1、配網自動化技術手冊指導思想：以技術現狀為重點，兼顧未來新技術。針對現有配網，兼顧智能電網；以科匯技術為主，兼顧其他技術。突出知識性，避免推導和論證。突出國內應用情況：事實、數據、應用范圍、技術特點和效果。包含故障指示器和小電流檢測、分界開關監控技術。主站強調 FA 和故障管理。在配電技術基礎上內容需要調整，去掉用電和 SA 部分，強調接地選線和定位， 7 7 配網自動化通信技術配網自動化通信技術7.1 概述概述通信網絡是配網自動化系統的重要組成部分，其性能與可靠性的好壞，對系統整體功能的實現及運行可靠性有著決定性的影響。事實上，許多建成的配網自動化系統不能很好地發揮作用的主要原因就是通信工作不

2、正常。因此，在設計、建設配網自動化系統時，要認真研究通信網絡的解決方案。與傳統的調度自動化系統相比，配網自動化系統的通信站點眾多，大型系統的監控站點數量有上萬個，一個中等規模的系統的站點數量也有數千個；同時還有站點分散、通信距離短、每一節點的通信數據量小等特點；許多通信裝置安裝在戶外，運行條件比較苛刻，對可靠性要求比較高。配網自動化系統主要用于故障與異常情況的處理，對配電網潮流、實時運行狀態的關注相對較小，為減少通信與系統處理的負擔，一般采用例外上報（Report by exception）的通信機制傳輸電流越限、開關變位等異常信息，對遙測數據刷新周期則選得比較長，一般選在 10mins1h

3、之間，遠低于調度自動化系統中數秒內就刷新一次實時數據的要求。傳統的配網自動化系統中的通信只是在終端與主站之間進行，由主站處理實時運行數據，實現跨站點的廣域協調控制，如進行故障隔離與恢復供電，控制響應速度在分鐘級。隨著智能配電網的發展，對廣域控制的速度提出了更高的要求，現代配網自動化通信技術應能夠支持配網自動化終端裝置（DATU）之間實時測量數據與控制命令的對等交換，實現不依賴于主站的分布式智能控制，在數秒內甚至數個周波內對配電網的異?；蚬收蠣顟B做出響應并進行糾正性操作。7.2 配網自動化通信網絡的結構配網自動化通信網絡的結構根據配網自動化系統節點多、分散、節點通信數據量少的特點，不宜像在調度自

4、動化系統中那樣，建設直接把主站與變電站內終端裝置連接在一起的通信通道，而是采用主干通道與分支通信網相結合的結構。這樣既可以優化通道配置，減少通道投資，又使得系統層次清楚，便于通信網的建設、管理和維護。圖 7-32 給出了一個典型的配網自動化通信網絡結構。主干通道是主站與配電子站之間的數據傳輸通道，分支通信網是 DATU 與配電子站的數據傳輸網。配電子站是主干通道與分支通信網絡之間的連接點。它一般安裝在 HV/MV 變電所或選定的開閉所、配電所內，實現附近小區內（大致是一個變電所的供電范圍）DATU 與主站之間的數據集中、轉發。配網自動化主干通道數據傳輸量比較大，支持的通信速率在 64k-2M

5、bits/s 之間?，F在，我國地、市一級的供電企業一般都建成了覆蓋所管轄變電所的 SDH 光纖骨干傳輸網。可利用這個骨干傳輸網提供的信道作為配網自動化的骨干通道。以前配網自動化通常采用點對點串行通信方式，需要配電子站進行規約轉換，將來自 DATU（或主站）的數據重新打包、封裝后向主站（或 DATU）傳輸。發展方向是采用 IP 通信方式，使用網絡交換機連接骨干通信通道與分支通信網，實現 DATU 與主站之間的透明傳輸。IP 通信方式省去了數據轉發環節，避免了使用專門設計的配電子站，結構簡單、成本低、數據傳輸速度快、且便于安裝調試與管理維護。分支通信網中每一個站點數據傳輸量小、通信距離比較短（在一

6、個變電所供電半徑內） ，常用的有光纖、無線、配電載波、公共移動通信（GPRS）這幾種通信技術。詳細見下面的介紹。配電主站通信集中器FTU主干通信網絡分支通信網絡DTUTTU主站 控制中心子站 變電站終端通信集中器FTUDTUTTU分支通信網絡圖 7-32 配電自動化通信網的結構7.3 光纖通信技術光纖通信技術光纖通信技術指的是采用光纖介質的通信技術，具有傳輸速率高、抗干擾性能強、可靠性高的優點，在條件允許的情況下，應是分支通信網的首選。以前制約光纖通信在配網自動化系統中應用的主要原因是投資大，而近年來隨著技術的發展，光纜價格有了大幅度的下降，光端機的價格也接近其他類型的通信終端。影響光纖通信應

