配電自動化數據傳輸機制分析及優化方案

李敏　李昆霖

摘 要 本文分析了西安供電公司配電網配電自動化數據傳輸機制，通過對IEC61850-104規約的深入分析，得出了其存在的問題，并對其進行了認真分析，給出了優化方案。

【關鍵詞】配電自動化 數據傳輸機制 104規約 優化方案

配電自動化系統能夠準確可靠運行，數據傳輸機制至關重要，可以說，配電自動化系統是完全建立在信息傳輸模式可靠準確的基礎上，一旦配電自動化系統的信息傳輸模式出現問題，那么整個配電自動化系統將陷入癱瘓，所以，提高配電自動化系統數據傳輸機制的準確性尤為重要。

1 西安供電公司配電自動化數據傳輸機制的現狀分析

西安供電公司配電自動化數據傳輸采用IEC61850-104規約的半雙工多點共線的分層結構，配電自動化系統從變電站/開閉所的斷路器處的主站到這條線路上的各個FTU的通道結構是多點共線，104規約根據IEC61850-104的規定，專門對多點共線的傳輸過程作了明確的規定，以解決在多點共線的情況下多個FTU同時發生重要狀態量變位時，在通道上發生沖突競爭的問題，保證優先級別高的重要狀態變位量優先傳輸，完全符合配電自動化系統對傳輸規約的要求。

然而半雙工的數據傳輸機制決定了終端和子站只能被動的等待主站的召喚或者總召，當終端狀態信息不符合規定時，還可能出現被遺漏召喚的情況，在實際應用中，其不足也日益凸顯，并且隨著配電自動化終端數目的增加、配電自動化范圍的進一步擴大，其不足還將被不斷放大。

2 本文研究主要內容

（1）IEC61850-104規約框架下，完全可以實現全雙工通信，但目前自動化系統中，終端帶電后不向上一級子站上傳開關位置信息。

（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，必須等待主站總召喚才能再次響應。

對于配網終端多的現狀，當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候被召喚，在這15分鐘里，調度不能遙控操作，現場操作嚴重影響工作效率。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據的總量，計算了兩次總召喚之間的最小理論間隔時間，并考慮主站處理數據所需時間，留出足夠的數據計算時間余量，從而降低主站總召喚的時間間隔，減少遙控無效的時間長度，從而達到提高遙控操作可靠性的目的，與此同時，就將大大優化配網操作的工作效率。

3 配電自動化數據傳輸機制存在問題的優化可行性分析

3.1 終端帶電后，主動向上一級子站上傳開關位置信息

104規約可實現全雙工通信，根據配電自動化信息傳輸機制運行要求，本文給出了終端主動向上一級子站上傳變位信息的優化實現方案。

對于基于TCP的應用程序來說，存在兩種工作模式，即服務器模式和客戶端模式，服務器模式和客戶端模式的區別是，在建立TCP連接時，服務器從不主動發起連接請求，它一直處于監聽狀態，當監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TCP連接，服務器客戶端就可以通過這個虛擬的通信鏈路進行數據的收發。

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）等同于服務器（監聽者）。為實現全雙工的平衡傳輸模式，保證故障信息的主動快速上報，被控站和控制站同時具有服務器和客戶端功能。

3.2 終端帶電后，主站第一次召喚不成功的解決方案

在現有調度104規約中對于遙信的傳輸過程作了如下規定：

3.2.1 沒有發生遙信變位的情況

以一定的周期通過召喚或主動上送的形式將靜態的數據向上傳送。

3.2.2 發生遙信變位的情況

產生COS和SOE，并優先于其它靜態數據傳送，COS的優先級比SOE的要高。

雖然實際現場開關位置等遙信并沒有發生變化，但只要規定對于重新上線的終端，當開關位置沒有發生變化時，COS值不變，仍然為0，但SOE值置1，以用來區別開關發生變為信息時候的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，結合實際情況，適時縮短等待時間，從而提高工作效率

對于配網終端多的現狀，此時間太長，每隔15分鐘，調度不能遙控操作，這將嚴重影響工作效率和配網自動化程度，通過本文研究，得出主站向子站總召喚的最短理論時間間隔由終端數目、全遙信數據數目、全遙測數據數目以及每一幀報文的單位時間共同決定，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間間隔。

kt是數據處理所需的時間系數，一般取8～10。

n1表示所需上送的全遙信數據數目。

n2表示所需上送的全遙測的數據數目，一般在總召喚的情況下n1=n2，表示所有終端的總數目。

0.2是代表每一幀全遙測和全遙信的報文時長為200ms

60表示每一幀全遙信的報文和每一幀全遙測的報文均可以傳送60個全遙測數據和60個全遙信數據。

代入相關數據，可求得Tmin=6.8～8.5 S，此時間遠小于目前系統設置的主站總召喚15分鐘的間隔時間。但是根據西安配電自動化實施計劃，目前配電自動化覆蓋線路為試點范圍內的29條，僅占全部配網調管線路的百分之六左右。按照所有10kV線路自動化全覆蓋計算，充分考慮時間裕度，Tmin=136.0～170.0 S。按照數理統計原則，為保證主站系統數據傳輸的穩定可靠，本文選取T =300 S。

4 結論

本文對目前西安供電公司配電自動化數據傳輸機制作了分析，提出目前存在的隱患將對下一步配電自動化全面推廣造成的影響，并就此隱患分別給出了理論分析，實現方案，優化方案模擬測試，并最終逐步進行了實用化應用，通過實際運行統計，證明了本文所提優化方案的準確性和優越性。

本文的意義在于提高了現有信息傳輸機制的可靠性，為今后配電自動化推廣奠定了良好的基礎，其具有深遠的意義，隨著配電自動化系統終端數目的不斷增加，其優越性將日益凸顯。

參考文獻

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

作者單位

西安供電公司 陜西省西安市 710032