试论数字化变电站中通信解决方案的研究
若木分享
论文关键词 IEC61850 数字化变电站 通信 方案
论文摘 要 数字化变电站是电力业的发展方向，在过去一段时期，因为统一的通信保准缺乏，数字化变电站的发展受到了一定的制约，近年来，在多项新技术的合力推动下，数字变电站通信解决方案得到了长足的发展，本文基于IEC61850数字变电站，对其通信关键技术进行了研究，对分层网络的数据交换标准、数字化变电站模式等进行了分析。
1 通信是数字化变电站的显着特征
通信是数字化变电站的特征之一，所有数字化变电站均以先进的计算机网络技术构建变电站的通信网络为基础，从而实现信息可靠传输。数字化变电站IED大多基于IEC61850标准构建，并以此作为信息交互的标准。此外，输变电设备的在线监测信息也作为变电站信息的一部分被处理和分析。可见，数字化变电站设备通过需要通过数字化信息交互以及IED之间互操作性功能，实现高、低压电气设备的电气隔离。
2 IEC6P 850标准及其技术要点
IEC61850标准在通信解决方案中占有极重要的作用，IEC61850国际标准是以美国的UCA2．0标准为基础的，是数字化变电站的首个比较完备的通信标准，该标准的推行为数字化变电站的通信网的建设提供了坚实的理论和技术基础，IEC61850国际也被引入到国家标准GB／T 860之中。该标准的技术要点有以下几个方面：能够提供符合电力系统特征的相关通信服务，信息对象在所处的信息源位置惟一定义，相应数据对象建模是统一的。能够实现面向设备和对象的建模，能够实现面向应用的自我描述。采取抽象通信的服务接口，在网络的应用层中的协议和网络传输层的协议都是独立的。与传统通信协议相比具有以下特点L1)：采用分层体系；信息传输采用与网络独立的抽象通信服务接口(ACSI)和特定通信服务接口(SCSI)；信息模型采用面向对象、面向应用的自描述；具有互操作性。
3 数字化变电站的网络结构
过去由于通信的不确定，使以太网进入控制领域有着一定的障碍，然而今年来以太网技术已经变得不断成熟，这就使嵌入式的以太网在控制领域有了更加广泛的应用，技术成熟的以太网完全能够满足数字化变电站的通信需求。
3.1 应用层
选择MMS规范作为应用层协议完成和变电站控制系统之间的通信。基于IEC61850建立的对象以及服务模型全部被映射为通用的服务，比如数据对象的创建、读写、定义等。MMS支持面向对象数据，这就使数据自描述完全能够实现，彻底改变了过去面向点的描述方法。由于数据本身有着说明，所以传输可以不受其限制，使数据管理和维护工作得到了简化。以太网通信与MMS的有机结合，再加入IEC61850的应用，这些都使数字化变电站成为了更加开放的系统。
3.2 传输层
站内IED的高层接口选择了标准的TCP／IP协议，完成了站内IED的网络化，让站内IED的数据收发全部能够通过丁CP／／P方式进行。监控主站以及远方调度中心通过丁CP／IP协议就能够通过WAN得到变电站内的相关数据。使用标准的数据访问方式就能够实现站内IED较好的互操作性。
3.3 物理层
选择以太网作为通信系统的物理层和数据链路层的主要原因是以太网在技术和市场上已处于主流地位。构建站级网络的过程中应该对变电站层的数据流量进行分析。以减少网络内的交换量，从而减轻网络的相关负担，同时要考虑使用多个网段。也就是把需要及时交换数据的IED置于同一网段之中，最大限度地减少网段之间的流量，规避数据冲突，从而提升各网段的利用效率。应用中也可以根据电压等级等因素统筹考虑对网络进行分段。此时要注意，过多的网段可能会造成网络结构变得更加复杂以及相应网络设备的增加。
4 组网的几个原则
