相關(guān)期刊
時(shí)間：2023-09-15 10:18:34
序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇變電站網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。
保護(hù)配置主要從變壓器保護(hù)、線路保護(hù)以及母線保護(hù)三個(gè)方面進(jìn)行。在進(jìn)行線路保護(hù)時(shí)要注意提高采樣值差量和暫態(tài)量的速度。在進(jìn)行變壓器保護(hù)時(shí)要注意勵(lì)磁涌流的影響，通常會采用廣義瞬時(shí)功率保護(hù)原理來輔助差動保護(hù)。這兩點(diǎn)都是易于實(shí)現(xiàn)的主保護(hù)原理。廣域后備保護(hù)系統(tǒng)由于其具有智能決策功能，可以在進(jìn)行后背保護(hù)在線整定時(shí)集中全網(wǎng)信息，利用最少的通信量最快的數(shù)據(jù)更新速度完成決策工作。智能變電站二次系統(tǒng)在進(jìn)行保護(hù)時(shí)簡化了原來的布線，將主保護(hù)功能由原集控室下放到設(shè)備單元內(nèi)，使通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)減輕。并利用集中式母線保護(hù)和具有主站的分布式差動來實(shí)現(xiàn)母線主保護(hù)。
1.2通信配置
在通信配置這一方面，智能變電站與傳統(tǒng)變電站的差別不大，但是就其發(fā)展而言，數(shù)據(jù)的更快速的傳播與數(shù)據(jù)量的加大會對通信配置提出更加安全可靠的要求。1.3計(jì)量配置采用三態(tài)數(shù)據(jù)為預(yù)處理數(shù)據(jù)的計(jì)量模塊，進(jìn)行誤差量溯源實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場檢驗(yàn)和遠(yuǎn)程檢驗(yàn)。根據(jù)計(jì)量模塊所具有的通信優(yōu)勢，促進(jìn)變電站與大用戶之間的互動，進(jìn)行信息采集與資源的優(yōu)化配置，促進(jìn)各個(gè)智能化電網(wǎng)環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。
2智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及應(yīng)用
2.1系統(tǒng)構(gòu)成
過程層、間隔層、站控層是變電站二次系統(tǒng)在功能邏輯方面的劃分。其中站控層對間隔層以及過程層起到一個(gè)全面監(jiān)測與管理的作用。其主要構(gòu)成是操作員站、主機(jī)、保護(hù)故障信息子站、遠(yuǎn)動通信裝置、功能站。間隔層具有獨(dú)立運(yùn)作的能力，能夠在沒有網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)下或是站控層失效的狀態(tài)下獨(dú)立完成監(jiān)控，由測量、保護(hù)、錄波、相量測量等組成。過程層主要進(jìn)行采集電氣量、監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及執(zhí)行控制命令的工作，由合并單元、互感器、智能終端構(gòu)成。
2.2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
過程網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是電壓等級。主要的網(wǎng)絡(luò)形式有雙星形、單星形、點(diǎn)對點(diǎn)等。通常要依據(jù)不同電壓等級和電氣一次主接線配置不同的網(wǎng)絡(luò)形式。單套配置的保護(hù)及安全自動裝置、測控裝置要采用相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)接口控制器同時(shí)接入兩套不同的過程層網(wǎng)絡(luò)。雙重化配置的保護(hù)及安全自動裝置應(yīng)分別接入不同的過程層網(wǎng)絡(luò)。單星形以太網(wǎng)絡(luò)適合用于110KV變電站站控層、間隔層網(wǎng)絡(luò)。雙重化星形以太網(wǎng)絡(luò)適合用于220KV及以上變電站站控層、間隔層網(wǎng)絡(luò)?？紤]到變電站網(wǎng)絡(luò)安全方面以及運(yùn)行維護(hù)。智能變電站，特別是高電壓等級、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的變電站，在兼顧網(wǎng)絡(luò)跳閘方式的同時(shí)仍保留直采直跳的方式。
2.3二次系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)原則
本文以220KV變電站為例，分析站控層設(shè)備的配置。遠(yuǎn)動通信裝置與主機(jī)均采用雙套配置，無人值班變電站主機(jī)可兼操作員工作站和工程師站。保護(hù)及故障信息子站與變電站系統(tǒng)共享信息采集，無需獨(dú)立配置。
1）網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備配置需按一定原則進(jìn)行。特別是交換機(jī)的端口數(shù)量一定要符合工程規(guī)模需求，端口規(guī)格在100M~1000M范圍內(nèi)。兩臺智能電子設(shè)備所接的數(shù)據(jù)傳輸路由要控制在4個(gè)交換機(jī)以內(nèi)。每臺交換機(jī)的光纖接入量要控制在16對以內(nèi)。由于網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)連接中交換機(jī)起到重要的作用，為保證智能變電站的安全運(yùn)行，交換機(jī)必須保證安全穩(wěn)定，避免故障的發(fā)生。
2）應(yīng)對獨(dú)立配置的隔層設(shè)備測控裝置進(jìn)行單套配置，采用保護(hù)測控一體化裝置對110KV及以下電壓等級進(jìn)行配置，采用保護(hù)測控一體化裝置對繼電保護(hù)就地安裝的220KV電壓等級進(jìn)行配置。繼電保護(hù)裝置的配置原則與常規(guī)變電站一致，220KV變電站故障錄波及網(wǎng)絡(luò)分析記錄裝置按照電壓等級分別配置，統(tǒng)一配置110KV及以下變電站，單獨(dú)配置主變壓器。
3）過程層的配置。對于110KV及以上主變壓器本體配置單套的智能終端，對于采用開關(guān)柜布置的66KV及以下配電裝置無需配置智能終端。在配電裝置場地智能組件柜中分散布置智能終端。
4）合并單元的配置。110KV及以下電壓等級各間隔單套配置，雙重化保護(hù)的主變各側(cè)冗余配置，同一間隔內(nèi)電壓互感器和電流互感器合用一個(gè)合并單元。
0引言
當(dāng)前，數(shù)字化技術(shù)已成為科學(xué)發(fā)展的前沿技術(shù)，變電站數(shù)字化對進(jìn)一步提升變電站綜合自動化水平將起到極大促進(jìn)作用。數(shù)字化變電站是一個(gè)不斷發(fā)展的概念，目前它是由電子式互感器、智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)上分層構(gòu)建，能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。
隨著2006年1月8日，我國的第一座完整意義上的數(shù)字化變電站―一云南省曲靖市翠峰110kV數(shù)字化變電站通過鑒定驗(yàn)收。該變電站的落成填補(bǔ)了我國在數(shù)字化變電站建設(shè)中的多項(xiàng)空白，也為國內(nèi)電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)邁出了重要的一步。國內(nèi)部分省市已經(jīng)開始進(jìn)行試點(diǎn)建設(shè)，積累經(jīng)驗(yàn)，為大規(guī)模推廣奠定基礎(chǔ)?？梢灶A(yù)見，數(shù)字化變電站是大勢所趨，是未來變電站模式的發(fā)展方向。
1數(shù)字化變電站基本概念
作為現(xiàn)代化變電站，數(shù)字化變電站指的是變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，在此平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間信息共享和互操作。
數(shù)字化變電站的優(yōu)點(diǎn)有：數(shù)據(jù)共享、信息全面、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、升級方便、底層數(shù)據(jù)格式相同、設(shè)備成本低、便于提供先進(jìn)的應(yīng)用功能，主要特征有：數(shù)字化的TV/TA、二次設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、無縫通信協(xié)議(IEC61850)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸(G00SE)等。
在數(shù)字化變電站中，自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為2個(gè)部分，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為3個(gè)層次，根據(jù)IEC關(guān)于變電站的結(jié)構(gòu)規(guī)范，將變電站分為3個(gè)層次，即變電站層、間隔層以及過程層。各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。
在數(shù)字化變電站中，其主要的核心技術(shù)體現(xiàn)在電子式互感器以及IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用上。電子式互感器的應(yīng)用是數(shù)字化變電站發(fā)展的核心與基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比，電子式互感器無絕緣油，不會有安全隱患;無鐵芯，無鐵磁共振、磁滯效應(yīng)及沒有磁飽和現(xiàn)象;測量帶寬和精度高;體積小、重量輕、運(yùn)行時(shí)無噪音，高電壓等級時(shí)性價(jià)比好;二次系統(tǒng)無電流，不存在TA開路的問題;數(shù)字化通信，可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測互感器工作狀態(tài)。這些優(yōu)點(diǎn)為傳統(tǒng)的變電站帶來了巨大的革命性影響。
IEC61850標(biāo)準(zhǔn)比起以往的電力系統(tǒng)規(guī)約，無論在標(biāo)準(zhǔn)制定思想和結(jié)構(gòu)定義上都有了很大的進(jìn)步。比如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范一致性，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在MMS的基礎(chǔ)之上建立了一套適用于電力系統(tǒng)的通用通信接口ACSI，符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的各個(gè)廠家產(chǎn)品可以非常方便的實(shí)現(xiàn)互操作。 在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中，它的每個(gè)數(shù)據(jù)都是自帶名字和數(shù)據(jù)類型，為了防止傳統(tǒng)規(guī)約中使用點(diǎn)號和數(shù)據(jù)包類型號帶來的混淆;規(guī)約調(diào)試的工作量減少，因此，IEC61850特別強(qiáng)調(diào)一致性測試，理想情況下各個(gè)不同廠家裝置及后臺系統(tǒng)可以無縫組網(wǎng)。
2 數(shù)字化變電站建設(shè)設(shè)計(jì)常見問題
2.1 技術(shù)層面問題
(1)電子式互感器帶來的相關(guān)問題
根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，從測量原理分類，電子式電流互感器包含了光學(xué)電流互感器、空芯電流互感器(又稱為Rogowski線圈)及低功率型電流互感器3種。由于在光學(xué)電流互感器的溫度穩(wěn)定性研究方面遇到的困難，現(xiàn)階段實(shí)用化的高壓電子式電流互感器主要是以空芯線圈為傳感單元，低壓側(cè)的半導(dǎo)體激光器通過供能光纖給高壓側(cè)的調(diào)制電路供電，將高壓側(cè)的含有被測電流信息的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號驅(qū)動發(fā)光二極管，通過信號傳輸光纖以光脈沖的形式傳輸至低壓側(cè)。在電子式互感器應(yīng)用方面，需要關(guān)注以下問題:互感器的安裝位置，合并單元的配置方案，各個(gè)二次設(shè)備如何共享數(shù)字信號，差動保護(hù)(變壓器、母線、線路等)采樣數(shù)據(jù)的同步，數(shù)字化過程層設(shè)備的測量精度，多個(gè)過程層接口的保護(hù)測控設(shè)備的應(yīng)用等如何解決。
(2)支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中存在的問題
國外實(shí)現(xiàn)IEC61805的變電站層和間隔層部分規(guī)約已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，功能也已相當(dāng)完整。由于制定IEC61850時(shí)，具體的保護(hù)功能和類型是按照歐美的標(biāo)準(zhǔn)及習(xí)慣制定的，國內(nèi)使用的保護(hù)功能和方法與其有一定的差異，完整實(shí)現(xiàn)站層和間隔層部分規(guī)約包括GOOSE時(shí)，由于存在網(wǎng)絡(luò)沖突，可能會造成GOOSE報(bào)文的延遲;而且目前國內(nèi)高壓保護(hù)全部是雙重化配置，當(dāng)雙套保護(hù)同時(shí)動作的時(shí)候，會同時(shí)發(fā)送緊急事件報(bào)文，此時(shí)可能會發(fā)生沖突。因此國內(nèi)急需建立一個(gè)完整全面的IEC61850數(shù)字式設(shè)備測試環(huán)境，從科研試點(diǎn)的角度出發(fā)，數(shù)字化變電站中有必要配置專用的網(wǎng)絡(luò)分析儀。網(wǎng)絡(luò)分析儀主要用于詳細(xì)記錄網(wǎng)絡(luò)上的報(bào)文信息，實(shí)現(xiàn)檢索、排序、分類等基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能和針對IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的高級報(bào)文分析功能。目前，國外有一些分析MMS報(bào)文和GOOSE報(bào)文的軟件，但價(jià)格昂貴而且長期運(yùn)行穩(wěn)定性差。
(3)其他技術(shù)層面的一些問題
除了以上兩大核心技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)外，其他技術(shù)層面如數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，操作箱數(shù)字化的配置，時(shí)間同步和閉鎖功能的實(shí)現(xiàn)，智能開關(guān)耐壓等級及短路電流開斷能力的完善，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下傳輸延時(shí)不確定等已經(jīng)成為數(shù)字化變電站建設(shè)中關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
2.2 安全層面問題
先前的SCADA和其他的控制系統(tǒng)都是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，由于硬件平臺和邏輯結(jié)構(gòu)都與外界不同，因此具有較高的安全性。而開放式變電站綜合自動化系統(tǒng)基于開放的、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上，供應(yīng)商都能開發(fā)基于因特網(wǎng)的應(yīng)用程序來監(jiān)測、控制或遠(yuǎn)方診斷，可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的安全性降低。對于要求高可靠性和安全穩(wěn)定性的電力系統(tǒng)而言，安全問題尤其突出。因此，可以嘗試從兩方面著手。
(1)物理安全性方面
一種方法是采用虛擬網(wǎng)技術(shù)。VLAN(虛擬網(wǎng)絡(luò))技術(shù)，即將一個(gè)物理的LAN邏輯地劃分成不同的廣播域(即VLAN)，使每一個(gè)VLAN都包含一組有著相同需求的計(jì)算機(jī)工作站。這樣就可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及各種調(diào)度信息存儲于不同的節(jié)點(diǎn)，降低了人為破壞或者自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。另一種方法是采用多智能體技術(shù)。多智能體是分布式人工智能DAI(DistributedArtificiallntelligence)研究的前沿領(lǐng)域，是由多個(gè)智能體組成的系統(tǒng)。這種方法的基礎(chǔ)與上一措施相同，都是分布式網(wǎng)絡(luò)。不同的是，多智能體技術(shù)賦予每一個(gè)受監(jiān)控點(diǎn)一定的決策及協(xié)調(diào)能力。這樣就比單純的分布式網(wǎng)絡(luò)更為靈活，并且安全系數(shù)更高，通過策略庫，可以應(yīng)對出現(xiàn)的復(fù)雜的情況。
(2)軟件安全性方面
對于變電站網(wǎng)絡(luò)安全體系主要有以下兩種方法：一是采用數(shù)字簽名技術(shù)，因?yàn)閿?shù)字簽名是基于保密算法的程序式安全措施。它的安全程度取決于算法的復(fù)雜和精準(zhǔn)程度。數(shù)字化變電站可考慮對變電站運(yùn)行信息(遙控信息、遙調(diào)信息、保護(hù)裝置和其他安全自動裝置的整定信息等)應(yīng)用數(shù)字簽名。二是采用防火墻技術(shù)，因?yàn)樵诨ヂ?lián)網(wǎng)上廣泛應(yīng)用的防火墻技術(shù)可以在有數(shù)據(jù)溝通的終端之間，通過TCP/IP協(xié)議完成對數(shù)據(jù)流的安全保護(hù)。而且這種措施還可以根據(jù)實(shí)際情況采用不同的安全等級策略，方便靈活。數(shù)字化變電站的信息安全防護(hù)是整體的、動態(tài)的過程，同時(shí)也是多種技術(shù)的總和。應(yīng)當(dāng)綜合考慮變電站的網(wǎng)絡(luò)安全策略，建立起一套真正適合變電站的網(wǎng)絡(luò)安全體系。
3 數(shù)字化變電站變電運(yùn)行時(shí)的一些問題
基于IEC61850通信協(xié)議的數(shù)字化變電站引起了一、二次設(shè)備的變革，也必將給變電運(yùn)行及檢修工作帶來新的挑戰(zhàn)。
3.1 智能開關(guān)的調(diào)試技術(shù)
數(shù)字化變電站的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是智能開關(guān)的使用，因此，智能開關(guān)的性能直接關(guān)系到數(shù)字化變電站的操作智能型。智能開關(guān)的調(diào)試要考慮兩方面因素:一是物理性能，如絕緣性能，機(jī)械靈活程度等;二是二次設(shè)備配合度，即要滿足精密二次設(shè)備監(jiān)視、控制及信息傳輸速度的需要。
3.2 間隔層的改造
由于數(shù)字化變電站中的繼電保護(hù)是直接以數(shù)字量輸入和輸出的，內(nèi)部無需A/D轉(zhuǎn)換過程，因此就拋棄了以往的笨重的A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備，新式校驗(yàn)設(shè)備更加輕便小巧易于攜帶;更重要的是將不再直接檢測高強(qiáng)度的模擬量，提高了檢測人員和設(shè)備的安全系數(shù)。其次，由于數(shù)字化變電站的繼電器可以進(jìn)行暫態(tài)檢測，因此數(shù)據(jù)可以常備常新，隨時(shí)檢測，更準(zhǔn)確迅速地反映電能參數(shù)的變化和異常，因此與以前的穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)在校驗(yàn)方法上大大不同。
3.3 傳統(tǒng)變電站與數(shù)字化變電站故障分析及排查
傳統(tǒng)變電站與數(shù)字化變電站有個(gè)很大的區(qū)別是內(nèi)部連接方式的不同。傳統(tǒng)變電站主要是靠復(fù)雜的二次電纜群傳遞模擬信號，因此誤操作的概率較大，而數(shù)字化變電站的過程層與間隔層之間、間隔層與變電站層之間都是通過光纖以太網(wǎng)相連接，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通過自我檢測的方式進(jìn)行故障排查，方便快捷且不易出現(xiàn)誤操作。數(shù)字化變電站在早期檢測方面也有了一個(gè)突破，即將新型傳感器和計(jì)算機(jī)配合使用，連續(xù)自我檢測和監(jiān)視開關(guān)設(shè)備的一次和二次系統(tǒng)，在缺陷變?yōu)楣收现鞍l(fā)出預(yù)警提示，及早解決，盡可能減小損失。但是，目前尚無一個(gè)符合實(shí)際的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，如何制定出精確的臨界值是其中的難點(diǎn)。通過以上的分析不難看出，數(shù)字化變電站的運(yùn)行工作比傳統(tǒng)變電站簡單方便，也對變電運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。作為運(yùn)行單位必須及早著手準(zhǔn)備，加快人才培養(yǎng)，加快對新設(shè)備、新技術(shù)的消化和吸收，以便積極應(yīng)對。
