配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制分析及優(yōu)化方案

李敏　李昆霖

摘 要 本文分析了西安供電公司配電網(wǎng)配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，通過對IEC61850-104規(guī)約的深入分析，得出了其存在的問題，并對其進(jìn)行了認(rèn)真分析，給出了優(yōu)化方案。

【關(guān)鍵詞】配電自動(dòng)化 數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制 104規(guī)約 優(yōu)化方案

配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確可靠運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制至關(guān)重要，可以說，配電自動(dòng)化系統(tǒng)是完全建立在信息傳輸模式可靠準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，一旦配電自動(dòng)化系統(tǒng)的信息傳輸模式出現(xiàn)問題，那么整個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)將陷入癱瘓，所以，提高配電自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的準(zhǔn)確性尤為重要。

1 西安供電公司配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的現(xiàn)狀分析

西安供電公司配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸采用IEC61850-104規(guī)約的半雙工多點(diǎn)共線的分層結(jié)構(gòu)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)從變電站/開閉所的斷路器處的主站到這條線路上的各個(gè)FTU的通道結(jié)構(gòu)是多點(diǎn)共線，104規(guī)約根據(jù)IEC61850-104的規(guī)定，專門對多點(diǎn)共線的傳輸過程作了明確的規(guī)定，以解決在多點(diǎn)共線的情況下多個(gè)FTU同時(shí)發(fā)生重要狀態(tài)量變位時(shí)，在通道上發(fā)生沖突競爭的問題，保證優(yōu)先級別高的重要狀態(tài)變位量優(yōu)先傳輸，完全符合配電自動(dòng)化系統(tǒng)對傳輸規(guī)約的要求。

然而半雙工的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制決定了終端和子站只能被動(dòng)的等待主站的召喚或者總召，當(dāng)終端狀態(tài)信息不符合規(guī)定時(shí)，還可能出現(xiàn)被遺漏召喚的情況，在實(shí)際應(yīng)用中，其不足也日益凸顯，并且隨著配電自動(dòng)化終端數(shù)目的增加、配電自動(dòng)化范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，其不足還將被不斷放大。

2 本文研究主要內(nèi)容

（1）IEC61850-104規(guī)約框架下，完全可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，但目前自動(dòng)化系統(tǒng)中，終端帶電后不向上一級子站上傳開關(guān)位置信息。

（2）終端帶電后，主站第一次召喚不成功的原因分析。

（3）終端帶電后，主站第一次召喚不響應(yīng)，必須等待主站總召喚才能再次響應(yīng)。

對于配網(wǎng)終端多的現(xiàn)狀，當(dāng)某終端掉線重新上電后，需要等待15分鐘，才會在主站總召喚的時(shí)候被召喚，在這15分鐘里，調(diào)度不能遙控操作，現(xiàn)場操作嚴(yán)重影響工作效率。本文從終端與子站通信、子站與主站通訊，所需傳送全遙信和全遙測數(shù)據(jù)的總量，計(jì)算了兩次總召喚之間的最小理論間隔時(shí)間，并考慮主站處理數(shù)據(jù)所需時(shí)間，留出足夠的數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)間余量，從而降低主站總召喚的時(shí)間間隔，減少遙控?zé)o效的時(shí)間長度，從而達(dá)到提高遙控操作可靠性的目的，與此同時(shí)，就將大大優(yōu)化配網(wǎng)操作的工作效率。

3 配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制存在問題的優(yōu)化可行性分析

3.1 終端帶電后，主動(dòng)向上一級子站上傳開關(guān)位置信息

104規(guī)約可實(shí)現(xiàn)全雙工通信，根據(jù)配電自動(dòng)化信息傳輸機(jī)制運(yùn)行要求，本文給出了終端主動(dòng)向上一級子站上傳變位信息的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方案。

對于基于TCP的應(yīng)用程序來說，存在兩種工作模式，即服務(wù)器模式和客戶端模式，服務(wù)器模式和客戶端模式的區(qū)別是，在建立TCP連接時(shí)，服務(wù)器從不主動(dòng)發(fā)起連接請求，它一直處于監(jiān)聽狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)聽到來自客戶端的連接請求后，則接受此請求，由此建立一個(gè)TCP連接，服務(wù)器客戶端就可以通過這個(gè)虛擬的通信鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。

