1、http:/,变电站综合自动化,变电站综合自动化的数据通信系统认知,变电站综合自动化的数据通信系统,&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能 一 变电站内信息传输内容 二 变电站远传信息的内容 三 综合自动化系统的通信功能,&3 变电站站内通信网络 一 局域网的应用 二 现场总线的应用,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路 一载波通信 二微波通信 三光纤通信,&4变电站自动化系统中的传输规约,一变电站和调度中心之间的传输规约 二 站内局域网的通信规约 三 电力系统电能计量传输规约,一 变电站内信息传输内容,其传输内容包括当地开关站 的采集控制单元与变电站监控管理层之间的通信，以及
2、变电站当地与远方调度中心之间的通信。 变电站自动化系统的结构形式一般有集中式和分层分布式两种。,&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能,一 变电站内信息传输内容,（1）现场一次设备和间隔层之间的信息传输 现场一次设备的电压、电流互感器采集的电压值、电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息。这些信息包括： 断路器、隔离开关位置、变压器的分接头位置、变压器、互感器、避雷器的诊断信息以及断路器的操作信息。（2）间隔层的信息交换 同一间隔层间的交换信息：测量数据；断路器状态；器件的运行状态；同步采样信息等。 不同间隔层间的交换数据：主、备继电保护工作状态、互锁、相关保护动作闭锁、电压无功综合控制
3、装置等信息。,&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能,（3）间隔层与变电站层的信息交换 1 测量及状态信息。 正常及故障状态下的测量值和计算值，断路器、隔离开关、主变压器分接开关位置、各间隔层运行状态、保护动作信息等。 2 操作信息。 断路器和隔离开关的分、合闸命令，主变压器分接头位置的调节，自动装置的投入与退出等。 3 参数信息。 微机保护和自动化装置的整定值。 此外，还有变电站层的不同设备之间的通信，要根据各设备的任务和功能的特点，传输所需的测量信息、状态信息和操作命令等。,一 变电站内信息传输内容,&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能,二 变电站远传信息的内容 变电站向调度
4、中心传送的信息（遥测、遥信），通常称为“上行信息”；而由控制中心向变电站发送信息（遥控、遥调）称为“下行信息”。把变电站和调度中心之间的信息传送统称为“远传信息”，这些信息包括： 1 遥测信息。变电站主变压器负载（有功功率、无功功率和电流、输电和配电线路的潮流（有功功率、无功功率）、用电量、母线的电压和频率、联络线的交换电量等。遥测信息具有周期性特性。 2 遥信信息。变电站内主要电气设备的动作和运行状态信息。还有远动、通信设备运行故障信号等。 3 遥控信息。调度值班员遥控各级电压回路的断路器（隔离开关，自动重合器）、投切补偿电容和电抗器，投入或退出自动装置等的控制信息。该信息对可靠性要求较高，
5、因此必须有应答的特征。 4 遥调信息。电力系统调度控制中心发出的有载调压变压器分接头位置调节、消弧线圈抽头位置调节信息。,&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能,三 综合自动化系统的通信功能 变电站综合自动化系统实际就是由微机保护子系统、自动装置子系统及微机监控子系统组成的。因此，综合自动化系统的通信功能可以从以下三个方面来了解： 1 微机保护的通信功能 微机保护的通信功能除了与微机监控系统通信外，还包括通过监控系统与控制中心的数据采集和监控系统的数据通信。 2 自动装置的通信功能与信息内容 自动装置的通信包括：接地选线装置、备用电源自投、电压、无功自动综合控制与监控系统的通信。具体分述
