饋線自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

燕春花

【摘要】 在配網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中，線路分支較多，運(yùn)行方式較復(fù)雜，提高配網(wǎng)的自動(dòng)化程度是問題的關(guān)鍵所在。這與通信系統(tǒng)密切相關(guān)。本文著重分析了饋線自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通信技術(shù)的要求，針對(duì)基于復(fù)向通信的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，提出了基于IEC68150的光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)終端的信息傳遞做了詳細(xì)闡述。

【關(guān)鍵詞】 饋線自動(dòng)化 通信系統(tǒng) IEC61850 光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)

隨著供電安全可靠性要求的不斷提高，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展對(duì)配電自動(dòng)化技術(shù)水平提出了更高的要求。饋線自動(dòng)化FA（Feeder Automation）配電網(wǎng)最基本也是最重要的組成部分，是提高配電網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一。饋線自動(dòng)化系統(tǒng)是指變電站出線到用戶用電設(shè)備之間的饋電線路自動(dòng)化，可以使配電企業(yè)在遠(yuǎn)方以實(shí)時(shí)方式監(jiān)視、協(xié)調(diào)和操作配電設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)。饋線自動(dòng)化的各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸或其自動(dòng)化程度離不開通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)的建設(shè)是饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)。

由于通信技術(shù)的不斷發(fā)展，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)可選擇的通信手段多種多樣。其中包括光纖通信、電力線載波通信、GPRS/CDMA等。伴隨著這些技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，合理選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ艆f(xié)議、通信技術(shù)和組網(wǎng)方式，建設(shè)滿足饋線自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸要求的通信系，是饋線自動(dòng)化建設(shè)的關(guān)鍵。

一、饋線自動(dòng)化對(duì)通信系統(tǒng)的要求

1.1對(duì)通信協(xié)議的要求

（1）協(xié)議應(yīng)具有一定的開放性。就是為理解來(lái)自設(shè)備的數(shù)據(jù)意義提供必要的信息，從而 保證各廠家設(shè)備之間具有相互可操作性。

（2）保證用戶傳輸?shù)男畔㈤L(zhǎng)度不受限制和數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

（3）強(qiáng)壯性。每段應(yīng)用層信息或每個(gè)數(shù)據(jù)鏈路幀可以要求接收方的確認(rèn)。

（4）有效性。不同的數(shù)據(jù)類型具有不同的查詢周期，有緊急情況發(fā)生時(shí)要求從站可以不經(jīng)請(qǐng)求就發(fā)出應(yīng)答信息，從而保證重要信息的及時(shí)傳輸。

1.2對(duì)通信組網(wǎng)模式的要求

（1）可靠性：配電現(xiàn)場(chǎng)（戶外或配電房）的各個(gè)配電網(wǎng)通信終端系統(tǒng)要求有很高的可靠 性。首先，由于環(huán)境的惡劣，要選用能夠經(jīng)得起高溫，潮濕的設(shè)備；其次，由于通信終端安放在電磁場(chǎng)較強(qiáng)的配電線附近，為防止外界影響通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還要能抵抗較強(qiáng)的電磁干擾；第三，通信保持通暢。

（2） 在線路故障時(shí)保證正常通信：要有雙向通信能力，大部分饋線自動(dòng)化功能需用雙向通信功能。饋線自動(dòng)化系統(tǒng)具有故障定位、隔離及恢復(fù)供電能力，在線路故障或結(jié)構(gòu)變化時(shí)，F(xiàn)TU與主站之間的通信不能受影響。

（3）通信速率：通信速率的選擇依據(jù)饋線自動(dòng)化終端的數(shù)據(jù)量及實(shí)時(shí)性要求而定，饋線FTU通信速率的選擇為1200-9600 bit/s。

（4）設(shè)備靈活，易于安裝：配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣，各種終端對(duì)安裝環(huán)境要求不同，使通信設(shè)備復(fù)雜。通信設(shè)備是符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的，要求安裝方便，調(diào)試簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)。

（5） 擴(kuò)展性：指通信系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和通信系統(tǒng)的擴(kuò)展度。標(biāo)準(zhǔn)化程度包括通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化程度、通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化程度?？蓴U(kuò)展程度主要指現(xiàn)行通信系統(tǒng)能否進(jìn)行功能擴(kuò)充和等級(jí)提升，能否滿足未來(lái)的通信要求。

二、通信協(xié)議的說(shuō)明

在通信系統(tǒng)中，通信協(xié)議稱為通信雙方共同遵循的約定。協(xié)議一般都規(guī)定了同步方式、幀格式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和傳輸規(guī)則。當(dāng)今廣泛應(yīng)用的有四大通信協(xié)議：101協(xié)議、104協(xié)議、DNP3.0和IEC61850協(xié)議。本文采用的是IEC61850協(xié)議，此協(xié)議應(yīng)用于通信系統(tǒng)中有如下突出特點(diǎn)：

（1）采用分層、分布的體系結(jié)構(gòu)，便于同能的自由分配。

（2）采用面向?qū)ο蟮男畔⒔＜夹g(shù)，在信息源定義數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性，是維護(hù)和管理更加方 便。

（3）使用抽象通信服務(wù)接口和特殊通信服務(wù)映射技術(shù)，使抽象建模與具體實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，服務(wù)與通信網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立。

（5）采用配置描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)備自描述，易于實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展和智能電子設(shè)備間的互操作。

