变电站系统监控信息传输技术研究

端悦民 李人杰

国网山东利津县供电公司 山东东营 257400

摘要：变电站属于电网信息的中间站，随着自动化信息系统的迅猛发展下，变电站经历了集中式、分散式、集中、分散集中式、数字化变电站等多阶段。特别是数字化变电站经过信息进行相互操作的现代性质变电站，其实现了用光纤通信代替普通的电缆通信同时做到了站内设备间的信息共享。

关键词：变电站；系统监控；信息传输技术

前言：在近些年来，随着计算机技术、网络技术、通信技术的不断发展，变电站计算机监控系统在新建及扩建变电站中得到了快速的应用。本文就对变电站系统监控信息传输技术进行分析，希望可供相关从业者参考。

一、变电站监控系统分析

变电站综合自动化系统是利用计算机技术、通信技术对在线运行的各种电力设备（包括控制、测量、保护、自动装置及远动装置等）进行实时监控的自动化系统。它集微机继电保护、远方遥控、远方遥测等功能于一體，对变电站进行自动监视、测量、控制、协调和全方位的管理。

在早期，变电站没有办法及时地了解和监视各个运行点和现场装置的运行情况，更谈不上进行直接控制和信息对话交流。对于变电站的设备运行情况和各条线路的电压、电流、功率等情况，调度中心都不能及时掌握，调度员和变电站各个运行部门的联系主要是电话。每天由变电站值班人员定时打电话向调度员报告本变电站的电流、电压、功率等数据，调度员需根据情况汇总、分析，花费很长时间才能掌握变电站运行状态的有限信息。严格来说，这些信息已经属于“历史"了。调度员只能根据事前通过大量人工手算得到的各种系统运行方式，结合这些有限的历史性信息，加上个人的经验，选择某种运行方式，再用电话通知各个值班人员进行调整控制。一旦发生事故，也不能及时了解事故现场情况，及时进行事故处理，需要较长的时间才能恢复正常运行。这种落后的状况直接影响变电站的安全运行。

监控系统的第二个阶段，是远动技术的采用。安装于变电站的远动装置，采集各线路电流、电压、功率等实时数据，以及各开关的实时状态，然后通过控制电缆传给调度中心并直接显示在调度台的仪表和模拟屏上。调度员可以随时看到这些参数和全系统运行方式，还可以立刻看到开关等设备的事故跳闸（模拟屏上

相应的图形闪光）。调度中心可以有效地对变电站的运行状态进行实时的监控。调度员还可以在调度中心直接对某些开关进行投切操作。这种布线逻辑式装置的采用，使变电站的监控系统可以实现遥测、遥信、遥控、遥调的功能。变电站监控系统的第三个发展阶段，是电子计算机在工业控制系统中的应用。采用现代计算机与通信技术实现自动化的变电站，是在传统的变电站一次设备基础上，用一套完整的信息系统实现信息的采集、处理、就地控制、信息的传送与管理、系统的协调与优化等功能。这一系统通常是一个多处理机的分布式系统。

二、变电站通信的概述

现在变电站所采用的综合自动化技术是将站内继电保护、监控系统、信号采集、远动系统等结合为一个整体，使硬件资源共享，用不同的模式软件来实现常规设备的各种功能。用局域网来代替电缆，用主动模式来代替常规设备的被动模式。具有可靠、安全、便于维护等特点。

分散分层分布式是变电站综合自动化系统的发展方向，这就对通信的可靠性提出了更高的要求，选择一个可靠、高效的网络结构，是解决问题关键。现场总线由于技术上的原因以及采用设备总线时信息量大且传输较慢的特点，造成了其存在多种标准，阻碍了其发展。以太网经过若干年的发展，技术上日趋成熟，已十分便利的应用于变电站综合自动化系统。以太网具有高速、可靠、安全、灵活的特点，使其在变电站综合自动化系统中有广阔的应用前景。

三、数字化变电站中信息传输对可靠性要求

IEC61850标准定义中的GOOSE快速报文通常对命令和数据等采用简易二进制编码，故障发生时保护设备向断路器发送跳闸命令就是该报文的典型应用；原始数据报文由连续的智能设备数据流组成，内容为数字化传感器和互感器的输出数据。这两类报文是实现变电站系统监控信息传输的关键技术，对传输可靠性要求最高。

