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 薇，景 鈺，安 珊，張 燕

（國網(wǎng)陜西省電力公司 經(jīng)濟技術(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)，從而匹配點對點通信應(yīng)用模式，為綜合信息管理和數(shù)據(jù)共享提供保障，實現(xiàn)多元分析和綜合應(yīng)用的目標。

1 智能電子設(shè)備數(shù)據(jù)通信概述

1.1 特 點

第一，實時響應(yīng)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(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸綜合管理，有效維持數(shù)據(jù)傳輸管理的時效性，充分踐行電力工業(yè)標準的具體要求。

第二，高可靠性，能實現(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化系統(tǒng)設(shè)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(huán)境較為特殊，為了滿足信號傳輸?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)計模式，利用分層分布處理機制就能根據(jù)各層級的基本特點實現(xiàn)專業(yè)化設(shè)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(yīng)用更為廣泛，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)見圖1。在串行通信過程中能有效建立接收處理節(jié)點，最大限度避免通信沖突。

圖1 半雙工方式網(wǎng)絡(luò)拓撲示意圖

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，報文發(fā)送后就能結(jié)合監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)監(jiān)控和節(jié)點分析，有效評估不同報文碰撞節(jié)點。

1.3 通信協(xié)議

1.3.1 Modbus協(xié)議

基于客戶機/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模式是目前應(yīng)用較為廣泛的基礎(chǔ)協(xié)議機制。此外，匹配IEC61850標準可以構(gòu)造包含變電站層、間隔層及過程層的處理體系，有效實現(xiàn)綜合應(yīng)用的目標[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)要點和應(yīng)用規(guī)范，踐行綜合管控標準，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(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，匹配遠方控制中心建立遠程監(jiān)控體系，滿足遠方通信服務(wù)的基本需求。間隔層負責結(jié)合采集要求監(jiān)督一次設(shè)備信號和一次設(shè)備跳閘等信息，并且匹配層級命令，維持應(yīng)用規(guī)范性。過程層主要實現(xiàn)一次設(shè)備接口相關(guān)功能，并且結(jié)合采樣信號及滯留狀態(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)備進行數(shù)據(jù)交換和信息共享的同時，還能對交流采樣信號或直流狀態(tài)信號等進行站控處理，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)點對點直流網(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所示的采樣值點對點傳輸模式，結(jié)合MU采樣值輸出接口處理方式，在傳輸介質(zhì)維持標準數(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(shù)的應(yīng)用

在智能變電站常規(guī)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(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 點對點通信記錄體系

借助組網(wǎng)點對點通信方式實現(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現(xiàn)光纖處理，無需借助網(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的穩(wěn)定性。在點對點通信記錄中，為了發(fā)揮采樣數(shù)值的應(yīng)用優(yōu)勢，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數(shù)據(jù)能較好地維持應(yīng)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(wǎng)方式實現(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，確保對應(yīng)的采樣值信息能及時發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)體系中，保證間隔穩(wěn)定性和延時穩(wěn)定性的同時打造多元融合的數(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(jiān)聽時一個端口只能采集一個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，并且完成實時性記錄，與此同時借助網(wǎng)絡(luò)傳送對應(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

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

3.2 SV通信信息分析

為了建立對應(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，而SV通信信息分析最大的特點就是能建立實時性監(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運行情況的影響。

3.2.1 實時性監(jiān)聽

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時性記錄情況，二是采樣數(shù)值的波形情況及相位的實時性記錄情況，三是采樣數(shù)值的報文模式。除此之外，要按照本幀報文緩存記錄、預(yù)解析處理以及報文信息應(yīng)用的流程全面分析報文攜帶的電網(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(guān)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(xiàn)錯誤就及時報警，并完善后續(xù)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(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，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，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)展奠定堅實的基礎(chǔ)。