1、采用因特網(wǎng)進(jìn)行電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信的試驗研究Test and Research of Real-time Data Communication in Power System By Way of Internet劉清瑞1,成海彥2(1.深圳市特發(fā)泰科自動化公司,廣東深圳518049;2.河北省電力調(diào)度通信中心,河北石家莊050021摘要:根據(jù)在某分布式能量管理系統(tǒng)中應(yīng)用因特網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信的實踐,對電力自動化系統(tǒng)基于因特網(wǎng)通信的可行性與必要性進(jìn)行了論述,提出了在電力自動化系統(tǒng)中全面采用基于因特網(wǎng)通信方式的概念。對電力自動化系統(tǒng)采用基于因特網(wǎng)通信方式的優(yōu)點、具體實現(xiàn)方法以及在實

2、施中需注意的問題進(jìn)行了詳細(xì)論述。關(guān)鍵詞:因特網(wǎng);通信;電力自動化系統(tǒng)Abstract:According to the practical application of Internet com2 munication standard protocol TCP/IP in the communication of a distributed energy management system,the feasibility and ne2 cessity of Internet-based power automation system is dis2 cussed,and the conce

3、ption of Internet-based communication in power automation system is suggested.The advantages of In2 ternet-based communication for power automation system, practical fulfilling method,and problems have to pay great at2 tention are addressed in detail.K eywords:Internet;communication;power system aut

4、omation中圖分類號:TM73文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-9898(200104-0010-0321世紀(jì)是一個以迅速發(fā)展的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的全面數(shù)字化的信息時代。因特網(wǎng)(Internet跨越了國界的限制和空間的約束,在改變了人們生活方式的同時也為信息交流和傳輸創(chuàng)造了無比便利的手段。而同樣以計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)為基礎(chǔ)的電力自動化系統(tǒng),也隨之采用了許多新技術(shù)。我國電力行業(yè)由于城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造的超大規(guī)模投入,最近幾年也得到了超常規(guī)的發(fā)展,各級電力調(diào)度自動化/能量管理系統(tǒng)(SCADA/EMS、發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)、電能量計費系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)(DMS、變電站綜合自動化系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻圖像監(jiān)

5、控系統(tǒng)等紛紛更新?lián)Q代,新設(shè)備、新技術(shù)得以迅速推廣和應(yīng)用。本文所述的電力自動化系統(tǒng),主要指的是以上幾類電網(wǎng)生產(chǎn)運行中的實時和準(zhǔn)實時系統(tǒng)(不包括M IS系統(tǒng)。然而,在快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)浪潮中,作為電力生產(chǎn)、運行和管理必備手段的各種實時自動化系統(tǒng)卻基本上仍保持著傳統(tǒng)的通信方式而未能將因特網(wǎng)的技術(shù)融入,不能不說是一個缺憾。筆者與有關(guān)單位合作,在某省電力調(diào)度通信中心分布式能量管理系統(tǒng)上進(jìn)行了利用因特網(wǎng)通過標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議與R TU通信的試驗,獲得了圓滿成功。試驗證明,目前大部分網(wǎng)省級電力公司已具備了大規(guī)模推廣這種應(yīng)用模式的條件。以下以在EMS上的應(yīng)用為例,說明電力自動化系統(tǒng)采用基于因特網(wǎng)通信方式的有關(guān)情

6、況。對于實現(xiàn)基于因特網(wǎng)通信的電力自動化系統(tǒng)的可行性與必要性、因特網(wǎng)概況、IP地址的結(jié)構(gòu)分配方法與域名解析等內(nèi)容不再贅述。1電力自動化系統(tǒng)應(yīng)用因特網(wǎng)通信的可行性與必要性在現(xiàn)階段,電力自動化系統(tǒng)采用基于因特網(wǎng)的通信方式完全可行而且很有必要,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。a.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。近幾年來,隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,各種通信協(xié)議、網(wǎng)管系統(tǒng)、瀏覽工具、開發(fā)工具、上載下載和管理工具不斷成熟和完善,為電力自動化系統(tǒng)采用基于因特網(wǎng)的通信方式提供了技術(shù)基礎(chǔ)。b.網(wǎng)絡(luò)覆蓋面迅速擴(kuò)大,相當(dāng)多的電力企業(yè)已具備千兆交換到桌面的硬件條件。c.信息共享度的提高及對這方面要求的增強(qiáng)。d.電力系統(tǒng)在系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)及信息傳

