(tǒng)及其他 智能系統(tǒng)的遠東功能。如保護定值遠方監(jiān)視、切換與修改、故障錄波、故障測距的遠方 傳送與控制等。具有與系統(tǒng)通信的功能。 變電站微機監(jiān)控系統(tǒng)與系統(tǒng)的通信具備兩條獨立的通信 信道。一條是常規(guī)的電力線載波通道,另一條是數(shù)字微波通信或光纖通信信道。有的變 電站微機監(jiān)控系統(tǒng)要求具有多個遠方調(diào)度中心的 SCADA 系統(tǒng)通信的功能,如可同時與 縣調(diào)、地調(diào)通信。2.3 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式2.3.1 并行數(shù)據(jù)通信并行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)的各位同時傳送?？梢砸宰止?jié)為單位(8位數(shù)據(jù)總線并行 傳送,也可以以字為

26、單位(16位數(shù)據(jù)總線通過專用或通用的并行接口電路傳送,各位 數(shù)據(jù)同時傳送,同時接受。并行傳輸速度快,但是在并行傳輸數(shù)據(jù)線外,往往還需要一組狀態(tài)信號線和控制信 號線,數(shù)據(jù)線的根數(shù)等于并行傳輸信號的位數(shù)。顯然并行傳輸需要的傳輸信號線多、成 本高,因此常用在短距離傳輸中(通常小于 10m 要求傳輸速度高的場合。早期的變電 站綜合自動化系統(tǒng),由于受當時通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等具體條件的限制,變電站內(nèi)部通 信大多采用并行通行,在綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上,多為集中組屏式。2.3.2 串行數(shù)據(jù)通信串行數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)一位一位順序的傳送。顯而易見,串行通信數(shù)據(jù)的各不同位,可以 分時使用同一傳輸線,故串行通信最大的優(yōu)點是可

27、以節(jié)約傳輸線,特別是當位數(shù)很多和 遠距離傳送時。但串行傳輸?shù)娜秉c是傳輸速度慢,且通信軟件相對復(fù)雜。因此適合于遠 距離的傳輸,數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)木嚯x可達數(shù)千公里。在變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部,各種自動裝置間或基點保護裝置與監(jiān)控系統(tǒng)間,為 了減少連接電纜,簡化配線,減低成本,常采用串行通信。 (b圖 3 并行和串行數(shù)據(jù)傳輸方式示意圖(a 并行數(shù)據(jù)傳輸;(b 串行數(shù)據(jù)傳輸2.4 數(shù)據(jù)遠傳信息通道變電站遠動通信的通道類型較多。通道可簡單的分為有線信道和無線信道兩大類。 明線、電纜、電力線載波和光纖通道等都屬于有線信道,而短波、散射、微波中繼和衛(wèi) 星通信等都屬于無線信道。2.4.1 明線或電纜信道這是采用架空

28、或敷設(shè)線路的一種通信方式。其特點是線路敷設(shè)簡單,線路損耗大, 易受干擾,主要用于近距離的變電站之間或變電站與調(diào)度或監(jiān)控中心的遠動通信。常用 的電纜有多芯電纜、同軸電纜等類型。2.4.2 電力線載波通信通道采用電力線載波方式實現(xiàn)電力系統(tǒng)內(nèi)話音和數(shù)據(jù)通信是最早采用的一種通信方式。 一個電話話路的頻率范圍為 0.33.4KHz,為了使電話與遠動數(shù)據(jù)復(fù)用,通常將 0.32.5KHz劃歸電話使用, 2.73.4KHz劃歸遠動數(shù)據(jù)使用。遠動數(shù)據(jù)采用數(shù)字脈沖信 號,故在送入載波機之前應(yīng)將數(shù)字脈沖信號調(diào)制成 2.73.4KHz的信號,載波機將話音 信號與該已調(diào)至的 2.73.4KHz信號迭加成一個音頻信號,再

