走向网络化的远动系统_1

走向网络化的远动系统洪宪平(国家电力公司华东电力设计院,上海200063)摘要:随着数字通信及网络技术的迅速发展,常规的远动系统将发生很大的变化。

文中从保证电网调度自动化功能和远动信息的实时性、可靠性、正确性和准确性的要求出发,分析了远动信息的采集方式和传输模式,讨论了通信通道的组织和路由设计,指出应积极推广TCP IP 技术,以实现远动信息的网络化传输。

关键词:远动;SCADA ;数据通信;TCP IP 中图分类号:TM 764收稿日期:2001201231。

0　引言远动系统是电网调度自动化系统的重要组成部分,通过远动系统可以使电网调度中心及时获取厂站的运行信息;同时调度中心通过远动系统把遥控、遥调命令传送到发电厂和变电站,实施电网的安全、优质、经济运行。

常规的远动系统是指独立完成远动信号的采集、处理、发送和接收的一套电气装置,包括遥测变送器、遥信转接柜、独立的远动终端装置(R TU )以及点对点的远动通道等。

进入21世纪后,随着厂站自动化水平的提高和国家电力数据网络(SPD net )的建设和发展,常规的远动系统将被融合计算机、保护、控制、网络、通信等技术于一体的网络化的远动系统所代替,并终将打破现行的专业分工,引起远动系统设计的一场革命。

1　远动信息采集方式随着变电站和发电厂升压站监控系统的建立和完善,常规独立R TU 的远动功能已经融入了站内自动化系统,电网的远动系统是涵盖了整个站内自动化系统的一个大系统。

远动信息的采集将由集中采集向就地分布式采集的方向发展,并应用CAN bu s ,L on W o rk s ,P rofibu s 等现场总线和E thernet 局域网技术。

当采用厂站监控系统实现远动功能时,其系统的设计和选型必须保证电网调度自动化的功能要求和对远动数据的实时性、可靠性、正确性和准确性的要求。

111　与厂站监控系统合用数据采集装置方式厂站远动与站内监控系统合用一套数据采集装置(见图1)。

按照远动装置的功能和性能要求,配置满足厂站规模要求的大容量的数据采集装置。

该数据采集装置可采用集中组屏的方式,也可以采用分布式布置的方式。

调度中心所需的远动数据由数据采集装置直接发送。

远动规约在满足相应主站通信协议的前提下,应积极采用国际标准的远动通信协议IEC 60870—5—101、变电站通信网络和系统协议IEC 61850。

图1　与厂站监控系统合用数据采集装置的方式F ig 11　RTU m ode with big capac ity该模式不仅兼顾了远动和厂站自动化的数据采集和控制功能,避免了设备的重复投资,而且保证了远动信息实时性和可靠性的要求。

可在新建的变电站和参加电网A GC 的火电厂自动化系统中积极采用。

112　采用厂站监控系统前置通信单元方式厂站监控系统的所有数据采集装置或间隔级的I O 单元通过串行接口或现场总线等控制链路与监控系统的前置通信单元通信,调度中心所需的远动数据由前置通信单元汇总后用远动通信协议直接向调度中心发送(见图2)。

远动规约可采用相应调度中心主站的通信协议,推荐采用IEC 60870—5—101和IEC 61850协议。

该模式适应于厂站改造工程。

12001年3月25日M ar .25,2001图2　采用厂站监控系统前置通信单元的方式F ig 12　Fron t -end un it m ode113　采用站控层通信工作站方式厂站监控系统间隔层的数据采集装置负责采集站内监控及远动所需的信息,并向站控层的局域网上传送,通信工作站负责汇总调度中心所需的远动信息,并按照部颁DL 476—92《电力系统实时数据通信应用层协议》或IEC 61850协议,经路由器或数据网络的IP 设备送至调度中心(见图3)。

图3　采用站控层通信工作站方式F ig 13　Co mm un ication workst ation m ode该模式尤其要注重远动信息传输环节中时延的控制,按照远动信息直采直收的原则,远动数据不能经过站控主机的处理,而应组织从测控单元经过通信工作站到调度中心的直达数据链路,保证远动信息传输的实时性。

同理,调度中心对厂站的控制和调节命令亦通过此链路发送至站内监控系统执行。

此方式适用于水电站的自动化监控系统。

114　保护、控制、测量、信号一体化方式“十五”期间可在35kV 及以下的低压变电站中推行保护、控制、测量、信号(“四合一”)的一体化方式。

此方式可大大简化二次回路,节省保护屏、控制屏、仪表屏和中央信号屏的设备费用及大量的二次电缆,减少变电站的占地面积。

一体化方式的“四合一”装置可采用多CPU 配置,分别管理保护、控制以及与调度中心的通信。

与调度中心的通信接口可采用串行接口方式,也可以采用局域网络接口方式。

2　远动信息传输模式“十五”期间远动信息的传输模式是常规远动点对点通信和通过数据网络传输并存的时期,应积极利用数据网络来传递远动信息,改变调度中心对厂站放射状组织的远动通道和基于电路交换方式、独立占用64kb it s 通道的现状,优化远动信息传输网络结构,充分利用电力数据网络分组交换、按需占用带宽的优势。

各级调度中心应根据被调厂站在电网中的重要程度和远动信息实时性的要求,结合本电网数据网络的建设情况和网络设备的配置,提出实现方案。

远动信息接入SPD net 应按就近入网的原则组织接入通道,要做好数据网络的拓扑规划和接入方案,保证远动信息在网络中的迂回节点及路由不影响远动数据的实时性和可靠性要求。

