变电站通信技术发展综述

陈俊峰，方珍，潘盛贵

(贵州电网公司六盘水供电局，贵州 六盘水 553000)

1 前言

现代变电站综合自动化系统是由计算机技术、通信技术、单片机技术、嵌入式技术、以太网技术、传感器技术而集成的一个大系统，故而称为“综合自动化”。它不仅包含当地后台、远动调度、遥视等子系统，而且还包含站内二次设备间的通信(103规约)、电能量采集通信(102规约)、远动通信(问答式101规约、问答式104规约、循环式CDT规约)等。变电站的发展和电力电子技术、计算机技术、通信技术这几者的发展密切相关，智能电网是目前大家公认的发展方向;变电站发展是这个方向的前提条件;电力电子是这个方向的硬件基础;计算机是这个大方向的框架;通信技术则是这个目标的核心纽带，无论变电站怎么发展，都离不开这个纽带。考虑到这个因素，本文从内部通信、外部通信技术这两个角度出发，对变电站进行分析，希望这样论述更具体些。文中的内部通信技术主要是指站内设备至当地监控后台的通信技术——后台监控通信技术;外部通信技术主要指变电站至调度端的通信技术——远动通信技术。

从时间上来看，变电站的通信技术大体可分为早期、中期、现代三个阶段。

2 早期的变电站内部通信技术和外部通信技术

2.1 早期的变电站内部通信技术

早期变电站内部通信技术(站内设备至当地监控后台)主要是串行通信。串行通信，简单的说，就是所要传输的数据是在一条1位宽的传输线上，将数据一位接一位传送出去。如此计算，单是一个字节Byte，它的数据就要分8次进行传输。由此可见，数据传输效率及其低下，当然，不可否认的是，从技术经济的角度上讲，成本也低，这和当时的技术条件有关。当时的变电站常用的物理接口标准有Rs－232、Rs－422和Rs－485，通信方式是通过点对点的主从方式进行的，通信方式非常简单，在变电站遥控(严格讲，还谈不上遥控，只能说是人工现场“控制”)方面，如需操作，需在老式的控制屏、控制面板方能进行现场的操作与控制，操作不便利;遥测方面，是采用指针型测量仪器仪表，其二次回路错综复杂，很多工作必须由值班员人工操作去完成，维护起来也不方便，那时的遥测就是现场目测。“监控系统”这个概念在当时是没有的，变电站的设计思想主要是面向“功能设计”的思想。

2.2 早期的变电站外部通信技术

早期的远动通信技术(变电站至调度端的通信)大致经历了这么个过程:电子管时代→晶体管时代→集成电路时代。我国最早的远动通信技术是五六十年代，当时是通过电子管电路，来实现遥测数据的发送和接收。遥控和遥信是通过继电器逻辑电路实现，这时期的远动技术一个显著特征就是:远动产品都是基于电子管技术制造的。这些产品虽然落后并已经淘汰，但是，它们为当时的电网调度运行做出了应有的贡献。70年代，随着晶体管的出现，远动产品充分利用了晶体管技术，先是锗管，后来是硅管。80年代，远动通信开始使用集成技术，最初采用PMOS、NMOS技术，后来采用CMOS技术，这时期的变电站与地调之间，地调与省调之间的通信主要以电力线载波进行通信，大部分远动设备只完成遥测与遥信功能，还没有达到四遥功能。其设计理念是面向全站，而不是面向元件或者间隔，因此都采用集中组屏方式进行变电站设计。

3 中期的变电站内部通信技术和外部通信技术

3.1 中期的变电站内部通信技术

进入80年代以来，特别是90年代，随着现场总线技术的迅速发展，变电站内部通信也充分利用了这一先进技术，由串行通信技术转向现场总线通信技术。现场总线技术是基于3C技术:computer(计算机)技术、communication(通信)技术、control(控制)技术的大集成。后台监控系统与二次保护、测量设备可以通过现场总线实现数字化信号的双向传输、交互。变电站与其他工作环境最大的区别就是它是强磁场，环境恶劣，电磁干扰很大，信号易受影响。而现场总线技术的出现正好解决了这个问题，信号传输抗干扰强。而且，现场总线的开放性比较好，各个厂家的设备通过通信管理机(规约转换装置)后都可以在其网络上互联，操作简单、实时性强。于是，在很短时间内就取代了大部分串行技术，变成了变电站自动化系统的主流通信技术;同时，现场总线也使变电站自动化系统的网络通信结构发生了历史性、革命性的变化，它具备了变电站网络化发展方向的雏形，为变电站实现网络化打下基础。