29、經(jīng)調(diào)制放大耦合到高壓輸 電線路上。在接收端,載波信號先經(jīng)載波機解調(diào)成音頻信號,并分理出遠動數(shù)據(jù)信號, 經(jīng)解調(diào)得遠動數(shù)據(jù)的脈沖信號。 圖 4 電力線載波信道的信息傳輸框圖2.4.3 微波中繼通信微波中繼通信簡稱微波信道。微波是指頻率為 300MHz 300GHz的無線電波,它具 有直線傳播的特性,其繞射能力弱。由于地球是一球體,所以微波的直線傳輸距離受到 限制, 需經(jīng)過中繼方式完成距離的傳輸。 在平原地區(qū), 一個 50m 高的微波天線通信距離 為 50km 左右。因此,遠距離微波通信需要多個中繼站的中繼才能完成。微博信道的優(yōu)點是容量大,可同時傳送幾百乃至幾千路信號,其發(fā)射功率小,性能 穩(wěn)定。2.

30、4.4 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是利用位于同步軌道的通信衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號, 在 兩個或多個地面站之間進行通信。和微波通信相比,衛(wèi)星通信的優(yōu)點是不受地形和距離 的限制,通信容量大,不受大氣騷動的影響,通信可靠。2.4.5 光纖通道光纖通信就是以光波為載體、以光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介,將信號從一處傳輸?shù)搅硪?處的一種通信手段。隨著光纖技術(shù)的發(fā)展,光纖通信在變電站作為一種主要的通信方式 已越來越得到廣泛的應(yīng)用。其特點如下:具有很好的抗電磁干擾能力;傳輸頻帶寬、容量大、功能價格比較高;安裝維護簡單;線徑細、質(zhì)量輕、抗化學(xué)腐蝕;損耗小、中繼距離遠;保密性強、無串話干擾;節(jié)約有色金屬和原材料。光纖

31、通道用光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介,形式上是采用有線通信方式,而實質(zhì)上它的通信系統(tǒng)是采用光波的通信方式,波長為納米波。目前,光纖通信系統(tǒng)采用簡單的直接檢 波系統(tǒng),即在發(fā)送端直接把信號調(diào)制在光波上(將信號的變化變?yōu)楣忸l強度的變化 , 通過光纖傳送到接收端。 接收端直接用光電檢波管將光頻強度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕淖?化。如圖所示,光纖通道示意圖。 發(fā)LEDLED光檢測器圖 5 光前通信構(gòu)成示意圖光纖通信系統(tǒng)主要由電端機、光端機和光導(dǎo)纖維組成。 發(fā)送端的電端機對來自信源的模擬信號進行 A/D轉(zhuǎn)換, 將各種低速率數(shù)字信號復(fù)接 成一個高速率的電信號進入光端機的發(fā)送端。光纖通信的光發(fā)射機俗稱光端機,實質(zhì)上 是一個電

32、光調(diào)制器,它用脈沖編碼調(diào)制(PCM 電端機發(fā)數(shù)字脈沖信號驅(qū)動電源(如發(fā) 光二級管 LED ,發(fā)出被 PCM 電信號調(diào)制的光信號脈沖,并把該信號耦合進光纖送到 對方。遠方的光接收機,也稱光端機裝有檢測器(一般是半導(dǎo)體雪崩二極管 APD 或發(fā) 光二極管 PIN 把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?經(jīng)放大和整形處理后,再送至 PCM 接收端機 還原成發(fā)送端信號。 遠動和數(shù)據(jù)信號通過光纖通信進行傳送是將遠動裝置或計算機系統(tǒng) 輸出的數(shù)字信號送入 PCM 終端機。因此, PCM 終端機實際上是光纖通信系統(tǒng)與 RTU 或計算機的外部接口。第 3章 綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3.1 通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)3.1.1 星形網(wǎng)星形網(wǎng)

33、拓撲結(jié)構(gòu)如圖 6(a 所示, 每一個終端均通過單一的傳輸鏈路與中心交換節(jié) 點相連。它以中央節(jié)點為中心,一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù),必須向中央節(jié)點發(fā)送 請求,一旦建立連接,這兩個節(jié)點之間就是一條專用連接線路,信息傳輸通過中央節(jié)點 的存儲 轉(zhuǎn)接來完成。這種結(jié)構(gòu)要求中央節(jié)點的可靠性很高,否則出現(xiàn)故障就會危及 整個網(wǎng)絡(luò)。星形網(wǎng)具有結(jié)構(gòu)簡單、建網(wǎng)容易且易于管理的特點。缺點是線路利用率低、 安全性差。3.1.2 總線形網(wǎng)總線形網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖 6(b 所示,通過總線把各個節(jié)點連接起來,從而形成一個 共享信道。它的所有節(jié)點都通過相應(yīng)的硬件接口連接到一條無源公共線上,任何一個節(jié) 點發(fā)出的信息都可沿著總線傳輸,

