廠站數(shù)據(jù)網(wǎng)絡雙平面接入研究 滿足電網(wǎng)調(diào)度信息可靠

一、目的和意義

隨著電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)通信專網(wǎng)的建立和完善，網(wǎng)絡通信的高速、可靠、低成本已經(jīng)顯示出明顯的優(yōu)勢，使用網(wǎng)絡進行電力數(shù)據(jù)通信已經(jīng)是大勢所趨。

新一代智能調(diào)度技術支持系統(tǒng)(SG-OSS)的建立，對調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡運行的安全性提出了更高要求。要滿足電網(wǎng)調(diào)度信息傳輸?shù)目煽啃砸螅瑢ΜF(xiàn)有廠站業(yè)務數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡雙平面?zhèn)鬏數(shù)母脑?，已?jīng)勢在必行。

在我國電網(wǎng)中，還有不少變電站和發(fā)電廠遠動(RTU/監(jiān)控系統(tǒng))、功角測量、電量計費、即時信息系統(tǒng)、保護信息子站，還在使用著低速的串口通信和老的通信規(guī)約，不但數(shù)據(jù)傳輸速度提不上去，誤碼率也較高，面對已經(jīng)完善的調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)，這些變電站卻無法利用這條信息高速通道，原因如下：

1、 硬件方面：老的廠站RTU或測控單元型號多，廠家雜，串口遵循多種標準，無法即插即用;沒有網(wǎng)口;

軟件方面：多種操作系統(tǒng)平臺;多種串口通信規(guī)約，同種規(guī)約有多個版本;所采集數(shù)據(jù)的類、數(shù)據(jù)的順序、以及數(shù)據(jù)的量、數(shù)據(jù)的位寬、信息體的長度等等都有不同;

2、 雖然變電站到調(diào)度端的信道已經(jīng)具備了網(wǎng)絡傳輸條件，但原有變電站內(nèi)的設備，存在著各種物理接口、不同規(guī)約、以及不同廠家的多種軟硬件版本自成體系，即使有了網(wǎng)口，也無法做到插上就通;

有了信息高速公路卻不能用，大家仍然擠在狹窄的串口通道上，這是很不合理的。解決的辦法，就是要使廠站設備的軟硬件接口及其規(guī)約，符合現(xiàn)有調(diào)度通信網(wǎng)絡及主站在規(guī)約方面的要求，這就需要對現(xiàn)有廠站設備的通信接口、通信軟件、以及規(guī)約版本，進行調(diào)整和整合，使得從調(diào)度主站端看過去，像是一臺使用網(wǎng)絡通信并符合主站規(guī)約及其版本的設備一樣。

這樣，廠站側(cè)設備的數(shù)據(jù)，就能走上網(wǎng)絡通信這條高速公路，高效、可靠地完成數(shù)據(jù)傳送的任務。

要實現(xiàn)以上轉(zhuǎn)變，必須研制一款符合上位(調(diào)度主站)條件和下位(采集裝置)設備當前條件的、具有雙平面?zhèn)鬏斈芰Φ耐ㄐ欧掌?，使得在不改變上下位通信條件的情況下，廠站的所有設備實現(xiàn)網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)傳輸。

該設備如果研制成功，將為我國電網(wǎng)的中低壓變電站的通信改造，找到一條低成本實施的道路，實現(xiàn)所有變電站數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸。

二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于技術方向的趨同性，在國外，同樣的問題也是存在的，這就是國際電工委員會(IEC)提出電力信息互聯(lián)的新標準IEC-61850-8/9的原因，這一標準在理論上是很具前瞻性的，但實際執(zhí)行中有許多技術困難目前還無法解決。

首先，它是一個過程層-間隔層-站控層的全網(wǎng)絡化通信的三層模型，要實現(xiàn)這種網(wǎng)絡構(gòu)造，首先要求各個設備必須是網(wǎng)絡口的，并且要求具備全電子化的智能傳感器。

對于新建廠站，在新設備遵循其通信標準的前提下，可以一步到位地實現(xiàn);而對于老的廠站，幾乎沒有可能滿足這些條件，這是困難之一。

第二，國內(nèi)的測控裝置所遵循的IEC-103規(guī)約，是一個定義松散的標準，事實上現(xiàn)在各個廠家生產(chǎn)的測控單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，多達數(shù)百種，基本上是一個產(chǎn)品一種規(guī)約，要實現(xiàn)上述IEC-61850-8/9的互聯(lián)，幾乎沒有可能。

所以總體上說，IEC-61850-8/9的互聯(lián)標準，只是指出了今后發(fā)展的方向，以便在新建廠站的設計中，逐步推廣和采用。

就國內(nèi)而言，目前還沒有一種設備符合上述老廠站通信網(wǎng)絡化的要求，因此，我們提出帶規(guī)約功能通信服務器的概念，既考慮了歷史上遺留下來的當前廠站設備的現(xiàn)狀，又能滿足全電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡化的要求，在國內(nèi)尚處于領先地位。

三、 方案的可行性分析

對于在各個不同時期投運、并且現(xiàn)在正在運行的設備，要對它們本身直接進行硬件或軟件的改造是不現(xiàn)實的，比如：

1、 更換老設備為帶有網(wǎng)口的新設備，不但成本高，改造的工程量也很大，是不可行的;

2、 給各個設備添加獨立的網(wǎng)口轉(zhuǎn)換裝置后上送，不但要改動所有的在線運行設備，而且轉(zhuǎn)換口各自獨立，有的還需要獨立電源，整體性差，也不利于現(xiàn)場管理，因而也是不可行的;