6、： （1） 小电流接地系统接地选线装置的通信内容。母线和接地线路，母线TV谐振信息接地时间，谐振时间，开口三角形电压值等。,&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能,（2） 备用电源自投装置的通信功能。与微机保护通信功能相类似。 （3） 电压和无功调节控制通信功能。除具有与微机保护相类似的通信功能外，电压和无功调节控制还必须具有接收调度控制命令的功能。 3 微机监控系统的通信功能 (1) 具有扩展远动RTU功能。无人值守变电站相对常规变电站主要扩展了对保护系统及其他智能系统的远动功能。如：保护定值远方监视、切换与修改、故障录波、故障测距的远方传送与控制等。 （2）具有与系统通信的功能。变电
7、站微机监控系统与系统的通信具备两条独立的通信信道。一条是常规的电力线载波通道，另一条是数字微波通道或光纤通道（大部分是后者）。,&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能,1. 电力线载波通信主要传送话音的模拟信息及远动、线路保护、数据等模拟或数字信号。 相关参数：远动和数据的通信速率为3001200bps。 电力线载波主要是利用35110kv输电线，载波频率一般为40500k2.音频电缆通信一般适合于与调度所或控制中心距离较近的无人值守变电站。主要用来传送远动和数据信息。3. 数字微波通信传输可靠，通信容量大，抗干扰能力强，通信质量高。 相关参数：微波通信工作的频率一般为0.3300GHZ
8、。 4. 光纤通信以其优越的性能，成为当今通信发展的趋势。已在变电站和电力其他通信领域得到广泛的应用。,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路,一 电力线载波通信,定义 利用高压输电线作为传输通路的载波通信方式，用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、行政业务通信及各种信息传输,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路,电力线载波通信系统的构成,高压线,变电站 B,变电站 A,高压电力线、阻波器、耦合电容器、结合滤波器、载波机和高频电缆组成,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路,一 电力线载波通信,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路,二 微波通信,三
9、光纤通信 光纤通信是指采用光导纤维（即光纤）作为传光媒介的通信方式。即在光通信中，传输媒介不是空气，而是光导纤维。,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路,光纤通信系统一般由电端机(收发)、光发射机、光接收机、光中继器以及光缆等组成。如图所示,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路,三 光纤通信,专用纤芯通道,保护屏,保护屏,光纤配线架,2根尾纤,1根（每根4芯）金属铠装普通光缆,经过避雷线上OPGW,通信机房,光缆终端盒,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路,三 光纤通信,OPGW位于电力杆塔顶部,ADSS位于输电线的下方,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信
10、线路,三 光纤通信,&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路,四 微波通信与卫星通信,&3 变电站综合自动化系统的通信网络,一 局域网的应用 二 现场总线的应用,一 局域网的应用 LAN技术，它结合电力系统的特点采取某些措施，完全可以满足变电站综合自动化对网络安全性和可靠性的要求。目前应用最广泛的是以太网（IEEE802.3）。,&3 变电站综合自动化系统的通信网络,&3 变电站综合自动化系统的通信网络,一 局域网的应用网络拓扑结构,总线型 、星型、环型、树型、网型,主要特点:网络为一个单位所拥有（由单位构建、管理与维护）；地理范围和 站点数均有限（室、楼、园 区）. 功能特点:局域网只