4 傳統(tǒng)型變電站升級改造
數(shù)字化變電站具有更加靈活，更加方便的調(diào)控手段，也具有更高的安全性和穩(wěn)定性。這種技術(shù)將在以后的電力系統(tǒng)中得到普及。但是已建成的大量傳統(tǒng)變電站的整體一次性升級必將產(chǎn)生沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此，建議通過以下幾個(gè)措施逐步升級傳統(tǒng)型變電站。
4.1 變電站層的改造
若變電站內(nèi)與控制中心都支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，可以拋棄101、104直接采用IEC61850與IEC61970完成升級;否則需進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，即在變電站層實(shí)現(xiàn)IEC61850與101、104的網(wǎng)關(guān)。具體工程則應(yīng)根據(jù)各個(gè)變電站的實(shí)際情況而定。
4.2 間隔層的改造
(1)針對不同廠家進(jìn)行設(shè)備升級。
(2)根據(jù)新的布局情況轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的通信服務(wù)。
(3)完成原始數(shù)據(jù)到新邏輯保護(hù)接點(diǎn)的映射。如圖1所示
1數(shù)字化變電站基本概念
作為現(xiàn)代化變電站，數(shù)字化變電站指的是變電站內(nèi)一次電氣設(shè)備和二次電子裝置均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化通信，并具有全站統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，在此平臺的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能裝置之間信息共享和互操作。
數(shù)字化變電站的優(yōu)點(diǎn)有：數(shù)據(jù)共享、信息全面、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、升級方便、底層數(shù)據(jù)格式相同、設(shè)備成本低、便于提供先進(jìn)的應(yīng)用功能，主要特征有：數(shù)字化的TV/TA、二次設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、無縫通信協(xié)議、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>
在數(shù)字化變電站中，自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為2個(gè)部分，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備;在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為3個(gè)層次，根據(jù)IEC關(guān)于變電站的結(jié)構(gòu)規(guī)范，將變電站分為3個(gè)層次，即變電站層、間隔層以及過程層。各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。
在數(shù)字化變電站中，其主要的核心技術(shù)體現(xiàn)在電子式互感器的應(yīng)用上。電子式互感器的應(yīng)用是數(shù)字化變電站發(fā)展的核心與基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比，電子式互感器無絕緣油，不會有安全隱患;無鐵芯，無鐵磁共振、磁滯效應(yīng)及沒有磁飽和現(xiàn)象;測量帶寬和精度高;體積小、重量輕、運(yùn)行時(shí)無噪音，高電壓等級時(shí)性價(jià)比好;二次系統(tǒng)無電流，不存在開路的問題;數(shù)字化通信，可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測互感器工作狀態(tài)。這些優(yōu)點(diǎn)為傳統(tǒng)的變電站帶來了巨大的革命性影響。
2 數(shù)字化變電站建設(shè)設(shè)計(jì)常見問題
2.1 技術(shù)層面問題
(1)電子式互感器帶來的相關(guān)問題
根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，從測量原理分類，電子式電流互感器包含了光學(xué)電流互感器、空芯電流互感器及低功率型電流互感器3種。由于在光學(xué)電流互感器的溫度穩(wěn)定性研究方面遇到的困難，現(xiàn)階段實(shí)用化的高壓電子式電流互感器主要是以空芯線圈為傳感單元，低壓側(cè)的半導(dǎo)體激光器通過供能光纖給高壓側(cè)的調(diào)制電路供電，將高壓側(cè)的含有被測電流信息的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號驅(qū)動發(fā)光二極管，通過信號傳輸光纖以光脈沖的形式傳輸至低壓側(cè)。在電子式互感器應(yīng)用方面，需要關(guān)注以下問題:互感器的安裝位置，合并單元的配置方案，各個(gè)二次設(shè)備如何共享數(shù)字信號，差動保護(hù)采樣數(shù)據(jù)的同步，數(shù)字化過程層設(shè)備的測量精度，多個(gè)過程層接口的保護(hù)測控設(shè)備的應(yīng)用等如何解決。
(2)其他技術(shù)層面的一些問題
除了以上兩大核心技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)外，其他技術(shù)層面如數(shù)字化變電站通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，操作箱數(shù)字化的配置，時(shí)間同步和閉鎖功能的實(shí)現(xiàn)，智能開關(guān)耐壓等級及短路電流開斷能力的完善，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下傳輸延時(shí)不確定等已經(jīng)成為數(shù)字化變電站建設(shè)中關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
2.2 安全層面問題
先前的SCADA和其他的控制系統(tǒng)都是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，由于硬件平臺和邏輯結(jié)構(gòu)都與外界不同，因此具有較高的安全性。而開放式變電站綜合自動化系統(tǒng)基于開放的、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上，供應(yīng)商都能開發(fā)基于因特網(wǎng)的應(yīng)用程序來監(jiān)測、控制或遠(yuǎn)方診斷，可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的安全性降低。對于要求高可靠性和安全穩(wěn)定性的電力系統(tǒng)而言，安全問題尤其突出。因此，可以嘗試從兩方面著手。
(1)物理安全性方面
一種方法是采用虛擬網(wǎng)技術(shù)。VLAN技術(shù)，即將一個(gè)物理的LAN邏輯地劃分成不同的廣播域，使每一個(gè)VLAN都包含一組有著相同需求的計(jì)算機(jī)工作站。這樣就可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及各種調(diào)度信息存儲于不同的節(jié)點(diǎn)，降低了人為破壞或者自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。另一種方法是采用多智能體技術(shù)。多智能體是分布式人工智能研究的前沿領(lǐng)域，是由多個(gè)智能體組成的系統(tǒng)。這種方法的基礎(chǔ)與上一措施相同，都是分布式網(wǎng)絡(luò)。不同的是，多智能體技術(shù)賦予每一個(gè)受監(jiān)控點(diǎn)一定的決策及協(xié)調(diào)能力。這樣就比單純的分布式網(wǎng)絡(luò)更為靈活，并且安全系數(shù)更高，通過策略庫，可以應(yīng)對出現(xiàn)的復(fù)雜的情況。
(2)軟件安全性方面
對于變電站網(wǎng)絡(luò)安全體系主要有以下兩種方法：一是采用數(shù)字簽名技術(shù)，因?yàn)閿?shù)字簽名是基于保密算法的程序式安全措施。它的安全程度取決于算法的復(fù)雜和精準(zhǔn)程度。數(shù)字化變電站可考慮對變電站運(yùn)行信息(遙控信息、遙調(diào)信息、保護(hù)裝置和其他安全自動裝置的整定信息等)應(yīng)用數(shù)字簽名。二是采用防火墻技術(shù)，因?yàn)樵诨ヂ?lián)網(wǎng)上廣泛應(yīng)用的防火墻技術(shù)可以在有數(shù)據(jù)溝通的終端之間，通過TCP/IP協(xié)議完成對數(shù)據(jù)流的安全保護(hù)。數(shù)字化變電站的信息安全防護(hù)是整體的、動態(tài)的過程，同時(shí)也是多種技術(shù)的總和。應(yīng)當(dāng)綜合考慮變電站的網(wǎng)絡(luò)安全策略，建立起一套真正適合變電站的網(wǎng)絡(luò)安全體系。
3 數(shù)字化變電站變電運(yùn)行時(shí)的一些問題
3.1 智能開關(guān)的調(diào)試技術(shù)
數(shù)字化變電站的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是智能開關(guān)的使用，因此，智能開關(guān)的性能直接關(guān)系到數(shù)字化變電站的操作智能型。智能開關(guān)的調(diào)試要考慮兩方面因素:一是物理性能，如絕緣性能，機(jī)械靈活程度等;二是二次設(shè)備配合度，即要滿足精密二次設(shè)備監(jiān)視、控制及信息傳輸速度的需要。
3.2 間隔層的改造
由于數(shù)字化變電站中的繼電保護(hù)是直接以數(shù)字量輸入和輸出的，內(nèi)部無需A/D轉(zhuǎn)換過程，因此就拋棄了以往的笨重的A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備，新式校驗(yàn)設(shè)備更加輕便小巧易于攜帶;更重要的是將不再直接檢測高強(qiáng)度的模擬量，提高了檢測人員和設(shè)備的安全系數(shù)。其次，由于數(shù)字化變電站的繼電器可以進(jìn)行暫態(tài)檢測，因此數(shù)據(jù)可以常備常新，隨時(shí)檢測，更準(zhǔn)確迅速地反映電能參數(shù)的變化和異常，因此與以前的穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)在校驗(yàn)方法上大大不同。
3.3 傳統(tǒng)變電站與數(shù)字化變電站故障分析及排查
傳統(tǒng)變電站與數(shù)字化變電站有個(gè)很大的區(qū)別是內(nèi)部連接方式的不同。傳統(tǒng)變電站主要是靠復(fù)雜的二次電纜群傳遞模擬信號，因此誤操作的概率較大，而數(shù)字化變電站的過程層與間隔層之間、間隔層與變電站層之間都是通過光纖以太網(wǎng)相連接，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通過自我檢測的方式進(jìn)行故障排查，方便快捷且不易出現(xiàn)誤操作。數(shù)字化變電站在早期檢測方面也有了一個(gè)突破，即將新型傳感器和計(jì)算機(jī)配合使用，連續(xù)自我檢測和監(jiān)視開關(guān)設(shè)備的一次和二次系統(tǒng)，在缺陷變?yōu)楣收现鞍l(fā)出預(yù)警提示，及早解決，盡可能減小損失。但是，目前尚無一個(gè)符合實(shí)際的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，如何制定出精確的臨界值是其中的難點(diǎn)。通過以上的分析不難看出，數(shù)字化變電站的運(yùn)行工作比傳統(tǒng)變電站簡單方便，也對變電運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。作為運(yùn)行單位必須及早著手準(zhǔn)備，加快人才培養(yǎng)，加快對新設(shè)備、新技術(shù)的消化和吸收，以便積極應(yīng)對。
4 傳統(tǒng)型變電站升級改造
數(shù)字化變電站具有更加靈活，更加方便的調(diào)控手段，也具有更高的安全性和穩(wěn)定性。這種技術(shù)將在以后的電力系統(tǒng)中得到普及。但是已建成的大量傳統(tǒng)變電站的整體一次性升級必將產(chǎn)生沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此，建議通過以下幾個(gè)措施逐步升級傳統(tǒng)型變電站。
4.1 變電站層的改造
若變電站內(nèi)與控制中心都支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，可以拋棄101、104直接采用IEC61850與IEC61970完成升級;否則需進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，即在變電站層實(shí)現(xiàn)IEC61850與101、104的網(wǎng)關(guān)。具體工程則應(yīng)根據(jù)各個(gè)變電站的實(shí)際情況而定。
4.2 間隔層的改造
(1)針對不同廠家進(jìn)行設(shè)備升級。
(2)根據(jù)新的布局情況轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的通信服務(wù)。
(3)完成原始數(shù)據(jù)到新邏輯保護(hù)接點(diǎn)的映射。如圖1所示
。圖1 間隔層升級
引言
變電站是電力系統(tǒng)中的―個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的運(yùn)行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變電站自身運(yùn)行的情況，在一定情況下取決于二次設(shè)備的工作性能。想要提高變電站自身運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，就需要不斷提高變電站的自動化管理水平，最終實(shí)現(xiàn)變電站的自動化運(yùn)營模式。變電站自動化是在微機(jī)運(yùn)動技術(shù)和微機(jī)保護(hù)的基礎(chǔ)上，采集變電站的脈沖量、模擬量、開關(guān)狀態(tài)量及非電量信息，然后經(jīng)過功能重組，通過預(yù)定程序，實(shí)現(xiàn)變動站的自動化監(jiān)視、協(xié)調(diào)、測量，最終實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的自動化采集、共享，讓變電站運(yùn)行變得更加安全可靠。
1 變電站綜合自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀
變電站自動化系統(tǒng)的功能多種多樣，其中基本功能有信息采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)監(jiān)測、開關(guān)操控、同其它自動化設(shè)備進(jìn)行信息的交換及與調(diào)度控制中心進(jìn)行通信等。目前，變電站自動化系統(tǒng)主要有三種結(jié)構(gòu)類型。
1.1 集中式
所謂集中式變電站自動化系統(tǒng)是指通過拓展不同計(jì)算機(jī)的接口，實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)字量、脈沖量、開關(guān)量、數(shù)字量、模擬量等信息數(shù)據(jù)的集中采集與處理，然后通過信息處理實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制和微機(jī)保護(hù)功能。這種集中式的變電站系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，占用面積小，造價(jià)低等特點(diǎn)，一般適用于小規(guī)模的變電站，但其缺點(diǎn)是運(yùn)行可靠性不足，組態(tài)不夠靈活。
1.2 分散與集中相結(jié)合
分散與集中式的變電站自動化系統(tǒng)屬于常用型系統(tǒng)，此類系統(tǒng)主要是將配電線路的保護(hù)和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屢的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
1.3 全分散式
全分散式變電站自動化系統(tǒng)主要是利用一次主設(shè)備安裝單位，例如變壓器、開關(guān)、目前等，然后將封閉、控制、保護(hù)、砌等單元分散，然后將其安裝在一次主設(shè)備上。站控單元通過串行口與各一次設(shè)備相連，并與管理機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信。
2 變電站綜合自動化運(yùn)行管理
2.1 系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行管理
（1）系統(tǒng)備份運(yùn)行管理
雖然自動化系統(tǒng)具有較大信息量處理的能力，但自身也存在不足和缺陷，它的運(yùn)行需要穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)和安全的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障就可能引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，并且難以進(jìn)行有效恢復(fù)。針對此種問題，要做好兩方面的工作，首先要對自動化信息數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止數(shù)據(jù)因意外情況丟失，其次要做好數(shù)據(jù)庫的備份工作，另外對自動化信息系統(tǒng)要進(jìn)行定期維護(hù)，最后做好系統(tǒng)崩潰的防備工作，一旦系統(tǒng)癱瘓要采取備用方案。
（2）網(wǎng)絡(luò)安全管理
對于變電站自動化系統(tǒng)而言，網(wǎng)絡(luò)安全顯得尤為重要，一旦網(wǎng)絡(luò)受到攻擊或者受到病毒干擾，就會應(yīng)道了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，針對網(wǎng)絡(luò)安全問題，要建立獨(dú)立的自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并定期定時(shí)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全維護(hù)。
2.2 運(yùn)行中存在的問題
（1）綜合自動化變電站新建、擴(kuò)建間隔工作復(fù)雜變電站綜合自動化系統(tǒng)，因綜自系統(tǒng)資源缺乏，軟件設(shè)計(jì)不夠成熟；如果變電站進(jìn)行擴(kuò)建或者新建，那么就需要考慮數(shù)據(jù)庫的修改變動，即使對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改，修改后也可能會出現(xiàn)變電站綜自系統(tǒng)難以正常實(shí)現(xiàn)逐一對點(diǎn)工作，對其綜自系統(tǒng)自身也會產(chǎn)生不利影響，因此，不論是在重建還是擴(kuò)建變電站時(shí)，都要考慮到綜自系統(tǒng)安裝的一次性到位。
（2）備品、備件缺乏。對于正常運(yùn)行的自動化系統(tǒng)，要求其二次設(shè)備備件、備品都要同型號、同軟件版本號，這就在一定程度上導(dǎo)致了備件、備品的不足，因此在進(jìn)行變電站的建設(shè)時(shí)要充分考慮到備件、備品的使用情況。
（3）綜自系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在部分缺陷。因?yàn)樽冸娬揪C自系統(tǒng)尚處于技術(shù)發(fā)展階段，因此其穩(wěn)定性較差，在系統(tǒng)使用過程中容易出現(xiàn)設(shè)備損壞，系統(tǒng)癱瘓等狀況，針對這種情況就需要在綜自系統(tǒng)使用方面采用雙網(wǎng)、主備系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式。
3 變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展趨勢
3.1 整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化、集成化、規(guī)范化
