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ACS880-07C
關(guān)注中國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先行者!
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案例頻道

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用前景分析
  • 企業(yè):控制網(wǎng)     領(lǐng)域:運(yùn)動(dòng)控制與伺服系統(tǒng)     行業(yè):安防    
  • 點(diǎn)擊數(shù):2360     發(fā)布時(shí)間:2008-04-13 14:48:56
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    王軍平(1971-)
男,河南人,畢業(yè)于河南焦作礦業(yè)學(xué)院,工程師,現(xiàn)就職于廣州市地下鐵道總公司,長(zhǎng)期從事軌道交通供電系統(tǒng)管理工作。

摘要:本文總結(jié)了城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀以及不足之處,分析了IEC 61850新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)與特點(diǎn)。通過(guò)分析比較表明,IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在消除以往技術(shù)不足的基礎(chǔ)上,可提高整個(gè)系統(tǒng)的性能,為系統(tǒng)的調(diào)試、測(cè)試以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供了有力支持,是一個(gè)適合在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的新技術(shù)。經(jīng)過(guò)不斷研究和在應(yīng)用過(guò)程經(jīng)驗(yàn)總結(jié),IEC61850新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)在電力監(jiān)控系統(tǒng)中的成熟應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:IEC61850;城市軌道交通, 電力監(jiān)控系統(tǒng);通訊處理單元

Abstract: In this paper, the state of art of PSCADA (Power Supervisory Control and Data Acquisition) technology is reviewed by analyzing the features and applications of the new technology of IEC61850. It is concluded that the technology of IEC61850 is suitable for application in urban transit PSCADA system. IEC61850 can overcome the disadvantages of previousl technology and improves the performance of whole system, which shows great advantages in engineering debugging, test and operation maintenance process. As a newly introduced technology, this paper points out that the IEC61850 can be widely applied in urban transit system based on ongoing research and practical application experience.

Key words: IEC6850;urban transit;PSCADA;communication processing unit

1  引言

    隨著我國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷提高,我國(guó)城市軌道交通行業(yè)得到了飛速的發(fā)展,北京、廣州、深圳、天津、成都、重慶、大連、武漢等全國(guó)大型城市軌道交通項(xiàng)目紛紛上馬進(jìn)行建設(shè)。在這些大城市中,一條條地鐵、城鐵構(gòu)成了城市中新的交通脈絡(luò)。為城市的運(yùn)轉(zhuǎn)提供了強(qiáng)有力的支持。

    具有現(xiàn)代化技術(shù)特點(diǎn)的城市軌道交通自動(dòng)化系統(tǒng)是控制這些脈絡(luò)的核心與中樞。其引導(dǎo)著國(guó)內(nèi)大型綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)潮流和方向。其中最具代表的就是具有城市軌道交通特色的電力監(jiān)控系統(tǒng)。它運(yùn)用國(guó)內(nèi)外最新的通訊控制技術(shù),改進(jìn)其通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu),升級(jí)演化出具有鮮明特點(diǎn)的電力監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)今代表國(guó)際最新技術(shù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)提出了實(shí)現(xiàn)“即插即用”,在工業(yè)控制通信上實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”為城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)指明了未來(lái)發(fā)展的方向。

2  城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

    現(xiàn)代化的城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)有其鮮明的特點(diǎn)。其中最突出的特點(diǎn)是分層分布式的構(gòu)成方式、大量快速的數(shù)據(jù)傳輸與處理、頻繁且有規(guī)律的控制、多樣的間隔層設(shè)備通訊接口方式,以及無(wú)人值守的運(yùn)營(yíng)方式。

    2.1 全線電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成方式:分層分布式



圖1 全線電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

    如圖1所示,整個(gè)系統(tǒng)由設(shè)置在控制中心的中央級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)層、設(shè)置在各車(chē)站變電所的車(chē)站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)層、以及連接兩層監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。從而實(shí)現(xiàn)全范圍的綜合監(jiān)視與協(xié)調(diào)控制。其間的通訊方式全部采用以太網(wǎng)通訊方式,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架大多采用穩(wěn)定性強(qiáng)的光纖環(huán)網(wǎng)。