34、并被總線上其它任何一個節(jié)點接受。它的傳輸方向是 從發(fā)送點向兩端擴散傳送,是一種廣播式結(jié)構(gòu)。每一個節(jié)點的網(wǎng)卡上有一個收發(fā)器,當 發(fā)送節(jié)點發(fā)送的目的地址與某一節(jié)點的接口地址相符時,該節(jié)點即接受該信息。其結(jié)構(gòu)簡單、擴建方便;一個節(jié)點損壞,不會影響整個網(wǎng)絡(luò)工作。但由于共用一條 總線,所以要解決兩個節(jié)點同時向一個節(jié)點發(fā)送信息的碰撞問題,這對實時性要求較高 的場合不太適用。 (a 電 纜 頭(b 圖 6 網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)采用的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要采用總線形網(wǎng)。 因為總線網(wǎng)是將網(wǎng)絡(luò)各 節(jié)點和一根總線相連,每一節(jié)點都可以和其它接點直接通信,消除了瓶頸現(xiàn)象

35、,可靠性 較高,成為當前站內(nèi)通信網(wǎng)的首選。第 4章 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇4.1 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)選擇通信網(wǎng)絡(luò)作為實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部各種 IED ,以及與其他系統(tǒng)之間的實時信 息交換的功能載體,它是連接站內(nèi)各種 IED 的紐帶,必須能支持各種通信接口,滿足通 信網(wǎng)絡(luò)標準化。4.1.1 35kV變電站通信網(wǎng)絡(luò)在小規(guī)模的 35kV 變電站和 110kV 終端變電站,可考慮使用 RS-422和 RS-485組成 的網(wǎng)絡(luò)。 RS-422和 RS-485串口傳輸速率指標是不錯的,在 1000m 內(nèi)傳輸速率可達 100Kb/s,短距離速率可達 10Mb/s, RS-42

36、2串口為全雙工; RS-485串口為半雙工,媒介 訪問方式為主從問答式,屬總線結(jié)構(gòu)。這兩個網(wǎng)絡(luò)的不足在于接點數(shù)目比較少,無法實 現(xiàn)多主冗余, 有瓶頸問題, RS-422的工作方式為點對點, 上位機一個通信口最多只能接 10個節(jié)點, RS-485串口構(gòu)成一主多從,只能接 32個節(jié)點,此外有信號反射、中間節(jié)點 問題。4.1.2 110kV變電站通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線網(wǎng)將網(wǎng)上所有節(jié)點連接在一起,可以方便的增減節(jié)點;具有點對點、一點 對多點和全網(wǎng)廣播傳送數(shù)據(jù)的功能;常用的有 Lon Works網(wǎng)、 CAN 網(wǎng)。兩個網(wǎng)絡(luò)均為中 速網(wǎng)絡(luò), 500m 時 Lon Works 網(wǎng)傳輸速率可達 1Mb/s, CAN

37、網(wǎng)在小于 40m 時達 1Mb/s, CAN 網(wǎng)在節(jié)點出錯時可自動切除與總線的聯(lián)系, Lon Works網(wǎng)在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點異常時可使該 節(jié)點自動脫網(wǎng),媒介訪問方式:CAN 網(wǎng)為問答式, Lon Works 網(wǎng)為載波監(jiān)聽多路訪問 /沖 撞檢測(CSMA/CD方式,內(nèi)部通信遵循 Lon Talk協(xié)議。CAN 網(wǎng)開銷小,一幀 8位字節(jié)的傳輸格式使其服務(wù)受到一定限制。 Lon Works網(wǎng)為 無源網(wǎng)絡(luò), 脈沖變壓器隔離, 具有強抗電磁干擾能力, 重要信息有優(yōu)先級。 因此 Lon Works 網(wǎng)可作為一般中型 110KV 樞紐變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)。4.1.3 220kV及以上變電站通信網(wǎng)絡(luò)220500kV