3、 如果考慮到各個采集設備與主站的規(guī)約匹配，那么還有更改這些在線設備的規(guī)約軟件和版本的工作，對現(xiàn)場設備來說是一種傷筋動骨的變動，不但現(xiàn)場調(diào)試的工作量很大，而且會影響現(xiàn)有設備的當前運行，也是不可行的;

4、 綜合以上，我們的方案是：添加一款中間設備，即帶規(guī)約功能的通信服務器，使得這個中間設備不論是軟件還是硬件接口，它的上位端，符合調(diào)度主站的網(wǎng)絡通信標準，以及相匹配的規(guī)約和版本;它的下位端，配置多種不同的接口，以適合現(xiàn)有運行設備的硬件標準和相關規(guī)約及版本。顯而易見，這是唯一簡單可行的辦法。當然，這里面一定會牽涉到所傳送的數(shù)據(jù)要在不同的規(guī)約之間進行轉(zhuǎn)換的問題。

這種具有雙平面?zhèn)鬏斈芰Φ膸б?guī)約功能的通信服務器，具體要滿足下列指標：

1、 上位端，配備4個或以上RJ45網(wǎng)絡口，符合ETHERNET標準;

2、 與主站的通信規(guī)約為：IEC-104(2002以上版本);

3、 下位端：配備8個或以上RS232/RS485/RS422串口;

4、 規(guī)約方面，可選：CDT(2002版本);

DISA(最新版);

IEC-101(2002以上版本);

其它規(guī)約也可備選;

5、 串口具有防雷抗電磁干擾功能;

6、 各個物理接口在結(jié)構(gòu)上，可以模塊化靈活配置;

7、 規(guī)約可以根據(jù)現(xiàn)場需要用定制下載的方式配置;

8、 設備的機械安裝可以是桌面式的或19”機架式的;

四、理論與實踐的可行性依據(jù)

理論依據(jù)：考慮到各個廠站的設備種類和配置規(guī)模的不同，這種通信服務器必須具有對所有廠站普適的能力，因此，概念設計的要求是：對現(xiàn)有設備不指定具體的物理接口，只須遵循通用的串口或網(wǎng)口的標準即可;對規(guī)約的要求僅僅是遵循目前國內(nèi)市場上的主流規(guī)約，對于特殊的規(guī)約可以個別處理。

實踐依據(jù)：串口/網(wǎng)口的物理轉(zhuǎn)換已經(jīng)是目前的實用化技術，但目前市場上沒有相應的集成化產(chǎn)品;規(guī)約的轉(zhuǎn)換已經(jīng)有運行的先例，原理上不存在問題，但會受到數(shù)據(jù)類型不同的限制。對于相同的數(shù)據(jù)類型，轉(zhuǎn)換不存在障礙。

五、主要的研究內(nèi)容和實施方案

主要的研究內(nèi)容：

1、 硬件方面：將足夠的不同類型的串口和網(wǎng)口集成到單一的設備之中，并符合通用的國家電力(DL)標準;

2、 對相同的數(shù)據(jù)類型實現(xiàn)通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換;

3、 上位通信滿足調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)的要求和調(diào)度主站的規(guī)約一致性，下位通信則要滿足現(xiàn)有廠站設備的硬件、軟件接口和規(guī)約版本。

實施方案：

1、 硬件結(jié)構(gòu)，擬采用通用的標準模塊;

2、 軟件方面，內(nèi)置LINUX操作系統(tǒng)平臺;

3、 規(guī)約方面，采用靈活配置的下載方式;

這是一款集適當?shù)挠布蛙浖谝惑w的具有針對性功能的設備，對于面廣量大的老的變電站網(wǎng)絡化通信改造，具有普遍的推廣意義;

由于靈活配置的下載式規(guī)約軟件，內(nèi)置式規(guī)約轉(zhuǎn)換等功能，使從外部看上去，所有運行設備都沒變，但已經(jīng)實現(xiàn)了電站的網(wǎng)絡化通信。

本方案取得成功以后，將為變電站通信網(wǎng)絡的智能化改造找到一條實用化的思路和模式，并開發(fā)出一類適合于上下位端口要求的通信裝置，包括硬件和軟件，為我國電網(wǎng)中還沒有實現(xiàn)雙平面網(wǎng)絡通信的變電站改造提供一套完整的思路和相應的設備。

當然，實施過程中也會遇到一些工程上的難點，比如：變電站早期投運的各類設備四世同堂，各自遵循著不同的標準和接口，而且每一個變電站都是不一樣的。這就使得軟硬件的開發(fā)往往是具體針對性的，不能方便地覆蓋所有變電站，從而增加開發(fā)工作量和工時成本。不過在產(chǎn)品設計中，已經(jīng)最大限度地考慮了普適性，可能的情況是選擇好產(chǎn)品系列中最適合的一款以后，在此基礎上進行一些小的改動。

另外，對于實時運行的變電站，做試驗具有很高的機會成本，基本上要做到一次就能成功，幾乎不可能有反復修改的機會。

對于上述問題，根據(jù)我們多年的工程經(jīng)驗，有充分的把握可以解決，從而實現(xiàn)所有變電站的網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)傳輸。

六、結(jié)論

本項目的實施成功，將為110kV及以下等級的中壓變電站的網(wǎng)絡化通信改造，找到一條切實可行的道路。

目前，我國的110kV及35kV變電站數(shù)以萬計，在網(wǎng)絡通信日益成熟和普及的今天，對這些變電站進行網(wǎng)絡化通信改造已經(jīng)是大勢所趨，本方案的設計思路將具有很好的啟發(fā)性和推廣價值。

【參考文獻】：

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