7、用的障礙主要是光纜敷設比較困難，特別是在建筑、認可比較密集城市中心區、鬧市區。目前，我國建設的配網自動化系統的分支通信網主要采用光纖通信技術，具體可分為專線通道或以太網兩種方式。7.3.17.3.1 光纖專線通道光纖專線通道光纖專線通道是以光纖作為通信介質的點對多點串行數據傳輸通道，其光端設備是一種簡單的光纖數據傳輸收發設備，具有 T 和 R 兩個光端口，與光纜連接。光端機的數據通信接口與數據終端設備（主站、子站、DATU 等）相連接，通信接口采用 EIA/RS-232/485標準接口。光纖專線通道有以下配置方式：（1）主從式。主從方式是環形通信系統，支持多點通信，只有一個作為主單元，如圖7-

8、29 所示。這種配置方式比較適合配電系統多點、分散通信的特點。圖 7-29 主從式光纖通信方式（2）環路通信對等配置。該配置方式物理結構與圖 7-29 一樣，但環路上各點都可以設置為主單元。不過，每次數據傳輸時，只能選擇環路中一個單元作為主單元，其余各單元都處于從單元狀態。(3) 雙環自愈網。當環路上節點比較多時，為防止光纜或光端設備故障，造成通信中斷，采用雙光纖環路自愈網，如圖 7-30 所示。環網上每個站配置支持具有自愈功能的光纖收發器，該收發器具有自動切換和自愈功能。正常情況下，通信報文分別在 A 環和 B 環里傳輸。分站同時接收來自 A 環和 B 環的信息，光端設備只選擇其中一個環路的

9、信號傳送給 DATU。主站由一個串行口發送信息，同時在 A 環與 B 環里傳送，由兩個串行口分別接收 A 環和 B 環的信息。當光纜出現故障時，如 k 點斷開，兩側的光端設備只能接收到一個環路信息，經過一段延時，雙環路切換控制器自動把接收的信號切換到另一個環路發送端，生成新的環路，即斷點兩側的光端設備，A 環和 B 環相互鏈接，自動構成回路而形成雙環工作，實現光纖環路自愈功能。圖 7-30 雙環路光纖自愈環網光纖專線通道結構簡單、易于實現，傳輸延時小并且可控，在我國各地的配電自動化工程中獲得了廣泛的應用。不足之處只能采用輪詢的方式訪問 DATU，不支持主動上報通信機制，更不能實現 DATU 之

10、間的點對點對等數據交換，不能充分發揮光纖介質的傳輸速率高的優點。 7.3.27.3.2 光纖工業以太網光纖工業以太網光纖工業以太網只以光纖為通信介質的以太網。配網自動化系統應用的是工業以太網，它在技術與以太網(IEEE 標準)兼容，在產品設計、材質選用等方面考慮了實時性、互操作性、可靠性、抗干擾等工程應用的需要。工業以太網交換機遵循于 2007 年 12 月正式頒布 IEC 標準 6 國際標準。工業以太網是指遵循 IEEE802.3 標準，可以在光纜和雙絞線上傳輸，并針對于工業環境對工業控制網絡可靠性能的超高要求，加強了冗余功能。網絡結構現在多采用星型和總線型結構，傳輸速率為 10Mb/s，1

11、00 Mb/s，1000 Mb/s 或更高。采用快速生成樹冗余(RSTP)、環網冗余(RapidRingTM)、主干冗余(TrunkingTM)，等技術保證了網絡的可靠性，用戶可以根據自己的要求進行靈活選擇。1 技術優點技術優點1)工業以太網交換機通過快速生成樹冗余(RSTP)、環網冗余(RapidRingTM)到主干冗余(TrunkingTM)等技術可以實現光纖環網及多環耦合功能，其中環網冗余技術可以在 300ms 內完成自愈；2)工業以太網交換機采用了工業級元器件，無風扇設計，可以在高溫、強電磁輻射的環境下使用，適用能力較強；3)工業以太網交換機的功耗較小，雙光口配置的設備功率約為 6W，

12、可利用 FTU 提供的電源供電，電源設計和管理簡單實用；4)網管可在線監測網絡運行狀態。2 技術缺點技術缺點1)工業以太網各個廠家都有一部分私有協議，無法在環網冗余等層面上實現互聯；如果要實現不同廠家之間的互聯，網絡只能支持到快速生成樹冗余，網絡自愈能力將從 300ms 增加到 1 到 2 分鐘；2)用工業以太網組建網絡需要嚴格的整體規劃。環網冗余等技術應用的是數據鏈路層協議，根據以太網組網規定，一個二層網絡，網內節點需限制在 200 個左右，才能很好控制網絡風暴。對于一個擁有 3 萬個節點的大型網絡，必須編制詳細的整體規劃實現網絡建設和管理；3)配電網自動化網架結構經常會發生變化，工業交換機