目前，變電站正朝著數(shù)字化、規(guī)范化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和集成電路的廣泛運(yùn)用，各種新型的大規(guī)模集成電路將會進(jìn)一步應(yīng)用在繼電保護(hù)和測控裝置上，這些新器件的應(yīng)用將使保護(hù)和測控裝置的電路板更加小型集成化。高端的集成化系統(tǒng)能夠讓數(shù)據(jù)儲存、裝置通信以及數(shù)據(jù)處理功能變得更強(qiáng)，同時(shí)也能夠有效的降低成本，減少故障，實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)營管理。數(shù)字化是指變電站自動化系統(tǒng)的整體數(shù)字化、信息化以及與電力整體的協(xié)調(diào)操作。隨著變電站一次設(shè)備的智能化，如智能開關(guān)設(shè)備、光電式電壓和電流互感器和各類智能電子裝置的智能化，進(jìn)一步的推動了變電站數(shù)字智能化的發(fā)展，有利于進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)現(xiàn)有控制和保護(hù)功能。變電站自動化系統(tǒng)將逐步向產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。
3.2 從集中控制、功能分散型向分層網(wǎng)絡(luò)型發(fā)展
傳統(tǒng)的保護(hù)、遠(yuǎn)動和站級監(jiān)控，故障錄波等設(shè)備是按功能分散考慮的。趨勢是從一個(gè)功能模塊管理多個(gè)間隔單元，向一個(gè)模塊管理一個(gè)間隔單元發(fā)展，實(shí)現(xiàn)地理位置上的高度分散。
在這種情況下，及時(shí)系統(tǒng)發(fā)生故障，也會降低對變電站的影響，這也是由功能模塊自身的適應(yīng)性、獨(dú)立性決定的，LAN局域網(wǎng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用中較為廣泛，能夠很好的適應(yīng)變電站自動化系統(tǒng)，通過引入此類技術(shù)可以將所有智能裝置進(jìn)行連接，可以有效的實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)控管理和協(xié)調(diào)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站網(wǎng)絡(luò)的安全監(jiān)控管理。
3.3 遙視系統(tǒng)的應(yīng)用
遙視系統(tǒng)是指通過電子監(jiān)控設(shè)備將圖像視頻遠(yuǎn)距離的傳輸?shù)秸{(diào)度室或控制中心，讓管理人員能夠通過遠(yuǎn)距離監(jiān)控，對變電站電氣的運(yùn)行環(huán)境及運(yùn)行狀況進(jìn)行及時(shí)了解，確保變電站的運(yùn)行安全。遙視系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用在每個(gè)領(lǐng)域，從本質(zhì)上講遙視系統(tǒng)的圖像屬于圖像獲取系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了圖像信息分析與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的有效結(jié)合，能夠有效的實(shí)現(xiàn)變電站的圖像信息智能處理，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在變電站領(lǐng)域已成功應(yīng)用的例子有指針式儀表表示值的自動檢定、移動物體的自動識別報(bào)警和跟蹤運(yùn)行人員的操作過程。隨著遙視技術(shù)的廣泛運(yùn)用以及不斷發(fā)展，其在變電站領(lǐng)域顯示出了良好的應(yīng)用前景。
3.4 藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用
藍(lán)牙技術(shù)有效的將無線數(shù)據(jù)同語音通信進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了信息的無線傳輸。它以無線連接為基礎(chǔ)，為移動設(shè)備和固定通信環(huán)境建立了短程無線技術(shù)平臺，解決了變電站布線難的問題，能有有效的降低變電站成本。無線藍(lán)牙技術(shù)具有低成本、小功率、微型化的特征，適應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)信息化的發(fā)展要求，藍(lán)牙技術(shù)雖然處于起步階段，但其優(yōu)勢已經(jīng)逐步凸顯，在未來發(fā)展具有廣泛的應(yīng)用空間。
4 結(jié)語
隨著變電站自動化系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用，以集控技術(shù)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程維護(hù)、故障診斷、實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的完善，為我們變電運(yùn)行提供了一套全新的工作、管理模式。我們只有不斷地總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，以開拓進(jìn)取、不斷創(chuàng)新的精神，管好、用好變電綜合自動化系統(tǒng)使電網(wǎng)更安全、更可靠、更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
文章編號:1004-373X(2010)21-0093-03
Research on Technology and Application of IEC 61850
HUANG Wen-hua1, LI Yong2
(1. School of Telecommunications and Information Engineering, Xi’an University of Posts & Telecommunications, Xi’an 710121, China;
2. Xi’an Beareu, Shannxi Electrical Power Corp., Xi’an 710032, China)
Abstract: IEC 61850 is the seamless communication standard of substation automation system (SAS) in next generation. The technical characteristics of IEC 61850 are summarized in this paper for the purpose of the equipment development in the application of IEC 61850. It is pointed out that IEC 61850 is the intension of the integration of heterogeneous information. The substation configuration (including the structure of configuration file and the flow path of configuration) and the application of XML technology in IEC 61850 are analyzed. The ideal communication model is obtained. The security questions to the substation communication network are discussed. The research provides a foundation for the design of SAS which is coincident with IEC 61850.Keywords: IEC 61850; integration of heterogeneous information; XML; security of power network
收稿日期:2010-05-24
0 引 言
IEC 61850是國際電工委員會負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)控制及其通信的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的第57技術(shù)委員會(IEC TC57)制定的關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信的一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn),目的是使變電站內(nèi)不同廠家的智能電子設(shè)備(IED)之間通過一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)互操作和信息共享,實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”[1]。
在制定IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的過程中,美、德、荷蘭等國都建有示范工程,而應(yīng)用IEC 61850的數(shù)字化變電站技術(shù)是我國十一五重點(diǎn)研究課題,目的在標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)品研發(fā)方面追趕國際先進(jìn)水平。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的正在我國電力系統(tǒng)普及發(fā)展,而符合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備的開發(fā),需要對標(biāo)準(zhǔn)的深刻理解與掌握,本文對IEC 61850的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究與討論。
1 IEC 61850的內(nèi)涵分析
1.1 IEC61850 技術(shù)特點(diǎn)分析
IEC 61850規(guī)約體系完善,相對于基于報(bào)文結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)規(guī)約,應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的IEC 61850有明顯的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢[2]。
(1) 系統(tǒng)分層技術(shù):IEC 61850明確了變電站自動化系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu):變電站層、間隔層和過程層以及各層之間的接口意義。將由一次設(shè)備組成的過程層納入統(tǒng)一結(jié)構(gòu)中,這是基于一次設(shè)備如傳感器、執(zhí)行器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。
(2) 面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù):為了實(shí)現(xiàn)互操作性,IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),建立統(tǒng)一的設(shè)備和系統(tǒng)模型,采用基于XML的SCL[3]變電站設(shè)備通信配置語言來全面的描述設(shè)備和系統(tǒng),提出設(shè)備必須具有自描述功能。自描述、自診斷和即插即用的特性,極大方便了系統(tǒng)的集成,降低了變電站自動化系統(tǒng)的工程費(fèi)用。
(3) 抽象服務(wù)通信接口技術(shù):IEC 61850為實(shí)現(xiàn)無縫的通信網(wǎng)絡(luò),提出抽象通信服務(wù)接口(ACSI)[4],接口技術(shù)獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議,與采用何種網(wǎng)絡(luò)無關(guān),可充分適應(yīng)TCP/IP以及現(xiàn)場總線等各類通信體系,而且客戶只需改動特定通信服務(wù)映射 (SCSM),即可完成網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換,從而適應(yīng)了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多樣的特點(diǎn)。
1.2 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)內(nèi)涵
作為下一代變電站的無縫通信標(biāo)準(zhǔn),IEC 61850充分借鑒了變電站通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制等領(lǐng)域的長期經(jīng)驗(yàn)[5]。在IEC 61850鮮明技術(shù)特點(diǎn)的背后,是IEC 61850與以往變電站通信標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)質(zhì)性差別,而理解IEC 61850的本質(zhì)是應(yīng)用IEC 61850的基礎(chǔ)。
IEC 61850是變電站自動化通信標(biāo)準(zhǔn),通信標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)雙方快速準(zhǔn)確的理解相互傳達(dá)與接收到的邏輯信息命令,并正確執(zhí)行命令。由于各設(shè)備生產(chǎn)商生產(chǎn)的智能電子設(shè)備,可能采用不同的芯片、不同的硬件架構(gòu)、不同的嵌入式系統(tǒng),它們組成了一個(gè)復(fù)雜的異構(gòu)環(huán)境系統(tǒng),所以變電站中設(shè)備之間的通信是一個(gè)復(fù)雜的分布式信息交互問題。變電站設(shè)備要實(shí)現(xiàn)互操作實(shí)際就是解決如何在異構(gòu)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的問題。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)制定的思路與以往IEC 60870等標(biāo)準(zhǔn)在解決信息表達(dá)與傳輸問題方面相比上存在著根本的區(qū)別,主要是借鑒了近些年來計(jì)算機(jī)解決異構(gòu)環(huán)境領(lǐng)域的常用的ASN.1,XML等技術(shù)來解決變電站中的信息交互問題,因此IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)可以理解為是解決變電站中異構(gòu)環(huán)境下數(shù)據(jù)交換問題的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案。
IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)充分綜合了ASN.1與XML兩種技術(shù)的各自優(yōu)勢,利用ASN.1的二進(jìn)制編碼信息傳輸效率優(yōu)勢,用它作為主要的實(shí)時(shí)信息交互通信方式,利用XML直觀與帶自描述特性在XML 1.0版本的基礎(chǔ)上推出了變電站配置語言SCL,用于描述變電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與智能電子設(shè)備的能力及定義通信參數(shù)等。如圖1所示。W2G組織提出了要將MMS映射到XML,采用XML技術(shù)來代替MMS協(xié)議中的ASN.1編碼,所以ASN.1與XML兩者正在不斷的相互借鑒發(fā)展。
2 IEC 61850中XML配置的運(yùn)用
2.1 基于XML的變電站配置
變電站配置描述語言(Substation Configuration Description Language,SCL)是IEC 61850規(guī)定的基于XML 1.0,利用其自描述特性主要用于智能電子裝置能力描述和變電站系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述的語言[6]。IEC 61850-6部分規(guī)范了SCL語言規(guī)范了裝置所含有的邏輯節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集、報(bào)告控制塊、站內(nèi)連接方式、IP地址等通信配置等[7]。由于XML技術(shù)已經(jīng)受到眾多軟件集成商如微軟、IBM,SUN等的支持,開發(fā)人員可以方便的處理XML文檔,對XML的處理獨(dú)立于操作系統(tǒng)平臺、編程語言等等[8]。因此采用SCL語言描述以后使得變電站系統(tǒng)集成變得更為簡單,各廠商一致采用IEC 61850-6與IEC 61850-7對變電站的抽象模型框架提供的IED就可以通過各自的IED配置工具和系統(tǒng)配置工具通過對XML文檔的解析、讀取數(shù)據(jù),進(jìn)行配置信息的交互。各廠商對配置文件實(shí)現(xiàn)解析與處理過程可能不同,但采用了相同的變電站描述結(jié)構(gòu)和相同的參數(shù),最終就能相互理解,這是IEC 61850互操作性體現(xiàn)之一。
圖1 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中的異構(gòu)信息集成技術(shù)
圖2為一個(gè)變電站系統(tǒng)配置的最基本描述情況,SCL至少有以下幾個(gè)元素,Header,Substation,Communication,IED,DataTypeTemplates。Header元素定義了SCL配置文件的修改歷史記錄版本號、修改的時(shí)間、修改的原因、何人最終修改等。
圖2 系統(tǒng)配置文件的基本結(jié)構(gòu)圖
2.2 變電站配置的流程與技術(shù)
配置的主要流程如圖3所示,配置的過程主要分為四步,首先是廠家提供的IED配置器工具將產(chǎn)生IED設(shè)備的ICD能力描述文件,然后傳遞到系統(tǒng)的子站端,根據(jù)系統(tǒng)的集成規(guī)范SSD以及系統(tǒng)端的配置器,生成系統(tǒng)端的描述文件SCD,再將SCD發(fā)送回IED的配置器,最終獲得IED的配置文件CID。配置文件主要包含如何進(jìn)行通信,在系統(tǒng)所處的位置的描述,相關(guān)的鏈接通信節(jié)點(diǎn),以及報(bào)告節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)集設(shè)置等相關(guān)約定,同時(shí)ACSI到MMS映射的實(shí)現(xiàn)、MMS通信服務(wù)過程中需要借助CID配置文件,解析出其中相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息作為參數(shù),比如GOOSE報(bào)文的接收端MAC地址。
圖3 配置流程圖
通過采用XML的配置可以實(shí)現(xiàn)裝置的功能自動組合,裝置內(nèi)的程序可以通過直接修改配置文件而動態(tài)的改變裝置所具有的功能,比如修改邏輯節(jié)點(diǎn)或者數(shù)據(jù)集等,從而實(shí)現(xiàn)裝置側(cè)的程序通用,對于廠家而言,可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)通用的通信程序,然后根據(jù)具體特定裝置功能需求,設(shè)計(jì)配置不同的XML文件即可實(shí)現(xiàn)不同裝置的通信。最理想的IEC 61850通信程序(見圖4)的明顯優(yōu)勢在于:程序一次編譯完成,可以只需要簡單的修改配置文件就可以應(yīng)用到各個(gè)裝置設(shè)備中,綜合自動化后臺通過讀取裝置配置文件就可以自動創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)裝置接入與生成。
圖4 理想的IEC 61850通信程序
3 IEC 61850應(yīng)用安全問題
IEC 61850的應(yīng)用依賴于一個(gè)安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。因此,當(dāng)前電力系統(tǒng)在解決了信息異構(gòu)集成問題后,突出面臨的一個(gè)問題就是如何構(gòu)造一個(gè)安全的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng),WG15已經(jīng)開始專注于電力數(shù)據(jù)和通信安全領(lǐng)域,來保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行[9]。
電力系統(tǒng)安全防護(hù)重點(diǎn)在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)[10],IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站分層中提出了過程層,并在這一層也采用以太網(wǎng)通信完全替代原來傳統(tǒng)的硬接線方式。由于在過程層中諸如跳閘的GOOSE報(bào)文要求在4 ms內(nèi)到達(dá)通信接收的另一端,與以太網(wǎng)在變電站層和間隔層相比需要保障更高的安全可靠性,因此,如何保障變電站內(nèi)過程層網(wǎng)絡(luò)的安全性問題比以往顯得更為突出和重要。從應(yīng)用安全的角度出發(fā),基于IEC 61850的變電站通信系統(tǒng)應(yīng)具備以下防御措施:
(1) 采用VPN技術(shù)解決端到端的數(shù)據(jù)安全問題。主要采用隧道技術(shù)、加解密技術(shù)、密鑰管理技術(shù)、使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù)等四項(xiàng)技術(shù)來保證安全。通過安全策略和安全規(guī)則的制定,把網(wǎng)絡(luò)劃分成不同的安全區(qū)域,控制VPN通道內(nèi)不同的安全區(qū)域之間的訪問,可以進(jìn)一步減少了內(nèi)部竊聽的風(fēng)險(xiǎn)和不安全因素,使網(wǎng)絡(luò)的安全性得到進(jìn)一步的提升。
(2) 采用SSL/TLS加密技術(shù),對變電站通信系統(tǒng)中面向連接通信機(jī)制的服務(wù)器連接進(jìn)行授權(quán)驗(yàn)證,在對象建模中對不同用戶加入訪問權(quán)限限制,并報(bào)告試圖進(jìn)行未授權(quán)下的訪問操作。
(3) 采用SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)來管理變電站通信網(wǎng)絡(luò),定期建立數(shù)據(jù)備份與實(shí)施冗余機(jī)制。
(4) 建立入侵監(jiān)測防御措施,建立控制中心安全策略應(yīng)對措施,基于IEC 61850的變電站通信系統(tǒng)控制中心應(yīng)采取多層安全機(jī)制保證,當(dāng)受到攻擊時(shí)可以降低使用情況而不至于系統(tǒng)癱瘓。
除了以上從技術(shù)的角度應(yīng)對電網(wǎng)安全問題外,還應(yīng)注意人員的管理與安全意識、工程施工等與電網(wǎng)安全運(yùn)行密切相關(guān)的因素。
4 結(jié) 語
IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)作為未來國際變電站的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)在逐步走向成熟。本文為了IEC 61850具體應(yīng)用中IED設(shè)備開發(fā)的目的,對IEC 61850的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),首次提出IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是對異構(gòu)信息進(jìn)行集成的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵,應(yīng)用XML技術(shù)具體對IEC 61850中變電站的配置進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì),包括系統(tǒng)配置文件的結(jié)構(gòu)、配置的流程,得到了理想的IEC 61850通信程序模型;針對應(yīng)用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)電力網(wǎng)絡(luò)通信的安全問題提出了建議和策略。研究為開發(fā)符合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站通信系統(tǒng)提供了依據(jù)。在中高壓綜合自動化系統(tǒng)中,IEC 61850的性能與優(yōu)勢能得到更多的體現(xiàn)。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)可以有效地解決變電站內(nèi)設(shè)備的互操作問題,作為一致公推的變電站標(biāo)準(zhǔn)必將給變電站自動化系統(tǒng)帶來深遠(yuǎn)的影響。
參考文獻(xiàn)
[1]王昊,薄純?nèi)?IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)研究[J].裝備制造技術(shù),2008(12):161-163.
[2]李光輝.基于IEC 61850的變電站裝置建模[J].電力系統(tǒng)通信,2009(4):27-29.
[3]IEC. IEC 61850-6 Communication network and systems in substations [S]. USA: IEC, 2008.
[4]IEC. IEC 61850-7 Communication network and systems in substations [S]. USA: IEC, 2008.
[5]吳曉博,王永福,楊威,等.數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)開發(fā)建議[J].電力系統(tǒng)自動化,2009(16):101-106.
[6]胡靚.XML語言在新一代電力自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力學(xué)報(bào),2007(1):39-42.
[7]林知明,蔣士林.基于SCL模型的配置工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009(12):91-94.
中圖分類號：TM762 文章編號：1009-2374（2016）02-0143-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.02.070
智能變電站是智能電網(wǎng)建筑的重要環(huán)節(jié)，按照國家對電網(wǎng)公司的編制等一系列智能變電站的技術(shù)規(guī)定，可以對變電站合并單元和智能終端、保護(hù)裝置和測試控制等方面進(jìn)行分析，對二次方進(jìn)行整合；也可以優(yōu)先采用故障錄波方式進(jìn)行研究，解決動態(tài)和報(bào)文工作；還可以通過一定整合對智能變電站進(jìn)行分析，控制好測控裝置，配合二次系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備，對變電站進(jìn)行一定維護(hù)和管理。
1 二次設(shè)備集成工程概況
國家電網(wǎng)公司海北500kV智能化變電站遠(yuǎn)期10回歸線，安裝2組主變壓器，每組主要變壓器壓側(cè)各裝設(shè)有2組低壓電抗器，500kV設(shè)2個(gè)繼電器小室。按照遠(yuǎn)期分段可以分為兩側(cè)設(shè)置，主變可以設(shè)置一個(gè)小的電器小室，主要控制設(shè)置通信室，分為計(jì)算機(jī)室和控制室兩種。二次設(shè)備配置主要是變電站全站的三層結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)站控制，網(wǎng)絡(luò)層面主要可以采用100M以太網(wǎng)進(jìn)行控制，然后采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信規(guī)定。每一個(gè)系統(tǒng)之間都要實(shí)現(xiàn)非常完全的操作，保護(hù)好這種方式，計(jì)量上要采用網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行計(jì)算，二次設(shè)備主要是互感器和合并單元布置保護(hù)方式，還要利用智能化終端設(shè)置方式，測控裝置獨(dú)立進(jìn)行配置，配置斷路器可以設(shè)計(jì)氣體密度，使用避雷器和對主變壓器色譜進(jìn)行檢測裝置。
2 互感器選擇方式
隨著光纖技術(shù)和光電子學(xué)原理的研究和發(fā)展，各種光學(xué)原理和電子互感器快速發(fā)展，和常規(guī)的電磁式互感器相互比較，可以對電子互感器進(jìn)行詮釋，對體積非常小的絕緣體結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的設(shè)置，和企業(yè)設(shè)置要進(jìn)行相互結(jié)合。電子數(shù)字量要進(jìn)行二次網(wǎng)絡(luò)化輸出，如果沒有二次輸出會導(dǎo)致危險(xiǎn)，不能切斷高壓和測量一定范圍，要對常規(guī)電流和電壓進(jìn)行相互比較，對實(shí)際運(yùn)行的電子式要進(jìn)行相互的需要完善，合理解決好問題，如果出現(xiàn)問題會直接影響到變電站的可靠性運(yùn)行。經(jīng)過對運(yùn)行智能變電站分析，可以很好地對互感器進(jìn)行分析，電子采集器故障要對電子故障進(jìn)行類型的比例調(diào)整，還要對電子互感器進(jìn)行分析，同時(shí)還要對電子互感器存在問題進(jìn)行振動分析，電磁兼容問題要進(jìn)行精度分析，對無源的電子式互感器要能夠進(jìn)行相互作用分析，對噪聲和問題要進(jìn)行可靠性分析。
3 對時(shí)方式研究
第一，國外進(jìn)口裝置常常會使用專為時(shí)鐘傳輸制定的時(shí)鐘碼，每秒輸出秒、分和小時(shí)的順序排列時(shí)間信息可以進(jìn)行一定排列工作，LRLG-B信號非常重要的有四種：直流偏置電平、正弦調(diào)制信號、電平方式和RS232電平方式。每一個(gè)碼是10ms，一般主要是用于進(jìn)口保護(hù)和故障錄波器，還會應(yīng)用于很多公司，CE公司保護(hù)、ABB公司保護(hù)、惠安公司自動化裝置和故障錄波器和西門子設(shè)備應(yīng)用。IRLGL-B方式對時(shí)的優(yōu)點(diǎn)就是不需要交換機(jī)，沒有任何網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，任意的線纜斷線故障只要影響到設(shè)備，都具有非常高的安全性和可靠性，都能達(dá)到一定精度，同時(shí)誤差也會很小，但是這種技術(shù)也存在缺點(diǎn)，就是實(shí)現(xiàn)需要依靠單獨(dú)接線，需要很多光纖和電纜進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用，目前對國產(chǎn)產(chǎn)品的保護(hù)和故障錄波器及二次設(shè)備主要都是使用IRLG-B對時(shí)信號。
第二，IEEEI1588的技術(shù)基礎(chǔ)來源是AGILENT公司，主要定義就是一種網(wǎng)絡(luò)化測量和控制系統(tǒng)，是一種精度非常高的系統(tǒng)技術(shù)，通常稱為精密實(shí)踐協(xié)議，能夠達(dá)到和亞微米秒級的同步精度數(shù)據(jù)，協(xié)議定義的各類同步報(bào)文都是基于對用戶對數(shù)據(jù)分析，尤其是適合于太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際工程中使用這種系統(tǒng)方案可以存在很多優(yōu)缺點(diǎn)。IEEEI1588可以很好地消除分布式的網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)，各個(gè)測控設(shè)備的時(shí)鐘誤差數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)的傳輸會延遲，但是按照相關(guān)規(guī)范去策劃和設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)，就可以同步對時(shí)鐘精度進(jìn)行控制，從而有效解決分布網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)；還可以依據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)都是需求制定精確時(shí)鐘協(xié)議，利用這項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)集成分布，增加網(wǎng)絡(luò)符合問題，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)高精度。同時(shí)利用這種開放和通用的精確同步技術(shù)，制造非常完善的設(shè)備，對不同智能電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總線數(shù)據(jù)傳輸能力和實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能性提高。
IEEEI1588系統(tǒng)主要對時(shí)方式選擇的是使用非常精確的分布式網(wǎng)絡(luò)方案，但是這種系統(tǒng)同步技術(shù)在現(xiàn)階段還處于初級階段，主要存在設(shè)備廠家對系統(tǒng)不理解，會造成很多調(diào)試階段性問題，需要做大量工作，還有就是同步與技術(shù)穩(wěn)定性問題，需要進(jìn)行長期運(yùn)行測試。
4 對二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
變電站主要的自動化系統(tǒng)采用的是開放式分層布局結(jié)構(gòu)，邏輯上是使用站內(nèi)控制，間隔層和過程層要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置。網(wǎng)絡(luò)配置主要方案有三層結(jié)構(gòu)，也就是三層結(jié)構(gòu)和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)方式，將MMS網(wǎng)絡(luò)、COOSE網(wǎng)絡(luò)、SV網(wǎng)三個(gè)網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合在一起，使得整個(gè)電站的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一定連接，任意智能設(shè)備之間都可以使用非常特別站進(jìn)行一定控制。另一個(gè)設(shè)計(jì)就是三層兩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，可以將全部電站網(wǎng)絡(luò)分為站內(nèi)控制層網(wǎng)絡(luò)和過程層兩個(gè)部分，結(jié)構(gòu)可以降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要求和提高對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和維護(hù)工作，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能和運(yùn)行維護(hù)要求可以將之前三網(wǎng)進(jìn)行不同程度的組合，滿足不同網(wǎng)絡(luò)需要。對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇主要就是使用三層一網(wǎng)結(jié)構(gòu)和三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)方式，將設(shè)備進(jìn)行很好地優(yōu)化和功能性整合，運(yùn)行維護(hù)上發(fā)揮各自的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)。通過以前方式設(shè)計(jì)對三層一網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以最大限度地滿足實(shí)現(xiàn)全球數(shù)據(jù)共享，并且變電站建設(shè)可以建設(shè)很多設(shè)備投入工作，但是整體信息交互比較困難，可以很好地降低對自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性問題，還可以對網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，按照步驟進(jìn)行分析和研究工作。三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常清晰，按照電壓器等級可以劃分為幾個(gè)網(wǎng)段，最大限度地提高對自動化系統(tǒng)的安全性和可靠性分析研究工作。
5 變電站挑戰(zhàn)方式分析
要能很好地保護(hù)好對直采直跳，采樣值采用網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行一定傳輸，還要保護(hù)好對網(wǎng)絡(luò)分組建立，保護(hù)好裝置的SV采樣和跳閘過程交換機(jī)，通過對各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段保護(hù)工作，合理地簡化網(wǎng)絡(luò)配置和光纜的連接方式，可以很好地減少保護(hù)裝置問題，合并單元，通過智能終端等各種設(shè)備進(jìn)行光口處理，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)跳。
對跳閘方式的選擇，要合理保護(hù)好直采直跳方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)保護(hù)好采樣和跳閘要不依賴于交換機(jī)，但是也存在一定缺點(diǎn)，就是保護(hù)采樣值和跳閘是不能進(jìn)行共享的，保護(hù)好裝置合并單元和智能終端等裝置需要具備多個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)接口，對功耗和體積增大都有一定影響，這種方案可以很好地保護(hù)采樣以及跳閘可靠性和實(shí)時(shí)性問題。保護(hù)好網(wǎng)采樣和網(wǎng)跳閘方案的優(yōu)點(diǎn)主要就是對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單處理，對SV、coose、同步信息共網(wǎng)和運(yùn)行簡單維護(hù)，存在的缺點(diǎn)就是對交換機(jī)、合并單元、智能單元和測保等裝置數(shù)據(jù)的處理能力要求非常高，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和交換機(jī)配置方式的要求也非常高，尤其是對故障錄波器等設(shè)備的處理都需要多個(gè)百兆流量處理能力，還需要網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行一定支持工作。
6 做好在線監(jiān)測工作
在線監(jiān)測主要是為了實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備狀態(tài)檢修基礎(chǔ)問題，為了更好地提高連續(xù)的檢測數(shù)據(jù)分析，有效的在線監(jiān)測系統(tǒng)可以隨時(shí)掌握設(shè)備技術(shù)和現(xiàn)狀問題，避免對突發(fā)性事故和控制漸發(fā)性事故問題，目的就是提高電壓電氣設(shè)備的利用率，有助于進(jìn)行一定周期性和預(yù)防性維修，改善資產(chǎn)管理和設(shè)備壽命，加強(qiáng)故障原因分析。在線監(jiān)測是智能變電站不可缺少的一項(xiàng)實(shí)際應(yīng)用技術(shù)，但實(shí)際效果中卻一直都沒有達(dá)到預(yù)期。從各項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，主要原因就是設(shè)備可靠性還比較低，檢測數(shù)據(jù)誤差比較大，診斷結(jié)果精確度比較低，在經(jīng)濟(jì)上也存在很多問題，狀態(tài)檢測系統(tǒng)對一次設(shè)備運(yùn)行安全性影響也是不能忽視的問題。
7 結(jié)語
綜上所述，目前智能變電站的建設(shè)應(yīng)該從設(shè)備安全性和可靠性進(jìn)行指標(biāo)衡量，同時(shí)還要兼顧設(shè)備的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。可以采用三層兩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式，合理控制網(wǎng)絡(luò)，所有的保護(hù)設(shè)備都要采用直接采樣和直跳方式，測控、錄波和計(jì)量采用網(wǎng)絡(luò)方式?？梢圆捎贸Ｒ?guī)使用的互感器和合并單元方式，合并單元布置在用戶內(nèi)部進(jìn)行保護(hù)工作，對電流和電壓模擬要通過電纜接入方式，合并單元轉(zhuǎn)換數(shù)字測控和光纖介入保護(hù)等二次設(shè)備方式，對智能終端也可以獨(dú)立進(jìn)行配置工作，布置在戶外智能控制柜。合理保護(hù)和測控二次設(shè)備接入戶，智能終端通過電纜接線完成一次設(shè)備控制和操作，另外就是采用測控裝置獨(dú)立配置方式，布置在用戶內(nèi)測控柜，要采用光纖方式進(jìn)行接入。采用IRIG-B碼對時(shí)接入方式，對戶外智能終端主要就是采用光纖碼接入方式，另外就是要采用非常獨(dú)立的配置在線檢測系統(tǒng)上，對后臺主機(jī)和監(jiān)控系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)通信并完成各種信息交換工作，最主要的就是設(shè)備好斷路器SF，氣體密度檢測和變壓器油色譜要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和避雷器電流檢測工作。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐曉蕾，徐萍，陳文升，等.蒙自智能變電站技術(shù)方案研究及實(shí)現(xiàn)[J].華東電力，2010，（4）.