原则一：依据电气间隔组网。这条原则在电网中是十分重要的，在可靠性以及实时性要求较高的电气间隔，例如110 kV的线路以及母联等间隔全部要按照电气间隔来进行组网。对于需要配置双重化保护的间隔的，通常要采取双网冗余结构或者两套相对独立的设备。
原则二：在满足数据传输各项要求的情况下，应尽量使网络结构做到简化。对于35 kV以下等级的各间隔应该按母线位置分别设置一或者两段网络，对于分布在该段网络上的IED能够通过交换机直接完成信息交换过程。
原则三：针对母线保护以及主变差动保护等要采集更多的间隔交流量装置，需要采取面向功能的原则组网。比如给双重化的母线保护需要两台交换机，单母线配置一台；同时分别收集各个间隔交流电气量。这种模式的关键在于保证母线保护设备和交换机通信接口处理的时间一致性。
5 IEC6P850标准的应用
SCADA是数字化变电站的基本功能，包括开关控制，遥信采集，报警处理等。该类应用的数据通信通常是垂直的，IEC61850中采取客户到服务器的方式实现。在服务器端控制映射到MMS的读写服务时，遥信被映射到MMS的读写服务。报警以及事件的处理在SCADA中具有十分重要的意义，能够通过IEC61850报告服务实现。报告服务访问是数据集而并非单个的数据属性。触发报告的原因能够包括数据遥信变化，遥测越限以及数据刷新等。此外，数字化变电站系统的一些功能单元间要进行高精度的信息交换，这些功能单元能够处于相同或者不同的间隔。
6 结论
通信如数字化变电站的神经一般重要，选择更加合适的站内通信对数字化变电站具有十分重要的作用。因为数字化变电站网络的发展是收到多项技术的影响，为此，在实际网络结构选择中，要充分考虑各种因素，确保通信传输的可靠性和实时性统筹兼顾，简化结构，减少投资，提高效率。
参考文献
[1]任燕铭，秦立军，杨奇逊．变电站自动化系统通信网络的国际标准简介川．供用电，2000，17(5)：50一52．
论文摘 要 数字化变电站是电力业的发展方向，在过去一段时期，因为统一的通信保准缺乏，数字化变电站的发展受到了一定的制约，近年来，在多项新技术的合力推动下，数字变电站通信解决方案得到了长足的发展，本文基于IEC61850数字变电站，对其通信关键技术进行了研究，对分层网络的数据交换标准、数字化变电站模式等进行了分析。
1 通信是数字化变电站的显着特征
通信是数字化变电站的特征之一，所有数字化变电站均以先进的计算机网络技术构建变电站的通信网络为基础，从而实现信息可靠传输。数字化变电站IED大多基于IEC61850标准构建，并以此作为信息交互的标准。此外，输变电设备的在线监测信息也作为变电站信息的一部分被处理和分析。可见，数字化变电站设备通过需要通过数字化信息交互以及IED之间互操作性功能，实现高、低压电气设备的电气隔离。
2 IEC6P 850标准及其技术要点
IEC61850标准在通信解决方案中占有极重要的作用，IEC61850国际标准是以美国的UCA2．0标准为基础的，是数字化变电站的首个比较完备的通信标准，该标准的推行为数字化变电站的通信网的建设提供了坚实的理论和技术基础，IEC61850国际也被引入到国家标准GB／T 860之中。该标准的技术要点有以下几个方面：能够提供符合电力系统特征的相关通信服务，信息对象在所处的信息源位置惟一定义，相应数据对象建模是统一的。能够实现面向设备和对象的建模，能够实现面向应用的自我描述。采取抽象通信的服务接口，在网络的应用层中的协议和网络传输层的协议都是独立的。与传统通信协议相比具有以下特点L1)：采用分层体系；信息传输采用与网络独立的抽象通信服务接口(ACSI)和特定通信服务接口(SCSI)；信息模型采用面向对象、面向应用的自描述；具有互操作性。