IEC60870-5-104中定義在正常情況下，控制站（即主站）等同于客戶端（連接者），被控站（即子站）等同于服務(wù)器（監(jiān)聽者）。為實(shí)現(xiàn)全雙工的平衡傳輸模式，保證故障信息的主動(dòng)快速上報(bào)，被控站和控制站同時(shí)具有服務(wù)器和客戶端功能。

3.2 終端帶電后，主站第一次召喚不成功的解決方案

在現(xiàn)有調(diào)度104規(guī)約中對于遙信的傳輸過程作了如下規(guī)定：

3.2.1 沒有發(fā)生遙信變位的情況

以一定的周期通過召喚或主動(dòng)上送的形式將靜態(tài)的數(shù)據(jù)向上傳送。

3.2.2 發(fā)生遙信變位的情況

產(chǎn)生COS和SOE，并優(yōu)先于其它靜態(tài)數(shù)據(jù)傳送，COS的優(yōu)先級比SOE的要高。

雖然實(shí)際現(xiàn)場開關(guān)位置等遙信并沒有發(fā)生變化，但只要規(guī)定對于重新上線的終端，當(dāng)開關(guān)位置沒有發(fā)生變化時(shí)，COS值不變，仍然為0，但SOE值置1，以用來區(qū)別開關(guān)發(fā)生變?yōu)樾畔r(shí)候的COS和SOE均為1的情況。

3.3 終端帶電后，主站第一次召喚不響應(yīng)，結(jié)合實(shí)際情況，適時(shí)縮短等待時(shí)間，從而提高工作效率

對于配網(wǎng)終端多的現(xiàn)狀，此時(shí)間太長，每隔15分鐘，調(diào)度不能遙控操作，這將嚴(yán)重影響工作效率和配網(wǎng)自動(dòng)化程度，通過本文研究，得出主站向子站總召喚的最短理論時(shí)間間隔由終端數(shù)目、全遙信數(shù)據(jù)數(shù)目、全遙測數(shù)據(jù)數(shù)目以及每一幀報(bào)文的單位時(shí)間共同決定，其公式如下：

Tmin=kt （+ ）·0.2

式中：

Tmin表示主站總召喚的最短理論時(shí)間間隔。

kt是數(shù)據(jù)處理所需的時(shí)間系數(shù)，一般取8～10。

n1表示所需上送的全遙信數(shù)據(jù)數(shù)目。

n2表示所需上送的全遙測的數(shù)據(jù)數(shù)目，一般在總召喚的情況下n1=n2，表示所有終端的總數(shù)目。

0.2是代表每一幀全遙測和全遙信的報(bào)文時(shí)長為200ms

60表示每一幀全遙信的報(bào)文和每一幀全遙測的報(bào)文均可以傳送60個(gè)全遙測數(shù)據(jù)和60個(gè)全遙信數(shù)據(jù)。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，可求得Tmin=6.8～8.5 S，此時(shí)間遠(yuǎn)小于目前系統(tǒng)設(shè)置的主站總召喚15分鐘的間隔時(shí)間。但是根據(jù)西安配電自動(dòng)化實(shí)施計(jì)劃，目前配電自動(dòng)化覆蓋線路為試點(diǎn)范圍內(nèi)的29條，僅占全部配網(wǎng)調(diào)管線路的百分之六左右。按照所有10kV線路自動(dòng)化全覆蓋計(jì)算，充分考慮時(shí)間裕度，Tmin=136.0～170.0 S。按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)原則，為保證主站系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠，本文選取T =300 S。

4 結(jié)論

本文對目前西安供電公司配電自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制作了分析，提出目前存在的隱患將對下一步配電自動(dòng)化全面推廣造成的影響，并就此隱患分別給出了理論分析，實(shí)現(xiàn)方案，優(yōu)化方案模擬測試，并最終逐步進(jìn)行了實(shí)用化應(yīng)用，通過實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，證明了本文所提優(yōu)化方案的準(zhǔn)確性和優(yōu)越性。

本文的意義在于提高了現(xiàn)有信息傳輸機(jī)制的可靠性，為今后配電自動(dòng)化推廣奠定了良好的基礎(chǔ)，其具有深遠(yuǎn)的意義，隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)終端數(shù)目的不斷增加，其優(yōu)越性將日益凸顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟愛萍.配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的通信方案[J].電力系統(tǒng)通信，2007，28（21）：43-45.

作者單位

西安供電公司 陜西省西安市 710032