变电站综合自动化系统通信网络技术的研究和应用

【摘 要】 变电站自动化技术的关键是通信技术的实现。文章首先介绍了变电站通信网络结构，然后介绍了变电站主要应用的通信网络，主要有 RS-422/485 接口总线网、CAN 现场总线网、以太网，以及变电站通信的主要内容，包括变电站内部各部分之间的信息传递和变电站与操作控制中心的信息传递。

【关键词】 变电站综合自动化 网络通信技术 应用

1 通信网络结构

1.1 通信网络要求

变电站自动化系统的数据通信模块极为重要，高性价比、高可靠度的数据通信能力成为衡量系统性能的主要标尺。考虑到变电站运行环境的特殊性和自动化系统的严格要求，变电站自动化系统的数据网络需要具备以下几个功能：（1）动态响应迅速，延迟小；（2）足够的可靠性和稳定性；（3）良好的电磁抗干扰能力；（4）分层结构。

1.2 通信网络结构

变电站综合自动化系统的基本架构一般由三部分组成（如图1），分别是：（1）间隔层。提供基本的连接和区域划分服务，与现场一次设备的信号源和控制模块相连，其覆盖面很广，包括继电保护模块、测试控制装置、自动反馈模块、应急自切断装置和其他附属装备；（2）网络层。提供数据传输通道，完成间隔层和变电站层之间的数据通信和传送；（3）变电站层。完成SCADA及变电站整体调度管理任务，并具备一定的辅助功能，为变电站工程师、电网调度员、电网运行监理人员提供必要的参考。图1显示出网络层在这个体系中扮演着中流砥柱的角色。

2 主要应用的通信网络

通信网络将变电站内的各设备、各种分散的组件融合成一个相辅相成、协同合作的有机整体，并建立起它们与外部系统的良好联系性。网络拓扑结构、通信媒介和通信控制策略是描述通信网络的主要参数。以下将对目前主流通信网络技术进行阐述。

2.1 RS-422/485 接口总线网

专用总控单元管理模块负责该通信系统的调度，它直接建立起与分布保护测控装置的连接，或者藉由保护管理机间接与中高压线路保护装置、变压器装置完成数据通信，实时收集系统运行数据和保护信息。另外，其外部接口能力良好，可与电能表、直流触摸屏、同步装置等完成直接通信连接。总控单元具备RS-232/422/485等多种通信标准接口。设置成RS-232模式时，每个接口有且只有一台装置；设置成RS-422/485模式时，接口容量大幅增加，每个接口可以接64个装置，但这些装置的通信规约必须相同。总控装置将采集到的数据按照不同规约发送给远方调度和当地总控室，可以同时向多个调度室发送不同规约的报文，并接收远方调度和当地监控机发出的控制信号指令，再转发给测控保护装置输出执行动作。

2.2 现场总线网

现场总线网呈现分布式网络结构，属于串行通信网络，其网络布局与RS-422/485类似，也采用通信控制单元作为连接核心，建立起间隔设备层、后台监控系统和远端调度设备的归一化结构，完成大规模数据通信、命令交换、采集分析变电站各类实时数据，以不同规约、通过不同通信介质发往调度方，同时接受来自调度室的控制指令，再转发给变电站内的其他间隔层设备。现场总线一般采用双击交互式通信方式，互为监视，形成自锁，确保足够的安全可靠性。

2.3 以太网

历经二十余载的发展，凭借自身优越的性能、良好的适用性，以太网已成为网络连接的标准，在工业控制领域得到了广泛应用。

变电站层一般采用百兆以太网，间隔层使用十兆以太网。间隔层内具有以太网接口的的设备直接连入以太网系统，其他设备借助规约转换、测控装置或低压保护装置接入间隔层以太网。设备的位置规划依据其原本的物理位置和最佳间隔分布规律，连接到最合适的间隔层集线器，再将各集线器接入上层变电站的总集线器，进而将所有间隔层设备连接到了变电站层。如果变电站的自动化系统可靠性要求很高，为确保发生故障时不至于损失系统功能，可采用双重化以太网。某些变电站站点众多，此时还可以采用交换型集线器，划分间隔层为若干个子网，将每个冲突域的站点数量控制在一定规模内，保证系统有良好的数据传输速率。

2.4 双网通信

网络通信拓扑包括星型、总线型、环型和混合型。星型拓扑结构的任意一个连接只涉及一个站点，访问控制介质的方法简单易行，访问协议也很简单。这带来的好处是单一站点故障只会对某一个站点产生影响，不会影响全网。正因为如此，星形拓扑在变电站网络通信结构中得到了大量应用。但星型拓扑对Hub要求很高，一旦Hub发生意外故障，全网立刻瘫痪，为保证通信安全，双网通信应运而生。

目前，在传输层和应用层还没有标准双网通信规约，国内外双网装置以双网冗余传送为主，在传输层和应用层分别采用UDP协议和DNP3.0协议，数据在双网上完成传送。有两种方式可避免其他设备接收双网数据时的冗余重复处理问题。

（1）收到数据后，先与缓存数据进行比对，如果缓存没有则继续操作，否则放弃操作。该方案占用CPU资源较多，影响数据处理速度；（2）只处理A网数据，丢弃所有B网数据，将B网置于备用选项。A网一旦发生断路或数据阻塞，发生时间溢出后，再切换到备用网络，使A网处于调整恢复状态。这种模式的弊端是，网络切换过程中有可能造成数据包的丢包现象。

参考文献：

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