7、輸方面條件優(yōu)越。電力系統(tǒng)的通信設(shè)施隨著發(fā)電廠/變電站的建設(shè)同步配套,已有的通信通道在使用效果上等效于商用DDN專線。2基于因特網(wǎng)通信的電力自動化系統(tǒng)的優(yōu)點a.集成性好可以向各信息網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的收稿日期:2001-02-07作者簡介:劉清瑞(1958-,男,高級工程師,主要從事電力自動化系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)和科研工作。1信息源,無需二次加工和處理,便于信息共享和交換。即插即用的完整系統(tǒng)解決方案,使各種應(yīng)用系統(tǒng)可以做到無縫連接,徹底消除了長期以來困擾各生產(chǎn)運行單位的不同系統(tǒng)、不同設(shè)備之間的通信規(guī)約接入問題。b.實時性高通信快捷、安全,高性能、高效率,并可支持?jǐn)?shù)字、文字、聲音、圖像等信息的混合傳輸,極大地

8、提高了系統(tǒng)的實時性能。由于各變電站都為綜合自動化系統(tǒng)保留有專用的一對通信通道,故變電站信息傳輸不會與其它信息發(fā)生沖突。而且,由于采用了實時信息,時延遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于3s,確保了整個系統(tǒng)的實時性能。c.可靠安全可利用因特網(wǎng)現(xiàn)成的安全工具方便靈活地建立多級容錯機(jī)制、管理機(jī)制和安全保密措施。其服務(wù)質(zhì)量(QoS由于受到TCP/IP內(nèi)嵌的差錯控制、流量控制、路徑控制與重定向等嚴(yán)格的控制機(jī)制而得以保證,體現(xiàn)QoS的主要技術(shù)指標(biāo)如業(yè)務(wù)可用性、延遲、吞吐量、丟包率等均由IP標(biāo)準(zhǔn)的VLAN分段、數(shù)據(jù)包標(biāo)記、優(yōu)先級排隊、快速轉(zhuǎn)發(fā)、資源預(yù)留等QoS機(jī)制來保證。與傳統(tǒng)電力自動化系統(tǒng)相比較,采用這種方式既減輕了用戶在這方面的工

9、作量,又保證了信息傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。d.靈活性、可擴(kuò)展性好服務(wù)器/瀏覽器模式比客戶機(jī)/服務(wù)器模式在使用方便性、易管理性、易擴(kuò)充修改性等方面更有優(yōu)越性。新的應(yīng)用模塊只要符合B/S模式可隨時加入系統(tǒng)并共享資源。e.技術(shù)成熟,統(tǒng)一性與標(biāo)準(zhǔn)化程度高符合成熟的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),瀏覽器軟件使用方便,費用低廉。f.開放性好由于采用標(biāo)準(zhǔn)平臺,在安全可靠的前提下系統(tǒng)的開放性得到了有力保證,不同的應(yīng)用系統(tǒng)(如SCADA/EMS、DMS、電量計費系統(tǒng)、負(fù)控系統(tǒng)、抄表系統(tǒng)、M IS系統(tǒng)可隨時擴(kuò)容、升級、更新?lián)Q代,而不影響其它系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。g.經(jīng)濟(jì)性好由于采用標(biāo)準(zhǔn)化、商業(yè)化的軟件工具,大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)費用,從而使系

10、統(tǒng)具有更高的性能價格比。而且,由于實時數(shù)據(jù)可保存在廠站當(dāng)?shù)?只上傳報警和事故信息,減輕了通信負(fù)荷和CPU負(fù)荷,從而可以降低系統(tǒng)主站計算機(jī)設(shè)備的配置而使系統(tǒng)造價下降。3電力自動化系統(tǒng)利用因特網(wǎng)通信的基礎(chǔ)工作采用因特網(wǎng)進(jìn)行電力自動化系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信,需在工程實施前完成一些基礎(chǔ)性的工作。這些工作一般在初次采用因特網(wǎng)通信技術(shù)時完成,以后再增加站點時可直接應(yīng)用。基礎(chǔ)性工作主要有:a.建立所管轄區(qū)域內(nèi)電力自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)定義規(guī)范、數(shù)據(jù)交換接口規(guī)范、數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)訪問控制標(biāo)準(zhǔn)、廠站端頁面格式標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件。由于目前國內(nèi)尚無定型的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),所以需要參照有關(guān)資料制訂以上規(guī)范文件。所有數(shù)據(jù)文件均以H

11、TML格式存儲和傳輸、瀏覽,圖像、聲音文件均可獨立構(gòu)成文件或嵌入其它數(shù)據(jù)文件中。b.規(guī)劃分配定義IP地址和確定域名。注意不能與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其它IP地址沖突,最好能以省級電力公司為單位選用自己專用的B類地址,統(tǒng)一編址后下發(fā)各電業(yè)局/發(fā)電廠及有關(guān)單位實施。在電力自動化網(wǎng)絡(luò)中,還可適當(dāng)利用D類和E類地址以提高資源利用率和通信效率,方便系統(tǒng)管理。c.按制訂的統(tǒng)一規(guī)則設(shè)置電子信箱帳號。因為采用因特網(wǎng)通信模式后,所有具有上因特網(wǎng)功能的R TU或綜合自動化系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)都要保留在當(dāng)?shù)?故障報警信息利用電子郵件傳送到主站,歷史記錄數(shù)據(jù)按預(yù)定義時間周期也用電子郵件送往主站。d.配置各服務(wù)器和TCP/IP。按確定的I

