智能变电站通讯技术及其发展方向研究

谢宇宸 李俊 郑阔

（国网福建电力有限公司泉州供电公司）

智能变电站通讯技术及其发展方向研究

谢宇宸 李俊 郑阔

（国网福建电力有限公司泉州供电公司）

变电站作为电力系统中重要的变配电枢纽，在其运行过程中实现智能化对于提高变电站运行质量有着重要的意义。在智能化建设过程中，通讯技术是影响变电站智能化水平的一个重要因素，为此有必要对其进行深入的分析，了解存在不足，以及未来的发展趋势。

智能变电站；通讯技术；IEC61850；OTN；PTN

前言

社会在发展，人民生活水平在提高，各方能对于电能质量的要求也越来越高，为了满足电力体制改革的要求，国家电网公司结合现有先进技术，提出了“坚强智能电网”的发展规划，目的是逐步实现电网的信息化、数字化、自动化及互动化。在电力系统中，变电站是重要的变配电枢纽，在其运行过程中全面的实现智能化对于提高整个电力系统的智能水平有着深远的意义。在影响智能化实现水平的相关因素中，通讯技术是最为关键的一个因素。通讯信息是否准确完整直接影响着变电站的智能化水平，同时变电站运行的控制和分析又必须依赖于对所获取信息的综合处理，所以在变电站的智能运行过程中，采集到的运行数据必须及时准确完整，在通过后台程序的分析处理后，才能有效的对变电站运行状况进行把握和预测。由此我们可以清晰的认识到，建立一套完善、可靠的通讯网络，是确保变电站智能化实现的重要基础。

1 智能变电站与传统变电站通讯系统的区别

智能变电站应用了大量的新技术、新设备，在通讯系统与传统变电站存在着很大的差异，具体的区别有如下几点：

1.1 网络通信传输介质的差异

传统变电站在网络通信中使用到的介质是同轴电缆、双绞线，而智能变电站更多的是使用光纤作为网络通信传输介质，取消了原有的硬节点信号，传统的信息记录、分析技术已无法满足智能变电站的运行需求。

1.2 网络通讯结构的差异

在传统的数字化变电站中，网络通讯结构是采用全站组网技术，而智能变电站是采用了点对点通信，尤其在继电保护方面强调直接采样和直接跳闸。

2 通讯技术应用中存在问题

目前在国内的电力系统中，智能变电站已经在各个电压等级进行了试点应用，在体现出突出优异性的同时，在通讯技术应用方面也呈现出多个问题，如：

2.1 设备性能有待提高

现阶段的通讯技术还处在探索阶段，配套设施的应用也处于实践阶段，实际的使用效果与预期仍存在较大差距，整个系统间的协调配合也存在缺陷。

2.2 通讯网络可靠性低

智能变电站采用了开放式的通讯协议，在运行过程中整体安全性较低，网络中的任意节点、设备都可以成为恶意攻击点。

2.3 分析功能单一

目前智能化变电站运行系统的功能还不健全，在数据分析方面较为滞后，无法将电网信息与网络通信信息有效的综合，同时在对故障进行分析时，仍然是依赖人工的工作经验及分析，系统只是单纯对原始信息进行展示。

2.4 信息记录手段落后

现有通讯系统还是利用路由器来实现组网，当针对智能变电站直采直跳的通讯结构时，系统就无法很好的满足应用需求，记录的信息会与原始信息存在差异。

2.5 缺乏在线显示技术及友好显示界面

受到技术限制，目前在变电站智能系统中，网络记录和分析装置的相关数据还是依靠离线显示技术，无法实时的显示站内相关运行信息，且显示界面不够人性化。[1]

3 智能变电站通讯技术

3.1 通讯技术的要求

通过上面文章的分析，我们可以认识到数据通信在智能变电站建设过程中的重要性，由于变电站的特殊性，再结合其对数据通信的要求，在智能变电站建设运行中，对于通讯技术有以下几个要求：

（1）实时响应性。随着变电站运行技术的发展，在数据采集及分析过程中，对于数据传输的实时性要求越来越高。

（2）高可靠性。鉴于变电站的重要地位，要求其全天候不间断运行，相应的数据通讯也是24h不间断进行，同时鉴于变电站故障会造成的巨大影响，所以要求站内设备间的通讯必须可靠、准确。

（3）电磁兼容性优良。由于变电站在运行过程中，会形成一个具有高、强电磁干扰的特殊环境，再加上信息传输通道存在缺陷，这就要求在设计制造时，想办法提高数据通讯的抗干扰能力，避免因运行环境造成通讯失常。

（4）分层式结构。通讯结构的分层，主要是为了配合整个变电站系统的分层、分布式结构。[2]

3.2 通讯接口

在智能变电站建设过程中，会应用到大量的智能化设备，这些设备在接入通讯系统时是通过相关的接口进行数据传输。目前较为常用的接口主要是RS-485和以太网接口。下面我们简单的对其进行了解：