    2.2 變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成方式:分層分布式



圖2 變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

    變電所內(nèi)電力監(jiān)控系統(tǒng)也采用分層分布式方式,由所內(nèi)管理層、間隔層通訊網(wǎng)絡(luò)、間隔層設(shè)備構(gòu)成。所內(nèi)管理層內(nèi)設(shè)置通訊管理單元通過(guò)所內(nèi)通訊網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)間隔層設(shè)備的監(jiān)控。通訊管理單元可提供以太網(wǎng)、串行總線等多種通訊方式。

    2.3 大量的數(shù)據(jù)信息以及更快速的傳遞方式

    城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)需要大量的數(shù)據(jù)對(duì)本線路內(nèi)各車(chē)站和供電區(qū)間的供電情況、用電情況、事故信息、故障處理等進(jìn)行分析和緊急處理,同時(shí)其使用的間隔層設(shè)備大都是采用業(yè)內(nèi)最新技術(shù)的智能設(shè)備,本身可采集和運(yùn)算產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息,供監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通常一個(gè)典型牽引降壓混合變電所具有1500~2000點(diǎn)的數(shù)據(jù)量,一個(gè)典型降壓所有1000~1200點(diǎn)的數(shù)據(jù)量。如廣州地鐵三號(hào)線工程電力監(jiān)控系統(tǒng)全線就有35000點(diǎn)以上的物理點(diǎn)傳輸。大量的數(shù)據(jù)傳輸,運(yùn)算分析,以及事故的快速應(yīng)變處理決定了軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)比傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)具有更加快速的傳遞處理方式和處理能力。

    2.4 頻繁的操作以及有規(guī)律的操作方式

    和傳統(tǒng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)不同,城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)每天幾乎都要進(jìn)行大量的操作,如夜間停車(chē)后全線接觸網(wǎng)要停電操作,軌道內(nèi)進(jìn)行日常檢修工作,早上發(fā)車(chē)前全線接觸網(wǎng)要進(jìn)行送電操作。這些操作頻繁而有規(guī)律,在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中大量使用了程控操作方式,每張程控卡片可批量進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制,同時(shí)也具備控制條件運(yùn)算等多種功能。大量且頻繁的操作決定了軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)具有更強(qiáng)的準(zhǔn)確性。

    2.5 多樣的間隔層設(shè)備單元和通訊方式

    軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)間隔層設(shè)備大多采用業(yè)內(nèi)最新的數(shù)字電力技術(shù)的智能保護(hù)監(jiān)控單元,其通訊方式及采用規(guī)約也多種多樣,如IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、部頒CDT(DL-45-91),Modbus,Canbus,Spabus,Profibus等。間隔層設(shè)備多種多樣的規(guī)約和通訊方式,要求管理層通訊管理機(jī)具有強(qiáng)大的接入功能和處理能力。目前一般采用兩種方式來(lái)處理該問(wèn)題。一種是對(duì)間隔層設(shè)備設(shè)置通訊轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的接口方式接入到管理層通訊處理單元;還有一種是管理層通訊處理單元提供各種通訊接口直接接入間隔層設(shè)備。

    2.6 無(wú)人值守的運(yùn)營(yíng)方式

    在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中,全部車(chē)站變電所均采用了無(wú)人值守的運(yùn)營(yíng)方式,系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行,由運(yùn)營(yíng)人員定期進(jìn)行檢查維護(hù)。采用該種運(yùn)營(yíng)方式?jīng)Q定了城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和免維護(hù)性。

3  城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的不足之處

    綜合城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀,從系統(tǒng)構(gòu)成和運(yùn)營(yíng)方式來(lái)說(shuō),其已經(jīng)構(gòu)成了成熟穩(wěn)定體系,但是從工程的實(shí)施、調(diào)試以及長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)維護(hù)角度來(lái)說(shuō),還是存在一些不足。

    3.1 間隔層設(shè)備接口協(xié)議多樣

    在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中,各間隔層智能保護(hù)設(shè)備一般采用分別招標(biāo)施工的方式,如高壓保護(hù)設(shè)備采用一個(gè)廠家的設(shè)備,直流保護(hù)設(shè)備采用另外一個(gè)廠家的設(shè)備,一個(gè)車(chē)站變電所內(nèi)具有10種左右的間隔層設(shè)備。而各個(gè)廠家設(shè)備往往采用不同的接口協(xié)議,或者即使是采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議各個(gè)廠家也對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有各自的解釋方式和優(yōu)化升級(jí)。協(xié)議的不同造成電力監(jiān)控系統(tǒng)通訊處理單元要進(jìn)行定制處理,其又伴隨了大量的測(cè)試、調(diào)試工作,對(duì)工程的實(shí)施極為不利。系統(tǒng)投運(yùn)后協(xié)議的多樣也對(duì)運(yùn)營(yíng)人員能力提出了較高要求,對(duì)維護(hù)工作造成了困難。