11、包含OSI 低两层功能, （因此,计算机连网时必须配置TCP/IP 等高层协议和网络软件）; 局域网是一个通信网,仅提供通信功能，提供各种通信设备 （各种计 算机、终端和外围设备）的数据通信连接,实现资源共享； 局域网采用基带传输和宽带传输,以Manchester编码的数据帧传送; 利用电话网进行远程频带传输，与因特网连接。 性能特点:覆盖地理范围小（需与公网互联才能实现远程通信） ； 传输速率高（通常为1Mbps10Mbps） ； 误码率低，传输延时小，可靠性高。 工作模式：有对等网模式和C / S、B / S模式。 局域网的基本组成 由构成计算机之间通信的物理通道而构成的硬件系统和控制、实
12、现信息传 送及资源共享而配置的软件系统构成.,&3 变电站综合自动化系统的通信网络,NOS 网络操作系统。目前常用 有： Windiws 2000 Server，Linux 等，包括网卡驱动程序，子网协议和应用协议。 它将网络中的计 算机操作系统有机地联系起来， 它除了常规 操作系统的功能之 外，还具有网络管理功能，包括：网络通信功能，网络范围内的 资源管理功能和网络服务功能。在安装时按需要手工配置（包括 融入其中的TCP/IP）。,网络软件 包括: 网络操作系统,网络协议,网络通信软件和网卡驱动程序(装 OS中); 网络管理监控程序,网络安全软件,分布式数据库,管理信息系统， Interne
13、t信息服务,数字图书馆,远程教学,远程医疗,视频点播等.,HUB / Switch,Server,网络硬件 包括: 网络服务器,网络工作站,网络接口卡,网络设备,传输介质及其连接 部件和各种适配器等. 。各设备简要说明见下页。 其物理连接构成基本硬件系统(见右图). 注意：所有网络设备都配置网卡; 网卡种类选择:取决于所使用的局域网标准,协议,传输介质接口和计算机总线类型.,&3 变电站综合自动化系统的通信网络,网络设备 包括:集线器,中继器,网撟,交换机等网络扩展设备;,路由器,网关等网络互 连设备. 集线器实为多端口中继器, 低端工作在物理层, 将信号放大后向所 有 端口分发出去. 集线器
14、是一个共享设备, 是服务器直接到桌面的最经济的方 案.主要用于星型以太网, 但基于集线器的网络仍然是共享型网络 交换机此处系指第二层交换机, 即工作在数据链路层, 实为多端口 网 桥,但它除了支持存储转发模式外,还可根据数据帧首部中的MAC地址, 查 询机内转发表, 自动建立和断开输入端口与输出端口之间的连接通 道, 将信 息送到符合要求的下一个交换机的路径上。路由器路由器是网络互联设备, 工作在网络层, 根据 IP数据报首部中 的目的主机所在网络的逻辑（IP）地址查询机内路由表, 确定下一跳路由器 的输出端口, 将数据从一个网络传送到下一个网络直至目的网。,&3 变电站综合自动化系统的通信网
15、络,介质访问控制方法即共享信道占用的控制方法.局域网中有两种典型的控制 方法,即 CSMA/CD协议和Token Ring协议. CSMA/CD协议 CSMA/CD即具有冲突检测(CD)功能的载波监听多路访问(CSMA)的介质访 问控制方法,它是典型的随机访问争用型技术, 广播式发送。 一对一通信的实现：为共享总线网上每一台计算机分配一个唯一地址， 并在发送数据帧首部封装一接收站地址。 多对多通信的协调：实质上是共享总线的占用分配，防止信号“碰撞”。,工作原理: （参见右图） 发送站发送数据帧前, 先监听信道有无 载波信号; 信道忙,继续监听,直至空闲再发送; 信道闲,开始发送数据;同时检测冲
16、突; 发送中无冲突,则传送数据直至完毕; 有冲突,二传输数据成碎片;发送停止, 改为发送阻塞信号;按Backoff策略计算 等待一个时隙, 再检测忙闲与冲突,直到 无冲突,完成数据传送.,准备发送站,监听信道,传输数据监听信道,发送完毕,按Backoff 策略等待,发送JAM信号,信道忙,信道空闲,无冲突,检测到冲突,二 现场总线的应用 变电站综合自动化系统中，各子系统间以及系统内的各功能模块间大多使用RS-422和RS-485通信接口，实现状态信息和数据相互交换。RS-422和RS-455串口传输速率指标在1000m内传输速率可达100Kbit/s,短距离可达10Mbit/s,RS-422串
