配电网自动化系统通信规约的探讨_章欣

配电网自动化系统通信规约的探讨

Discu ssion on Communication Protocol for Distribution Network Automation

章　欣1,刘锋格2,吴国良3

(1.国家电力公司电力科学研究院,北京　100085;2.河北华电自动化设备有限公司,河北　石家庄　050035;

3.河北省电力公司,河北　石家庄　050021)

摘要:文章介绍了我国配网自动化系统中各种通信规约应用的情况,分析目前所使用的通信规约在应用中存在的问题,通过数据比较,着重分析了目前争论较多的DN P3.0和IEC60870-5-101规约在应用中存在的问题。提出选用或制订适合我国实际情况的配网规约的建议和办法。

关键词:配网自动化;通信;规约;建议

Abstract:T his paper introduces the application situation of vari-ous communica tio n protocols used in distributio n network au-tomation in China,analy zes the problems encountered in the application o f protocols recently,especially for the contro versial DNP3.0and IEC60870-5-101protoco ls,and sug gests w ays to select o r establish a communicatio n pro to col suitable for practical conditions in China.

Keywords:distributio n netw ork automation;communication; protocol;suggestio n

中图分类号:T M73

文献标识码:A

文章编号:1001-9898(2001)04-0007-03

1　概述

配网自动化在我国的发展,可以追溯到50～60年代使用的配电室当地自动控制装置、80年代末引进日本DM方式的开关就地控制装置以及90年代初仿日本DM装置加简单通讯的开关控制系统。上述装置大多属试验性质,严格地说还未涉及到通信规约问题。到90年代中后期,上海、石家庄、银川、大连、沈阳、烟台、广州等地均开展了配网自动化试点系统工程,据不完全统计至今国内已有几十个城市开展了配网自动化系统工作,且其系统大多都由主站、终端、通信三大部分组成,有的系统已达到了一定的规模,由于系统的实时性、通用性、可扩性等要求,通信规约已成为系统发展中的一个重要问题。

为了正确引导我国配网自动化系统工作的开展,国家电力公司于1999年底颁发了《10kV配网自动化发展规划要点》、《配网终端通用技术条件》等指导性文件和标准。对通信规约问题,已组织供电局和制造厂家进行多次探讨和研究,足以体现对这一问题的重视程度。

2　配网自动化规约应用情况

目前国内配网自动化系统中应用的规约主要有开发厂家自定义、参照负控规约、参照远动规约、采用国际上较为流行的规约、进口设备所带规约等几种类型。

在最早开发的系统和设备中,由于没有相应的标准和技术规范要求,配网终端设备又不同于远动等其他终端设备,故开发厂家按供电局提出的监控需求,为传输用户所需数据编制较为简单的通信协议;有些原从事过负控设备或远动设备的厂家,在负控规约或远动规约的基础上修改后加以应用。后者比前者要严密一些。

随着国外成熟产品的引进,国际上较为流行的规约也随之带了进来。其中较有代表性的是:上海市东电业局金藤工业园区配网自动化系统所用的法国施耐德集团的终端设备Talus200,采用了JBUS 规约;绍兴电业局和石家庄电业局等配网自动化系统所用的目前国际上用量最大的终端产品之一———GE-Harris公司的终端设备DART,采用了DNP 3.0规约;淄博电业局所用的澳大利亚NU.LEC公司生产的终端设备,以及沈阳电业局所用的韩国LG公司生产的终端设备均采用了DNP3.0规约。此外,从美国COOPER公司引进的重合器控制终端采用了2179规约等。

专门针对配网自动化系统应用的规约,目前IEC仅有基于配电载波通信方式的配网自动化规约IEC61334-4[3][8],对其他通信方式的规约还未出

收稿日期:2001-03-08

作者简介:章　欣(1959-),男,工程师,主要从事电力系统通信、配网自动化终端设备研究工作。

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表1　部分实施配网自动化系统的电业局通信规约选用情况

电业局沈阳枣庄邯郸绍兴银川重庆通信规约DNP3.0,CDT,SC1801,三川＊DNP3.0三川＊DNP3.0DNP3.0870-5-101Poll ing 注:标＊的为厂家自定义规约