    3.2 間隔層設(shè)備通訊方式多樣

    采用不同廠家的間隔層設(shè)備也造成了通訊鏈路方式的多樣,往往一個(gè)車(chē)站變電所間隔層具有以太網(wǎng)、串行總線、DP總線、CAN總線等多種通訊總線方式,這就對(duì)通訊處理單元提出了同時(shí)具備這些總線方式的高標(biāo)準(zhǔn)、高要求。而通訊處理單元是變電所通訊處理的中樞,通訊處理單元在完成這個(gè)要求的同時(shí),其自身的穩(wěn)定性、可靠性就成了一個(gè)問(wèn)題。也就對(duì)日后運(yùn)營(yíng)人員的維護(hù)工作造成了麻煩。

    3.3 面向測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)描述方式

    現(xiàn)今城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)仍是采用面向點(diǎn)的數(shù)據(jù)描述方式,在信息傳輸時(shí),數(shù)據(jù)收發(fā)雙方對(duì)數(shù)據(jù)格式和語(yǔ)義進(jìn)行約定,才能正確反映現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài),要增加或刪除某些信息需要對(duì)傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行更改。城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)點(diǎn)大大多于同等規(guī)模的電力監(jiān)控系統(tǒng),且車(chē)站調(diào)試和中心調(diào)試由于建設(shè)的分期性往往分開(kāi)進(jìn)行,也就意味著同等數(shù)據(jù)量往往要調(diào)試2~3遍。而車(chē)站建成后往往馬上通車(chē)試運(yùn)行,控制中心和車(chē)站的聯(lián)合調(diào)試工作就只能晚間請(qǐng)令進(jìn)行。所以面向點(diǎn)的數(shù)據(jù)描述方式制約了工程實(shí)施和調(diào)試的進(jìn)度,而投運(yùn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)工作也給運(yùn)營(yíng)人員增加了難度。

    3.4 大量數(shù)據(jù)的傳輸和性能要求較高

    城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)中有大量的數(shù)據(jù)傳輸和頻繁的控制操作,其性能要求也比傳統(tǒng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)要高。在變電所系統(tǒng)為處理各間隔層設(shè)備接口而設(shè)置的通訊處理設(shè)備,協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備等,進(jìn)行接口方式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理也要占用一定的時(shí)間和資源,這對(duì)監(jiān)控整體性能是個(gè)制約。同時(shí)也給維護(hù)工作添加了新的故障點(diǎn)。

    綜上這些因素城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)要想得到更快、更穩(wěn)定、更開(kāi)放、更統(tǒng)一的系統(tǒng)性能,就必須進(jìn)行新的嘗試,代表國(guó)內(nèi)外最新技術(shù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)可以彌補(bǔ)這些不足,提高系統(tǒng)性能。

4  IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的制定和特點(diǎn)

    4.1 標(biāo)準(zhǔn)的制定

    IEC61850是國(guó)際電工委員會(huì)TC57工作組制定的《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn),為基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),也是國(guó)家電力行業(yè)最新相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。IEC61850制定的思路是:節(jié)約帶寬,工程實(shí)現(xiàn)方便;面向設(shè)備;滿(mǎn)足應(yīng)用技術(shù)迅猛發(fā)展要求;應(yīng)對(duì)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。

    自從1994年,德國(guó)國(guó)家委員會(huì)提出統(tǒng)一通訊協(xié)議的設(shè)想,1998年IEC、IEEE和美國(guó)EPRI達(dá)成共識(shí),由IEC牽頭,以美國(guó)UCA2.0為基礎(chǔ),制定一個(gè)全世界通用的變電站自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn), 其后IECTC95工作組研究IEC61850及其數(shù)據(jù)模型。1999年IECTC57京都會(huì)議和2000年SPAG會(huì)議上都提出IEC61850作為無(wú)縫通信標(biāo)準(zhǔn)。1999年8月IEC SB1成立配電自動(dòng)化工作組, 指出要開(kāi)展無(wú)縫通信, 統(tǒng)一數(shù)據(jù)建模,更多配電專(zhuān)家參與標(biāo)準(zhǔn)制定。在IECTC57工作組2002年北京會(huì)議上,指出今后的工作方向?yàn)椋鹤非蟋F(xiàn)代技術(shù)水平的通信體系,實(shí)現(xiàn)完全的互操作性,體系向下兼容,基于現(xiàn)代技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)信息和通信技術(shù)平臺(tái), 在IT系統(tǒng)和軟件應(yīng)用通過(guò)數(shù)據(jù)交換接口標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式系統(tǒng),例如變電站通信標(biāo)準(zhǔn)用于所有類(lèi)型的分布式SCADA系統(tǒng)。IEC61850不僅用于變電站內(nèi)通信,而且用于變電站和控制中心通信。

