厂站数据网络双平面接入研究 满足电网调度信息可靠

一、目的和意义

随着电网调度数据通信专网的建立和完善，网络通信的高速、可靠、低成本已经显示出明显的优势，使用网络进行电力数据通信已经是大势所趋。

新一代智能调度技术支持系统(SG-OSS)的建立，对调度数据网络运行的安全性提出了更高要求。要满足电网调度信息传输的可靠性要求，对现有厂站业务数据进行网络双平面传输的改造，已经势在必行。

在我国电网中，还有不少变电站和发电厂远动(RTU/监控系统)、功角测量、电量计费、即时信息系统、保护信息子站，还在使用着低速的串口通信和老的通信规约，不但数据传输速度提不上去，误码率也较高，面对已经完善的调度数据专网，这些变电站却无法利用这条信息高速通道，原因如下：

1、 硬件方面：老的厂站RTU或测控单元型号多，厂家杂，串口遵循多种标准，无法即插即用;没有网口;

软件方面：多种操作系统平台;多种串口通信规约，同种规约有多个版本;所采集数据的类、数据的顺序、以及数据的量、数据的位宽、信息体的长度等等都有不同;

2、 虽然变电站到调度端的信道已经具备了网络传输条件，但原有变电站内的设备，存在着各种物理接口、不同规约、以及不同厂家的多种软硬件版本自成体系，即使有了网口，也无法做到插上就通;

有了信息高速公路却不能用，大家仍然挤在狭窄的串口通道上，这是很不合理的。解决的办法，就是要使厂站设备的软硬件接口及其规约，符合现有调度通信网络及主站在规约方面的要求，这就需要对现有厂站设备的通信接口、通信软件、以及规约版本，进行调整和整合，使得从调度主站端看过去，像是一台使用网络通信并符合主站规约及其版本的设备一样。

这样，厂站侧设备的数据，就能走上网络通信这条高速公路，高效、可靠地完成数据传送的任务。

要实现以上转变，必须研制一款符合上位(调度主站)条件和下位(采集装置)设备当前条件的、具有双平面传输能力的通信服务器，使得在不改变上下位通信条件的情况下，厂站的所有设备实现网络化数据传输。

该设备如果研制成功，将为我国电网的中低压变电站的通信改造，找到一条低成本实施的道路，实现所有变电站数据的网络传输。

二、 国内外研究现状

由于技术方向的趋同性，在国外，同样的问题也是存在的，这就是国际电工委员会(IEC)提出电力信息互联的新标准IEC-61850-8/9的原因，这一标准在理论上是很具前瞻性的，但实际执行中有许多技术困难目前还无法解决。

首先，它是一个过程层-间隔层-站控层的全网络化通信的三层模型，要实现这种网络构造，首先要求各个设备必须是网络口的，并且要求具备全电子化的智能传感器。

对于新建厂站，在新设备遵循其通信标准的前提下，可以一步到位地实现;而对于老的厂站，几乎没有可能满足这些条件，这是困难之一。

第二，国内的测控装置所遵循的IEC-103规约，是一个定义松散的标准，事实上现在各个厂家生产的测控单元的数据结构，多达数百种，基本上是一个产品一种规约，要实现上述IEC-61850-8/9的互联，几乎没有可能。

所以总体上说，IEC-61850-8/9的互联标准，只是指出了今后发展的方向，以便在新建厂站的设计中，逐步推广和采用。

就国内而言，目前还没有一种设备符合上述老厂站通信网络化的要求，因此，我们提出带规约功能通信服务器的概念，既考虑了历史上遗留下来的当前厂站设备的现状，又能满足全电网数据传输网络化的要求，在国内尚处于领先地位。

三、 方案的可行性分析

对于在各个不同时期投运、并且现在正在运行的设备，要对它们本身直接进行硬件或软件的改造是不现实的，比如：

1、 更换老设备为带有网口的新设备，不但成本高，改造的工程量也很大，是不可行的;

2、 给各个设备添加独立的网口转换装置后上送，不但要改动所有的在线运行设备，而且转换口各自独立，有的还需要独立电源，整体性差，也不利于现场管理，因而也是不可行的;

3、 如果考虑到各个采集设备与主站的规约匹配，那么还有更改这些在线设备的规约软件和版本的工作，对现场设备来说是一种伤筋动骨的变动，不但现场调试的工作量很大，而且会影响现有设备的当前运行，也是不可行的;

