智能變電站的網絡通信與信息處理技術分析

宋 豪，董 梁，嚴 薇，景 鈺，安 珊，張 燕

（國網陜西省電力公司 經濟技術研究院，陜西 西安 710075）

0 引 言

智能變電站最大的優勢是能借助網絡通信線路取代傳統的電力電纜線路，打造更加有序的數字化網絡通信結構，從而匹配點對點通信應用模式，為綜合信息管理和數據共享提供保障，實現多元分析和綜合應用的目標。

1 智能電子設備數據通信概述

1.1 特 點

第一，實時響應速率較快，能建立完整的實時運行信息管控模式，并匹配變電站自動化系統實現數據傳輸綜合管理，有效維持數據傳輸管理的時效性，充分踐行電力工業標準的具體要求。

第二，高可靠性，能實現24 h不間斷處理，并結合系統應用要素維持變電站自動化系統設備通信的高標準處理。

第三，電磁兼容性良好，變電站所處的環境較為特殊，為了滿足信號傳輸的應用需求，需要提高數據通信的綜合水平，而借助智能電子設備應用平臺能最大程度提升綜合應用效果[1]。

第四，智能電子設備數據通信體系能建立完整的結構分層式設計模式，利用分層分布處理機制就能根據各層級的基本特點實現專業化設計處理。

1.2 通信接口

1.2.1 RS-485接口

目前較為常見的連接方式分為2線和4線，其中2線的應用更為廣泛，網絡拓撲結構見圖1。在串行通信過程中能有效建立接收處理節點，最大限度避免通信沖突。

圖1 半雙工方式網絡拓撲示意圖

1.2.2 以太網接口

以雙絞線、光纖或同軸電纜為傳輸介質的接口應用模式，報文發送后就能結合監控網絡進行數據監控和節點分析，有效評估不同報文碰撞節點。

1.3 通信協議

1.3.1 Modbus協議

基于客戶機/服務器的串行鏈路應用層協議模式，基礎幀結構見圖2。根據功能碼和數據完成基本數據單元的分析與處理，并且匹配不同的斷路器就能實現Modbus-RTU協議的處理。

圖2 Modbus協議幀結構示意圖

1.3.2 TCP/IP協議

基于ISO、OSI模型建立的不同層級模式是目前應用較為廣泛的基礎協議機制。此外，匹配IEC61850標準可以構造包含變電站層、間隔層及過程層的處理體系，有效實現綜合應用的目標[2]。

2 智能變電站網絡通信和信息處理技術應用方案

在智能變電站通信和信息處理工作中，要結合技術要點和應用規范，踐行綜合管控標準，維持整體應用管控的合理性和規范性，以構建滿足智能變電站網絡通信運行需求的技術框架。

2.1 智能變電站網絡通信技術的應用

2.1.1 總體結構

整體結構參照IEC61850標準，建立站控層、間隔層及過程層，具體如圖3所示。

圖3 變電站自動化系統接口結構示意圖

站控層主要監管控制全站信息、一次設備以及二次設備等，匹配遠方控制中心建立遠程監控體系，滿足遠方通信服務的基本需求。間隔層負責結合采集要求監督一次設備信號和一次設備跳閘等信息，并且匹配層級命令，維持應用規范性。過程層主要實現一次設備接口相關功能，并且結合采樣信號及滯留狀態信息構建數字化轉型模式，確保數字化信息接口和智能接口的匹配度符合應用預期[3]。此外，在3層設備進行數據交換和信息共享的同時，還能對交流采樣信號或直流狀態信號等進行站控處理，結合監控信息維持結構應用的合理性，提高繼電保護裝置的可靠性和安全性。

2.1.2 通信結構

根據相關規定，SV能在模擬量信息處理工作中有效管控以太網的物理層和數據鏈路層，并且建構點對點直流網絡模式，從而提升采樣值應用效率。

建立采樣值交換設備處理模式，合并單元及裝置都要和網絡交換設備直接連接，建構完整的數據共享網絡模式，提高傳輸效果，并且匹配數據流向，打造多元組播地址信息框架。建立如圖4所示的采樣值點對點傳輸模式，結合MU采樣值輸出接口處理方式，在傳輸介質維持標準數值的情況下全面提高交換設備網絡傳輸的合理性，提高傳輸效率。例如，確保采樣值報文的離散度符合標準，采樣標準為每周波80點，每秒鐘要建立4 000個均勻分布的采樣點，且相鄰兩點的時間差為250 μs[4]。