38、 變電站節(jié)點數(shù)目多,站內(nèi)分布成百上千個 CPU ,數(shù)據(jù)信息流大,對速率 指標要求高(要求速率 130Kbit/s , Lon Works 網(wǎng)絡(luò)的實時性、寬帶和時間同步指標也 達到要求?？煽紤] Ethernet 網(wǎng)或 Profibus 網(wǎng)。 Ethernet 網(wǎng)為總線式拓撲結(jié)構(gòu),采用 CSMA/CD介質(zhì)訪問方式,傳輸速率高達 10Mb/s,可容納 1024個節(jié)點,距離可達 2.5km 。 物理層和鏈路層遵循 IEEE802.3協(xié)議,應(yīng)用層采用 TCP/IP協(xié)議。4.1.4 局域網(wǎng)的應(yīng)用(1計算機局部網(wǎng)絡(luò)(Local Area Networks, LAN ,簡稱局域網(wǎng),它是把多臺小 型、微型計算機

39、以及外圍設(shè)備用通信線路互聯(lián)起來,并按著網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議實現(xiàn)通信的系 統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,各計算機即能獨立工作,又能交換數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)通信。構(gòu)成局域網(wǎng)的 四大因素是網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)、傳輸控制和通信方式。(2常用的局域網(wǎng)以太網(wǎng)目前,應(yīng)用最廣的一類局域網(wǎng)是總線型局域網(wǎng),即以太網(wǎng)。它的核心技術(shù)是隨機征用型介質(zhì)訪問控制方法,即帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD方法。 CSMA/CD方法用來解決多節(jié)點如何共享公用總線的問題。在以太網(wǎng)中,任何節(jié)點都 沒有可預(yù)約的發(fā)送時間,它們的發(fā)送都是隨機的,并且網(wǎng)中不存在集中控制的節(jié)點,網(wǎng) 中節(jié)點都必須平等的爭用發(fā)送時間,這種介質(zhì)訪問控制屬于隨機征用型方法。連接

40、在電 纜上的設(shè)備爭用總線,沖突采用 CSMA/CD協(xié)議控制。為了有效地實現(xiàn)分布式多節(jié)點訪問公共傳輸介質(zhì)的控制策略, CSMA/CD的發(fā)送流程 可以簡單的概括為四點:先聽后發(fā)、邊聽邊發(fā)、沖突停止、隨機延遲后重發(fā)。以太網(wǎng)采用總線形拓撲結(jié)構(gòu)。 它是一種局部通信網(wǎng),通常在線路半徑 110Km中等 規(guī)模的范圍內(nèi)使用,為單一組織或單位的非公用網(wǎng),網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)可以是數(shù)據(jù)線、同 軸電纜或光纖等。 它的特點是:信道帶寬較寬; 傳輸速率可達 10Mbit/s, 誤碼率很低 (一般為 1011-108-Mbit/s ;具有高度的擴充靈活性和互聯(lián)性;建設(shè)成本低,見效快。圖 7是一個以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)框圖。從圖中可以看出:

41、凡是用同軸電纜互連的各站都能 收到主機 HOST 發(fā)出的報文分組,但只有要求接受的那一終端才能接受。這樣就需要路 徑選擇,且控制也是分散的,也就是說以太網(wǎng)中沒有交換邏輯裝置,因此沒有中央計算 機控制網(wǎng)絡(luò)。這種分布式網(wǎng)絡(luò)可接收從各個終端發(fā)出的語言、圖形、圖像和數(shù)據(jù)信息, 形成綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)。它的突出特點是使用可靠的信道而不是各種功能設(shè)備,當網(wǎng)中某一站 發(fā)生故障時不會影響整個系統(tǒng)的運行。 圖 7 以太(Ethernet 框圖4.1.5 現(xiàn)場總線的應(yīng)用(1 Lon Works總線的通信網(wǎng)絡(luò)Lon Works技術(shù)為設(shè)計和實現(xiàn)可互操作的通信網(wǎng)絡(luò)提供了一套完整、開放、成品化 的解決途徑。 CSC-2000型變

