江蘇電網(wǎng)EMS中網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用

　　0引言
　　
　　隨著江蘇電網(wǎng)的迅速發(fā)展和電力系統(tǒng)應(yīng)用需求的不斷增加，系統(tǒng)對信息量的需求大幅度增加，原有的遠(yuǎn)動通信方式已很難滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。由于江蘇電網(wǎng)220kV變電站數(shù)量較多，因而大量采用CDT協(xié)議，由地調(diào)向省調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)信息。CDT協(xié)議的設(shè)計(jì)初衷是為了盡可能減少傳輸帶寬的占用和降低傳輸雙方的處理難度，以適應(yīng)過去有限的通信和計(jì)算機(jī)資源，但存在著以下幾個問題：①信息容量有限。CDT協(xié)議的信息字長僅為6字節(jié)，其中5字節(jié)直接攜帶地址信息和數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)致可以支持的地址空間十分有限，無法適應(yīng)大型地調(diào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的需求。目前，我們常常采用增加通道的方法來擴(kuò)大容量，需要2個及以上端口與省調(diào)進(jìn)行信息傳輸，配備的遠(yuǎn)動通道也要4個以上，性能價格比極低。②數(shù)據(jù)類型單一。有限的信息容量使得CDT協(xié)議僅能表示二進(jìn)制量、16位模擬量和32位累計(jì)值這3種數(shù)據(jù)類型。③響應(yīng)速度慢。傳統(tǒng)遠(yuǎn)動通道大多采用9600bit/s以下（甚至是300bit/s～600bit/s）的通信速率，數(shù)據(jù)刷新慢，變化數(shù)據(jù)的更新不及時，實(shí)時性無法滿足系統(tǒng)要求。④可靠性差。CDT協(xié)議的事件傳送機(jī)制通過增發(fā)重復(fù)報(bào)文來提高對側(cè)正確接受的概率，由于沒有使用更科學(xué)的應(yīng)答確認(rèn)方式，被干擾的報(bào)文有可能丟失，無法確保事件信息的可靠傳送。
　　
　　因此，使用更為*的通信手段對原有遠(yuǎn)動通信方式進(jìn)行改造顯得十分必要。隨著江蘇電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建成及投入使用，江蘇省調(diào)進(jìn)行了EMS網(wǎng)絡(luò)通信方面的研究和應(yīng)用工作。
　　
　　1遠(yuǎn)動通信網(wǎng)絡(luò)化
　　
　　1.1網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的選擇
　　
　　雖然遠(yuǎn)動通信要求很高的實(shí)時性，但是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)可以用合理的代價得到需要的網(wǎng)絡(luò)速度。對于EMS內(nèi)部和變電站內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)，基于交換技術(shù)的快速以太網(wǎng)無疑是的選擇。在10Mbit/s的層次上，以太網(wǎng)或許還有競爭者，例如令牌環(huán)網(wǎng)。但是進(jìn)入到100Mbit/s及更高速率之后，無論從性能或是價格來考慮，以太網(wǎng)都是局域網(wǎng)領(lǐng)域的。其他高速網(wǎng)技術(shù)，如ATM和FDDI，雖然在局域網(wǎng)中應(yīng)用不廣，但是可以作為連接主站與主站、主站與變電站的廣域網(wǎng)解決方案。
　　
　　1.2傳輸層協(xié)議和路由功能
　　
　　由于Internet的極大成功，TCP/IP已經(jīng)成為從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP使用IP完成路由，使用TCP實(shí)現(xiàn)傳輸層控制，從功能和效率上都能滿足遠(yuǎn)動通信的需要。由于其在Internet上的大量使用，導(dǎo)致*范圍內(nèi)研制和生產(chǎn)了大量基于TCP/IP的硬件、軟件，可以說TCP/IP是目前獲得支持zui廣、發(fā)展zui快、zui為成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。因此，IEC也將TCP/IP選為IEC60870-5-104和TASE.2的基礎(chǔ)協(xié)議。
　　
　　1.3應(yīng)用層協(xié)議的選擇
　　
