基于通讯规约上的变电站自动化建设与实现

Substation Automation Construction and Implementation Based on Communication Protocol

JIANG Nan

摘要：随着社会的发展和进步，现阶段科学技术也在不断的创新和完善，电力电子技术与自动化技术等越来越多技术开始作用于社会生活和工作中，改善了社会生活质量和社会生活体验。在这当中，社会生活和生产对于电力的需求越来越多，由此使得电力系统的结构也更复杂，从而在当电网容量不断扩大的同时，电网的信息传输量也在不断增加，所以需要对电网中变电站系统进行完善和改造，体现出变电站自动化系统的优势，以此研究基于通讯规约的变电站自动化系统的建设与实现。

Abstract： With the development and progress of society， science and technology are constantly innovating and perfecting at this stage. More and more technologies such as power electronics technology and automation technology are beginning to be used in social life and work， improving the social life quality and social life experience. The demand for electricity in social life and production is increasing， which makes the structure of the power system more complicated. Therefore， while the capacity of the power grid is continuously expanding， the information transmission capacity of the power grid is also increasing， so it is necessary to improve and transform the substation system in the power grid to reflect the advantages of the substation automation system， and studies the construction and implementation of the substation automation system based on the communication protocol.

關键词：通讯规约;电力监控系统;电力综控系统

Key words： communication protocol;power monitoring system;power comprehensive control system

中图分类号：TM734                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）32-0213-02

1  通讯规约在变电站自动化系统中的重要作用

目前由于变电站所采用的通讯规约在标准方面不够统一，原因在于各个不同的供应商有其独自的产品通信协议，以此使得不同变电站所采用的产品供应商不同，相应的通讯规约也会不同。所以现阶段为了能够快速的传递信息、收集和处理需求，实现变电站与远方终端和用户之间的联系，也为了能够尽快与国际接轨，在未来采用一种或者几种通讯规约，是能够促进我国电力企业健康稳定发展、促进变电站自动化系统功能完善的基础。

对于变电站的自动化系统来说，要想使得变电站系统实现自动化，并且使得主机、终端设备以及各个工作站和工程师站等实现有效且高效的联系，就要遵循一定的通讯规约，通讯规约是整个变电站实现自动化的基础和核心技术，从而若是没有既定的通讯规约，变电站的自动化系统在进行通信时，就会出现信息传递的紊乱以及通信网络的瘫痪，所以为了保障变电站的自动化系统稳定运行，必须要采用合适的通讯规约，从而最大程度上降低通信故障造成的损失。

2  通讯规约选择的方案实现

2.1 站控层-间隔层解决方案

解决方案建议选择“渐进式柔性改造”的实现形式。首先，对于硬件的设置，保持原来的后台监控系统不变，在此基础上增添基于X86的硬件平台。使用Linux系统作为监控系统;其次，对于软件方面，在间隔层的测控和保护不断改进过程中，将由IEC61850规约代替原有的NET103规约。而对于暂时无法进行过渡的间隔层的设备，可以选择使用原有的通讯规约。并且也可以选择增加总控转换协议进行过渡。以此实现整体的过渡。如图1所示为站控层-间隔层规约改造方案。

2.2 站端-调度端解决方案

对于解决方案的设定选择在原运动屏柜内部对现场形式的配线，以此使用新的总控装置代替原有旧的总控装置。最终旧的总控装置会退出运行。具体的，是将NSC330代替NSC200。前者是基于一种实时操作系统和嵌入式的操作平台，并结合两路一百兆网口，将其接入到站控层的网络当中，进行全站数据的采集和处理，其能够实现四路一百兆网口的以太网规约调度通讯需求，并且最大支持网络端口IEC104的16个端口连接数量。

这当中NSC330型的运动装置一方面在功能实现当中能够替代原有的设备;另一方面更能够在性能和支持的网口数量方面满足实际的需求。

3  基于通讯规约上的变电站自动化建设

3.1 变电站自动化系统IEC 61850通讯规约

3.1.1 面向设备、面向对象建模

此项通讯规约的标准使用直接面向对象建模的技术，以此对客户/服务器模型进行了定义，如图2所示。这当中，IED内部包含一个或者多个服务器，并且所包含的服务器内部又有一个或者多个逻辑设备。在包含的逻辑设备当中，逻辑设备会有相应的逻辑节点，因此此项通讯规约体系能够对应用功能进行分解，以此使得最小的实体逻辑节点能够用作通信。再根据不同逻辑节点的不同功能，每个逻辑节点由特殊属性的数据构成。由此数据和相应的数据属性会通过特定的服务器进行信息的交换。