42、電站綜合自動化系統(tǒng)就是采用 Lon Works 網(wǎng)絡(luò)的總線型分散分布式實例。采用 Lon Works網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)如圖 8所示。(2變電站層、主站通信功能。由圖可知,它只分為兩層:變電站層和間隔層, Lon Works 網(wǎng)絡(luò)取消了通信管理層。 變電站層有三個主站并相互獨立,提高了系統(tǒng)的冗余度。主站 1主管系統(tǒng)監(jiān)控,它有一 個監(jiān)控總線網(wǎng)卡與 Lon Works1(監(jiān)控總線和 Lon Works2(錄波總線監(jiān)控總線鏈接, 還通過 RS-232接口連接人機界面的 PC 機,用做后臺監(jiān)控。主站 2也設(shè)置一個監(jiān)控總線 網(wǎng)卡主管遠動傳送接收信息,通過 MODEM 將監(jiān)控信息傳送給調(diào)度中心。工程師站有兩個

43、網(wǎng)卡,分別監(jiān)控總線和錄波總線。接監(jiān)控總線的 PC 機具有監(jiān)視系統(tǒng)功能,但不能作控 制操作; 接錄波總線的網(wǎng)卡, 按個間隔變化 (或?qū)Ｓ娩洸パb置 的錄播數(shù)據(jù)。 從 Lon Works 總線形式變換為 RS-232串口接線形式,通過 MODEM 和電話通信網(wǎng)傳向具有電話通信功 能的遠方另一端,因此該主站微機系統(tǒng)具有錄播數(shù)據(jù)遠方通信功能。 變電站層 Lonworks1間隔層 Lonworks2至調(diào)度中心專圖 8 采用 Lonworks 網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)4.2 變電站自動化系統(tǒng)中的傳輸規(guī)約選擇在變電站綜合自動化系統(tǒng)中,為了保證通信雙方能有效地、可靠和自動的通信,在 發(fā)送端和接收端之間規(guī)定了一系列約定(信

44、息格式和信息內(nèi)容等和順序,這種約定和 順序稱為通信規(guī)約(或通信協(xié)議 。一個通信規(guī)約包括:代碼(數(shù)據(jù)編碼 、傳輸控制字 符、傳輸報文格式、呼叫和應(yīng)答方式。4.2.1 變電站和調(diào)度中心之間的傳輸規(guī)約目前各個地方情況不一,現(xiàn)場采用規(guī)約有各種形式。我國調(diào)度自動化系統(tǒng)中常采用 三類規(guī)約:循環(huán)式規(guī)約 (如 CDT 、 DXF5和 C01等 、 問答式規(guī)約 (如 SC-1801、 u4F 和 MODBUS 和對等式規(guī)約(如 DNP3.0等 。 1995年, IEC 為了在兼容的設(shè)備之間達到互換的目的, 頒布了 IEC 60870-5-101傳輸規(guī)約,為了使我國盡快采用遠動傳輸?shù)膰H標準, 1997年原電力部

45、頒布了國際 101規(guī)約的國內(nèi)版本 DL/T634-1997,并在 1998年的桂林會議上 進行了宣講。該規(guī)約為調(diào)度端和變電站端之間的信息傳輸制定了標準,今后變電站自動 化設(shè)備的遠方調(diào)度傳輸協(xié)議上應(yīng)采用 101規(guī)約。4.2.2 站內(nèi)局域網(wǎng)的通信規(guī)約目前各生產(chǎn)廠家基本上各作各的密碼, 造成不同廠家設(shè)備通信連接的困難和以后維 護的隱患。 IEC 在 1997年頒布了 IEC 60870-5-103規(guī)約,國家經(jīng)貿(mào)委在 1999年頒布了 103規(guī)約的國內(nèi)版本 DL/T667-1999, 并在 2000年的南昌會議上進行了宣講。 103規(guī)約為 繼電保護和間隔層(IED 設(shè)備與變電站層設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信傳輸規(guī)