台。IEC61334-4是1995年发布的,由于该规约较为复杂,目前国内正在消化,尚无应用。

IEC在1995年发布了远动装置和系统传输规约配套标准[1](以下简称“101规约”)。根据该标准,我国原电力工业部于1997年11月28日发布了电力行业标准,见文献[2]。由于配网自动化通信规约国内还没有相关标准,故有的地方在配网自动化系统中直接引用了101规约,但为数较少。值得一提的是,101规约发布已有2年多了,但目前在远动装置中应用的数量还较少。

全国电力系统城市供电专业工作网组织专家小组于2000年6～7月对国内配电网自动化系统建设有一定代表性的几个城市进行了全面的调查,其中一项重要的内容是通信规约选用情况,见表1。

在表1中,沈阳、枣庄、绍兴、银川、重庆电业局采用光纤通信方式,其中有4个局采用了DNP3.0规约,1个局采用了101规约;邯郸电业局采用载波通信方式其规约为厂家自定义。该结果表明:在目前国内配电网自动化系统应用中,DNP3.0规约使用的比重最大。

3　目前国内应用规约中存在的问题

厂家自定义的规约,有的缺乏严密性和理论依据,而且规则较为随意,在应用中甚至出现过数据接收不稳定、通信不可靠等情况。对这一类规约宜采取通过权威部门论证等办法后再推行使用,下面仅对DNP3.0和101规约进行分析。

3.1　2种规约的比较

对于目前国际上较为流行的DNP3.0和101规约,已有许多文章进行了评论和探讨[4][5][6][7],其问题的焦点是这2个规约哪个更适合配电网应用,或是否需制订一个更适合配电网应用的规约。配电网自动化系统为了较好地实现其SCADA及FA的功能,面对分布在复杂供电网络结构的众多自动化终端,通信规约一定要在保证大量不同类型数据的及时传输的同时,能够迅速传送少量的开关变位及事故信息。下面针对配电网自动化系统的实时性能对2个规约分别加以描述。

3.1.1　DNP3.0规约

对于DNP3.0规约,为了解决重要信息及时传送的问题,采用主动上报的自发响应方式。该方式的采用确保了重要信息的实时传送,但它同时带来了消息碰撞的问题,为了尽量避免消息碰撞及消息碰撞后的正确传送,可以在物理及数据链路层采用多种方式加以处理,如终端设备的冲突检测、重发延时机制等。自发响应方式造成消息的频繁碰撞一般在众多终端设备同时要求主动上报的情况下发生,电网事故时较少发生几十台终端同时上报信息的情况。

表2是1组试验数据:10台终端采用多点共线的光纤通信方式,规约为DNP3.0,串口速率为9600bits/s,10次测量数据的平均值。

表2　D NP3.0规约重要变位及事故信息反映时间

同时上报终端

设备数/台

12345678910通讯子站收到所有

重要信息的时间/s

<1.0<1.01.01.41.92.53.34.35.57.0 3.1.2　101规约

对于101规约,它基于问答式的顺序处理机制,往往采用顺序巡测穿插广播与请求二级数据信息的通讯方式。这种方式使得终端设备在有重要信息发送时必须等待通讯子站的消息询问,致使设备的实时响应能力减弱,尤其是在共线设备较多时。

表3是1组试验数据:10台终端采用多点共线的光纤通信方式,规约为101规约,串口速率为9600bits/s,10次测量数据的平均值。

表3　101规约重要变位及事故信息反映时间

同时上报终端设备数/台12345678910通讯子站收到所有

重要信息的时间/s<1.0

3.23.8

4.34.9

5.55.9

6.46.8

7.0 表2、表3中的数据是通过具体的程序测试获得的。其数据依赖于设备通信规约的实现、子站通信软件的具体实现、现场的试验通信环境。通过具体试验可以看到,不能仅通过计算1次事故需要传送的数据量来计算在某一通信速率下需要的传送时间。还应考虑:在一个通信回合中设备收到命令后的处理、响应延时,通信子站的处理、等待时间;在一个通信回合结束后,通信子站在发起下一个通信回合的等待时间;事故发生时未完成的通信回合的处

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