[2] 白小會，方培培，高鑫，等.500kV智能變電站二次系統(tǒng)優(yōu)化配置[J].電氣應(yīng)用，2011，（13）.
[3] 婁悅，秦華.220kV西涇智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].電力勘測設(shè)計(jì)，2011，（2）.
[4] 馬仕海，荊志新，高陽.智能變電站技術(shù)體系探討
[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，（4）.
電子式互感器的出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)互感器絕緣復(fù)雜；重量重、體積大；CT動態(tài)范圍小、易飽和；電磁式PT易產(chǎn)生鐵磁諧振；CT二次輸出不能開路等諸多缺點(diǎn)。電子式互感器絕緣簡單；體積小、重量輕；CT動態(tài)范圍寬、無磁飽和；PT無諧振現(xiàn)象；CT二次輸出可以開路。
目前研究開發(fā)中的電子式CT、PT可分成兩類：(1)基于ROGOWSKI線圈CT(電磁感應(yīng)原理，但無鐵芯)，電容（電阻、電感）分壓式PT，先將高電壓大電流變換成小電壓信號，就近經(jīng)A/D變換成數(shù)字信號后通過光纜送出給接收端，高壓端電子設(shè)備需要供電，稱為有源式互感器。（2）利用光學(xué)材料的電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)將電壓電流信號轉(zhuǎn)變成光信號，經(jīng)光纜送到低壓區(qū)，解調(diào)成電信號或數(shù)字信號，用光纖送給二次設(shè)備。因高壓區(qū)不需電源，稱為無源型互感器。
110千伏翠峰數(shù)字化變電站更換的光電式互感器對保護(hù)性能的影響、新型計(jì)量系統(tǒng)的精度評估以及新老設(shè)備的兼容對整個(gè)運(yùn)行體系都有著直接的影響，它標(biāo)志著變電站自動化技術(shù)向數(shù)字化邁出了關(guān)鍵的一步，也為我國數(shù)字化變電站的推廣、運(yùn)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、開放式數(shù)字化的變電站綜合自動化系統(tǒng)
1、智能化的一次設(shè)備
根據(jù)IEC62063:1999對智能開關(guān)設(shè)備的定義，它不但具有開關(guān)設(shè)備的基本功能，還具有在線監(jiān)視、智能控制、數(shù)字化接口和開關(guān)的電子操作等一系列的高智能化功能。
一次設(shè)備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路將采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計(jì)，簡化常規(guī)機(jī)電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)要取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接。變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。傳統(tǒng)控制模式和新模式對比如下圖所示：
根據(jù)上圖：110千伏變電站在改造過程中，采用了把傳統(tǒng)開關(guān)端子箱通過加裝智能單元的形式，改造為智能開關(guān)下放到開關(guān)柜，這樣既降低了造價(jià)又提高了安全性；變壓器端子箱配置智能單元，各種信息通過光纜與控制室相連。不但大大節(jié)省了電纜、節(jié)約了占地，而且縮短了投運(yùn)周期和互感器的電氣距離，更重要的是優(yōu)化了控制回路。
2、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備
二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，是適應(yīng)電子式互感器的應(yīng)用和智能化一次設(shè)備的需要，更重要的是適應(yīng)IEC61850通信規(guī)范的需要。
變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。
110千伏翠峰變電站的通信網(wǎng)絡(luò)的改變，使監(jiān)控、在線檢測、五防、VQC和保護(hù)等信息傳輸方面也由原來的點(diǎn)對點(diǎn)對接實(shí)現(xiàn)了信息的共享。
3、IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用
IEC61850是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺，將電力系統(tǒng)從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動化進(jìn)行無縫連接的唯一的自動化國際通信標(biāo)準(zhǔn)，不但規(guī)范了保護(hù)測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了數(shù)字式CT、PT、智能化開關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口。
(1)開放式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分層
數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；而在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，根據(jù)IEC61850通信協(xié)議定義，這三個(gè)層次分別稱為“過程層”、間隔層”、站控層”。
如上圖定義了變電站層、間隔層和過程層，并定義了3層間的9種邏輯接口：
(2)開放式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)備模型和信息模型
IEC61850中，每個(gè)物理裝置由服務(wù)器和應(yīng)用組成，服務(wù)器(server)分為邏輯裝置(logicaldevice)－邏輯節(jié)點(diǎn)(logical－node)－數(shù)據(jù)對象(dataobject)－數(shù)據(jù)屬性(dataatributes)；從應(yīng)用方面來看，服務(wù)器包含通信網(wǎng)絡(luò)和I/O。從通信的角度來看，服務(wù)器通過子網(wǎng)和站網(wǎng)相連，每1個(gè)IED(智能電子裝置)既可扮演服務(wù)器角色也可扮演客戶的角色(如下圖所示)。
這種分層，需要有相應(yīng)的抽象服務(wù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。這就是IEC61850的另一個(gè)特點(diǎn)：抽象通信服務(wù)接口(ACSI)，它獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議(例如目前采用的MMS)和采用的網(wǎng)絡(luò)(例如現(xiàn)在采用的IP網(wǎng)絡(luò))無關(guān)。ACSI服務(wù)有服務(wù)器模型、邏輯裝置模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型(如下圖所示)這樣提供了直接訪問現(xiàn)場設(shè)備，對各個(gè)制造廠的設(shè)備都用同一種方法進(jìn)行訪問。這種方法可以用于重構(gòu)配置，很容易獲得新加入的設(shè)備的名稱和用于管理設(shè)備的屬性。
(3)開放式數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的通信服務(wù)映射
IEC61850在兩個(gè)方面進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的工作，一是抽象通信服務(wù)接口，二是特殊通信服務(wù)映射。特殊通信服務(wù)映射(SCSM)定義的是這些對象和服務(wù)向網(wǎng)絡(luò)層的映射。按照應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議不同，映射方法也各不相同，由IED供應(yīng)商自己定義，但是IED的抽象通信服務(wù)接口是相同的。通信服務(wù)映射的層次如下圖所示：
<1>間隔層與變電站層的網(wǎng)絡(luò)映射
在IEC61850-7-2、-7-3、-7-4中定義的信息模型通過IEC61850-7-2提供的抽象服務(wù)實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的信息交換。為了達(dá)到信息交換的目的，IEC61850-8-1部分定義了抽象服務(wù)到MMS的標(biāo)準(zhǔn)映射，即特殊通信服務(wù)映射(SCSM)。如果采用的網(wǎng)絡(luò)類型有變化，這時(shí)只要改變相應(yīng)的特定通信服務(wù)映射(SCSM)就可以了，而無需改變上層的任何內(nèi)容，IEC61850采用的ACSI很容易就適應(yīng)這種變化，大大提高了網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力。
在IEC61850-8-1中定義的特殊通信服務(wù)映射SCSM就是將IEC61850-7-2提供的抽象服務(wù)映射到MMS以及其它的TCP/IP與以太網(wǎng)。在IEC61850-7-2中定義的不同控制模塊同SCSM被映射到MMS中的各個(gè)部分（如虛擬制造設(shè)備VMD、域DOMAIN、命名變量、命名變量列表、日志、文件管理等），控制模塊包含的服務(wù)則被映射到MMS類的響應(yīng)服務(wù)中去。通過SCSM，ACSI與MMS之間建立起一一對應(yīng)的關(guān)系，ACSI的對象（即IEC61850-7-2中定義的類模型）與MMS的對象一一對應(yīng)，每個(gè)對象內(nèi)提供的服務(wù)也一一對應(yīng)。
<2>間隔層與過程層的網(wǎng)絡(luò)映射
ACSI到單向多路點(diǎn)對點(diǎn)的串行通信連接用于電子式CT和PT，輸出的數(shù)字信號通過合并單元(MergingUnit)傳輸?shù)诫娮邮綔y量儀器和電子式保護(hù)設(shè)備。IEC61850-7-2定義的采樣值傳輸類模型及其服務(wù)通過IEC61850-9-1定義的特殊通信服務(wù)映射SCSM與OSI通信棧的鏈路層直接建立單向多路點(diǎn)對點(diǎn)的連接，從而實(shí)現(xiàn)采樣值的傳輸，其中鏈路層遵循ISO/IEC8802-3標(biāo)準(zhǔn)。
IEC61850-9-2定義的特殊通信服務(wù)映射SCSM是IEC61850-9-1的補(bǔ)充，目的在于實(shí)現(xiàn)采樣值模型及其服務(wù)到通行棧的完全映射。IEC61850-7-2定義的采樣值傳輸類模型及其服務(wù)通過特殊通信服務(wù)映射SCSM，在混合通信棧的基礎(chǔ)上，利用對ISO/IEC8802-3過程總線的直接訪問來實(shí)現(xiàn)采樣值的傳輸。
三開放式變電站綜合自動化系統(tǒng)的安全問題
由于原來的SCADA和其他的控制系統(tǒng)都是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，是廠家的專有產(chǎn)品。它們的安全性來自于它們的硬件平臺和邏輯結(jié)構(gòu)與外界不同。開放式變電站綜合自動化系統(tǒng)基于開放的、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上。所有的供應(yīng)商都可以開發(fā)基于因特網(wǎng)的應(yīng)用程序來監(jiān)測、控制或遠(yuǎn)方診斷，但是帶來的問題是可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的安全性降低。對于電力系統(tǒng)這樣一個(gè)要求高可靠性和安全穩(wěn)定性的系統(tǒng)而言，安全問題尤其突出。因此對于開放式變電站綜合自動化系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和實(shí)施而言安全問題十分重要。
可采用的技術(shù)措施分為兩類：加密技術(shù)與防火墻。
引言
隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，在供電質(zhì)量方面的要求也越來越高。在資源大量消耗的現(xiàn)狀下，如何通過可再生資源，更好的為社會提供穩(wěn)定、安全、可靠的電力，是目前我國電力行業(yè)的核心目標(biāo)。隨著我國的電力行業(yè)的不斷發(fā)展，同時(shí)也面臨著大量的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。大容量的發(fā)電廠往往和負(fù)荷中心的距離較遠(yuǎn)，需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離的高壓輸送，提高了出現(xiàn)故障的幾率，從而導(dǎo)致大規(guī)模停電的產(chǎn)生。全球發(fā)生的多例大規(guī)模停電事件也讓人們開始關(guān)注電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展下，通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等逐漸也開始應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，提出了智能電網(wǎng)理念，可以有效保證電力輸送的穩(wěn)定性和安全性，更好的為社會服務(wù)。
一、智能變電站結(jié)構(gòu)
1.1智能變電站和智能電網(wǎng)
智能變電站和智能電網(wǎng)之間有著密不可分的聯(lián)系，可以說智能電網(wǎng)中包括了智能變電站。智能變電站的設(shè)計(jì)是建立在智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)之上的，智能變電站的存在保證了智能電網(wǎng)的數(shù)字化、智能化、互動化等多項(xiàng)特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要保證，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
第一，支撐智能電網(wǎng)。智能變電站有著統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和信息模型，可以保證智能電子設(shè)備的互動性，為智能電網(wǎng)的信息化奠定基礎(chǔ)。智能變電站要建立在數(shù)字化的前提下，有著性能優(yōu)良、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并具備自我檢測和診斷的能力。通過以太網(wǎng)交換技術(shù)，能夠確保智能電網(wǎng)的精確度，使數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確、快速的傳輸，為智能電網(wǎng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過穩(wěn)定智能變電站中的電子設(shè)備完成動態(tài)數(shù)據(jù)、穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)的采集與處理工作，提高智能電網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理能力。第二，加強(qiáng)全網(wǎng)聯(lián)接。變電站是智能電網(wǎng)能量傳遞的重要樞紐，因此智能變電站的存在能保證電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的有效連接。當(dāng)智能電網(wǎng)中發(fā)生事故時(shí)，可以進(jìn)行有效的控制，并提高電網(wǎng)的事故預(yù)防能力，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性[1]。第三，高電壓等級的智能變電站能夠滿足智能電網(wǎng)中對高壓輸電網(wǎng)架的要求。根據(jù)我國的實(shí)際情況，智能電網(wǎng)中的主要輸電網(wǎng)架都是高壓線路，必須要通過高電壓等級的智能變電站進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠解決高電壓線路中大容量點(diǎn)電能傳輸所存在的問題，保證我國高壓輸電網(wǎng)架的穩(wěn)定，促進(jìn)我國電力建設(shè)的完善。第四，通過中低壓智能變電站，可以同時(shí)支持風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電等清潔分布式電源的接入，為智能電網(wǎng)提供了中間歇性電源“即插即用”的功能。第五，為智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)督提供了保障。在智能變電站中，通過大量先進(jìn)電子設(shè)備的應(yīng)用，可以獲取到電網(wǎng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對設(shè)備的維護(hù)檢修提供基礎(chǔ)，提高了系統(tǒng)的實(shí)用性。
1.2智能變電站與數(shù)字變電站
數(shù)字變電站是確保智能變電站實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，相比之下，數(shù)字變電站更注重過程，而智能變電站更注重結(jié)果。和數(shù)字變電站有所區(qū)別，智能變電站強(qiáng)調(diào)的是物理集成和邏輯集成。強(qiáng)調(diào)了智能設(shè)備在智能變電站中的應(yīng)用，不僅可以負(fù)責(zé)傳統(tǒng)設(shè)備的測量、控制以及監(jiān)測等各項(xiàng)功能，還可以進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)量和保護(hù)等。智能設(shè)備是由一次設(shè)備和智能組件之間的組合，有著測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化等特征。而邏輯集成指的是智能變電站注重邏輯集成，通過對系統(tǒng)的虛擬裝置，可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇對智能變電站的區(qū)域性或總體性的協(xié)調(diào)，支持在線決策、協(xié)同互動等多種應(yīng)用。智能變電站和數(shù)字變電站的區(qū)別可以分為兩個(gè)方面：
第一，出發(fā)點(diǎn)不同。數(shù)字化變電站的目的是滿足變電站的自身需求，通過建立統(tǒng)一的信息通信平臺，在變電站內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一次、二次設(shè)備的通信，注重的是變電站內(nèi)部的設(shè)備和相互之間的聯(lián)系。而智能變電站是建立在整體電網(wǎng)的要求上，建立全網(wǎng)統(tǒng)一的信息通信平臺，更加注重電網(wǎng)中各個(gè)智能變電站之間的聯(lián)系，以及變電站和控制中心之間的通信，提高電網(wǎng)中的通信水平。另一方面，智能電網(wǎng)中還可以支持風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電等多種清潔分布式電源，滿足“即插即用”的要求。
第二，設(shè)備集成化程度不同。數(shù)字變電站具備一定的設(shè)備集成和功能優(yōu)化，在以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，將一次、二次設(shè)備之間相融合，符合了智能電子裝置的標(biāo)準(zhǔn)。和數(shù)字變電站相比，智能變電站的設(shè)備集成化程度更高，智能設(shè)備體現(xiàn)的更加全面，促進(jìn)了一次、二次設(shè)備的一體化進(jìn)程[2]。
二、智能變電站數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)性能要求