12、P地址、域名、電子信箱名稱等配置IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)、各服務(wù)器地址等。e.定義數(shù)據(jù)庫。已采用因特網(wǎng)通信的廠站數(shù)據(jù)庫要根據(jù)規(guī)范重新定義和編輯。f.加強(qiáng)權(quán)限管理和安全管理,主站端硬件軟件一并考慮,廠站端則側(cè)重考慮軟件。主要措施有:身份鑒別、權(quán)限審計、密碼核對、表格查找、訪問記錄等?；A(chǔ)性工作完成后,即可按要求改變接線,開始按新的通信模式工作。4試驗環(huán)境及測試情況采用因特網(wǎng)通信方式試驗環(huán)境的主站、變電站的簡況,原工作模式與新通信模式下的主要指標(biāo)對照,以及其它運行指標(biāo)簡述如下。4.1主站系統(tǒng)概況在所做的試驗中,主站系統(tǒng)為分布式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),主要設(shè)備有SCADA服務(wù)器2臺、EMS應(yīng)用服務(wù)器2臺、歷

13、史服務(wù)器2臺、Internet服務(wù)器1臺、前置處理機(jī)2組、人機(jī)工作站6臺、模擬盤工作站1臺、M IS網(wǎng)橋1臺、路由器1臺、24口集線器1臺。應(yīng)用軟件具備SCADA、A GC/EDC、N T/SE、ODF、UC、D TS功能。11主要軟件修改工作在SCADA 服務(wù)器上完成,增加了因特網(wǎng)工具軟件、通信管理軟件、安全管理軟件和應(yīng)用軟件模塊1,新增了因特網(wǎng)通信數(shù)據(jù)庫。在其它各服務(wù)器和工作站上則重新配置微軟IE5.0瀏覽器即可。為了照顧調(diào)度員的使用習(xí)慣,所有界面仍采用原系統(tǒng)的界面。4.2變電站概況本次試驗的2座變電站均為500kV 變電站,容量相同:296個遙測、1129個遙信、61個遙控對象、16個遙

14、調(diào),并與微機(jī)保護(hù)、智能直流設(shè)備、故障錄波設(shè)備、智能電能表通信。在此之前,均采用 DNP 3.0通信規(guī)約與主站經(jīng)RS -232串口和MODEM 調(diào)制解調(diào)后以1200bits/s 的速率通信。試驗的2座變電站均采用基于加拿大CAE 模塊的DSS -M/2000變電站綜合自動化系統(tǒng),分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。站端設(shè)備除增加了1臺路由器外,其它無變化。4.3試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意4.4原工作模式與采用因特網(wǎng)通信模式后主要指標(biāo)對照圖1中測試軟件安裝在測試便攜機(jī)上,主站端在前置機(jī)上另安裝了測試軟件,接收到任何信息都立即返送。測試數(shù)據(jù)分2類,一類是直接模擬操作,由R TU 產(chǎn)生的有關(guān)

15、數(shù)據(jù)同時送便攜機(jī)和主站,主站收到數(shù)據(jù)包后立即返送,便攜機(jī)記錄下間隔時間;另一類是通過便攜機(jī)產(chǎn)生模擬數(shù)據(jù),主站收到后立即返送,便攜機(jī)同樣記錄下間隔時間。對遙控遙調(diào)采用從主站操作和便攜機(jī)操作2種測試方式。每種類型的測試均按相同的條件連續(xù)測試30min ,表1中的數(shù)據(jù)為平均統(tǒng)計數(shù)據(jù)。表1平均統(tǒng)計數(shù)據(jù)項目原通信方式(RS -232串口新通信方式(TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約DNP3.0IEC 60870-5-101通信速率1200bits/s 2MB 變化遙測/s 3.220.78變化遙信/s 2.680.66遙調(diào)/s 2.110.23遙控選擇返校/s 1.920.36遙控執(zhí)行/s 1.890.28全數(shù)