尤其是IEC61850中的Goose模型是以高速P2P（peer-to-peer）通信為基礎(chǔ)的，它替代了傳統(tǒng)的智能電子設(shè)備之間硬接線的通信方式，為邏輯節(jié)點(diǎn)間的通信提供了快速且高效的可靠的方法。實(shí)現(xiàn)了真正的P2P通信，任一電子設(shè)備與其他的電子設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)相連，可以為訂閱端接受數(shù)據(jù)，也可以為發(fā)布端其他的電子設(shè)備提供數(shù)據(jù)。

三、基于復(fù)向通信的饋線自動(dòng)化通信系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)思路

3.1基于復(fù)向通信的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

基于復(fù)向通信的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電自動(dòng)化智能終端為基點(diǎn)，其功能包括兩部分：基于相鄰?fù)ㄐ诺木偷刂悄鼙Ｗo(hù)功能和基于主站通信的饋線自動(dòng)化三遙功能。復(fù)向通信為智能終端所具有的相鄰?fù)ㄐ藕椭髡就ㄐ殴δ艿目偡Q，其中相鄰的智能終端與智能終端之間的通信簡(jiǎn)稱相鄰?fù)ㄐ牛悄芙K端與主站（子站）之間的通信簡(jiǎn)稱為主站通信。

以智能終端為基礎(chǔ)的復(fù)向通信要求自動(dòng)化系統(tǒng)配備環(huán)網(wǎng)通信系統(tǒng)。

3.2基于復(fù)向通信的饋線自動(dòng)化通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.2.1 饋線自動(dòng)化的通信層次與饋線自動(dòng)化整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)。

通信系統(tǒng)可采用分層結(jié)構(gòu)——骨干層和接入層，通信節(jié)點(diǎn)為通信主站、通信子站和通信終端。整體通信結(jié)構(gòu)，其具體設(shè)計(jì)如下：

（1）通信主站與通信子站之間的主干通信網(wǎng)。此通信層的信息數(shù)據(jù)量大，可靠性要求高，一般采用光纖通信方式，組成自愈環(huán)型結(jié)構(gòu)。通過(guò)三層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連接。

（2）通信子站與饋線終端的通信。在配電網(wǎng)中終端的數(shù)量很大，針對(duì)基于復(fù)向通信的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，單個(gè)或就近成組的配電終端不僅需要與上級(jí)主站或子站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，也可以滿足終端之間的互通信，來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)向通信。這就需要采用光纖以太網(wǎng)交換機(jī)組成環(huán)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求。

3.2.2工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

（1）工業(yè)級(jí)技術(shù)成熟。其技術(shù)成熟且產(chǎn)品多樣，組網(wǎng)方式豐富，可滿足各種現(xiàn)場(chǎng)要求。

（2）自愈能力強(qiáng)。采用自愈環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，自愈時(shí)間小于300ms，保證了通信系統(tǒng)的無(wú)中 斷運(yùn)行。

（3）速率高。采用光纖以太網(wǎng)技術(shù)，能夠達(dá)到千兆速率，完全可以滿足終端設(shè)備對(duì)通信速率的要求。

四、以下圖饋線系統(tǒng)為例說(shuō)明復(fù)向通信的工作過(guò)程

（1）正常運(yùn)行時(shí)，饋線的各監(jiān)控終端通過(guò)主站通信將終端信息傳至監(jiān)控主站，同時(shí)接受主站對(duì)本終端和開關(guān)的操作指令，保障主站對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測(cè)和控制。

（2）當(dāng)?shù)鼐€路發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)就地智能保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障的快速隔離和快速恢復(fù)供電。

假設(shè)L3區(qū)段發(fā)生永久性故障時(shí)，F(xiàn)TU1、FTU2、FTU3均檢測(cè)到故障，檢測(cè)到故障的開關(guān)均向相鄰開關(guān)發(fā)送Goose信息，也接受相鄰開關(guān)的信息，因?yàn)镕TU4沒有檢測(cè)到故障信息，F(xiàn)TU3判斷為故障在自己下方快速跳閘、開斷故障，因?yàn)镕TU2和FTU3同時(shí)檢測(cè)到故障，F(xiàn)TU2判斷故障不在自己下方，自動(dòng)按照后備保護(hù)跳閘延時(shí)工作，F(xiàn)TU1接受到FTU2的Goose報(bào)文同樣也可以按照后備保護(hù)延時(shí)工作，F(xiàn)TU3開斷故障后，F(xiàn)TU1和FTU2保護(hù)返回。

FTU4收到FTU3的Goose信息后，F(xiàn)TU4判斷為故障在自己上方也自動(dòng)跳閘隔離故障區(qū)段。 此時(shí)故障區(qū)段已經(jīng)被隔離。但是FTU4與FTU5之間的區(qū)段沒有恢復(fù)供電。此時(shí)由FTU4向FTU5發(fā)送Goose信息。

FTU5在接收這條Goose信息后，，沒有發(fā)現(xiàn)相鄰開關(guān)的故障信息，證明故障不在本開關(guān)兩側(cè)，自動(dòng)延時(shí)合閘轉(zhuǎn)供，恢復(fù)FTU4與FTU5之間區(qū)段的供電。

（3）各終端的信息上傳到通信管理機(jī)，采用104規(guī)約接入配電主站。

五、總 結(jié)

隨著IEC61850通信協(xié)議在配電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，光纖工業(yè)以太網(wǎng)已成為饋線自動(dòng)化通信系統(tǒng)的核心通信技術(shù)。復(fù)向通信系統(tǒng)大大提高了配網(wǎng)的自動(dòng)化程度，終端的互操作性提高了故障區(qū)域的自動(dòng)化隔離及非故障區(qū)域的恢復(fù)供電的時(shí)間，提高供電可靠性。

參 考 文 獻(xiàn)

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