在规定条件和规定时间内，完成规定要求功能的能力称为可靠性。信息传输在关键过程层网络的相关规定时间内，将规定的信息准确无误地传输到接收端被称为传输的可靠性。实现监控信息的可靠性传输，需要做到如下几点：

信息的编码效率高。在数字化变电站过程层网络通信中，简单高效的编码可以在尽量窄的带宽中传输尽可能多的信息。一方面可以增大信道的可用率，减小数据错误率；另一方面，可以简化信息的处理流程，增加传输效率，缩短耗时。

信息的传输延时较小。IEC61850-8-1中，将数字化变电站通信网络传输的数据划分为五种结构，不同结构的传输时间不同。但是关键数据传输GOOSE规定在3ms内要求相关接收方对发送方做出响应。而用于保护和控制的原始数据SV要求传输时间低于10 ms。

信息具有差错控制能力。物理链路性能和网络通信环境等因素可能会导致数据通信过程可出现一些错误，为了确保数据通信的准确，需要在链路层配备一种有效的出错信息处理方案，以此来降低报文传输错误时产生的不良影响。

四、提高数据传输可靠性的技术研究

1、优化MAC寻址方式，提高数据传输效率

为了减少无效数据在信道中的传输，实际中需要对数据进行适当的处理，保证传输数据的简单高效。常采用的方法是对传输数据进行地址过滤，主要分为硬件和软件两种方式。目前应用中最为现实并且可靠的方式为硬件执行数据过滤。通常设备厂家会提供基于MAC集成电路哈希算法的目的地址，该地址的前3个字节按照国际标准为01-0C-CD，第4个字节由不同的数据类型决定：GOOSE定义为01，广播定义为04。最后两个字节用来区分不同的使用设备。

2、设置优先级，保证关键数据的传输

由于交换机处理帧排队缓冲时的延时具有不确定性，故需要启用分级服务质量提供优先传输机制，保证重要数据信息的优先传输。按照优先级等不同等级代表优先度，可以将高优先级帧设置为4～7，低优先级帧设置为1～3，重要数据应避免使用优先级0，这可能会引起不可预见性的传输时延。关键报文传输优先级的缺省值为4。

3、配置以太网类型，保证数据帧的高速传输

关键数据按照特定的映射被封装成数据帧。接收端接收数据帧时，可通过帧地址识别结果快速调用上层协议，进而高效地解析和处理数据帧，减少信息传输总耗时。基于ISO/IEC8802-3MAC子层的以太网类型由IEEE权威机构注册，并且GOOSE及采样值直接映射到保留的以太网类型和以太网类型协议数据单元，

4、使用差错控制技术，保证信息传输质量

系统的信息在不同设备间都有分布，其通过两个或多个逻辑节点利用数字网络间的数据传输完成信息交换与共享。但是，实际应用中，某设备往往既是数据发送节点，又是数据接收节点，因此如何保证报文被无差错地接收或转发，是实现信息准确可靠传输的关键。

通常应对该问题，可以采用差错控制编码的方式。该编码方式在信息发送之前将一定的冗余数据位添加到数据信息中，构成新的一个数据帧后再发送。接收端收到该数据帧后，利用冗余位对数据帧的信息位进行检查和确认，以确认传输过程中是否发生误码。当发生误码时，可进而采取丢弃或者重发等处理方式。数字化变电站目前主要应用在局域网，信息传输的可靠性和实时性都很强，因此在实际选择链路层服务的时候可以根据需要再发送端设定一个重发延时保证数据可靠即可。

结束语：

变电站监控系统是变电站安全可靠稳定运行的关键所在。本文对变电站监控系统信息传输技术的可靠性进行分析，有利于大量实时信息的传输，对无人值守变电站实时监控系统的发展有一定的指导意义。

參考文献：

[1]周立龙，王晓茹，董雪源.贝叶斯网络在数字化变电站信息传输可靠性研究中的应用[J].南方电网技术，2010（04）.

[2]胡春潮，蔡泽祥，竹之涵.提高数字化变电站关键报文传输可靠性方法研究[J].电力系统保护与控制，2011（39）

[3]李哲，刘平心，葛敏.输电线路在线监测传输系统的研究[J].通信技术，2012（10）