16、據(jù)掃描/s 9.831.124.5其它測試完成上述主要測試項目后,又在主站端按EMS 的技術(shù)功能規(guī)范要求逐項測試。其測試方法與傳統(tǒng)系統(tǒng)的測試方法相同,對數(shù)據(jù)、畫面、報表、歷史記錄、事件響應(yīng)、事故處理、控制調(diào)節(jié)、在線離線診斷等逐項測試、記錄,其總體的精度指標(biāo)、實時性指標(biāo)、容量指標(biāo)、可靠性指標(biāo)等均優(yōu)于或等同于傳統(tǒng)系統(tǒng)的指標(biāo)(國家電力調(diào)度通信中心文件:調(diào)自20007號關(guān)于印發(fā)“地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)應(yīng)用軟件基本功能實用要求及驗收細(xì)則(試行”。按此方法對系統(tǒng)實測以及1年來實際運行的結(jié)果,表明采用因特網(wǎng)通信方式后,在系統(tǒng)的運行可靠性、實時性、系統(tǒng)容量3項指標(biāo)上均比原系統(tǒng)有較大幅度的提高。5電力自動化系統(tǒng)

17、采用因特網(wǎng)通信方式時需注意的問題在電力自動化系統(tǒng)中采用因特網(wǎng)通信方式時,需特別注意以下幾個方面,否則會對整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和工作效率產(chǎn)生不利的影響2。a.IP 地址和域名的統(tǒng)一管理設(shè)定技巧,既要充分利用資源,又不能使其沖突。b.防火墻和其它安全機(jī)制的考慮。系統(tǒng)的安全性應(yīng)一直放在首位,防火墻須具備IP 地址和MAC 地址綁定、防IP 地址盜用、訪問控制、端口映射、代理緩存和基本安全控制規(guī)則的功能。c.主站與廠站端分別考慮,可以根據(jù)系統(tǒng)的實際情況一次規(guī)劃,分步實施。d.廠站端設(shè)備補(bǔ)充因特網(wǎng)通信功能和本地頁面。目前大多數(shù)R TU 不支持這種通信方式,需要專門開發(fā)此類軟件。所以目前對電力自動化系統(tǒng)來

18、說,可能還要2種通信方式并存一段時間,以后隨著新廠站端設(shè)備的功能增強(qiáng),再過渡到全面應(yīng)用這種方式。6結(jié)束語本文主要以電力調(diào)度能量管理(下轉(zhuǎn)第26頁21表2L9(34正交試驗表序號再生劑量/t再生濃度/%再生流量/th-1周期制水量/t1 4.0 2.22526512 4.0 2.53027563 4.0 2.83525074 4.5 2.23028185 4.5 2.53528346 4.5 2.82527137 5.0 2.23525268 5.0 2.52527029 5.0 2.8302574將試驗中所得的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,即計算出3個因素對指標(biāo)影響的平均值R1、R2、R3,見表3。表3平

19、均值計算R值再生劑量影響值再生濃度影響值再生流量影響值R1263826652688.7R22788.327642716R32600.725982622.3由表2估算陽床再生參數(shù)的最佳配合為:再生劑量4.5t,再生濃度2.5%,再生流量30t/h。表4是調(diào)試前后陽床的運行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比,表4表明調(diào)試取得了顯著的效果。表4調(diào)試前后陽床運行參數(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比項目調(diào)試前調(diào)試后再生劑量/t 5.0 4.5再生濃度/% 2.8 2.5再生流量/th-13030周期制水量/t22002800酸耗/gmol-158.851.5自用水率%12105.2樹脂的補(bǔ)充根據(jù)床體的運行情況及現(xiàn)場實際測量,發(fā)現(xiàn)樹脂的

20、裝填高度較設(shè)計值少,這也影響床體的周期制水量。因此,補(bǔ)加樹脂必不可少。為了安全穩(wěn)妥,填加樹脂的量(特別是弱型樹脂采用交叉處理的方法進(jìn)行多次小型試驗,確定樹脂的最大膨脹率,并以此為依據(jù),計算樹脂填加量。通過適當(dāng)補(bǔ)加001×7及D1132種樹脂,使樹脂填裝量趨于合理,滿足制水要求,水墊層高度控制在50100mm。5.3減少入口水濁度,對樹脂進(jìn)行漂洗由于浮動床對入口水濁度要求較高,在預(yù)處理系統(tǒng)中投加混凝劑便顯得至關(guān)重要,它能有效地去除水中懸浮物、膠體等雜質(zhì);同時嚴(yán)格執(zhí)行高效過濾器定期反洗制度,加強(qiáng)陽床入口水濁度的監(jiān)督力度,保證濁度合格。根據(jù)床體中樹脂的實際情況,對樹脂中存在的大量絮狀懸浮物進(jìn)行體外擦洗,提高樹脂的交換容量及再生效率。5.4設(shè)備的改進(jìn)解決床體排液管管徑大的問題。通過多次試驗、比較和運行實踐,確定在#1#5陽床排液門后部加裝內(nèi)徑為50mm,外徑為130mm的耐酸材質(zhì)的截流孔板,使再生及置換過程中床體帶壓,并保持壓力在0.040.06M