17、口全双工，RS-455串口为半双工，媒介访问方式为主从问答式，属总线结构。不足点：这两个网络的节点数目都是有限的，无法实现多主冗余，有瓶颈问题。此外还有信号反射、中间节点等问题。 总线网将网上所有节点连接在一起，可以方便的增减节点；具有点对点、一点对多点和全网广播传送数据的功能；常用的有Lon Works网、CAN网。两个网络均为中速网络，500m时Lon Works网传输速率可达1Mbit/s,CAN网在小于40m时达1Mbit/s,CAN网在节点出错时可自动切除与总线的联系，LonWorks网在监测网络节点异常时可使该节点自动脱网，媒介访问方式：CAN网为问答式，LonWorks网为载波监
18、听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）方式，内部通信遵循Lon Talk协议。,&3 变电站综合自动化系统的通信网络,CAN网开销小，一帧8位字节的传输格式使其服务受到一些限制，Lon Works网为无源网络，脉冲变压器隔离，具有强抗电磁干扰能力，重要信息有优先级。因此，Lon Works网络可作为一般中型110Kv枢纽变电站的自动化通信网络。应用网络方式，特别是用现场总线技术来解决变电站自动化系统的通信问题已成为发展的趋势。在变电站综合自动化系统中可依据变电站规模大小采用不同的网络结构，灵活应用CAN和现场总线技术。 由此可见，一个变电站的通信具有多个网段，每个网段的总线类型、通信介质、通信
19、协议等可以是不同的。（但是这点又带来很多问题，因此才有IEC61850的高调出现）。每个总线网段将所属的智能测控设备连接成一个子系统。这个子系统的基本功能与操作是不依赖整个变电站自动化系统而独立实现的。对于实时性要求较高的信息共享与综合控制也应优先考虑在子系统内部实现。对可靠性要求较高的子系统还可考虑双网或多网冗余通信，以确保信息传输的可靠性。,&3 变电站综合自动化系统的通信网络,一变电站和调度中心之间的传输规约 二 站内局域网的通信规约 三 电力系统电能计量传输规约,&4变电站自动化系统中的传输规约,一 变电站和调度中心之间的传输规约 我国调度自动化系统中较常用有三类： 应答式规约（SC1
20、801、u4F和MODBUS等） 循环式规约（CDT、DXF5和C01） 对等式规约（DNP3.0）。 年颁布了传输标准，年我国电力部颁布了国际规约的国内版本，该规约为调度端和站端之间的信息传输制定了标准。,&4变电站自动化系统中的传输规约,二 站内局域网的通信规约 在年颁布了规约，我国在年颁布了规约的国内版本。规约为继电保护和间隔层（）设备与变电站设备间的数据通信传输规定了标准。,&4变电站自动化系统中的传输规约,6.1.4 变电站自动化系统中的传输规约,三 电力系统电能计量传输规约 对于电能计量采集传输系统，IEC在1996年颁布的IEC60870-5-102标准，即我国电力行业标准DL/
21、T719-2000，是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。 随着网络技术的迅猛发展，为满足网络技术在电力系统中的应用，通过网络传输远动信息，IEC TC57在IEC60870-5-101基本远动任务配套标准的基础上制定了IEC60870-5-104传输规约，采用了IEC60870-5-101的平衡传输模式，通过TCP/IP协议实现了网络传输远动信息，它适用于PAD（分组装和拆卸）的数据网络。,变电站自动化系统的通信网络及传输规约的选择 不同类型的变电站对自动化系统的通信网络有不同的要求，在35KV的变电站可以采用RS-485或现场总线作为站内系统网络；在110KV变电站可以采用现场总线网络实现间隔层设备数据通信；在220500KV的超高压变电站，由于站内节点数目多，应考虑使用以太网或profibus网。目前变电站自动化系统中使用的传输规约种类较多，各个公司的产品使用的标准尚不统一，系统互联性和互操作较差，在变电站和控制中心之间应使用101规约，在变电站内应使用103规约，电能计量计费系统应使用102规约。新的国际标准 IEC 61850颁布实施之后，变电站自动化系统从过程层到控制中心将使用统一的通信协议。,&4变电站自动化系统中的传输规约,