远动信息传输协议应积极采用IEC 60870—5—101或IEC 61850协议。

211　常规远动模式对尚未建立电力数据网络的电网,远动信息的传输仍按常规的远动通道方式组织,并根据被调厂站在电网中的重要程度,确定通道是否采用主备方式。

调度中心对直接调度的厂站采用直接组织远动通道的方式,其他相关调度中心所需该厂站的远动信息可通过调度中心之间的数据交换获取。

对具备数字微波或光纤通道的厂站,应积极利用现有通道进行点对点的计算机数据通信,做好国际标准的远动通信协议和计算机数据通信协议的应用开发工作,以便于数据网络建成后可立即实现远动数据的网络传输。

212　数据网串行接口通信模式厂站R TU 按就近入网方式直接接入SPD net 数据网络接入层设备的串行接口,然后,通过数据网络建立一条透明的逻辑通道,再接入调度端的远动前置机,该模式对R TU 和调度主站端的前置机都不需做任何改动,仍采用原有的串行接口和原有的通信协议(见图4)。

图4　串行接口通信模式F ig 14　Ser i al i n terface co mm un ication m ode该模式的优点是,原有的R TU 硬件设备和通信协议不变,远动通道只需组织到就近的网络节点,2而不必直接组织到两个调度中心主站。

缺点是,主站前置机仍需较多的串行口与厂站R TU 进行一对一方式的通信,而厂站端如一发多收也要占用多个串行接口,同时,要求数据网络接入层的设备提供R S —232 R S —422接口。

该模式适用于主站和厂站均不能改动的情况。

213　网络接口通信模式该模式要求厂站的R TU 具有以太网接口,支持TCP IP 协议,并支持IEC 60870—5—104或IEC 61850协议,直接接入厂站端数据网络边缘交换机的局域网端口。

该模式适用于新建厂站的分布式自动化系统(见图5TCP IP 模式)。

图5　TCP I P 模式F ig 15　TCP I P m ode对于大部分已投运的厂站,可在R TU 上加装TCP IP 协议转换器再接入SPD net ,以使原有的通信协议和R TU 的结构保持不变,但要求各主站端配置支持TCP IP 协议的网络通信前置系统和相应的应用层协议(见图6协议转换器模式)。

图6　TCP I P 协议转换器模式F ig 16　TCP I P protocol tran sducer m ode通过远动信息的网络传输,可使各相关主站同时共享厂站的实时信息,从根本上解决困扰远动领域多年的远动信息一发多收和信息转发的问题,使电网安全分析应用软件的运算数据基于同一时间断面,以提高计算结果的准确性。

3　入网通道组织现有远动通道按厂站到调度中心点对点的方式直接组织,PC M 的通信接口一般是64kb it s ,采用基于时分复用的电路交换方式,通道中继带宽的利用率十分低下[1]。

目前,各级电网正在建设或已经建成的SPD net 基本上是基于统计复用的分组交换方式的网状结构网。

核心骨干交换机一般设置在省局和各地区局,中继通道采用光纤,速率可达622M b it s 甚至215Gb it s ,在厂站一般设置了边缘交换机。

尽管近几年电力系统的光纤网络有了很大的发展,但厂站接入SPD net 的通道仍将以PDH 和SDH 的微波为主要传输介质,因此边缘交换机应按接入最近两个骨干交换机的方法组织两路独立的通道,以保证远动数据以及厂站其他网络业务传输的可靠性(见图7)。

通道可采用2M b it s ,如有条件也可以采用155M b it s 。

鉴于远动信息传输采用IP 技术,而IP 技术无连接的机制使服务质量(Q oS )难以保证[2],为减少远动信息在网络路由中的传输延时,应采用支持多协议标签交换(M PL S )技术的边缘交换机。

图7　厂站远动入网方案F ig 17　RTU jo i ned to SPDnet4　结论a 1整个厂站监控系统将作为一个广义的R TU 取代逐步走向消亡的独立的R TU 装置。

因此,在厂站监控系统的设计中应注重远动数据采集和传输流程中各种环节的控制和链路的设置,保证电网运行数据的实时、可靠、正确和准确。

b 1积极推广TCP IP 通信模式,实现远动信息的网络化传输。

对已建厂站可加装协议转换器解决入网问题。

对暂不具备数据网络通信的电网,也应积极做好主站端数据通信应用层软件接口的开发工作。

c 1厂站远动信息应按就近接入SPD net 骨干交换机的方法组织通道,并优化网络路由。

(下转第8页　con tinued on page 8)3・专题报告・　洪宪平　走向网络化的远动系统D iscreteSystem s w ithH ybridPetri N ets.In :P roceedings of the IEEE Internati onal Conference on Computati onal Engineering in System s A pp licati ons(CESA ’98).H amm am et :199810　Chouikha M ,W egele S ,Schnieder E .M odelling andA nalysis of Continuous 2D iscrete System s w ith H ybridPetriN ets .In :14th W o rld Congress of IFA C .Beijing :199911　M ariam E ,M urtly S S .Contro l of M odern IntegratedPow er System s .L ondon :Sp ringer 2V erlag ,199712　E ssel m an W H ,Sobajic D J ,M aulbetsch J S .H ybrid D iscrete and Continuous Contro l fo r Pow er System s .D iscrete Event D ynam ic System s (T heo ry andA pp licati ons ),1999,9(4):297～31813　F ink L H .D iscrete Events in Pow er System s .D iscreteEvent D ynam ic System s (T heo ry and A pp licati ons ),1999,9(4):319～330吕书强,男,硕士研究生,主要研究方向为混杂控制系统理论及其在电力系统中的应用等。