变电站自动化系统通信结构及规约的研究

张家福

摘要：变电站是电网的重要监控点，是输配电系统的关键环节。近年来，电力系统积极引进多种现代化科学技术，变电站逐渐实现了综合自动化。由于变电站自动化系统中各种运行数据多分散在不同间隔单元中，只有通过实时、可靠、有效的通信手段，才能实现信息交换和资源共享。变电站自动化系统通信结构和规约设定有助于全面提高变电站自动化系统的经济性和安全性。本文分析了变电站自动化系统通信结构，阐述了变电站自动化系统通信规约。

关键词：变电站 自动化系统 通信结构 规约

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0027-01

变电站自动化系统是一个分布式的结构系统，为了确保系统的安全、稳定运行和信息交换的可靠性、实时性，关键在于正确处理变电站自动化系统各个层次件的通信问题，因此应充分认识到变电站自动化系统通信结构和规约的重要性，进一步优化通信网路和现场总线设置，推动变电站自动化系统的快速发展。

1 变电站自动化系统通信结构

1.1 RS-485/422接口

变电站自动化系统通过RS-485/422接口来连接各个网络节点，其具有易于实现、成本低、通信设备简单等优点，但是RS-485/422接口可连接的节点数目一般不能超过32个[1]。RS-485/422接口属于一种物理接口，接口标准统一，但是由于通信规约不同，没有统一的标准，因此变电站自动化系统中各电力设备信息之间难以实现准确、可靠和高速的交换，通信控制复杂。同时，RS-485/422接口为变电站自动化系统提供查询通信方式，这种通信方式不能正常处理任意两个节点之间的通信要求。

1.2 CAN总线

CAN总线是变电站自动化系统通信模块的重要组成部分，其形成了全分布式多机系统，没有主机和从机之分，变电站自动化系统网络中任意一个节点可以在任何时间和其它节点进行信息交换，通讯方式非常灵活。并且CAN总线可通过全局广播、一点对多点或者点对点等方式接收和传送数据，其支持超载帧、出错帧、远程帧、数据帧这四类报文帧[2]，这种短帧结构，重发时间短、受干扰频率低、传输时间短。同时，CAN总线网络中的各个节点划分为不同优先级，采用保护性总线优先级仲裁技术，当两个节点同时向变电站自动化系统网络发送信息时，优先级高的节点先发送数据，有效避免CAN总线信息交换冲突。另外，CAN总线通信速率高达1Mb/s，最远通讯距离达10km，通讯介质可采用光导纤维、同轴电缆或者双绞线。

1.3 Lon Works

Lon Works是一种应用非常广泛的分布式监控网络，其包括三个CPU神经元芯片，通过显式报文和隐式报文进行数据传输，极大地缩短了变电站自动化系统网络开发时间。Lon Works不受网络通信介质的限制，可采用红外线、无线、电力线、光纤、双绞线等，并且可在变电站自动化系统网络中混合使用。Lon Works具有良好的互操作性和开放性，Lon Talk通讯协议符合开放系统OSI互连模型要求，实现了服务器/客户结构。并且Lon Works的三个CPU分别为应用处理器、网络处理器和介质访问控制器，其固化了OSI/ISO协议和常见的34种I/O控制对象。同时，Lon Works具有较高的通信可靠性，Lon Works网络通信协议设计了变量捆绑和网络变量，有效简化了网络通信设计，每帧有效字节0～228，这种网络通信协议采用P-CSMA，当负载较多时，实现最小化的冲突概率，当负载较少时，实现最小化访问延时。

1.4 以太网

变电站自动化系统以太网采用光纤、双绞线、同轴电缆等通信介质，采用星型或者总线型的网络拓扑结构，基于结构化布线技术和星型拓结构，可有效提高以太网的可靠性。即使变电站自动化系统网络节点发生故障，受到集线器隔离影响，不会发生扩散，实现了变电站自动化系统各个智能单元之间的相对独立性。以太网在变电站自动化系统中的应用，带宽高达10Mbps～100Mbps，可支持同一个冲突域中的1024个节点。

2 变电站自动化系统通信规约

当前，变电站自动化系统主要采用IEC60870-5-104规约，其基于IEC60870-5系列标准，建立在TCP/IP和以太网上，采用FTI.2帧格式，明确定义了用户进程、应用层、链路层和物理层。

IEC60870-5-104规约采用的参考模式主要基于ISO-OSI开放式系统参考模型，其采用其中的5层[3]，结构表如表1所示。

IEC60870-5-104规约结合了TCP/IP和IEC60870-5-101的网络传输功能，可在TCP/IP的各种网络中使用IEC60870-5-104规约，包括综合数据网、异步转移模式、帧中继等，并且IEC60870-5-104规约具有支持网络传输、便于扩充信息量、数据流量大、可靠性高、实时性好等优点，不仅可应用在变电站端和电力调度中，还适用于变电站自动化系统的通信网。

3 结语

近年来，计算机网络技术和通信技术的快速发展，变电站自动化系统通信结构和规约不断发生变化，变电站自动化系统通信结构和规约的相关研究对于变电站自动化系统发展有着重要影响，在未来发展过程中，应进一步加大研究力度。

参考文献

[1]李兰欣.基于IEC61850的变电站自动化系统通信体系的研究[D].中国电力科学研究院，2012.

[2]叶雷.变电站自动化系统通信结构及规约的研究[D].华北电力大学（北京），2011.

[3]万博.基于IEC61850的变电站自动化系统体系结构的研究[D].哈尔滨工程大学，2012.