    IEC61850標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)多年的醞釀和討論于2003年內(nèi)正式發(fā)布部分內(nèi)容。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)定義為變電站網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn),也將成為電力系統(tǒng)中從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、配電自動(dòng)化無(wú)縫自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn),還可望成為通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的工業(yè)控制通信標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前, 生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品的國(guó)外各大公司都在圍繞IEC61850 開(kāi)展工作,并提出IEC61850的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)“即插即用”,在工業(yè)控制通信上最終實(shí)現(xiàn)“一個(gè)世界、一種技術(shù)、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)”。

    4.2 標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)

    IEC61850的主要特點(diǎn)是面向?qū)ο蠼!⒊橄笸ㄐ欧?wù)接口、面向?qū)崟r(shí)的服務(wù)、配置語(yǔ)言、整個(gè)電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模。

    其優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)在:分層的智能電子設(shè)備和變電站自動(dòng)化系統(tǒng),滿(mǎn)足實(shí)時(shí)信息傳輸要求的服務(wù)模型,采用抽象通信服務(wù)接口、特定通信服務(wù)映射,以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。采用對(duì)象建模技術(shù),面向設(shè)備建模和自我描述,以適應(yīng)功能擴(kuò)展,滿(mǎn)足應(yīng)用開(kāi)放互操作要求,采用配置語(yǔ)言,在信息源定義數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)屬性,傳輸采樣測(cè)量值。IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)還包括變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)總體要求、系統(tǒng)和工程管理、一致性測(cè)試等。

    * 信息分層

    變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850標(biāo)準(zhǔn)草案提出了變電站內(nèi)信息分層的概念,無(wú)論從邏輯概念上還是從物理概念上,都將變電站的通信體系分為3個(gè)層次,即變電站層、間隔層和過(guò)程層,并且定義了層和層之間的通信接口,如下圖所示。



圖3 信息分層的變電店自動(dòng)化系統(tǒng)

    * 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建模

    IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮慕<夹g(shù),定義了基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型。每個(gè)IED包含一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器,每個(gè)服務(wù)器本身又包含一個(gè)或多個(gè)邏輯設(shè)備。邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點(diǎn),邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)對(duì)象。數(shù)據(jù)對(duì)象則是由數(shù)據(jù)屬性構(gòu)成的公用數(shù)據(jù)類(lèi)的命名實(shí)例。從通信而言,IED同時(shí)也扮演客戶(hù)的角色。任何一個(gè)客戶(hù)可通過(guò)抽象通信服務(wù)接口(ACSI)和服務(wù)器通信可訪問(wèn)數(shù)據(jù)對(duì)象,如下圖所示。



圖4 服務(wù)器中典型數(shù)氫模型分層結(jié)構(gòu)

    * 數(shù)據(jù)自描述

    與IEC-60870-5系列標(biāo)準(zhǔn)采用面向測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)描述方法不同,IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于信息均采用的對(duì)象化的描述方式。在數(shù)據(jù)源就對(duì)監(jiān)控對(duì)象本身進(jìn)行自我描述,承擔(dān)數(shù)據(jù)使用者的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件可利用這些描述信息自動(dòng)構(gòu)建數(shù)據(jù)對(duì)象的副本,不需要再進(jìn)行工程物理量對(duì)應(yīng)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。由于數(shù)據(jù)本身帶有說(shuō)明,所以傳輸時(shí)可以不受預(yù)先定義限制,簡(jiǎn)化了對(duì)數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)工作。為此,IEC61850標(biāo)準(zhǔn)提供了一整套面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述方法。