46、定了標準,今后變 電站自動化站內(nèi)協(xié)議要求采用 103規(guī)約。4.2.3 電力系統(tǒng)電能計量傳輸規(guī)約對于電能計量采集傳輸系統(tǒng), IEC 在 1996年頒布的 IEC 60870-5-102標準,即我國 電力行業(yè)標準 DL/T719-2000, 是我們在實施變電站電能計量系統(tǒng)時需要遵守的, 今后電 力系統(tǒng)電能計量傳輸協(xié)議要求采用 102規(guī)約。4.2.4 總結(jié)上述的三個標準即 101、 102、 103協(xié)議,運用于三層參考模型(EPA 即物理層、 鏈路層、應(yīng)用層結(jié)構(gòu)之上,是相當一段時間里指導(dǎo)變電站自動化技術(shù)發(fā)展的三個重要標 準。這些國際標準按照非平衡式和平衡式傳輸遠動信息的需要制定,完全能滿足電力系 統(tǒng)

47、中各種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),得到了廣泛的應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展,為滿足網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸遠 動信息, IEC TC57在 IEC 60870-5-101基本遠動任務(wù)配套標準的基礎(chǔ)上制定了 IEC 60870-5-104傳輸規(guī)約,采用 IEC 60870-5-101的平衡傳輸模式,通過 TCP/IP協(xié)議實現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)傳輸遠動信息,它適用于 PAD (分組裝和拆卸的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。目前分層分布面向?qū)ο蟮乃枷胍褳槿藗兯邮?變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為 2層, 即通過通信網(wǎng)絡(luò)連接的間隔層和變電站層,變電站到調(diào)度端通信逐步淘汰 MODEM 方式, 采用 TCP/IP模式上網(wǎng)。第 5章 基于 IE

48、C 61850的變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用研究智能變電站是以數(shù)字化變電站為依托,通過采用先進的傳感、信息、通信、控制、 人工智能等技術(shù),建立全站所有信息采集、傳輸、分析、處理的數(shù)字化統(tǒng)一應(yīng)用平臺, 實現(xiàn)變電站的信息化、自動化、互動化。它以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息 共享標準化為基本要求,自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功 能,實現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度的互動。智能變電站包括統(tǒng)一的信息平臺,統(tǒng)一的傳 輸規(guī)約。IEC 61850是目前關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)及其通信的國際標準,是目前為止最為完 善 的 變 電 站 自 動 化 通 信 標 準 , 全 稱 是 “ Communi

49、cation networks and system in substations ”,即變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。其技術(shù)特點是對變電站的通信進行分層、 面向?qū)ο蠼?、統(tǒng)一的描述語言和抽象服務(wù)接口。該標準按照自動化系統(tǒng)所需的監(jiān)視、 控制和保護等功能,提供了統(tǒng)一完整的信息模型和服務(wù),并且為不同廠家產(chǎn)品間實現(xiàn)互 操作和信息共享,其實踐應(yīng)用表明它將為站內(nèi)自動化系統(tǒng)的進一步發(fā)展提供堅實的基 礎(chǔ)。變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向集中體現(xiàn)在對變電站網(wǎng)絡(luò)信息化、 數(shù)字化和自動化應(yīng) 用上 , 未來變電站自動化系統(tǒng)強調(diào)的是變電站整體信息化和自動化的程度。 以信息化網(wǎng) 絡(luò)為基礎(chǔ),變電站實現(xiàn)少人值班,甚至無人值班,完全由控制

50、中心遠方操作與監(jiān)控將是 今后變電站的發(fā)展方向。變電站信息開放化,數(shù)字化,設(shè)備分散分布化,功能應(yīng)用智能化是今后 IEC 61850變電站發(fā)展的新特點。5.1 智能變電站的主要技術(shù)特征5.1.1 數(shù)據(jù)采集數(shù)字化數(shù)字化變電站的主要標志是采用數(shù)字化電氣量系統(tǒng) (如光電式互感器或電子式互感 器采集電流、電壓等電氣量。實現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)在電氣上的有效隔離,開關(guān)場經(jīng)傳 導(dǎo)、感應(yīng)及電容耦合等途徑對于二次設(shè)備的各種電磁干擾將大為降低,可大大提高設(shè)備 運行的安全性;非常規(guī)互感器送出的是數(shù)字信號,以弱功率數(shù)字量輸出,可以直接為數(shù) 字裝置所用,省去了這些裝置的數(shù)字信號變換電路;增大了電氣量的動態(tài)測量范圍并提 高了測量