　　有了TCP進(jìn)行傳輸控制，原則上可以選擇任何一種應(yīng)用層協(xié)議。考慮到不同系統(tǒng)之間的互操作性，為了使系統(tǒng)具有更好的開放性和擴(kuò)展性，應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中進(jìn)行選擇。目前已選擇的以及未來可能被選擇的協(xié)議包括：IEC60870-5-101，IEC60870-5-104，IEC60870-6（TASE.2），IEC61850。這幾種應(yīng)用層協(xié)議的基本特性的比較，如表1所示。　　由表1可見，除了IEC60870-5-101之外，其他3種協(xié)議都是為了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用而設(shè)計(jì)的。IEC60870-5-101使用變長的地址，zui長可達(dá)到24位，可以滿足一般變電站內(nèi)、變電站與主站之間傳送數(shù)據(jù)的需要。因此，在無法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化改造的場合，IEC60870-5-101是傳統(tǒng)遠(yuǎn)動協(xié)議的替代。TASE.2和IEC61850協(xié)議更進(jìn)一步，將數(shù)據(jù)（設(shè)備）定位方式改變?yōu)榘疵Q檢索，使它們具有近乎無限的數(shù)據(jù)容量，給上層應(yīng)用程序帶來更大的靈活性。IEC61850甚至支持層次型的命名方式，為按照IEC61970規(guī)范開發(fā)的EMS提供了更好的信息集成能力。
　　
　　2應(yīng)用層協(xié)議在EMS中的應(yīng)用
　　
　　根據(jù)不同協(xié)議的特性以及它們目前在EMS中的使用情況，可以得到以下結(jié)論：
　　
　　a．從應(yīng)用要求和IEC的態(tài)度可見，遠(yuǎn)動通信網(wǎng)絡(luò)化是大勢所趨，逐步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化改造是明智的選擇。
　　
　　b．EMS的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、面向?qū)ο蠡前l(fā)展趨勢，可以在條件許可的前提下，選擇具有面向?qū)ο筇匦缘男聟f(xié)議。這是一個從高層到低層、從主站系統(tǒng)到變電站系統(tǒng)逐步面向?qū)ο蠡倪^程。
　　
　　c．TASE．2和IEC61850都源自中國電力科學(xué)研究院（EPRl）對UCA（UtilityCommunicationArchitecture）的研究和推廣，它們都以另一個協(xié)議ISO9506（ManufacturingMessageSpecification）為基礎(chǔ)，并使用MMS提供的服務(wù)。從表1可以看出，IEC推薦在不同場合選擇使用IEC61850，IEC60870-5和IEC60870-6，雖然目前IEC61850并未zui后定稿，但可以保證在TASE.2上的投資不會因?yàn)镮EC61850的推廣而浪費(fèi)。
　　
　　基于以上分析，我們確定以下原則：
　　
　　a．主站與主站之間建立網(wǎng)絡(luò)通信并選用TASE.2；
　　
　　b．主站與變電站之間建立網(wǎng)絡(luò)通信并選用IEC60870-5-104；
　　
　　c．對于當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)較為簡單或者沒有當(dāng)?shù)乇O(jiān)控的RTU裝置，以IEC60870-5-104實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；
　　
　　d．對于沒有網(wǎng)絡(luò)能力的RTU裝置，通過終端服務(wù)器轉(zhuǎn)接上網(wǎng)或者直接使用串行通道，然后選用IEC60870-5-101，其中終端服務(wù)器方式為推薦方式。
　　
　　3江蘇電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)
　　
　　為了解決傳統(tǒng)遠(yuǎn)動通信中存在的問題，開展EMS網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用工作，首先必須有完備的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。江蘇省電力公司于2000年建成了基于ATM的三級數(shù)據(jù)網(wǎng)，分為骨干交換層和接入層。骨干交換層包括江蘇省電力公司本部和全部13個地區(qū)供電公司，選用北方電訊Passport15000作為骨干ATM交換設(shè)備，交換容量為40GB，中繼帶寬為622Mbit/s，選用Passport7480作為骨干節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)接人設(shè)備。接人層包括江蘇電網(wǎng)中的500kV變電站和主要發(fā)電廠，選用北方電訊Passport5430，按就近接人的原則通過2Mbit/s的ATM中繼接人附近的骨干層節(jié)點(diǎn)。江蘇電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)在IP業(yè)務(wù)的實(shí)施過程中，利用北方電訊Passport交換機(jī)提供的*PN功能構(gòu)建了用于實(shí)時控制業(yè)務(wù)的VPN（簡稱實(shí)時VPN），各節(jié)點(diǎn)的調(diào)度實(shí)時系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)通信工作站直接接入實(shí)時VPN，采用IEC60870-6TASE.2協(xié)議進(jìn)行省、地調(diào)EMS/SCADA系統(tǒng)之間的實(shí)時數(shù)據(jù)通信。通過網(wǎng)絡(luò)方式直接將省調(diào)直收電廠和500kV變電站的RTU信息上網(wǎng)的工作目前正在進(jìn)行。