通信網(wǎng)絡(luò)是變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部和其他系統(tǒng)之間進(jìn)行交流的重要途徑，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是否穩(wěn)定、高效、實(shí)時(shí)是判斷系統(tǒng)信息化、自動化的重要標(biāo)準(zhǔn)。在智能變電站中，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是各種設(shè)備與系統(tǒng)之間的信息傳輸紐帶，要滿足相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，建立統(tǒng)一的通信接口。隨著變電站自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，需要進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越來越多，對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的要求也在不斷提高。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)必須能夠應(yīng)對目前大量的電量數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)以及故障數(shù)據(jù)等。另一方面，目前對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求非常高，因此在對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到網(wǎng)絡(luò)的冗余性能和無擾恢復(fù)能力。從總體來說，對智能變電站通信要求的性能要求可以分為以下四方面：
第一，分層結(jié)構(gòu)。智能變電站的分層結(jié)構(gòu)是由分層架構(gòu)決定的，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的分層是確保智能變電站分層架構(gòu)的前提，根據(jù)對智能變電站的不同需求，要選擇相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和結(jié)構(gòu)。
第二。實(shí)時(shí)性。在智能變電站中，需要對大量的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息和操作控制信息進(jìn)行處理，這些信息往往都具備一定的實(shí)時(shí)性，所以在建立數(shù)據(jù)通信平臺時(shí)要注重?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。
第三，可靠性。電力系統(tǒng)有著連續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)，這就意味著智能變電站的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)也要一直處在運(yùn)行狀態(tài)，一旦數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，會對智能變電站的整體運(yùn)行產(chǎn)生影響，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至傷及人們的人身安全。因此，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的可靠性是在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要因素。
第四，電磁兼容性。變電站在日常的運(yùn)營中會受到多方面因素的影響，例如電源、雷擊、跳閘等，使得通信系統(tǒng)常常要在強(qiáng)磁干擾的環(huán)境下工作，因此對網(wǎng)絡(luò)的電磁兼容性有著一定的要求，要避免強(qiáng)磁干擾而產(chǎn)生的通信障礙。
三、智能變電站數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)體系
3.1智能變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)我國電網(wǎng)公司對智能電網(wǎng)出臺的相關(guān)規(guī)定，在建立智能變電站時(shí)，要包括過程層、間隔層和站控層。在過程中包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等一次設(shè)備；在間隔層中包括繼電保護(hù)裝置、系統(tǒng)測控裝置等二次設(shè)備以及一些控制器和傳感器通信系統(tǒng)；站控層中包括各種自動化監(jiān)視控制系統(tǒng)，對通信系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行監(jiān)督，對智能變電站中的設(shè)備進(jìn)行全方位的監(jiān)視、控制以及信息交互，保證變電站數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、電能量采集等多項(xiàng)工作的正常進(jìn)行。
和數(shù)字化變電站相比，智能化變電站的設(shè)備集成化程度更高，更好的實(shí)現(xiàn)了智能設(shè)備的作用，將一次、二次設(shè)備一體化，提高了變電站的工作效率。除了過程層中的測量和控制功能不變之外，智能化變電站通過集成將間隔層中的保護(hù)、控制與監(jiān)視融合到過程層中。這樣一來，這些智能設(shè)備除了能夠進(jìn)行測量和控制之外，還具備保護(hù)、監(jiān)視的功能；另一方面，智能設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)化接口接入電網(wǎng)的高速網(wǎng)絡(luò)后，能夠更好的實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備和變電站之間的信息交流。在此基礎(chǔ)上，可以對智能變電站中的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3]。
3.2智能變電站總線設(shè)計(jì)
在傳統(tǒng)的數(shù)字變電站中，總線設(shè)計(jì)分為站級總線和過程總線兩種方式。站級總線指的是變電站層和變電站層之間的通信方式，通過站級總線，各個(gè)變電站之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并可以和上級運(yùn)行中心以及調(diào)度控制中心相聯(lián)，傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。
過程總線指的是在過程層和間隔層之間的通信。通過過程總線，這兩者之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，具有一定的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。如非常規(guī)互感器采樣值的傳輸、保護(hù)裝置控制命令的傳輸?shù)?。根?jù)站級總線和過程總線的特點(diǎn)，數(shù)字變電站中有兩種組網(wǎng)模式：獨(dú)立過程總線模式、站級總線與過程總線結(jié)合模式。獨(dú)立過程總線模式中，間隔層的智能電子設(shè)備要通過兩套以太網(wǎng)接口，分別接入站級總線和過程總線。在這種模式下間隔層和過程層的數(shù)據(jù)難以進(jìn)行共享；站級總線與過程總線組合模式下，變電站中的一切智能設(shè)備同時(shí)接入同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)。無論是變電站層之間的裝置還是智能電子裝置之間，都能實(shí)現(xiàn)共性和交互，但是由于網(wǎng)站中存在大量的數(shù)據(jù)信息，因此很容易引發(fā)網(wǎng)絡(luò)資源競爭問題。
和數(shù)字變電站相比，智能變電站中只有站級總線一種總線模式。在智能變電站中，逐漸開始淡化過程總線的概念，間隔層和過程層之間的數(shù)據(jù)信息傳輸通過變電站中的智能設(shè)備進(jìn)行。設(shè)備以及系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信通過以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，保證了數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。
3.3安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
智能變電站中的數(shù)據(jù)通信是建立在以太網(wǎng)技術(shù)上的，有效降低了變電站的成本。但是在智能變電站中，面臨著各種網(wǎng)絡(luò)安全威脅。其中既有變電站內(nèi)部的威脅，也有來自變電站外部的威脅，其中主要包括非法使用、截獲信息、篡改數(shù)據(jù)信息、惡意程序、權(quán)限管理不當(dāng)?shù)取Ｖ悄茏冸娬臼且訲CP/ IP協(xié)議為基礎(chǔ)的以太網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的，通過加密技術(shù)、數(shù)字簽名技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)等多種方式對安全結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善[4]。
四、結(jié)語
隨和我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對電力系統(tǒng)的要求越來越高，智能變電站開始興起，智能變電站中數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有著重要的作用，負(fù)責(zé)變電站中各類數(shù)據(jù)的傳輸。在智能變電站中逐漸將智能設(shè)備一體化，提高了智能變電站的工作效率，促進(jìn)了我國電力行業(yè)的發(fā)展。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]畢艷冰. 面向智能電網(wǎng)的通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].山東大學(xué)，2013.
國內(nèi)外對于智能電網(wǎng)和相關(guān)信息通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展開展了廣泛的研究@4]。在通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方面，考慮通信系統(tǒng)建設(shè)向網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，通過統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一基礎(chǔ)網(wǎng)協(xié)議規(guī)范、建立網(wǎng)絡(luò)化的通信網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)融合傳輸模式等，從而達(dá)到簡化基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜多樣、簡化系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)難度、提高業(yè)務(wù)終端信息交互兼容性等的目的。本文即是在這樣的背景下，系統(tǒng)地研究把這種系統(tǒng)化理論和原則應(yīng)用到配用電通信網(wǎng)建設(shè)的具體規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，以解決配用電通信網(wǎng)規(guī)劃缺乏系統(tǒng)性、業(yè)務(wù)網(wǎng)孤立建網(wǎng)、多技術(shù)優(yōu)化組網(wǎng)等方面的問題。
本文一方面從通信網(wǎng)絡(luò)承載的智能化配用電網(wǎng)業(yè)務(wù)著手，分析業(yè)務(wù)的類型、分布特性等，確定信息通信的需求、通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通信協(xié)議類型等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式；另外，考慮了通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)適應(yīng)配用電網(wǎng)實(shí)際、具有繼承性，特別是把當(dāng)前的示范工程等試點(diǎn)建設(shè)成果，體現(xiàn)在提出的設(shè)計(jì)方案中。
1智能配用電業(yè)務(wù)分析
智能配電網(wǎng)業(yè)務(wù)特點(diǎn)是：1)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)多、覆蓋面廣、分散，運(yùn)行環(huán)境差；2)配電網(wǎng)受擴(kuò)容、城建影響大；3)通信距離較遠(yuǎn)，業(yè)務(wù)種類多，差異性大，總信息量大，單點(diǎn)容量?。?)運(yùn)行維護(hù)量大、管理問題多，建設(shè)復(fù)雜。早期配網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量少，多采用專線形式傳輸電力業(yè)務(wù)。智能配電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)意味著大量業(yè)務(wù)的傳輸，傳統(tǒng)通信模式不可行，需要用網(wǎng)絡(luò)的概念融合多種業(yè)務(wù)，同時(shí)保障業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量(qualityofservice，QoS)特性。
根據(jù)多種業(yè)務(wù)的關(guān)系，融合并劃分出滿足各自需求的網(wǎng)絡(luò)體系是通信網(wǎng)構(gòu)建的前提。詳細(xì)的業(yè)務(wù)內(nèi)容和劃分類型見圖1。傳統(tǒng)自動化業(yè)務(wù)、電網(wǎng)狀態(tài)分析、新型充電站業(yè)務(wù)、分布式能源業(yè)務(wù)等歸于高級配電自動化。電力用戶用電信息采集、客戶交費(fèi)管理、需求側(cè)管理、配網(wǎng)能耗評測、階梯電價(jià)實(shí)施、分布式電源置換交易和營銷管理等歸于用電信息采集網(wǎng)絡(luò)。
通過配電業(yè)務(wù)、營銷業(yè)務(wù)、用能服務(wù)業(yè)務(wù)等的分析，按照業(yè)務(wù)需求指標(biāo)(如網(wǎng)絡(luò)帶寬、實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性等)提出配電通信網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)通信模式。
2配用電業(yè)務(wù)網(wǎng)模型
2.1高級配電自動化系統(tǒng)
配電自動化系統(tǒng)是配電網(wǎng)的重要業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場配電終端和主站的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交互。早期的配網(wǎng)通信多采用專線的形式，通信協(xié)議采用諸如CDT、Polling串行通信協(xié)議，線路資源利用率很低。當(dāng)前的數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)在向著IEC61850、IEC61968、IEC61970通信協(xié)議演進(jìn)，目前基本實(shí)現(xiàn)站層級的Internet標(biāo)準(zhǔn)。
建立基于以太網(wǎng)技術(shù)的高級配電自動化業(yè)務(wù)系統(tǒng)是新時(shí)期自動化業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的有效方式。經(jīng)過大量的建設(shè)實(shí)踐和交換式以太網(wǎng)技術(shù)仿真，證明在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備30%負(fù)載的情況下，網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性和可靠性是最好的。推廣IEC60870-5-104在配電網(wǎng)中的應(yīng)用能滿足自動化業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性、通道帶寬、通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量、新型配電業(yè)務(wù)等需求，有效實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)的配電自動化和調(diào)度自動化綜合管理功能。
2.2用電負(fù)荷管理系統(tǒng)
用戶電量采集業(yè)務(wù)朝著全自動化、全預(yù)付費(fèi)、全覆蓋的方向發(fā)展。目前電能采集方式較為典型的是米用通用無線分組業(yè)務(wù)(generalpacketradioservice，GPRS)網(wǎng)絡(luò)。這種方式采用帶有GPRS模塊的集中器匯集局部區(qū)域的用電信息，經(jīng)電信專網(wǎng)接入電力公司主站。集中器下行采用采集器讀取電表數(shù)據(jù)，通信網(wǎng)絡(luò)簡單；問題是GPRS設(shè)備在線率低、不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電價(jià)和及時(shí)響應(yīng)用戶側(cè)需求，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)租賃費(fèi)用高。
解決用電負(fù)荷管理業(yè)務(wù)的有效方式是建立基于TCP/IP的以太網(wǎng)通信專網(wǎng)，連接用電信息管理主站與各個(gè)電力用戶終端(如專變采集終端、公變采集終端、廠站采集終端、小區(qū)集中器、分布式電源和充電站計(jì)量終端)；本地通信采用RS-485總線、載波、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetwork，WSN)等連接到各種電力用戶終端表計(jì)。如圖3所示。
2.3用能服務(wù)網(wǎng)絡(luò)
用能服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)用戶用電需求定制、多種用能策略、多樣化服務(wù)等的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)包括語音、視頻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，帶寬需求很大，需要寬帶的通信技術(shù)和基于TCP/IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)方式。
用電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)可以利用電力通信網(wǎng)和公共互聯(lián)網(wǎng)，用戶需求經(jīng)公共互聯(lián)網(wǎng)上傳至電力服務(wù)網(wǎng)站，定制的服務(wù)經(jīng)由電力通信網(wǎng)傳輸至用戶的表計(jì)和用戶終端。用能服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示。
2.4視頻/環(huán)境輔助監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)
視頻監(jiān)控系統(tǒng)在配電網(wǎng)中有廣泛的應(yīng)用，例如無人值守變電站的監(jiān)視、重要開關(guān)設(shè)備的監(jiān)視、現(xiàn)場維修安全監(jiān)視、事故搶修現(xiàn)場分析等。電力公司監(jiān)控中心可以對所有的變電站視頻信息統(tǒng)一管理，進(jìn)行圖像的顯示、錄像、回放、管理等。應(yīng)用于電網(wǎng)視頻監(jiān)控的系統(tǒng)通常構(gòu)建成如圖5所示的客戶/服務(wù)器(client/server，C/S)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
3配用電通信網(wǎng)關(guān)鍵要素
業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)融合是今后的發(fā)展趨勢，可以避免通信網(wǎng)的重復(fù)建設(shè)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效利用、提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率。下面分析支撐多業(yè)務(wù)的配用電通信網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)。
1) 無源光網(wǎng)絡(luò)等多種通信技術(shù)。