3.1.2 使用分层、分布体系

对于变电站内部的信息分层概念进行了提出，从而无论是对于物理方面还是逻辑方面的概念理解，都将变电站的通信体系进行三个层次的划分。主要为：变电站层、间隔层和过程层。并以此将层次之间的通信接口进行定义。

3.1.3 面向应用开放的完善的自我描述

具体的技术标准采用的是面向对象的数据自我描述，从而借助这种技术的实现方法，在相应的系统数据库之内就能够对数据进行自我描述，之后接收方接收到相应的数据时，数据本身就会带有一定的说明，因此無需再对数据进行转换，最终能够直接建立相应的数据库，简化现场验收工作量、减少数据库维护工作量。

3.1.4 使用抽象通信服务接口（ACSI）、特殊通信服务映射SCSM技术

对于TCP/IP和OSI现场总线等各种通信系统已经建立，考虑到网络应用层协议当中的ACSI相对独立，因此其与所采用的网络无关。进而此项通讯协议标准使用了SCSM特殊通信服务映射技术，由此此项技术能够根据对象的不同和相应参数以及服务等，提供相应的技术支持，帮助实现系统的实际需求。

3.1.5 使用XML的配置技术

用来描述对于通讯有关的智能电子装置的参数和配置、开关间隔以及通信系统配置的IEC61850，即substation configuration language（变电站配置语言SCL）。其是借助可扩展标记语言ex-tented markup language，（XML）为基础的。

3.1.6 互操作性

作为互换性的基础和前提条件，对于不同厂家所提供的IED智能装置之间的信息交换，在IEC61850中能够实现协同操作的需求。

3.2 基于IEC 61850的变电站功能和IED模型的建模基础

在进行相应的建模过程中，首先是明确装置所能够实现的具体功能，以此在熟悉和了解其原理的基础上，对主要的功能进行完整的表述，以此再对设备的通信要求进行提出，具体结合标准中对系统具体功能和节点分类的要求不同，选择相应的数据标准，这当中对于数据标准中没有的项目和标准，可以通过自定义的方式对节点进行选择。之后标准数据对象类选择完成之后，就可以以这些类为模板，建立所需要的实例，实例当中包含具体的系统逻辑设备和逻辑节点。这就能够正确表示多种数据的对象，在当抽象数据的属性得到定义之后，最终的公共数据就会由数据属性的序列和数据属性组成。

为了满足上述要求和具体的规定，使得功能能够实现自由分布，就要将其分为主要的节点，以逻辑方式进行控制，最终使得相应的逻辑节点能够分布在一个或者多个物理装置当中。这当中需要考虑的问题是，要建立一个特殊的逻辑节点，原因在于某些参数只与物理装置本身具有的属性有关，对于其他功能并未涉及。其中，LN代表一个设备，LLN0具有多种功能，因此对于当前的功能和后期的功能定义，IEC61850标准不会对其进行满足，所以考虑于此，要做到功能的可拓展，并做好标准化和详尽描述。从而LN之间具有非常重要的交互作用。

4  总结

随着计算机技术以及电力电子技术等的发展，现阶段社会电网的结构更加复杂多样，所具有的功能也更多，从而能够进行传输的信息量也更多。但随着需求的增大，就更需要电网以及相应的变电站保障功能的完整性和满足更多的需求。以此对于自动化系统的功能实现和通信过程提出更多更具体的规定，使得通讯规约技术可以作用在变电站自动化系统的基础通信过程和更高运行要求当中。从而通讯规约作为变电站自动化系统的重要保障，是目前变电站稳定运行的基础和前提。

参考文献：

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作者简介：姜南（1981-），男，江苏南京人，硕士研究生，电力工程师，研究方向为电力自动化。