智能變電站的網(wǎng)絡(luò)通信與信息處理技術(shù)分析

宋 豪，董 梁，嚴(yán) 薇，景 鈺，安 珊，張 燕

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，陜西 西安 710075）

0 引 言

智能變電站最大的優(yōu)勢(shì)是能借助網(wǎng)絡(luò)通信線路取代傳統(tǒng)的電力電纜線路，打造更加有序的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)，從而匹配點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信應(yīng)用模式，為綜合信息管理和數(shù)據(jù)共享提供保障，實(shí)現(xiàn)多元分析和綜合應(yīng)用的目標(biāo)。

1 智能電子設(shè)備數(shù)據(jù)通信概述

1.1 特 點(diǎn)

第一，實(shí)時(shí)響應(yīng)速率較快，能建立完整的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息管控模式，并匹配變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸綜合管理，有效維持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸管理的時(shí)效性，充分踐行電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的具體要求。

第二，高可靠性，能實(shí)現(xiàn)24 h不間斷處理，并結(jié)合系統(tǒng)應(yīng)用要素維持變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備通信的高標(biāo)準(zhǔn)處理。

第三，電磁兼容性良好，變電站所處的環(huán)境較為特殊，為了滿足信號(hào)傳輸?shù)膽?yīng)用需求，需要提高數(shù)據(jù)通信的綜合水平，而借助智能電子設(shè)備應(yīng)用平臺(tái)能最大程度提升綜合應(yīng)用效果[1]。

第四，智能電子設(shè)備數(shù)據(jù)通信體系能建立完整的結(jié)構(gòu)分層式設(shè)計(jì)模式，利用分層分布處理機(jī)制就能根據(jù)各層級(jí)的基本特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)化設(shè)計(jì)處理。

1.2 通信接口

1.2.1 RS-485接口

目前較為常見(jiàn)的連接方式分為2線和4線，其中2線的應(yīng)用更為廣泛，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。在串行通信過(guò)程中能有效建立接收處理節(jié)點(diǎn)，最大限度避免通信沖突。

圖1 半雙工方式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

1.2.2 以太網(wǎng)接口

以雙絞線、光纖或同軸電纜為傳輸介質(zhì)的接口應(yīng)用模式，報(bào)文發(fā)送后就能結(jié)合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和節(jié)點(diǎn)分析，有效評(píng)估不同報(bào)文碰撞節(jié)點(diǎn)。

1.3 通信協(xié)議

1.3.1 Modbus協(xié)議

基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器的串行鏈路應(yīng)用層協(xié)議模式，基礎(chǔ)幀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。根據(jù)功能碼和數(shù)據(jù)完成基本數(shù)據(jù)單元的分析與處理，并且匹配不同的斷路器就能實(shí)現(xiàn)Modbus-RTU協(xié)議的處理。

圖2 Modbus協(xié)議幀結(jié)構(gòu)示意圖

1.3.2 TCP/IP協(xié)議

基于ISO、OSI模型建立的不同層級(jí)模式是目前應(yīng)用較為廣泛的基礎(chǔ)協(xié)議機(jī)制。此外，匹配IEC61850標(biāo)準(zhǔn)可以構(gòu)造包含變電站層、間隔層及過(guò)程層的處理體系，有效實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用的目標(biāo)[2]。

2 智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信和信息處理技術(shù)應(yīng)用方案

在智能變電站通信和信息處理工作中，要結(jié)合技術(shù)要點(diǎn)和應(yīng)用規(guī)范，踐行綜合管控標(biāo)準(zhǔn)，維持整體應(yīng)用管控的合理性和規(guī)范性，以構(gòu)建滿足智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)行需求的技術(shù)框架。

2.1 智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用

2.1.1 總體結(jié)構(gòu)

整體結(jié)構(gòu)參照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，建立站控層、間隔層及過(guò)程層，具體如圖3所示。

圖3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)接口結(jié)構(gòu)示意圖

站控層主要監(jiān)管控制全站信息、一次設(shè)備以及二次設(shè)備等，匹配遠(yuǎn)方控制中心建立遠(yuǎn)程監(jiān)控體系，滿足遠(yuǎn)方通信服務(wù)的基本需求。間隔層負(fù)責(zé)結(jié)合采集要求監(jiān)督一次設(shè)備信號(hào)和一次設(shè)備跳閘等信息，并且匹配層級(jí)命令，維持應(yīng)用規(guī)范性。過(guò)程層主要實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備接口相關(guān)功能，并且結(jié)合采樣信號(hào)及滯留狀態(tài)信息構(gòu)建數(shù)字化轉(zhuǎn)型模式，確保數(shù)字化信息接口和智能接口的匹配度符合應(yīng)用預(yù)期[3]。此外，在3層設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息共享的同時(shí)，還能對(duì)交流采樣信號(hào)或直流狀態(tài)信號(hào)等進(jìn)行站控處理，結(jié)合監(jiān)控信息維持結(jié)構(gòu)應(yīng)用的合理性，提高繼電保護(hù)裝置的可靠性和安全性。

2.1.2 通信結(jié)構(gòu)

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，SV能在模擬量信息處理工作中有效管控以太網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，并且建構(gòu)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直流網(wǎng)絡(luò)模式，從而提升采樣值應(yīng)用效率。