    IEC-61850對(duì)象名稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)定義了采用設(shè)備名、邏輯節(jié)點(diǎn)名、實(shí)例編號(hào)和數(shù)據(jù)類(lèi)名建立對(duì)象名的命名規(guī)則。定義了對(duì)象之間的通信服務(wù),如獲取和設(shè)定對(duì)象值的通信服務(wù),取得對(duì)象名列表的通信服務(wù),獲得數(shù)據(jù)對(duì)象值列表的服務(wù)等。

    * 抽象通信服務(wù)接口(ACSI)

    IEC61850標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)了變電站內(nèi)信息傳輸所必需的通信服務(wù),設(shè)計(jì)了獨(dú)立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口(Abstract Communi-cation Service Interface,ACSI)。在IEC61850-7-2中,建立了標(biāo)準(zhǔn)兼容服務(wù)器所必須提供的通信服務(wù)的模型,包括服務(wù)器模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點(diǎn)模型、數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)集模型。客戶(hù)通過(guò) ACSI,由專(zhuān)用通信服務(wù)映射(Specific Communi-cation Service Map,SCSM)映射到所采用的具體協(xié)議棧,如制造報(bào)文規(guī)范(Manufacturing Message Specification,MMS)等。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)使用ACSI和SCSM技術(shù),解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾,即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展時(shí)只要改動(dòng)SCSM,而不需要修改 ACSI。

    * 基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站內(nèi)通信系統(tǒng)框架模型

    作為變電站自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),IEC61850主要強(qiáng)調(diào)面向?qū)ο蟮慕:蛯?duì)基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用數(shù)據(jù)交換的定義。一典型變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的通信系統(tǒng)框架模型如下圖所示。



圖5   IEC 61850 變電站自動(dòng)化通信系統(tǒng)框架

    物理層/數(shù)據(jù)鏈路層:選擇以太網(wǎng)作為通信系統(tǒng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的主要原因是以太網(wǎng)在技術(shù)和市場(chǎng)上已處于主流地位。另外,隨著快速以太網(wǎng)、G-比特以太網(wǎng)技術(shù)逐步成熟,對(duì)變電站自動(dòng)化應(yīng)用而言,網(wǎng)絡(luò)帶寬已不再是制約因素,由沖撞引起的傳輸延時(shí)隨機(jī)性問(wèn)題已淡化。

    網(wǎng)絡(luò)層/傳輸層:選擇事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議作為站內(nèi)IED的高層接口,實(shí)現(xiàn)站內(nèi)IED的Intranet/Internet化,使得站內(nèi)IED的數(shù)據(jù)收發(fā)都能以 TCP/IP方式進(jìn)行。這樣,監(jiān)控主站或遠(yuǎn)方調(diào)度中心采用TCP/IP協(xié)議就可以通過(guò)廣域網(wǎng)(WAN)甚至Internet獲得變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)。同時(shí),采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式可以保證站內(nèi)IED具有良好的互操作性。

    應(yīng)用層:選擇制造報(bào)文規(guī)范(MMS)作為應(yīng)用層協(xié)議與變電站控制系統(tǒng)通信。所有IED中基于IEC61850建立的對(duì)象和服務(wù)模型都被映射成MMS中通用的對(duì)象和服務(wù),如數(shù)據(jù)對(duì)象的讀、寫(xiě)、定義和創(chuàng)建以及文件操作等。MMS對(duì)面向?qū)ο髷?shù)據(jù)定義的支持,使該數(shù)據(jù)自描述成為可能,改變了傳統(tǒng)的面向點(diǎn)的數(shù)據(jù)描述方法。因數(shù)據(jù)本身帶有說(shuō)明,故傳輸可不受預(yù)先定義的限制,簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)管理和維護(hù)工作。以太網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)和MMS結(jié)合,加之IEC61850的應(yīng)用描述,是將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)變成開(kāi)放系統(tǒng)的一可能實(shí)現(xiàn)的途徑。

    IEC61850協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)典型的分層協(xié)議實(shí)現(xiàn)。以映射到制造報(bào)文規(guī)范(MMS)為例,表1給出了各分層標(biāo)準(zhǔn)。

    表1

5 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的作用分析

    到今日,IEC61850標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)快速普及發(fā)展的階段,國(guó)內(nèi)外相關(guān)廠家都在積極推出采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)產(chǎn)品,業(yè)內(nèi)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)變電所監(jiān)控系統(tǒng)也相繼落成,這些都為采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建大型監(jiān)控系統(tǒng)提供了理論支持、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及設(shè)備保證。而城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)可為其提供最好的平臺(tái)展示其強(qiáng)大功能。