4、 综合以上，我们的方案是：添加一款中间设备，即带规约功能的通信服务器，使得这个中间设备不论是软件还是硬件接口，它的上位端，符合调度主站的网络通信标准，以及相匹配的规约和版本;它的下位端，配置多种不同的接口，以适合现有运行设备的硬件标准和相关规约及版本。显而易见，这是唯一简单可行的办法。当然，这里面一定会牵涉到所传送的数据要在不同的规约之间进行转换的问题。

这种具有双平面传输能力的带规约功能的通信服务器，具体要满足下列指标：

1、 上位端，配备4个或以上RJ45网络口，符合ETHERNET标准;

2、 与主站的通信规约为：IEC-104(2002以上版本);

3、 下位端：配备8个或以上RS232/RS485/RS422串口;

4、 规约方面，可选：CDT(2002版本);

DISA(最新版);

IEC-101(2002以上版本);

其它规约也可备选;

5、 串口具有防雷抗电磁干扰功能;

6、 各个物理接口在结构上，可以模块化灵活配置;

7、 规约可以根据现场需要用定制下载的方式配置;

8、 设备的机械安装可以是桌面式的或19”机架式的;

四、理论与实践的可行性依据

理论依据：考虑到各个厂站的设备种类和配置规模的不同，这种通信服务器必须具有对所有厂站普适的能力，因此，概念设计的要求是：对现有设备不指定具体的物理接口，只须遵循通用的串口或网口的标准即可;对规约的要求仅仅是遵循目前国内市场上的主流规约，对于特殊的规约可以个别处理。

实践依据：串口/网口的物理转换已经是目前的实用化技术，但目前市场上没有相应的集成化产品;规约的转换已经有运行的先例，原理上不存在问题，但会受到数据类型不同的限制。对于相同的数据类型，转换不存在障碍。

五、主要的研究内容和实施方案

主要的研究内容：

1、 硬件方面：将足够的不同类型的串口和网口集成到单一的设备之中，并符合通用的国家电力(DL)标准;

2、 对相同的数据类型实现通信规约的转换;

3、 上位通信满足调度数据专网的要求和调度主站的规约一致性，下位通信则要满足现有厂站设备的硬件、软件接口和规约版本。

实施方案：

1、 硬件结构，拟采用通用的标准模块;

2、 软件方面，内置LINUX操作系统平台;

3、 规约方面，采用灵活配置的下载方式;

这是一款集适当的硬件和软件于一体的具有针对性功能的设备，对于面广量大的老的变电站网络化通信改造，具有普遍的推广意义;

由于灵活配置的下载式规约软件，内置式规约转换等功能，使从外部看上去，所有运行设备都没变，但已经实现了电站的网络化通信。

本方案取得成功以后，将为变电站通信网络的智能化改造找到一条实用化的思路和模式，并开发出一类适合于上下位端口要求的通信装置，包括硬件和软件，为我国电网中还没有实现双平面网络通信的变电站改造提供一套完整的思路和相应的设备。

当然，实施过程中也会遇到一些工程上的难点，比如：变电站早期投运的各类设备四世同堂，各自遵循着不同的标准和接口，而且每一个变电站都是不一样的。这就使得软硬件的开发往往是具体针对性的，不能方便地覆盖所有变电站，从而增加开发工作量和工时成本。不过在产品设计中，已经最大限度地考虑了普适性，可能的情况是选择好产品系列中最适合的一款以后，在此基础上进行一些小的改动。

另外，对于实时运行的变电站，做试验具有很高的机会成本，基本上要做到一次就能成功，几乎不可能有反复修改的机会。

对于上述问题，根据我们多年的工程经验，有充分的把握可以解决，从而实现所有变电站的网络化数据传输。

六、结论

本项目的实施成功，将为110kV及以下等级的中压变电站的网络化通信改造，找到一条切实可行的道路。

目前，我国的110kV及35kV变电站数以万计，在网络通信日益成熟和普及的今天，对这些变电站进行网络化通信改造已经是大势所趋，本方案的设计思路将具有很好的启发性和推广价值。

【参考文献】：

[1]吴连杰，林中达，基于IEC60870-5-104远动规约的通信技术在电厂SIS系统中的应用，工业控制计算机，2008,21,8

[2]刘会平，王倩，唐蕾，开放式多规约OPC通讯服务器的研究和设计，计算机工程与设计，2003,04