建立采樣值交換設(shè)備處理模式，合并單元及裝置都要和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備直接連接，建構(gòu)完整的數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)模式，提高傳輸效果，并且匹配數(shù)據(jù)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模式，結(jié)合MU采樣值輸出接口處理方式，在傳輸介質(zhì)維持標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的情況下全面提高交換設(shè)備網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)暮侠硇裕岣邆鬏斝省＠纾_保采樣值報(bào)文的離散度符合標(biāo)準(zhǔn)，采樣標(biāo)準(zhǔn)為每周波80點(diǎn)，每秒鐘要建立4 000個(gè)均勻分布的采樣點(diǎn)，且相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間差為250 μs[4]。

圖4 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模式示意圖

2.2 智能變電站信息記錄技術(shù)的應(yīng)用

在智能變電站常規(guī)化通信報(bào)文傳輸體系中，SV報(bào)文和MMS報(bào)文等都是較為常見(jiàn)的報(bào)文應(yīng)用模式，可以建立完整的記錄結(jié)構(gòu)，維持信息記錄應(yīng)用的合理性。

2.2.1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信記錄體系

借助組網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和應(yīng)用處理，確保信息發(fā)送后全面結(jié)合合并單元和裝置實(shí)現(xiàn)光纖處理，無(wú)需借助網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備就能維持采樣數(shù)據(jù)的完整性、采樣間隔的穩(wěn)定性以及采樣傳輸工作延時(shí)的穩(wěn)定性。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信記錄中，為了發(fā)揮采樣數(shù)值的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需要建立匹配的采樣值網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)構(gòu)。由于采樣數(shù)值傳送要匹配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)交換環(huán)境，因此結(jié)合鏈路中獲取的真實(shí)數(shù)據(jù)能較好地維持應(yīng)用效果，避免延時(shí)、信號(hào)接收不當(dāng)或外接電源等問(wèn)題對(duì)其造成影響[5]。

2.2.2 SV通信記錄模式

在借助組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)采樣值發(fā)送處理后，要利用合并單元和裝置等建立網(wǎng)絡(luò)交換鏈接模式，確保對(duì)應(yīng)的采樣值信息能及時(shí)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)體系中，保證間隔穩(wěn)定性和延時(shí)穩(wěn)定性的同時(shí)打造多元融合的數(shù)據(jù)處理框架。基本的記錄方法包括3個(gè)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(shí)性和合理性，但是通過(guò)這種方式進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)時(shí)一個(gè)端口只能采集一個(gè)合并單元采樣值信息。二是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備處理模式和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的應(yīng)用規(guī)范，有效完成采樣值報(bào)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(shù)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(shí)時(shí)性記錄，與此同時(shí)借助網(wǎng)絡(luò)傳送對(duì)應(yīng)的采樣值[6]。

3 信息分析技術(shù)的應(yīng)用

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信信息分析

報(bào)文分析工序利用的是多項(xiàng)判斷處理模式，在判定工序中結(jié)合報(bào)文文件的鏈路層應(yīng)用結(jié)構(gòu)完成分析工作，評(píng)估鏈路層協(xié)議要求的時(shí)效性，判斷其是否完整合法，是否匹配以太網(wǎng)類(lèi)型等，從而更好地提升報(bào)文管理效果，為對(duì)應(yīng)協(xié)議要求的應(yīng)用處理提供保障。其過(guò)程主要分為結(jié)合文件名讀取報(bào)文的具體文件內(nèi)容進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理，建立判斷1對(duì)報(bào)文文件中的報(bào)文予以鏈路層評(píng)估，判斷鏈路層協(xié)議內(nèi)容，建立判斷2分析報(bào)文類(lèi)型，并且評(píng)估報(bào)文分析內(nèi)容是否符合協(xié)議要求，建立判斷3分析報(bào)文的應(yīng)用情況，并且評(píng)估單一報(bào)文或者是報(bào)文應(yīng)用過(guò)程是否合規(guī)[7]。

3.2 SV通信信息分析

為了建立對(duì)應(yīng)的控制框架和信息監(jiān)管模式，要充分發(fā)揮不同分析技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，而SV通信信息分析最大的特點(diǎn)就是能建立實(shí)時(shí)性監(jiān)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(duì)運(yùn)行情況的影響。

3.2.1 實(shí)時(shí)性監(jiān)聽(tīng)

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

3.2.2 離線分析

在采樣數(shù)值報(bào)文處理模塊完成報(bào)文信息接收后，要對(duì)其進(jìn)行全過(guò)程分析以評(píng)估其是否符合相關(guān)要求。建立離線分析體系可以更加完整且合理地評(píng)估，若是出現(xiàn)錯(cuò)誤就及時(shí)報(bào)警，并完善后續(xù)處理工作，確保進(jìn)入ACSI信息解碼模塊的報(bào)文信息準(zhǔn)確無(wú)誤。通過(guò)綜合分析地址信息與名稱(chēng)信息等，匹配信息映射處理手段，完善信息管理[9,10]。

4 結(jié) 論

在智能變電站綜合管理工作中，要充分關(guān)注網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和信息處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，結(jié)合具體情況制定方案，從而確保信息監(jiān)管和篩查工作有序落實(shí)，提升信息記錄和分析技術(shù)的應(yīng)用效果，為通信行業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。