圖4 點對點傳輸模式示意圖

2.2 智能變電站信息記錄技術的應用

在智能變電站常規化通信報文傳輸體系中，SV報文和MMS報文等都是較為常見的報文應用模式，可以建立完整的記錄結構，維持信息記錄應用的合理性。

2.2.1 點對點通信記錄體系

借助組網點對點通信方式實現信息的傳遞和應用處理，確保信息發送后全面結合合并單元和裝置實現光纖處理，無需借助網絡交換設備就能維持采樣數據的完整性、采樣間隔的穩定性以及采樣傳輸工作延時的穩定性。在點對點通信記錄中，為了發揮采樣數值的應用優勢，需要建立匹配的采樣值網絡分析結構。由于采樣數值傳送要匹配相應的網絡交換環境，因此結合鏈路中獲取的真實數據能較好地維持應用效果，避免延時、信號接收不當或外接電源等問題對其造成影響[5]。

2.2.2 SV通信記錄模式

在借助組網方式實現采樣值發送處理后，要利用合并單元和裝置等建立網絡交換鏈接模式，確保對應的采樣值信息能及時發送到網絡體系中，保證間隔穩定性和延時穩定性的同時打造多元融合的數據處理框架。基本的記錄方法包括3個部分，一是合并處理單元輸出端，直接合并單元后就能獲取相匹配的采樣值信息，并且從源端獲取信息能提高信息的真實性和合理性，但是通過這種方式進行監聽時一個端口只能采集一個合并單元采樣值信息。二是結合網絡交換設備處理模式和網絡設置的應用規范，有效完成采樣值報文的處理分析，并記錄不同單元和全站合并單元的信息，完善采樣數值。三是裝置輸入端處理，在裝置的采樣值輸入端獲取接收信息，并且完成實時性記錄，與此同時借助網絡傳送對應的采樣值[6]。

3 信息分析技術的應用

3.1 網絡通信信息分析

報文分析工序利用的是多項判斷處理模式，在判定工序中結合報文文件的鏈路層應用結構完成分析工作，評估鏈路層協議要求的時效性，判斷其是否完整合法，是否匹配以太網類型等，從而更好地提升報文管理效果，為對應協議要求的應用處理提供保障。其過程主要分為結合文件名讀取報文的具體文件內容進行對應的處理，建立判斷1對報文文件中的報文予以鏈路層評估，判斷鏈路層協議內容，建立判斷2分析報文類型，并且評估報文分析內容是否符合協議要求，建立判斷3分析報文的應用情況，并且評估單一報文或者是報文應用過程是否合規[7]。

3.2 SV通信信息分析

為了建立對應的控制框架和信息監管模式，要充分發揮不同分析技術的應用優勢，而SV通信信息分析最大的特點就是能建立實時性監控和離線分析兩種模式，并且能充分考量采樣值和合并單元對運行情況的影響。

3.2.1 實時性監聽

主要獲取的信息包括3種，一是采樣數值的離散度分析情況與實時性記錄情況，二是采樣數值的波形情況及相位的實時性記錄情況，三是采樣數值的報文模式。除此之外，要按照本幀報文緩存記錄、預解析處理以及報文信息應用的流程全面分析報文攜帶的電網數據信息，從而滿足數據管控工作的基本需求，提高常規化智能變電站管理水平[8]。

3.2.2 離線分析

在采樣數值報文處理模塊完成報文信息接收后，要對其進行全過程分析以評估其是否符合相關要求。建立離線分析體系可以更加完整且合理地評估，若是出現錯誤就及時報警，并完善后續處理工作，確保進入ACSI信息解碼模塊的報文信息準確無誤。通過綜合分析地址信息與名稱信息等，匹配信息映射處理手段，完善信息管理[9,10]。

4 結 論

在智能變電站綜合管理工作中，要充分關注網絡通信技術和信息處理技術的應用優勢，結合具體情況制定方案，從而確保信息監管和篩查工作有序落實，提升信息記錄和分析技術的應用效果，為通信行業可持續健康發展奠定堅實的基礎。