我國配電網(wǎng)通信經(jīng)過多年來的實(shí)踐，先后經(jīng)歷了電纜、載波、無線、光纖通信等階段。目前這些技術(shù)尤其是光通信技術(shù)發(fā)展很快，如以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernetpassiveopticalnetwork，EPON)技術(shù)、光交換機(jī)、微波存取全球互通(worldwideinteroperabilityformicrowaveaccess，WIMAX)無線寬帶技術(shù)、無線局域網(wǎng)(wirelesslocalareanetwork，WLAN)技術(shù)、WSN技術(shù)、無線公網(wǎng)GPRS技術(shù)、高中低壓載波技術(shù)、非對稱數(shù)字用戶環(huán)路(asymmetricdigitalsubscriberline，ADSL)技術(shù)等，各種技術(shù)提供的通信帶寬都有了很大的提高。
配電通信網(wǎng)的構(gòu)建必須綜合采用多種通信方式，合理建立起光纖網(wǎng)絡(luò)為主干，貫穿重要配電站點(diǎn)、調(diào)度中心、營業(yè)場所等節(jié)點(diǎn)，實(shí)施分區(qū)無線覆蓋的網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式，解決光網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的區(qū)域通信問題。載波和線纜通信解決用戶端的多媒體業(yè)務(wù)、用電信息采集業(yè)務(wù)、配電網(wǎng)的設(shè)備和線路監(jiān)測業(yè)務(wù)。
2) 融合的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
配用電多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)決定需要采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，見圖6，融合的業(yè)務(wù)網(wǎng)除了滿足業(yè)務(wù)通信需求外，還需要滿足以下幾方面要求：
①安全性要求。根據(jù)電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定，電力二次系統(tǒng)應(yīng)堅(jiān)持安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證的原則，合理實(shí)現(xiàn)4個(gè)業(yè)務(wù)網(wǎng)的信息交互。
②可靠性要求。各業(yè)務(wù)網(wǎng)側(cè)重采用不同的通信在3層的基礎(chǔ)上增加網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層。綜合配用電通信特點(diǎn)，提出圖8所示結(jié)構(gòu)通信協(xié)議模型，應(yīng)用時(shí)可針對需要進(jìn)行簡化，如為了提高配電自動化通信實(shí)時(shí)性，應(yīng)用層數(shù)據(jù)長度較短，可以去掉傳輸層而以4層協(xié)議結(jié)構(gòu)通信。
利用這種結(jié)構(gòu)可統(tǒng)籌兼顧配用電各種業(yè)務(wù)相應(yīng)通信網(wǎng)協(xié)議的規(guī)范和統(tǒng)一要求。
圖8通信協(xié)議結(jié)構(gòu)技術(shù)，自動化網(wǎng)側(cè)重使用光纖網(wǎng)絡(luò)、載波網(wǎng)；用電和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可以利用光纖網(wǎng)、載波網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)、WSN技術(shù)等。
3)綜合網(wǎng)管技術(shù)。
網(wǎng)絡(luò)化的通信結(jié)構(gòu)和多種通信技術(shù)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的綜合運(yùn)用，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，給網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)增加了很大的困難。因此需要建立統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)(見圖7)，對這種復(fù)合的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集中管理、設(shè)置、管理網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和保障網(wǎng)絡(luò)的QoS。結(jié)合地理信息系統(tǒng)(geographicalinformationsystem，GIS)，可以對通信網(wǎng)絡(luò)的故障進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，方便運(yùn)維人員迅速排除故障。
4)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。
融合了多種通信技術(shù)、承載了多種業(yè)務(wù)和遍布互聯(lián)的配電通信網(wǎng)是一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)，大量的終端設(shè)備可以隨時(shí)要求接入這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的安全性和數(shù)據(jù)的保密性是應(yīng)用中的關(guān)鍵內(nèi)容，可以從應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、物理層入手設(shè)置認(rèn)證加密過濾技術(shù)，提出完整的解決方案。利用安全測試評估技術(shù)、安全存儲技術(shù)、主動實(shí)施防護(hù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全事件監(jiān)控技術(shù)、惡意代碼防范與應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)、數(shù)據(jù)備份與可生存技術(shù)、可信計(jì)算平臺技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全管理與統(tǒng)一威脅管理(unifiedthreatmanagement，UTM)技術(shù)，為配電通信網(wǎng)的安全提供保障措施4。
4典型配用電通信技術(shù)混合組網(wǎng)示例
根據(jù)配用電通信網(wǎng)的要求和多種通信技術(shù)特征，考慮充分發(fā)揮各種通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，減弱各種技術(shù)應(yīng)用缺點(diǎn)，建立以光纖網(wǎng)絡(luò)為骨干，無線技術(shù)、載波為補(bǔ)充的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(見圖9)，滿足配調(diào)自動化、用電信息采集、用能服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測、臨時(shí)應(yīng)急通信等多業(yè)務(wù)網(wǎng)的需求?；旌吓溆秒娡ㄐ啪W(wǎng)的組成模式劃分成以下3個(gè)層面和綜合網(wǎng)管系統(tǒng)。
1) 骨干傳輸層。指覆蓋35 kV以上變電站點(diǎn)的光纖網(wǎng)，用作生產(chǎn)管理的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和信息管理的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)。
2) 遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括工業(yè)交換機(jī)、XPON技術(shù)、中壓載波、無線技術(shù)，完成用戶側(cè)數(shù)據(jù)的匯聚上傳。具體技術(shù)應(yīng)用見表1。
3) 本地接入網(wǎng)絡(luò)。本地接入技術(shù)(如WLAN、電力線載波(powerlinecarrier，PLC))等解決電網(wǎng)局
4)網(wǎng)管系統(tǒng)?；旌闲团潆娡ㄐ啪W(wǎng)網(wǎng)管主要負(fù)責(zé)管理工業(yè)以太網(wǎng)、XPON網(wǎng)絡(luò)、本地的WLAN、WSN網(wǎng)絡(luò)、無線專網(wǎng)、載波通信網(wǎng)絡(luò)等通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的管理。表3給出網(wǎng)管的實(shí)現(xiàn)功能。
中圖分類號：TP915 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2013）01-0049-05
0 引 言
保障能源安全、應(yīng)對全球氣候變化是全人類所面臨的重大挑戰(zhàn)。為應(yīng)對這一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，歐洲、北美等主要發(fā)達(dá)國家于本世紀(jì)初相繼提出了智能電網(wǎng)（Smart Grid）的建設(shè)愿景，希望用智能電網(wǎng)技術(shù)解決可再生能源規(guī)?；?、資源大規(guī)模優(yōu)化配置、電動汽車大規(guī)模接入等系列問題，從而達(dá)到調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、保證國家能源安全、降低碳排放標(biāo)準(zhǔn)等系列目的。這一設(shè)想，立即在全世界范圍得到認(rèn)可與響應(yīng)，各國都把電力建設(shè)的重點(diǎn)放在了智能電網(wǎng)的研究與建設(shè)上。所謂智能電網(wǎng)，就是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過先進(jìn)的傳感和測量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)與用戶的互動及電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)[1，2]。
在智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中，智能配電網(wǎng)是其研究重點(diǎn)，而通信技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)。沒有先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)，任何智能配電網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)都沒法體現(xiàn)，所以，要實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵一步，就是建立雙向、高速、集成的通信網(wǎng)絡(luò)。
本文首先介紹配電網(wǎng)通信現(xiàn)狀，然后介紹常用的幾種通信方式、智能配電網(wǎng)通信應(yīng)用的場景以及通信的標(biāo)準(zhǔn)，最后對智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了簡單探討。
1 配電網(wǎng)通信現(xiàn)狀
目前，配電網(wǎng)的通信系統(tǒng)接入方式多種多樣（包括PLC技術(shù)、微波、GSM/CDMA等），然而，配電網(wǎng)通信缺乏統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，通信信道穩(wěn)定性差，數(shù)據(jù)信息傳輸速率比較低且安全性低，技術(shù)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)等存在差異，電力系統(tǒng)現(xiàn)有資源無法得到有效利用，通信的單向性導(dǎo)致對互動性的支撐不足，缺乏對未來新業(yè)務(wù)的擴(kuò)展能力[3，4]。隨著大量的分布式電源接入電網(wǎng)，以及用戶對電能質(zhì)量的要求提高，系統(tǒng)對電網(wǎng)可靠性要求增加[4]，現(xiàn)有的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)無法應(yīng)對新的供用電形式和需求。這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1） 智能配電網(wǎng)強(qiáng)調(diào)與用戶的互動，需要雙向的通信網(wǎng)絡(luò)；
（2） 混合充電汽車的不斷普及、用戶需求側(cè)響應(yīng)決策等，需要配電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測；
（3） 隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，會產(chǎn)生越來越多的數(shù)據(jù)；
（4） 大量的分布式電源接入配電網(wǎng)，需要對其進(jìn)行實(shí)時(shí)穩(wěn)定的管理與控制。
可見，為滿足智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的可靠、安全、穩(wěn)定的要求，需要對現(xiàn)有的配電網(wǎng)通信系統(tǒng)進(jìn)行重新規(guī)劃設(shè)計(jì)。
2 智能配電網(wǎng)對通信系統(tǒng)的要求
為了保證智能配電網(wǎng)的特征能夠?qū)崿F(xiàn)，其通信系統(tǒng)需要滿足高可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性和靈活性等條件[5]。
2.1 高可靠性
高可靠性就是指數(shù)據(jù)信息能夠在任何環(huán)境下傳輸?shù)娇刂浦行幕蛘邆鬏斀o子站及智能電力設(shè)備。電網(wǎng)的可靠性都是依靠通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收重要信息來維持的?？煽啃栽谟芯€網(wǎng)絡(luò)中并不是個(gè)嚴(yán)重的問題，但是在無線網(wǎng)絡(luò)和PLC（電力載波通信）網(wǎng)絡(luò)中就是個(gè)挑戰(zhàn)了，因?yàn)樗鼈兊耐ㄐ判诺揽赡軙艿酵饨绺蓴_而發(fā)生變化。通信系統(tǒng)自己并不能夠直接獲得電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，于是通信網(wǎng)本身就需要具有較強(qiáng)的魯棒性。
2.2 安全性
隨著電力網(wǎng)和信息網(wǎng)的融合，以及配電網(wǎng)距離的增加，有關(guān)能源分布的數(shù)據(jù)信息總是特別重要，尤其是當(dāng)它們與交易信息及控制、保護(hù)有關(guān)的時(shí)候，安全問題變得非常重要。例如，如果通信方式采用無線公用網(wǎng)絡(luò)，公用網(wǎng)的分享性與容易接入，使得電力數(shù)據(jù)容易獲得，易被不法分子截取數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行破壞。
2.3 實(shí)時(shí)性
電網(wǎng)中的一些設(shè)備需要實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，而電力設(shè)備的實(shí)時(shí)性需求主要依賴于應(yīng)用的緊急程度。例如PMU就有嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性，它提供電壓和電流的實(shí)時(shí)測量，并把數(shù)據(jù)傳輸給控制中心進(jìn)行分析控制。對于保護(hù)裝置，當(dāng)某處發(fā)生故障時(shí)，控制中心必須實(shí)時(shí)把控制指令發(fā)送到智能電力設(shè)備，以使其動作，切斷故障，如果沒有實(shí)時(shí)性的通信保障，就可能會發(fā)生電網(wǎng)的連鎖故障。
2.4 靈活性
不同于輸電網(wǎng)，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)總是在不斷增加和改變的。對于通信系統(tǒng)，不僅僅是第一次安裝，對于今后配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)改變需要能夠繼續(xù)擴(kuò)展而不必改變原有的通信模式，也要在運(yùn)行期間易于管理和維護(hù)。除此之外，智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)還要支持組播技術(shù)，使得同級智能電力設(shè)備之間可以分享相關(guān)的信息。
3 常用通信方式
先進(jìn)的技術(shù)和應(yīng)用融合到智能配電網(wǎng)中，就會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，并需要進(jìn)一步分析、控制和實(shí)時(shí)管理，于是需要選取可靠、經(jīng)濟(jì)、雙向的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。目前，常用的通信技術(shù)分為無線通信和有線通信兩種。有線通信技術(shù)包括光纖通信、電力線載波通信（PLC）、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）等。無線通信技術(shù)包括ZigBee、全球微波接入系統(tǒng)（WiMAX）、GPRS等。有線和無線各有優(yōu)缺點(diǎn)：無線成本較低，適用于很難達(dá)到的地區(qū)；有線相對比較穩(wěn)定，可靠性較高。不同的通信方式適合于不同的環(huán)境和地區(qū)，要建立高效、可靠的智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)，就必須根據(jù)實(shí)際情況，幾種通信方式搭配使用。下面簡單地介紹幾種常用通信方式。
3.1 以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)
以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)是無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）的一種，是一種點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)。EPON由網(wǎng)絡(luò)側(cè)的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）、光分配網(wǎng)絡(luò)（Optical Distribution Network，ODN）和用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）組成。OLT置于中心機(jī)房，是一個(gè)多業(yè)務(wù)平臺，可提供面向EPON的光纖接口。ONU放在用戶設(shè)備端附近或與其合為一體，主要提供面向用戶的多種業(yè)務(wù)接入。ODN完成光信號功率的分配，為OLT與ONU之間提供光傳輸通道。EPON系統(tǒng)下行傳輸數(shù)據(jù)采用廣播方式，上行數(shù)據(jù)則采用時(shí)分多址技術(shù)（Time Division Multiplexing，TDM）。
EPON的應(yīng)用通常是作為骨干網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即35 kV以上的電網(wǎng)通信。EPON的優(yōu)點(diǎn)：一是能夠提供透明寬帶的傳送能力，數(shù)據(jù)傳輸速率快；二是組網(wǎng)靈活，能夠組建復(fù)雜的混合型網(wǎng)絡(luò)，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際地理位置靈活聯(lián)網(wǎng)或改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；三是維護(hù)簡單，長期運(yùn)營和管理成本低；四是網(wǎng)絡(luò)可靠性以及安全性高。EPON的缺點(diǎn)則是建設(shè)光纖的鋪設(shè)工程量大，初期投資高；同時(shí)，由于配電信息點(diǎn)分布日新月異，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，EPON的組網(wǎng)難度大，后期運(yùn)維和故障排查工作量較大。
3.2 電力線載波