    5.1 地域特點(diǎn)和系統(tǒng)構(gòu)成方式為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)提供了平臺(tái)

    首先,國(guó)內(nèi)城市的城市軌道大都每條線路建設(shè)一個(gè)單獨(dú)的監(jiān)控系統(tǒng),其車(chē)站變電所更是分布在一個(gè)相對(duì)小的地域內(nèi),這對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用初期的調(diào)試和組網(wǎng)提供了便利的條件,且其系統(tǒng)規(guī)模也十分適合于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用現(xiàn)狀。

    IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有明確規(guī)定其采用的通訊方式,但是要實(shí)現(xiàn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的全部功能,使其優(yōu)點(diǎn)得以充分體現(xiàn),需要一個(gè)快速的傳遞通道。城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖以太網(wǎng)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,為IEC61850標(biāo)準(zhǔn)功能提供了一個(gè)完美展現(xiàn)的舞臺(tái)。

    5.2 數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)獲取減少了數(shù)據(jù)的維護(hù)量,提高了正確性

    IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)自描述方式,在數(shù)據(jù)源就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自我描述,傳輸?shù)浇邮辗降臄?shù)據(jù)都帶有自我說(shuō)明,不需要再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行物理量對(duì)應(yīng)、標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作。支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)可根據(jù)數(shù)據(jù)源情況自動(dòng)建模,自動(dòng)跟新,不受預(yù)先定義的限制進(jìn)行傳輸,簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)管理和維護(hù)工作,且提高了數(shù)據(jù)正確性。

    5.3 間隔層設(shè)備升級(jí)和接入方案

    IEC61850標(biāo)準(zhǔn)也是各變電所各間隔層設(shè)備廠家對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和升級(jí)換代的目標(biāo),目前國(guó)外各大廠家如ABB,西門(mén)子等公司均推出了采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備,只是在國(guó)內(nèi)沒(méi)有大量的應(yīng)用。但其小范圍應(yīng)用的系統(tǒng)性能得到了業(yè)內(nèi)的一致好評(píng)。 而城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)如采用了IEC61850標(biāo)準(zhǔn),和變電所間隔層設(shè)備緊密地結(jié)合在一起,系統(tǒng)性能將得到提升。同時(shí)可減少接口眾多所造成的開(kāi)發(fā)、調(diào)試、維護(hù)工作量。

    在系統(tǒng)過(guò)渡期,變電所內(nèi)仍可能存在不能采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的間隔層設(shè)備,我們可采用配置協(xié)議轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換、監(jiān)控系統(tǒng)中采用公用數(shù)據(jù)庫(kù)與各種協(xié)議數(shù)據(jù)庫(kù)映射的方法進(jìn)行設(shè)備接入,從而實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)一種標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo),提高監(jiān)控系統(tǒng)性能,也促進(jìn)間隔層設(shè)備的升級(jí)換代。

    5.4 通訊處理單元最終消失

    如果各車(chē)站變電所間隔層設(shè)備全部采用了IEC61850標(biāo)準(zhǔn),變電所管理層通訊處理單元也就沒(méi)有了實(shí)際存在的意義,可換成兩臺(tái)冗余的光纖以太網(wǎng)交換機(jī),直接接入到骨干網(wǎng)中,由控制中心服務(wù)器直接完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。而交換機(jī)作為成熟產(chǎn)品,其穩(wěn)定性和可維護(hù)性無(wú)疑高于通訊處理單元,從而可提高整個(gè)城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性,減少了運(yùn)營(yíng)人員的維護(hù)工作量。

6 結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)上述闡述,IEC61850標(biāo)準(zhǔn)可以與城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)相結(jié)合,彌補(bǔ)其不足,提高其性能,十分適合于城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng),是城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的方向。盡管這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的普及推廣及完全基于其上的城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)的最終成型,還是需要一個(gè)時(shí)間過(guò)程,但隨著業(yè)內(nèi)在技術(shù)和認(rèn)識(shí)方面普遍水平的提高,這個(gè)過(guò)程不會(huì)太長(zhǎng),相信不久之后我們就將迎來(lái)一個(gè)嶄新的城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)。

作者信息:

    王軍平(西南科技大學(xué) 信息工程學(xué)院,四川  綿陽(yáng)  621002)

    趙赫男,王存毅(北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司, 北京  100096)

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