　　
　　4通信協(xié)議在江蘇電網(wǎng)EMS中的使用狀況
　　
　　江蘇電網(wǎng)EMS數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用分為以下3個方面：①地調(diào)與省調(diào)間TASE.2通信；②電廠或變電站與省調(diào)間的IEC60870-5-104網(wǎng)絡(luò)通信；③電廠或變電站通過終端服務(wù)器與省調(diào)間的常規(guī)遠(yuǎn)動協(xié)議通信。3種通信方式的示意圖如圖1所示。
　　　　地調(diào)與省調(diào)之間選用TASE.2通信。江蘇省調(diào)與南瑞電網(wǎng)控制公司在OPEN2000系統(tǒng)上進(jìn)行了應(yīng)用方面的合作開發(fā)。目前，大部分地調(diào)與省調(diào)進(jìn)行了TASE.2通信，其中，蘇州、南京、揚(yáng)州、徐州等供電公司TASE.2已經(jīng)正式投運(yùn)，并已取消常規(guī)的遠(yuǎn)動通信，取得了很好的運(yùn)行效果。信息容量不再受到限制，遙信信息除了變電站的斷路器外，還將所需的刀閘信息送到了省調(diào)。同時，系統(tǒng)的實(shí)時性得到了可靠保證，經(jīng)測試，從地調(diào)人工遙信變位或遙測突變，到省調(diào)一次主接線圖反應(yīng)時間，遙測小于5s，遙信小于4s。因此，TASE.2通信在江蘇電網(wǎng)已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的效益。
　　
　　電廠或變電站與省調(diào)間選用IEC60870-5-104通信。目前，江蘇電網(wǎng)采用IEC60870-5-04網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議而且已投運(yùn)的有射陽港、夏港、鹽城、徐塘、諫壁等5座發(fā)電廠和東善橋500kV變電站，信息傳輸效果非常好，現(xiàn)場遙測、遙信變化到主站主接線圖反應(yīng)時間，遙測小于4s，遙信小于3s，而采用常規(guī)遠(yuǎn)動通信方式時，其反應(yīng)時間均大于10s。
　　
　　電廠或變電站通過終端服務(wù)器與省調(diào)間的常規(guī)遠(yuǎn)動協(xié)議通信。從圖1可以看出，這種通信僅僅采用了網(wǎng)絡(luò)傳輸，其應(yīng)用層協(xié)議還是常規(guī)遠(yuǎn)動協(xié)議，真正的傳輸速率受到RTU串行口速率的限制。但由于省略了兩端的調(diào)制解調(diào)器設(shè)備，其誤碼率大大降低，通信信道的可靠性有了很大提高，目前江蘇電網(wǎng)以這種方式投運(yùn)的僅下關(guān)發(fā)電廠1座，效果比較好。采用這種通信方式將大大提高信息傳輸?shù)目煽啃裕容^適合于規(guī)模較小的電廠或變電站。
　　
　　從江蘇電網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)看，遠(yuǎn)動通信網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)勢主要是：①增加信息容量，提高擴(kuò)展性；②提高信息傳送速度，改善系統(tǒng)實(shí)時性；③大幅度提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br />　　
　　5結(jié)語
　　
　　從目前江蘇電網(wǎng)EMS的3種網(wǎng)絡(luò)通信方式的試運(yùn)行情況來看，效果比較好。下一步將按照計(jì)劃全面推廣使用，所有地調(diào)全部實(shí)現(xiàn)TASE.2通信；500kV變電站和部分規(guī)模較大的發(fā)電廠全部采用IEC60870-5-104網(wǎng)絡(luò)通信；常規(guī)RTU且規(guī)模較小的發(fā)電廠采用增加終端服務(wù)器方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。爭取在2003年全面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，使江蘇電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用提高到一個新的水平。