電力線載波通信（PLC）是一種電力系統(tǒng)特有的通信方式，利用現(xiàn)有的電力電纜作為傳輸媒質(zhì)，通過載波方式傳輸語音和數(shù)據(jù)信號。在中低壓配電網(wǎng)中，PLC可以為配電網(wǎng)自動化、AMI等提供數(shù)據(jù)傳輸通道。目前，PLC的傳輸速率可以達(dá)到數(shù)十千位每秒，而隨著科技的發(fā)展，其傳輸速率會更大?，F(xiàn)在又出現(xiàn)了一種新的PLC通信技術(shù)，就是基于OFDM（正交頻分復(fù)用）的PLC技術(shù)[6，7]。它對傳統(tǒng)PLC技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了可靠性和傳輸速率。
PLC技術(shù)主要應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境下，比如AMI的通信，而不需要安裝專用的通信線路。PLC的優(yōu)點(diǎn)是利用電力線纜作為傳播媒介，建設(shè)成本較低；另外，它的通道可靠性高，抗破壞能力強(qiáng)。同時(shí)，PLC也有缺點(diǎn)：一是由于電力線信道的惡劣性，傳輸距離較短；二是易受電網(wǎng)負(fù)載和結(jié)構(gòu)的影響，抗干擾能力差。
3.3 全球微波接入系統(tǒng)
全球微波接入系統(tǒng)（WiMAX）是基于IEEE 802.16x系列標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)固定及移動用戶的高速無線接入，其基本目標(biāo)是為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一公里”的寬帶無線接入方案。WiMAX網(wǎng)絡(luò)體系由核心網(wǎng)和接入網(wǎng)組成。核心網(wǎng)包含路由器、AAA服務(wù)器、用戶數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)關(guān)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證、漫游、網(wǎng)絡(luò)管理等功能，并提供與其他網(wǎng)絡(luò)之間的接口；接入網(wǎng)包含基站和用戶站，負(fù)責(zé)為WiMAX用戶提供無線接入[8]。
WiMAX技術(shù)可以應(yīng)用在AMI、用戶最后一公里接入等領(lǐng)域。其優(yōu)點(diǎn)：一是可以通過無線方式實(shí)現(xiàn)寬帶連接，不需要鋪設(shè)線纜，組網(wǎng)速度快，建設(shè)成本低；二是網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積廣，只要少數(shù)基站就可以實(shí)現(xiàn)全城覆蓋，無線信號應(yīng)用范圍廣。WiMAX的缺點(diǎn)是容易受天氣、地形等影響，使傳輸質(zhì)量降低；另外，雖然技術(shù)比較成熟，但是在某些國家（比如中國）沒有分配電力專用頻率段。
3.4 ZigBee
ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。ZigBee可以把設(shè)備發(fā)出的信息傳輸給用戶，而用戶也可以獲得他們實(shí)時(shí)的電力消費(fèi)信息。
在家庭自動化、能源監(jiān)測和AMI的應(yīng)用中，ZigBee是個(gè)比較理想的通信技術(shù)。ZigBee的優(yōu)點(diǎn)：一是功耗和成本低；二是容量比較大，安全性高。ZigBee的缺點(diǎn)是傳輸速率比較低，傳輸距離比較近；同時(shí)其抗干擾能力較差。
3.5 GPRS
GPRS是GSM移動電話用戶可以使用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可以說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）方式來傳輸?shù)?，因此使用者所?fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56～114 kb/s[9]。
GPRS可以應(yīng)用在需求響應(yīng)、家庭網(wǎng)絡(luò)自動化的應(yīng)用中，以及有線通信無法達(dá)到或者需要建設(shè)成本較低的地區(qū)。GPRS的優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離較遠(yuǎn)；成本比較低。GPRS的缺點(diǎn)：一是由于是公網(wǎng)，容易接入，安全性比較差；二是穩(wěn)定性較差，信號容易受干擾。
表1總結(jié)了上述各種通信方式的特性及應(yīng)用方式，使用時(shí)，可以通過比較并根據(jù)具體的環(huán)境選擇合理的通信方式。
4 通信標(biāo)準(zhǔn)
智能配電網(wǎng)通信中的許多應(yīng)用、技術(shù)等已經(jīng)比較成熟或者正在研究當(dāng)中?，F(xiàn)在智能配電網(wǎng)通信面臨的主要挑戰(zhàn)是缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這種情況影響了智能電力設(shè)備、智能電表和可再生能源的融合以及它們的相互操作。建立智能配電網(wǎng)通信的統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)在急需的，這有利于智能配電網(wǎng)的早日實(shí)現(xiàn)。表2總結(jié)了各種智能配電網(wǎng)通信的標(biāo)準(zhǔn)，并列出它們的應(yīng)用范圍。
4.1 IEEE標(biāo)準(zhǔn)
IEEE建立了很多電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，其在電力通信方面的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾種：
（1） IEEE C37.1標(biāo)準(zhǔn)提供了SCADA系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)的的基礎(chǔ)定義、規(guī)范、技術(shù)性能分析和應(yīng)用。它定義了變電站中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能——協(xié)議選擇、人機(jī)界面和執(zhí)行問題。另外，它還規(guī)定了可靠性、可維護(hù)性、安全性和可擴(kuò)展性等網(wǎng)絡(luò)性能需求。
（2） IEEE 1379標(biāo)準(zhǔn)介紹了變電站中的IED?。ㄖ悄茈娏υO(shè)備）和RTU（遠(yuǎn)程終端單元）之間的通信與相互操作的操作指導(dǎo)及實(shí)際應(yīng)用。特別是該標(biāo)準(zhǔn)還描述了變電站網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧對IEC60870和DNP3的映射。它還討論了如何擴(kuò)展在變電站中應(yīng)用的數(shù)據(jù)元素和目標(biāo)，以提高網(wǎng)絡(luò)功能。
（3） IEEE 1547標(biāo)準(zhǔn)定義和描述了與電網(wǎng)相互連接的分布式能源，包含電力系統(tǒng)、信息交換和驗(yàn)證檢驗(yàn)三部分。
（4） IEEE 1646標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了變電站內(nèi)部和外部的通信傳輸時(shí)間的需求。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)把變電站通信分為幾個(gè)類別，并定義了每個(gè)類別的通信延遲需求。
4.2 IEC標(biāo)準(zhǔn)
IEC在電力系統(tǒng)的通信和控制方面提出了許多標(biāo)準(zhǔn)。常用的如下：
（1） IEC60870提出了電力系統(tǒng)通信和控制方面的許多標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)定義了用于電力系統(tǒng)控制的通信系統(tǒng)，通過這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，電力設(shè)備間可以相互操作，以實(shí)現(xiàn)自動管理。
（2） IEC61850標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于變電站的自動控制；它定義了全面的系統(tǒng)管理功能和通信需求，以促進(jìn)變電站的管理。
（3） IEC61968標(biāo)準(zhǔn)提供了配電領(lǐng)域與輸電領(lǐng)域的設(shè)備和電網(wǎng)之間數(shù)據(jù)交換的信息模型。
（4） IEC62351描述了網(wǎng)絡(luò)安全，它規(guī)定了達(dá)到不同安全目標(biāo)的需求，包括數(shù)據(jù)認(rèn)證、數(shù)據(jù)保密、接入控制和入侵檢測。
4.3 ANSI標(biāo)準(zhǔn)
ANSI設(shè)定的電力通信標(biāo)準(zhǔn)主要有：
（1） ANSI C12.19標(biāo)準(zhǔn)描述了電力行業(yè)終端的數(shù)據(jù)表。它定義了終端設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋斫Y(jié)構(gòu)，終端設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間利用二進(jìn)制代碼與XML傳輸。
（2） ANSI C12.18標(biāo)準(zhǔn)是專為智能電表通信設(shè)立的，它負(fù)責(zé)智能電表（C12.18設(shè)備）和用戶（C12.18客戶）之間的雙向通信。
5 通信系統(tǒng)在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用
通信系統(tǒng)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用有很多，比如變電站自動控制、自動抄表技術(shù)、用戶需求響應(yīng)等，這些都是智能配電網(wǎng)中的重要應(yīng)用。它們利用先進(jìn)的通信技術(shù)，與電力設(shè)備和控制中心等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到自動控制或保護(hù)的目的。
5.1 變電站自動化控制
變電站是電力系統(tǒng)中很重要的部分，它可以調(diào)節(jié)輸電線路的電壓和潮流。通常變電站由變壓器、電容器、電壓控制器和斷路器等組成。變電站自動化控制將會在智能配電網(wǎng)中廣泛的應(yīng)用，利用地區(qū)局域網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。變電站通信中的技術(shù)一般包括以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。為了連接變電站中的各個(gè)設(shè)備以及收集到變電站外的的電力設(shè)備的一些數(shù)據(jù)信息，需要安裝專用的傳感器。傳感器把收集到的數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳輸?shù)娇刂浦行?，然后控制中心根?jù)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析再把指令發(fā)送到各個(gè)電力設(shè)備。圖1表示的是一個(gè)典型的變電站自動化通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
因?yàn)橐蕴W(wǎng)的傳輸速率和可靠性都比較高，所以在變電站自動控制中，骨干網(wǎng)一般都采用以太網(wǎng)通信技術(shù)。在變電站與下面的子站及電力設(shè)備的通信選用無線網(wǎng)組成的局域網(wǎng)，因?yàn)樗某杀据^低且易于擴(kuò)展維護(hù)。安裝在電力設(shè)備上的傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的處理后，將通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸給控制中心。當(dāng)控制中心收到這些數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)過處理會作出反應(yīng)，并給電力設(shè)備發(fā)回控制信息。由于變電站同時(shí)監(jiān)測和控制許多設(shè)備，這些設(shè)備共享變電站的通信網(wǎng)絡(luò)帶寬。對于變電站的數(shù)據(jù)信息，如果是用作維護(hù)，通信延時(shí)允許在1 s內(nèi)。如果數(shù)據(jù)提供的是實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制信息，延時(shí)時(shí)間就必須在10 ms內(nèi)。對于緊急的信息，比如故障信息，就必須立刻傳輸給控制中心，延時(shí)時(shí)間應(yīng)在3 ms內(nèi)。
5.2 自動抄表技術(shù)
自動抄表技術(shù)是配電發(fā)展的重大進(jìn)步，可用于減少工人的工作量，提高效率，增加數(shù)據(jù)分析的速度。自動抄表技術(shù)可以看作是智能配電網(wǎng)中AMI的部分或者是其前身。它主要由智能電表、數(shù)據(jù)傳輸通道和主站系統(tǒng)組成。智能電表中的采集器將電能表中的用電信息傳輸給集中器，集中器一方面向采集器下達(dá)電量數(shù)據(jù)凍結(jié)指令，一方面將用戶用電數(shù)據(jù)等主站需要的信息傳輸?shù)街髡緮?shù)據(jù)庫，主站系統(tǒng)通過接收到的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并反饋給集中器。圖2所示是自動抄表技術(shù)的通信結(jié)構(gòu)。
自動抄表技術(shù)在每個(gè)用戶端都安裝有智能電表，電表通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給主站。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，自動抄表系統(tǒng)可對用戶實(shí)現(xiàn)分級授權(quán)管理，并加裝防火墻及進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。智能電表采集到的用電信息可以同時(shí)傳輸給主站控制中心或者傳輸給用戶，在傳輸給用戶的過程中，一般允許有幾秒的延時(shí)。
5.3 用戶需求響應(yīng)決策
在智能配電網(wǎng)中，越來越多的分布式電源接入電網(wǎng)，許多家庭也安裝了自己的分布式電源，比如太陽能板、小型風(fēng)機(jī)等。由于大量的分布式電源接入，電力市場也變得多樣化，實(shí)行階梯式電價(jià)將更加有利。小型或者中型的分布式電源通過通信網(wǎng)絡(luò)和電力交易平臺連接在一起。根據(jù)電力產(chǎn)生和消耗的變化，電力市場中的電價(jià)將不斷變化。用戶通過之前建立的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地獲得電價(jià)信息，從而決定何時(shí)用電或者給電網(wǎng)供電，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和用戶的供需平衡，也保證了用戶的需求。圖3所示是用戶需求響應(yīng)決策的通信結(jié)構(gòu)。
電力供應(yīng)者和消費(fèi)者通過廣域通信網(wǎng)絡(luò)公布他們的電力供應(yīng)水平或者需求。用戶通過不同的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)連接到電力市場中，比如普通用戶可以用PLC或者電話線接入，一個(gè)大型的發(fā)電企業(yè)可能有它們專門的局域網(wǎng)連接到電力市場。需求響應(yīng)的通信是實(shí)時(shí)、雙向的，而且是高可靠性的。用戶對于自己的用電信息和實(shí)時(shí)電價(jià)會比較關(guān)心，從而決定自己用電設(shè)備的啟停。對于用戶來說，他們希望需求響應(yīng)的延時(shí)時(shí)間在幾秒之內(nèi)，以便可以隨時(shí)掌握動態(tài)的電價(jià)信息。需要指出的是，圖3中的普通用戶、發(fā)電廠、工商業(yè)用戶之間也是可以相互通信的。
6 智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的未來發(fā)展方向
目前，對于智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的研究范圍已經(jīng)比較廣泛，涉及很多方面，比如可靠的通信技術(shù)、利于統(tǒng)一的通信協(xié)議等。然而，新興的通信技術(shù)雖然對之前的技術(shù)有了很大的改進(jìn)，但是，如果大規(guī)模替換會導(dǎo)致話費(fèi)巨大?，F(xiàn)在各個(gè)機(jī)構(gòu)都建立了很多通信系統(tǒng)協(xié)議，但是并沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致很多通信設(shè)備無法通用。總結(jié)本文論述的智能配電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展，未來智能配電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)的研究將側(cè)重以下內(nèi)容：
（1） 對智能配電網(wǎng)通信的建設(shè)要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)升級，而不應(yīng)當(dāng)完全拋棄現(xiàn)有的通信網(wǎng)；
（2） 在研究新的通信技術(shù)的同時(shí)，對通信系統(tǒng)的規(guī)劃應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來決定，合理搭配使用通信技術(shù)，使其可靠穩(wěn)定而又經(jīng)濟(jì)；
（3） 由于智能配電網(wǎng)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要制定新的適合智能配電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議；
（4） 研究評估一個(gè)通信系統(tǒng)的性能的仿真方法。
7 結(jié) 語
智能配電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)需要建立雙向、高速、實(shí)時(shí)可靠的通信系統(tǒng)的支持。本文綜述了智能配電網(wǎng)中通信系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容，重點(diǎn)介紹了通信技術(shù)、通信系統(tǒng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及通信系統(tǒng)應(yīng)用。在后續(xù)的智能配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的研究中，確定統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)以及研究評估通信系統(tǒng)好壞的仿真方法是其關(guān)鍵。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 余貽鑫，欒文鵬.智能電網(wǎng)的基本理念[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，44（5）：377-384.
[2] 陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（8）：1-7.
[3] 辛培哲，李雋，王玉東，等.智能配、用電網(wǎng)通信技術(shù)及組網(wǎng)方案[J].電力建設(shè)，2011（1）：22-26.
[4] 張嵐.配電網(wǎng)自動化通信方式綜述[J].電力系統(tǒng)通信，2008（4）：42-46.
[5] SAUTE T， LOBASHOV M. End-to-end communication architecture for smart grids [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2011， 58（4）： 1218-1228.
[6] MANEERUNG A， SITTICHIVAPAK S， HONGESOMBUT K. Application of power line communication with OFDM to smart grid system [C]// Eighth International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery （FSKD）. Shanghai： Circuits and Systems Society， 2011： 2239-2244.