3 数字化变电站的网络结构
过去由于通信的不确定，使以太网进入控制领域有着一定的障碍，然而今年来以太网技术已经变得不断成熟，这就使嵌入式的以太网在控制领域有了更加广泛的应用，技术成熟的以太网完全能够满足数字化变电站的通信需求。
3.1 应用层
选择MMS规范作为应用层协议完成和变电站控制系统之间的通信。基于IEC61850建立的对象以及服务模型全部被映射为通用的服务，比如数据对象的创建、读写、定义等。MMS支持面向对象数据，这就使数据自描述完全能够实现，彻底改变了过去面向点的描述方法。由于数据本身有着说明，所以传输可以不受其限制，使数据管理和维护工作得到了简化。以太网通信与MMS的有机结合，再加入IEC61850的应用，这些都使数字化变电站成为了更加开放的系统。
3.2 传输层
站内IED的高层接口选择了标准的TCP／IP协议，完成了站内IED的网络化，让站内IED的数据收发全部能够通过丁CP／／P方式进行。监控主站以及远方调度中心通过丁CP／IP协议就能够通过WAN得到变电站内的相关数据。使用标准的数据访问方式就能够实现站内IED较好的互操作性。
3.3 物理层
选择以太网作为通信系统的物理层和数据链路层的主要原因是以太网在技术和市场上已处于主流地位。构建站级网络的过程中应该对变电站层的数据流量进行分析。以减少网络内的交换量，从而减轻网络的相关负担，同时要考虑使用多个网段。也就是把需要及时交换数据的IED置于同一网段之中，最大限度地减少网段之间的流量，规避数据冲突，从而提升各网段的利用效率。应用中也可以根据电压等级等因素统筹考虑对网络进行分段。此时要注意，过多的网段可能会造成网络结构变得更加复杂以及相应网络设备的增加。
4 组网的几个原则
原则一：依据电气间隔组网。这条原则在电网中是十分重要的，在可靠性以及实时性要求较高的电气间隔，例如110 kV的线路以及母联等间隔全部要按照电气间隔来进行组网。对于需要配置双重化保护的间隔的，通常要采取双网冗余结构或者两套相对独立的设备。
原则二：在满足数据传输各项要求的情况下，应尽量使网络结构做到简化。对于35 kV以下等级的各间隔应该按母线位置分别设置一或者两段网络，对于分布在该段网络上的IED能够通过交换机直接完成信息交换过程。
原则三：针对母线保护以及主变差动保护等要采集更多的间隔交流量装置，需要采取面向功能的原则组网。比如给双重化的母线保护需要两台交换机，单母线配置一台；同时分别收集各个间隔交流电气量。这种模式的关键在于保证母线保护设备和交换机通信接口处理的时间一致性。
5 IEC6P850标准的应用
SCADA是数字化变电站的基本功能，包括开关控制，遥信采集，报警处理等。该类应用的数据通信通常是垂直的，IEC61850中采取客户到服务器的方式实现。在服务器端控制映射到MMS的读写服务时，遥信被映射到MMS的读写服务。报警以及事件的处理在SCADA中具有十分重要的意义，能够通过IEC61850报告服务实现。报告服务访问是数据集而并非单个的数据属性。触发报告的原因能够包括数据遥信变化，遥测越限以及数据刷新等。此外，数字化变电站系统的一些功能单元间要进行高精度的信息交换，这些功能单元能够处于相同或者不同的间隔。
6 结论
通信如数字化变电站的神经一般重要，选择更加合适的站内通信对数字化变电站具有十分重要的作用。因为数字化变电站网络的发展是收到多项技术的影响，为此，在实际网络结构选择中，要充分考虑各种因素，确保通信传输的可靠性和实时性统筹兼顾，简化结构，减少投资，提高效率。
参考文献
[1]任燕铭，秦立军，杨奇逊．变电站自动化系统通信网络的国际标准简介川．供用电，2000，17(5)：50一52．