3.2.1 RS-485接口

RS-485接口作为目前最为常用的IED通信接口，是采用差分方式的一种总线串行通信接口。其优点是接口方便和接口标准化规范化，缺点是有效通讯距离较短，同时由于其总线工作方式为主从结构，当主节点出现繁忙、拥堵是，会影响整个通讯系统的运行性能和可靠性。图1为RS-485总线的结构示意图。

图1 RS-485总线的结构图

3.2.2 以太网接口

通过应用以太网进行数据通讯，有效的解决了多现场总线共存这一难题，同时还具有传输速率快、成本低、应用广泛等优点。以太网传输介质主要是双绞线、光纤和同轴电缆这三类。目前在智能变电站通讯网络中，以太网主要体现出不确定性、实时性、安全性、可靠性、应用层和用户层协议统一等特点。[3]

3.3 通讯规约

目前在通讯方面应用最多的有五个标准，分别是循环式远动规约CDT、变电站通信网络和系统IEC60870-6、变电站通信网络IEC、远动通信协议体系IEC60870-5、系统标准IEC61850。其中IEC61850标准是目前在数字变电站中应用最为完整的变电站通讯标准，它对通信信息进行了准确详细的定义，通过建立结构化信息模型的方式为通信信息提供了完整和唯一的语义。在实际的应用过程中，这一标准具有四个明显的技术特征，分别是：

（1）变电站功能分层；

（2）使用特殊通信服务映射SCSM技术和抽象通信接口ACSI；

（3）面向对象的信息模型；

（4）采用了SCL变电站配置语言。

变电站自动化系统主要是实现控制、监视和保护这三个功能，而IEC61850标准的定义与这三大基本功能相对应，可将功能划分为三层，即变电站层、间隔层、过程层，通过对图2的分析，我们可以清晰的了解三者见得相互关系。为了满足未来的变电运行需求，IEC61850标准将过程层分离出来，承担间隔层的部分功能。

图2 变电站自动化系统接口模型图

IEC61850这一标准的核心是对数据对象进行了统一的建模，对信息及信息交换进行了明确的定义，当针对智能电子设备时，通过对大量逻辑节点和数据对象进行有效定义即可实现。前面所说的逻辑节点指的是将变电站自动化功能进行分解后得到的最小功能实体，可以认为其是最基本的通信单元，各个逻辑节点间通过逻辑连接相互联系。

ACSI是一种虚拟接口，变电站内设备间的互操作性就是通过ACSI抽象的建模技术、分层的类模型及所提供相应的服务才能够得以实现。SCSM这一概念是在IEC61850标准中得以引入，变电站就是在SCSM下通过以太网、局域网实现了数据的交换，当最新的通信网络技术发生变化时，只要改变SCSM的映射方法即可，而无需改变ACSI模型。

4 变电站通讯新技术及发展方向

随着相关技术的飞速发展，新的通讯技术正逐步应用在变电站运行中，在提高通讯质量的同时，也大大的提高了变电站运行智能化水平。目前应用较多的新技术主要包括：

4.1 PTP技术

PTP作为一种主从同步系统，通过采用主从时钟的方式对时间信息进行编码，再利用网络的对称性和延时测量技术实现主从时间的同步。适合用于支持多播消息的分布式网络通信系统，且数据帧少，算法简单，对网络资源使用少，对计算性能要求低，适应于低端设备。

4.2 PTN技术

PTN在通讯系统中指的是分组传送网，能够很好的支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道。它继承了SDH技术的操作、管理和维护机制，具有点对点连接的完整OAM，可以很好的保证网络具备保护切换、错误检测和通道监控等能力。

4.3 OTN全光传送网路

OTN是以波分复用技术为基础，在光层组织网络的传送网。它是以WDM技术作为基础，同时引入SDH强大的操作、维护、管理及指配（OAM）能力，有效地弥补了SDH在面向传送层时的功能缺乏和维护管理开销不足等诸多不足，可作为下一代的骨干传送网。图3反映了OTN、WDM及SDH三者间的关系。

图3 OTN、WDM、SDH关系图

5 结束语

变电站全面实现智能化、自动化是未来电力系统的发展趋势，通讯技术作为智能化实现的重要基础，在日常的建设研究过程中应不断的加以强化、完善，只有这样才能在根本上提高变电站的智能化水平，在上面文章里，我们只是简单的对智能变电站相关的通讯技术进行了简单的分析了解。我们应充分肯定和认识到通讯技术对于整个电力系统运行技术的重要意义，加大投资和研究力度，为电气智能化运行提供有力技术支持。

[1]王宏.智能变电站通讯技术及其发展方向研究[J].通讯世界，2014（24）：109

[2]陈磊.变电站自动化系统内部网络通信技术的研究和应用[J].中国新通信，2015（22）：87

[3]王 刚.智能变电站的网络通信与信息处理技术的研究[D].天津大学，2012，8.

[4]崔毅，韩磊，郭明洁.SDH光纤通讯技术在智能变电站通信网络中的应用[J].通讯世界，2015（25）：118.

TM76

A

1004-7344（2016）07-0046-02

2016-2-8

谢宇宸（1991-），男，助工，本科，主要从事电力通讯方面的工作。