3.2 中期的变电站外部通信技术

20世纪80～90年代，由于微处理器芯片(CPU)和大规模集成电路技术以及嵌入式系统的迅猛发展，变电站外部通信技术——远动通信技术发生了很大变化，出现了SCADA系统。SCADA系统，即数据采集与监控系统，广义的SCADA系统不仅包括厂站端远动通信系统和设备，也包括调度主站端的自动化系统。这时期的外部通信技术在传输速率方面、传输正确性、可靠性方面、实时性方面得到很大提高和发展。很明显，中期外部通信技术有最大特征就是:以微处理芯片CPU(8/16/32位)发展为基础、以嵌入式系统为平台。这个时期的设计理念仍然面向全厂或全站。与调度中心或远方控制中心之间的通信方式除了电力线载波之外还有微波等其它方式;远动方面完全实现了四遥:遥控、遥调、遥信、遥测。

4 现代的变电站内部通信技术和外部通信技术

4.1 现代的变电站内部通信技术

1973年，施乐(xerox)公司发明了分组交换局域网技术，控制访问技术采用竞争总线方式，这是局域网发展的开端。可以说，1998年，随着IEEE 802委员会成立，标志着工业以太网的诞生。变电站的内部通信也逐步由现场总线技术转向工业以太网技术。经过30多年的发展，以太网技术以其优越的实时性、开放性、组网的灵活性、通信媒介普及程度高等优势，能成为网络连接的首选，并已大量使用于变电站综合自动化领域。现在，变电站内保护、测量、控制、计量等设备都接入交换机，后台监控由交换机读取站内设备信息，设备的信息通过以太网得以实现共享，而当地的监控对设备的控制已实现“网络化”。实时性、开放性、网络控制是其特征。毫无疑问，现在的变电站内部通信技术的一个主要技术标志就是:工业以太网技术。

4.2 现在的变电站外部通信技术

21世纪初，由于光纤通信技术、半导体芯片技术、通信技术以及计算机技术飞速发展，变电站外部通信技术也已从早期、中期发展到现在比较综合、完整的自动化系统。厂站与主站的外部通信主要采用光纤进行通信。现在，变电站综合自动化系统将大量智能设备诸如保护装置、测控装置、自动装置、计量装置、电源、五防等各种设备和子系统纳入一个变电站自动化系统中。如此多的信号要实现实时、快速传播，光纤通信方式正是最好的选择。光纤传输信息量大，可远距离传输，且光纤采用绝缘体材料，信号传输过程不易受干扰。在设计思想方面，现在的思想主要是分层设计的思想。现在变电站的分层分布结构正好体现了思想。当然，仁者见仁，智者见智，有的学者把变电站分为两层，即站控(变电站)层和间隔层，而有的学者则把变电站分为三层，即站控(变电站)层和间隔层及过程层，无论分为几层，都说明了现在的设计理念已经不同以往的集中思想。当然，在分层的思想中也有集中思想的体现，但这个集中的思想是对某一层这个面而言的。这时期的外部通信技术主要以光纤通信为主，光纤通信是其最大特点，而如何完善光纤通信技术也必将是以后研究的重点。

5 展望

现在，业内专家和学者认为，智能电网是将来电网的发展方向。智能电网有几个特点，那就是一次设备高度智能化，二次信息共享网络化，整个电力系统可靠，经济，科技。由此可见，变电站在经历一个传统变电站→数字化变电站→智能变电站的转变。目前的数字化变电站只是将来智能变电站的一个过渡，而将来的智能变电站的通信技术应该是基于先进传感技术、计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的发展而发展的一种新型“网控”技术。目前来看，传感器技术是难点和重点。传感器技术提高后，无需现在的智能终端与合并单元就能实现一次设备信号的数字化，使变电站内部通信更快、更准确。智能变电站还需要解决的关键技术还有很多，比如怎样解决大量数据上传导致的数据风暴问题，如何实现光电传感器的精准测控与传输等，这些问题都与通信技术的发展相关，所以，将来通信技术的研究重点和难点将是光电传感器通信技术方面，而交换机通信技术现在虽然已经比较普及，但是，在变电站应用的过程中，发现存在的问题还比较多，VLAN的划分如何更安全、可靠，以及如何提高变电站的信息安全等，这些问题的解决必然要在通信技术提高的基础上才能得以实现。

［1］潘新民.计算机通信技术［M］.北京:电子工业出版社，2008.

［2］高翔.数字化变电站应用技术［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［3］钱远涛，王进宏.现场总线CAN原理与应用技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2004.