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开放式数字化变电站自动化系统的讨论
更新时间:2019-07-15 发布:www.1024sj.com

摘要:在变电站自动化领域中,智能化电气装备的成长,出格是智能化开关、光电式互感器等机电一体化智能装备的泛起,变电站综合自动化技术进进了数字化成长的新阶段。本文提出了开放式数字化变电站综合自动化系统统一架构,论述了数字化变电站综合自动化系统内智能化装备集成和站内装备间信息同享和站内信息与远真个交互问题。同时文中计议了运用IEC61850尺度建立开放式变电站自动化系统通讯平台的可能性并分析开放式变电站综合自动化存在的平安问题。

  关头词:智能装备开放式变电站自动化系统IEC61850网络平安


ThediscussionofOpenSubstationAutomationSystem


SHAOHong-quan


(HenanAnfengElectricPowerCo.Ltd,Zhengzhou451250,China)


  Abstract:Withthedevelopmentofintelligentelectronicdevice,especiallytheappearanceofintelligentswitchandopticalsensorequippedwithelectricalcomponentsetc.,greatadvancementhappenedinsubstationautomationtechnology.Inthispaper,aunifiedframeworkofsubstationautomationsystemisproposed,andtheproblemsofinformationsharingbetweenIEDsinsubstationlocalnetworkandSCADA,atthesametime,arementioned.ThenanalysesaremadeaboutthepossibilityofapplyingIEC61850toconstructanopensubstationautomationsystemandsecurityprobleminthissystem.Attheend,wehavedrawnsomeconclusionsaboutthefutureinSAS.

  Keywords:IntelligentElectronicDevice,OpenSubstationAutomationSystem,IEC61850,NetworkSecurity





0.引言

  变电站综合自动化在近年的飞速成长主要是由两个缘由的推动。一是IT技术与通讯技术近些年来的突破性进展使得数字化变电站综合自动化从技术和经济角度而言成为可能。二是电力企业对提高工作效率、下降运营成本的重视和日益熟悉到用电客户真个服务对于电力企业效益的重要性。变电站综合自动化的关头问题在于信息同享,须保证任何需要电力系统信息的部门在特按时间内获得足够的有用信息。对于这些信息的分析对制定电力系统优化运行的决议计划具有重要的意义。今朝在很多变电站综合自动化系统中包括了丰硕的有用信息,包括电力系统运行信息与非运行信息。所以当前的各地供电企业面临的急切问题是若何制定统一尺度的系统结构来提取这些电力系统运行和非运行信息并分析这些信息,来下降企业运营成本和提高企业效益。是以建立变电站自动化系统的开放式尺度在当前是需要的和必需的。


1.开放式变电站综合自动化系统

  关于变电站综合自动化,今朝还没有统一的工业尺度界说。一般来说,是指将变电站的二次装备经过功能组合和优化设计,哄骗进步前辈的计较机技术、现代电子技术、通讯技术和旌旗灯号处置技术,实现对全变电站的主要装备和输、配电的自动监视、丈量、自动控制和微机庇护,和与调剂通讯等综合性的自动化功能[1]。变电站综合自动化的方针是将庇护、控制、数据收集功能集成在少的平台上,以削减装备投资和运营成本,削减控制室面积,避免过剩的装备和数据库。智能装备(IED)作为综合自动化系统的关头二次装备,具有一个或多个微处置器,可以从外部接受和向外部发送数据和控制(例如:电子式仪表、数字化继电器、控制等)。

  开放式变电站综合系统化系统经由过程系统的功能接口抽象和通讯的尺度化,为综合自动化提供了一个开放的统一平台,知足分歧类型庇护与控制装备的集成和交互。从另外一角度而言,开放式的变电站综合自动化建立在供给商的产物软硬件接口的尺度化根蒂根基之上,分歧厂家的产物可以在当地交互或与远方系统进行交互和信息同享。

  开放式的变电站综自系统给电力企业带来的益处是下降投资风险和下降投资成本,允许现有变电站系统慢慢升级改造而不是完全抛弃原来投资,而且为未来的系统改造也带来便当。开放式系统带来的益处还有延长系统寿命、变电站系统的功能易于扩大和兼容第三方产物等。


2.开放式变电站综合自动化系统结构与对外数据传送

2.1变电站综合自动化系统的条理结构

  依照开放式系统分层划分的原则,我们可以将变电站综合自动化可从装备角度划分为一次装备层、IED运用层、IED综合层、变电站自动化运用层和企业层。五层结构如图1:

  其中,一次装备层包括如断路器、变压器等电气装备。IED运用层完成一次装备的数据收集、庇护、控制与监测等与一次装备相关的功能。IED综合层建立在IED运用层的根蒂根基上,借助于统一的通讯接口,完成各类智能装备间的通讯功能,并为未来可能的新型IED装备的接进预留接口。IED综合层包括两个层面:距离层内IED装备的综合和变电站层IED的综合。变电站自动化运用层接收IED运用层的信息并进行处置,实现变电站内的协调控制,如电压与无功控制等,并为上层提供变电站运行信息,同时接收上层发布的饬令并执行。上层是企业层如各电力公司,哄骗下层信息制定电网运营决议计划,并向下层发布控制饬令。从工程角度而言今朝现场问题的焦点在于各智能装备间在变电站自动化平台上的集成。

2.2开放式变电站综合自动化系统对外的数据传送通道

  以下图二所示:


  从变电站到上层系总共有三条数据通道相连,包括SCADA系统、数据仓库和远端联接智能装备。

  (1)为经常使用的数据路径是变电站综合自动化系统到SCADA系统的数据传输,包括变电站实时监测信息(如电压、电流等)、装备动作信息和SCADA系统发布到变电站的控制饬令。这些信息对于调剂监视和控制电力系统是十分重要,必需在限制的较短时间内完成传送和处置工作,所以对信道的要求很高。

  (2)数据仓库处置来自变电站综合自动化系统的非运行信息(如装备检修状态等)。数据传送的方式究竟是从变电站自动送往数据仓库,仍是数据仓库向变电站要求数据传递,仍是两者兼而有之,这个问题值得进一步探讨。

  (3)第三条数据通道是从远端直接从智能装备获取数据,如经由过程电话拨号方式。


3.实现开放式变电站自动化的通讯协议

  开放式变电站自动化系统平台的建立关头问题在于通讯的尺度化。变电站中IED与综合自动化的关系以下图三所示:


  如图三所示,变电站综合自动化是由多个IED组成。IED间相互通讯,而且执行与变电站的运用层相互交互的功能(如与变电站层的网络控制、远信、人机接口等等功能交互)。IED包括例如距离控制单元、庇护继电器、RTU、HMI、数字式电流/电压互感器等等。变电站内部通讯网相当于为变电站中的IED机关了集成平台。

  IEC61850系列尺度是用来实现变电站中全数装备间的互操作性。变电站全数装备间的通讯必需知足变电站中所完成功能的要求。然而各IED的功能设置装备摆设和控制策略不是固定的,其取决于生产厂家、用户和现代技术水平。这就致使了变电站内存在通讯接口问题。IEC61850系列尺度支持功能的肆意设置装备摆设,并提供清晰的结构,以使尺度可在较长的时间内知足现场需求,且顺应通讯技术的快速成长。另外61850尺度的尽年夜部门与实现无关,所以确保了IEC61850系列尺度运用的灵活性。今朝看来IEC61850系列尺度为实现开放式变电站自动化系统平台提供了可能。

3.1IEC61850尺度中的功能建模

  IEC61850系列尺度为了到达变电站实现散布和分配在各分歧IED上的方针,将所有功能被分化成逻辑节点。这些节点可能散布在一个或多个物理装备上。为了实现逻辑节点间的数据变换,逻辑节点间经由过程逻辑毗连(LC)相连。图四中实现两个功能F1和F2。F1功能分化成5个逻辑节点LN1、LN2、LN3、LN4、LN5;F2功能分化成三个逻辑节点LN3、LN5、LN6。而在现实中这两个功能又由三个物理装备(IED)完成。如图个物理装备中含有三个逻辑节点,第二个装备中含有两个逻辑结点,第三个装备只有一个逻辑结点。它们之间的连线暗示它们之间的通讯联系。(注:LN0是IEC61850尺度中一个特殊界说的逻辑结点,暗示每个物理装备的自我描写,而且是固定的。)


3.2IEC61850尺度中的通讯建模与映照

  IEC61850尺度中把通讯技术自己和要实现的通讯功能分隔。由于通讯技术成长过快,即使新制定出的通讯协议也可能不代表出书时的新技术。IEC61850尺度的划定了变电站功能和装备模子的通讯要求,区分所有功能和通讯要求。同时为支持功能的自由设置装备摆设,对功能作了适当分化,分化成相互通讯的逻辑结点,而且IEC61850尺度中列出了变电站各逻辑结点要交换的数据和性能要求。从信息抽象的角度来看,变电站的设置装备摆设工作就成为界说变电站中的数据流向。

  为到达将通讯的内容自力出来的目的,IEC61850建立了数据模子,界说了很多对象(如数据对象、数据集、事务控制、陈述控制、登录控制)和对象提供的服务(读数、设定、陈述、界说、删除等)。下图五描写IEC61850中通讯映照的条理:


  由图中可看出IEC61850在两个方面进行了尺度化的工作,一是抽象通讯服务接口,二是特殊通讯服务映照。

  抽象通讯服务接口(ACSI)界说了获取变电站层的数据对象的数据对象和方式。变电站层的数据对象指某运用的具体实例,而抽象通讯服务接口界说的是获取这些具体实例的方式和方式的载体数据对象,是一种抽象接口。通讯对象服务不仅能够读写对象值,而且也能够执行其他操作如控制一次装备。

  特殊通讯服务映照(SCSM)界说的是这些对象和服务向网络层的映照。依照运用的网络层协议分歧,映照方式也各不不异,由IED供给商自己界说,可是IED的抽象通讯服务接口是不异的。

  从上可以看出,IEC61850尺度的制定原则和面向对象的建模方式保证了该尺度的以后扩大性问题的解决和建立开放式变电站自动化系统可能性。


4.开放式变电站综合自动化系统的平安问题

  由于原来的SCADA和其他的控制系统都是一个自力系统,是厂家的专有产物。它们的平安性来自于它们的硬件平台和逻辑结构与外界分歧。开放式变电站综合自动化系统基于开放的、尺度的网络技术之上。所有的供给商都可以开发基于因特网的运用法式来监测、控制或远方诊断,可是带来的问题是可能致使计较机控制系统的平安性下降。对于电力系统这样一个要求高靠得住性和平安稳定性的系统而言,平安问题尤其突出。是以对于开放式变电站综合自动化系统的具体设计和实施而言平安问题十分重要。

  可采用的技术措施分为两类:加密技术与防火墙。前者对网络中传输的数据进行加密处置,到达目的地址后再解密还原为原始数据,从而避免非法用户对信息的截取和盗用。防火墙技术经由过程对网络的隔离和限制会见等方式,来控制网络的会见权限,从而保证变电站综自系统的网络平安。

4.1数据加密技术数据

  加密型网络平安技术是经由过程对网络中传输的信息进行数据加密来保障网络资本的平安性,加密技术是保证网络资本平安的技术根蒂根基,是一种自动平安防御策略。经常使用的加密方式有对称密钥加密和非对称密钥加密两种。从加密技术运用的逻辑位置来看,有面向网络和面向运用的两种。前者工作在网络层或传输层,它对网络链路上传输的所有数据都进行加密,因而对网络的性能会有一定的影响。面向运用层的加密技术实现较为简单,它允许用户对加密对象进行选择。

4.2防火墙技术

  防火墙是一种会见控制技术,它用于增强两个或多个网络间的鸿沟防卫能力。其工作方式是在公共网络和专用网络之间设立一道隔离墙,在此检查进出专用网络的信息是否被准予经由过程,或用户的服务请求是否被允许,从而阻止对信息资本的非法会见和非授权用户的进进,它属于一种被动型防卫技术。建立防火墙时要求网络具有明确的鸿沟和服务类型,这样才能够隔离内外网络,到达防护目的。由于防火墙只能够对跨越网络鸿沟的信息进行监测、控制,而对网络内部人员的进犯不具有防范能力。是以单纯依靠防火墙来庇护网络的平安性是不够的,还必需与其它平安措施(如前面介绍的加密技术等)综合使用,才能到达目的。


5.可行性研究

  开放式变电站自动化系统的实验在国外已展开,并在工程中慢慢推行。在功能规范和模子方面,IEC61850尺度基本上笼盖了参考开关距离的功能及其要求,成功地建立了开关距离对象模子。国外研究者采用以太网/MMS(messagemanufacturingspecification)的方式测试变电站站级通讯总线的通讯性能,成效讲明交换式以太网可知足各品级变电站自动化系统的时间性能要求。在进行测试的开放式变电站自动化系统中各IED装配经由过程以太网,采用MMS作为运用层协议,与变电站控制系统通讯。IEC61850尺度以面向对象和抽象的方式描写现实的运用,使之可顺应技术的成长并延长。所有在装配中基于IEC61850文件建立的对象和服务模子都被映照成MMS中通用服务和对象。采用以太网/MMS通讯,可利便的运用尺度的以太网工具监视MMS层上的数据流。所以以太网通讯尺度与MMS连系,加上IEC61850的运用描写,是将变电站控制系统变为开放式系统的一个可能的路径。测试成效和工程经验讲明IEC61850将运用与通讯分手和距离功能的抽象的方式是处置复杂的变电站控制的可行途径。以太网同上层协议连系,可将变电站控制与企业的Intranet相连,并可能经由过程Internet建立IED远方诊断和维护。所以建立一个开放式的变电站自动化系统应当是国内今朝很有前途的成长标的目的。


6.结论

  综上所述,建立开放式变电站自动化系统是现代技术成长的必然趋向。今朝来说运用IEC61850尺度来建立开放式变电站自动化系统是可能的。可是开放式变电站自动化系统要出格关注系统的平安性要求。

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