几种常用的变电站自动化系统站内通信模式研究

[摘要]介绍了几种经常使用的变电站自动化系统站内通讯模式，着重论述了各自的通讯结构和特点，并经由过程对各类的通讯模式在我局现实运用中的效果进行比力，在此根蒂根基上提出比力合理的通讯系统实现模式，并对变电站综合自动化系统厂家提出一些建设性的定见。
　　
[关头词]变电站自动化系统(SAS)站内通讯通讯规约智能电子装备(IDEs)
1引言　　随着电力工的迅速成长，电力系统的规模不竭扩年夜，系统的运行方式越来越复杂，对自动化水平的要求越来越高，从而促进了变电站自动化技术的不竭成长。为避免重复投资，提高信息资本同享的水平，须对变电站自动化系统的信息收集、处置、传输加以规范，对站内通讯设置装备摆设予以综合斟酌。在靠得住性的根蒂根基上尽做到了软硬资本的同享，提高了变电站的运行及经管水平，到达变电站减人增效，提高平安运行水平的目的。　　站内通讯系统在变电站自动化系统中据有很是重要的地位。变电站自动化系统的功能在逻辑上可分配在三个条理：变电站层(stationlevel)，距离层或单元层(baylevel)，进程层(processlevel)。层为变电站层，它由距离层获得实时数据，承当着站内本站操作员与远方监视和维护工程师站的人机接口、监视、经管、控制等变电站主控室功能，并负责与远方调剂中心通讯。第二层为距离层或单元层，负责对下层就地装配和智能电子装备(IDEs)进行通讯经管、控制等使命，同时也承当着通讯规约诠释、转换工作。第三层是就地的模拟、开关和脉冲数据收集、庇护和控制操作出口，是数字和模拟I/O功能。三层之间靠站内通讯系统联系。　　站内通讯系统主要是指层与第二层之间，第二层与第三层之间进行数据交换的系统，它可经由过程传统的RS-422/485总线(虽然RS-485总线通讯速度不高，但有些110kV及以下电压品级和非枢纽变仍采用这一传统的方式)、局站中速网络(Lonworks及CAN技术)或高速尺度以太技术通讯在各层之间进行数据交换。站内通讯系统的组成方案有很多种，它的主流结构是分层散布式。连系当前国内变电站的现实情况，着重从通讯的角度进行论述。
2我局运用中的几种站内通讯系统结构2.1高速以太网　　这类结构有两种分歧的实现方式：　　1、种结构为变电站层与距离层同享以太网，取消了传统的通讯单元。主干网络结构采用光纤自愈环型以太网，距离层与进程层装备直接采用双绞线以星型方式接进主干网，用TCP/IP网络协议通讯。对于其他智能电子装备(IDEs)，具有以太网接口可直接接进主干网，否则经由过程网关实现规约转换后接进系统。　　光纤双环自愈的原理就是将所有的装备散布在旌旗灯号流向相反的两个环上，日常平凡只有主环在工作，次环处于备份状态;当环上某处光纤断裂或某节点发生故障时，其相邻节点的主环、备环自动环回，这时候，环网依然是一个闭环，通讯链路连结通顺。故障点链路恢复后，备环回到备份状态。这类自愈型环网极年夜地提高了光纤通讯的靠得住性。　　2、第二种结构为变电站层与距离层之间采用的是以太网结构，以TCP/IP网络协议通讯，距离层与进程层装备采用的是485总线结构，以POLLING方式的厂家的内部规约进行数据交换。　　种结构一般用于220KV及以上枢纽变电站，光纤自愈环网在网络中任一点故障时，可快速切换通道，保证网络上装备的正常通讯，其靠得住性高于双总线网络，所有的环网接进装备可实时监视与之相连的网络通讯状态和直流电源供电情况，泛起问题可经由过程输出触点实时反应，并能反应故障位置，极年夜地简化网络的维护。并具有秀的灵活性和扩大性。距离层与进程层装备直接采用以太网以TCP/IP网络协议通讯，实现数据的高速无瓶颈平衡式传输。　　第二种结构用于110KV变电站，它的特点是凭据各层之间需传输的数据和开放性要求而采用分歧的网络结构和传输协议，变电站层与距离层之间需要传输整个变电站距离层装备及智能电子装备收集的数据，是以采用了传输速度较高的以太网结构。而在距离层与进程层之间由于采用多个通讯经管单元，传输的数据不年夜，通讯速度要求不高，因而采用传输速度较低的485总线结构。2.2CAN总线　　这类结构结构为变电站层与距离层之间采用的是CAN总线结构，以CAN尺度ISO11898网络协议进行数据交换，距离层与进程层之间采用的是485总线结构，以POLLING方式的厂家的内部规约进行数据交换。　　CAN(ControllerAreaNetwork)--控制器局部网，属于现场总线的范围，它是一种有用支持散布式控制或实时控制的串行通讯网络。CAN总线采用双线串行通讯方式，检错能力强，可在高噪声干扰情况中合作。CAN具有先权和仲裁功能，多个控制模块经由过程CAN控制器挂到CAN-bus上，形成多主机局部网络。CAN总线结构通讯速度比以太网慢，高只能到达1MB/s，但基本能知足站内数据交换的要求。这类结构用于110KV变电站，它的其它特点与以太网第二种结构不异。2.3LonWorks网络　　这类结构也有两种分歧的实现方式：　　种结构为距离层与进程层之间采用LonWork网络技术，以LonTalk协议进行数据交换，与站内智能电子装备(IDEs)的通讯经过规约转换直接挂在LonWork网上实现数据同享，而变电站层与距离层之间采用直接串口通讯。　　