51、精度。5.1.2 系統(tǒng)分層分布化數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)在邏輯結(jié)構(gòu)上可劃分為間隔層、變電站層和過程層。過程 層是分擔(dān)了常規(guī)變電站間隔層的部分功能,實現(xiàn)所有與一次設(shè)備接口相關(guān)的功能,包括 開入 /開出、模擬量采樣等;間隔層的功能是利用本間隔的數(shù)據(jù)對本間隔的一次設(shè)備產(chǎn) 生作用; 變電站層的功能是利用全站的數(shù)據(jù)對全站的一次設(shè)備進行監(jiān)視和控制及與遠方 控制中心的數(shù)據(jù)交換。 這種分層分布式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)采用成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技 術(shù)和開放式互連規(guī)約,能夠更完整的記錄設(shè)備信息并顯著地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。5.1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化數(shù)字化電氣量測系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕等特點,可以將其集成在智能開關(guān)設(shè)備系 統(tǒng)

52、(PASS 全封閉組合電器 中, 按變電站機電一體化設(shè)計理念進行功能優(yōu)化組合和設(shè)備 布置。 在高壓和超高壓變電站中, 保護裝置、 測控裝置、 故障錄波及其他自動裝置的 I/O單元(如 A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等作為一次智能設(shè)備的一部分,實現(xiàn) 了 IED 的近過程化設(shè)計;在中低壓變電站可將保護及監(jiān)控裝置小型化、緊湊化并完整的 安裝在開關(guān)柜上。5.1.4 系統(tǒng)建模標準化IEC 61850確立了電力系統(tǒng)的建模標準,為變電站自動化系統(tǒng)定義了統(tǒng)一、標準的 信息模型和信息交換模型,其意義主要體現(xiàn)在實現(xiàn)智能設(shè)備的互操作性、實現(xiàn)變電站的 信息共享和簡化系統(tǒng)的維護、配置和工程實施等方面。5.1.5

53、信息交換網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化變電站采用低功率、數(shù)字化的新型互感器代替常規(guī)互感器,將高電壓、大電 流直接變換為數(shù)字信號。變電站內(nèi)設(shè)備之間通過高速網(wǎng)絡(luò)進行信息交換,二次設(shè)備不再 出現(xiàn)功能重復(fù)的 I/O接口,常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊,即通過采用標準以 太網(wǎng)技術(shù)真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)及資源共享。5.1.6 信息應(yīng)用集成化數(shù)字化變電站對原來分散的二次系統(tǒng)裝置進行了信息集成及功能優(yōu)化處理, 因此可 以有效地避免常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護、故障錄波、量測與計算等裝置存在的硬 件配置重置、信息不共享及投資成本大等問題的發(fā)生。5.1.7 設(shè)備操作智能化新型高壓斷路器二次系統(tǒng)是采用微機、電力電子技術(shù)和新型傳感器建立起

54、來的,斷 路器系統(tǒng)的智能性由微機控制的二次系統(tǒng)、 IED 和相應(yīng)的智能軟件來實現(xiàn),保護與控制 命令可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)到達非常規(guī)變電站的二次回路系統(tǒng), 從而實現(xiàn)與斷路器操作機構(gòu) 的數(shù)字化接口。5.1.8 設(shè)備檢修狀態(tài)化在數(shù)字化變電站中, 可以有效的獲取電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及各種 IED 裝置的故障和 動作信息, 實現(xiàn)對操作及信號回路狀態(tài)的有效監(jiān)視, 在線監(jiān)視一、 二次設(shè)備的健康狀況, 根據(jù)監(jiān)視和分析的診斷結(jié)果科學(xué)安排檢修時間和項目。 數(shù)字化變電站中幾乎不再存在未 被監(jiān)視的功能單元,設(shè)備狀態(tài)特征量的采集沒有盲區(qū)。5.1.9 運行管理自動化采用自動故障分析系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等自動化系統(tǒng), 提升了運行管理自動化水平、大大簡化了運行維護。5.2 IEC 61850概述IEC 61850的宗旨是“一個