配电自动化数据传输机制分析及优化方案

李敏　李昆霖

摘 要 本文分析了西安供电公司配电网配电自动化数据传输机制，通过对IEC61850-104规约的深入分析，得出了其存在的问题，并对其进行了认真分析，给出了优化方案。

【关键词】配电自动化 数据传输机制 104规约 优化方案

配电自动化系统能够准确可靠运行，数据传输机制至关重要，可以说，配电自动化系统是完全建立在信息传输模式可靠准确的基础上，一旦配电自动化系统的信息传输模式出现问题，那么整个配电自动化系统将陷入瘫痪，所以，提高配电自动化系统数据传输机制的准确性尤为重要。

1 西安供电公司配电自动化数据传输机制的现状分析

西安供电公司配电自动化数据传输采用IEC61850-104规约的半双工多点共线的分层结构，配电自动化系统从变电站/开闭所的断路器处的主站到这条线路上的各个FTU的通道结构是多点共线，104规约根据IEC61850-104的规定，专门对多点共线的传输过程作了明确的规定，以解决在多点共线的情况下多个FTU同时发生重要状态量变位时，在通道上发生冲突竞争的问题，保证优先级别高的重要状态变位量优先传输，完全符合配电自动化系统对传输规约的要求。

然而半双工的数据传输机制决定了终端和子站只能被动的等待主站的召唤或者总召，当终端状态信息不符合规定时，还可能出现被遗漏召唤的情况，在实际应用中，其不足也日益凸显，并且随着配电自动化终端数目的增加、配电自动化范围的进一步扩大，其不足还将被不断放大。

2 本文研究主要内容

（1）IEC61850-104规约框架下，完全可以实现全双工通信，但目前自动化系统中，终端带电后不向上一级子站上传开关位置信息。

（2）终端带电后，主站第一次召唤不成功的原因分析。

（3）终端带电后，主站第一次召唤不响应，必须等待主站总召唤才能再次响应。

对于配网终端多的现状，当某终端掉线重新上电后，需要等待15分钟，才会在主站总召唤的时候被召唤，在这15分钟里，调度不能遥控操作，现场操作严重影响工作效率。本文从终端与子站通信、子站与主站通讯，所需传送全遥信和全遥测数据的总量，计算了两次总召唤之间的最小理论间隔时间，并考虑主站处理数据所需时间，留出足够的数据计算时间余量，从而降低主站总召唤的时间间隔，减少遥控无效的时间长度，从而达到提高遥控操作可靠性的目的，与此同时，就将大大优化配网操作的工作效率。

3 配电自动化数据传输机制存在问题的优化可行性分析

3.1 终端带电后，主动向上一级子站上传开关位置信息

104规约可实现全双工通信，根据配电自动化信息传输机制运行要求，本文给出了终端主动向上一级子站上传变位信息的优化实现方案。

对于基于TCP的应用程序来说，存在两种工作模式，即服务器模式和客户端模式，服务器模式和客户端模式的区别是，在建立TCP连接时，服务器从不主动发起连接请求，它一直处于监听状态，当监听到来自客户端的连接请求后，则接受此请求，由此建立一个TCP连接，服务器客户端就可以通过这个虚拟的通信链路进行数据的收发。

IEC60870-5-104中定义在正常情况下，控制站（即主站）等同于客户端（连接者），被控站（即子站）等同于服务器（监听者）。为实现全双工的平衡传输模式，保证故障信息的主动快速上报，被控站和控制站同时具有服务器和客户端功能。

3.2 终端带电后，主站第一次召唤不成功的解决方案

在现有调度104规约中对于遥信的传输过程作了如下规定：

3.2.1 没有发生遥信变位的情况

以一定的周期通过召唤或主动上送的形式将静态的数据向上传送。

3.2.2 发生遥信变位的情况

产生COS和SOE，并优先于其它静态数据传送，COS的优先级比SOE的要高。

虽然实际现场开关位置等遥信并没有发生变化，但只要规定对于重新上线的终端，当开关位置没有发生变化时，COS值不变，仍然为0，但SOE值置1，以用来区别开关发生变为信息时候的COS和SOE均为1的情况。

3.3 终端带电后，主站第一次召唤不响应，结合实际情况，适时缩短等待时间，从而提高工作效率

对于配网终端多的现状，此时间太长，每隔15分钟，调度不能遥控操作，这将严重影响工作效率和配网自动化程度，通过本文研究，得出主站向子站总召唤的最短理论时间间隔由终端数目、全遥信数据数目、全遥测数据数目以及每一帧报文的单位时间共同决定，其公式如下：

Tmin=kt （+ ）·0.2

式中：

Tmin表示主站总召唤的最短理论时间间隔。

kt是数据处理所需的时间系数，一般取8～10。

n1表示所需上送的全遥信数据数目。

n2表示所需上送的全遥测的数据数目，一般在总召唤的情况下n1=n2，表示所有终端的总数目。

0.2是代表每一帧全遥测和全遥信的报文时长为200ms

60表示每一帧全遥信的报文和每一帧全遥测的报文均可以传送60个全遥测数据和60个全遥信数据。

代入相关数据，可求得Tmin=6.8～8.5 S，此时间远小于目前系统设置的主站总召唤15分钟的间隔时间。但是根据西安配电自动化实施计划，目前配电自动化覆盖线路为试点范围内的29条，仅占全部配网调管线路的百分之六左右。按照所有10kV线路自动化全覆盖计算，充分考虑时间裕度，Tmin=136.0～170.0 S。按照数理统计原则，为保证主站系统数据传输的稳定可靠，本文选取T =300 S。

4 结论

本文对目前西安供电公司配电自动化数据传输机制作了分析，提出目前存在的隐患将对下一步配电自动化全面推广造成的影响，并就此隐患分别给出了理论分析，实现方案，优化方案模拟测试，并最终逐步进行了实用化应用，通过实际运行统计，证明了本文所提优化方案的准确性和优越性。

本文的意义在于提高了现有信息传输机制的可靠性，为今后配电自动化推广奠定了良好的基础，其具有深远的意义，随着配电自动化系统终端数目的不断增加，其优越性将日益凸显。

参考文献

[1] 孟爱萍.配电自动化系统中的通信方案[J].电力系统通信，2007，28（21）：43-45.

作者单位

西安供电公司 陕西省西安市 710032