第二种结构为变电站层与距离层之间采用直接串口与调剂主站通讯、采用MOXA卡或直接串口经过规约转换与站内智能电子装备(IDEs)通讯，而距离层与进程层之间采用LonWork网络技术，以LonTalk协议进行数据交换。　　LonWorks(LocalOperatingNetworks)--局部操作网络是美国Echelon公司于1991年提出的。LonWorks有完整的7层协议,具有下场域网的基本功能，它采用双绞线通讯速度为1.25Mbps/130m/每段64个节点。LonWorks的通讯介会见控制方式采用了带展望的P-坚持CSMA（PrediciveP-PersistentCSMA）[CSMA(CarrierSenseMultipleAccess)]载波监听多路会见，这样就避免了碰撞，削减了网络碰撞率，提高了重载时的效率。并采用了紧急先机制，以提高它的实时性与靠得住性。LonWorks是一种完整的、全开放的、可互操作的、成熟的和低成本的散布式控制网络技术。　　这两种结构的特点是将距离层与进程层之间的数据通讯视为重点，采用的是较成熟的LonWorks网络技术，是以在现实运用中较为稳定。但这两种结构简化了变电站层与距离层之间的通讯装备和网络结构，晦气于系统规模扩年夜和功能扩大。这两种结构一般用于110KV变电站。2.4RS-422/485总线　　这类结构的距离层功能现实上是由一台工控机完成的，工控机接收智能通讯卡的外设接口RS-422/485和串口RS-232智能电子装备(IDEs)收集的各类数据，进行处置后直接显示为后台监控，并经由过程串口上发调剂主站。　　RS-485是一种低成本、易操作的半双工结构总线，凡是运用于一对多点的主从应对式通讯系统中，但RS-485总线在抗干扰、自顺应、通讯效率等方面仍存在缺陷，数据通讯方式为饬令响应式，数据传输效率下降，尤其是毛病处置能力不强，同时当下端泛起异常时，数据不能立即上传，灵活性极差，不适于实时性要求较高的场所。　　这类结构的特点是进一步的简化了通讯系统，使得整个系统的数据交换功能都集中在做为数据处置和后台监控的工控机及其智能通讯卡上，一旦工控机故障或死机就会造成系统瘫痪，这样就对系统硬件的稳定性及软件系统的靠得住性要求很高。但这类通讯结组成本低廉，所以这类结构一般用于数据处置不年夜的35KV变电站。3各类站内通讯系统结构比力　　经由过程对上述几种站内通讯系统的结构分析，我们不难看出，几种站内通讯系统由于运用情况分歧，设计思想的偏重点也有所分歧，在现实运行中各自的性能也各有千秋，具体列表以下：性能高速以太网以太网LonWorksCANRS-485/422传输速度很高高一般一般低传输规约TCP/IPTCP/IPLonTalkISO11898厂家自编运用情况220KV及以上变电站110KV变电站110KV变电站110KV变电站35KV变电站及110KV变电站低压侧正常时数据传输快>快快一般一般事故时数据传输一般一般快一般一般防干扰、防雷好好好一般差靠得住性好好好一般差稳定性好好好一般一般开放性好好一般差一般自力性好好一般一般一般扩大性好好差差一般表1、各类站内通讯系统结构功能比力　　随着电网改造的深进进行，年夜的变电站投进运行，近期的110KV及以上变电站站内通讯系统距离层与进程层之间都是采用LonWorks或CAN网络结构，有的还直接采用LAN以太网络，而RS-422/485总线已不再使用；变电站层与距离层之间都是采用以太网结构，以TCP/IP网络协议通讯。采用LonWorks、CAN或LAN以太网络的站内通讯系统完知足变电站自动化系统的通讯要求，从这里我们也能够看到站内通讯系统的趋向所在，这也正是笔者所乐见的。非论从硬件和软件（通讯规约）的兼容性仍是从通用性和易用性的角度来看，笔者认为变电站自动化系统的站内通讯全数采用以太网和高速以太网是其好模式。　　另外，站在安装调试和运行维护的角度来看，现在站内通讯系统的主要瓶颈在于变电站层与各类智能电子装备(IDEs)如直流充电系统、小电流接地系统等系统之间的通讯。现在这些IDEs一般都要经由过程RS-232/485口用规约转换装配与变电站层进行通讯。虽然这类装配台对通讯的要求其实不高，现有的通讯模式也能知足要求，但在现场安装调试和运行维护的进程中往往要花费年夜的人力物力对其提供的通讯规约进行调试。若是各类智能电子装备(IDEs)都能采用以太网络结构，以TCP/IP网络协议与变电站层通讯，那末其通用性和易用性都能获得很年夜的提高。4竣事语　　本文从电力系统用户的角度对今朝运用在我局的变电站自动化系统的站内通讯模式进行了年夜的分析比力，提出了站内通讯模式的好模式，并凭据安装调试和运行维护的要求，对接进变电站自动化系统的智能电子装备(IDEs)提出了一些改良设想，希看能抛砖引玉，获得列位家和同仁的指正。
参考文献　　［1］谭文恕．电力行尺度DL／T667－1999简介［J］．电力系统自动化，2000，24(1)：57－59．　　［2］徐立子．变电站自动化系统的分析和实施［J］．电网技术，2000，24(5)：25－29　　［3］现场总线技术运用选编邬宽明北京航空航天年夜学出书社出书2003年1月　　［4］CBZ-8000系列变电站自动化系统许继电气股份有限公司