13、在這方面的適應能力較差，通常需要對多個節點進行一定的數據維護量。采用工業以太網的配網自動化通信網絡如圖所示：7.3.27.3.2 EPONEPON以太網無源光網絡技術（EPON：Ethernet Passive Optical Network）是 PON 技術中的一種，EPON 采用點到多點網絡結構、無源光纖傳輸方式，是一種能夠提供多種綜合業務的新型的寬帶接入技術，目前已經廣泛應用于寬帶接入市場。EPON 作為一種拓撲靈活，支持多種業務接口的純光介質的接入技術，其在配電自動化領域的應用已得到了國家電網公司的認可，正在制定相關的技術標準。EPON 系統由局側的光線路終端（OLT）、用戶側的光網絡

14、單元（ONU）和光分配網絡（ODN）組成，可以靈活組成樹型、星型、總線型等拓撲結構。所謂“無源”指 ODN中不含有任何有源電子器件。在下行方向（OLT 到 ONU），OLT 發送的信號通過 ODN 到達各個 ONU。在上行方向（ONU 到 OLT），ONU 發送的信號只會到達 OLT，而不會到達其他 ONU。為了避免數據沖突并提高網絡利用效率，上行方向采用 TDMA 多址接入方式并對各 ONU 的數據發送進行仲裁。ODN 由光纖和一個或多個無源光分路器和相關無源光器件等組成，在 OLT 和 ONU 間提供光傳輸通道。EPON 系統參考結構如圖 3-3 所示。OLTONU 1IFPON IFPO

15、N IFPON：PON 接口 ONU 2ONU n網絡側接口SNI用戶側接口UNIODN圖 3-3 EPON 系統參考結構按照 ONU 在接入網中所處位置的不同，EPON 系統通常有以下幾種網絡應用類型：光纖到路邊（FTTCurb）、光纖到樓宇/分線盒（FTTB/C）、光纖到戶（FTTH）、光纖到辦公室（FTTO）等。配網自動化 EPON 光纖網絡主要有以下三個部分組成：OLT（Optical Line Terminal）：光線路終端：是 xPON 網絡的頭端設備，負責ONU 的接入匯聚功能：POS（Passive Optical Splitter）：光分配網絡，打通 OLT 同 ONU 的通

16、信光路；ONU（Optical Network Unit）：光網絡單元，是 xPON 網絡的終端設備，負責電力監控數據的采集和主站命令的下發；網絡層次如圖 3.4 所示。圖 3-4 EPON 智能配網系統結構技術優點：技術優點：1)長距離，高寬帶(20km，1.25G)是 EPON 的一大優點。光纖化的 ONU/ONT，非常適合于 FTTB 和 FTTO 模式，光纖可以直接到用戶，很好的解決了電信寬帶最后“一公里”的問題；2)帶寬分配靈活，服務有保證。EPON 對帶寬的分配和保證都有一套完整的體系，EPON 可以通過 DiffServ、PQ/WFQ、WRED 等來實現用戶級的 SLA。MS-E

17、PON可以根據需要對每個用戶甚至每個端口實現基于連接的帶寬分配(區別于普通交換機的基于端口的速率限制)，并可根據業務合約保證每個用戶連接的 QoS；3)節省光纖資源、對網絡協議透明傳輸。技術缺點：技術缺點：1)組網結構相對單一，組成樹形和鏈型網，無法實現 ONU 級別的通道保護；2)對以太網之外的業務支持能力較差。對于話音業務，其 QOS 是無法得到保障；3)雖然理論上鏈路上可以實現無限次分光，但廠家建議是二級分光，鏈路的延伸受到一定的限制。相對于工業以太網模式，EPON 更加適合配電自動化通信，當一次設備失電時，工業以太網交換機由于失點可能導致整個光纖環路的通信中斷，而采用 EPON，僅僅是

18、該單元無法正常通信，并不影響整個光纖環路的通信。7.4 無線通信技術無線通信技術無線通信，具有易于安裝，成本低的優點，但不適于在多高層建筑物的市中心及多山地區使用。較適宜于光纜施工不便，距離較遠的縣區變電所、配電所等。無線通信有擴頻、數傳電臺、商用電臺等方式。商用電臺價格低，但開啟時間較長，傳輸速率低，難以滿足實時性要求，只在負荷控制中應用較多。配電自動化系統主要使用無線擴頻和數傳電臺。擴頻通信發射功率在 1W 以內，不用申請無線頻點，并且有通信速率高、抗干擾能力強、保密性強、體積小、功耗低的優點。數傳電臺使用 350512MHz 或800900MHz 頻段，具有發射功率大，覆蓋范圍廣，傳輸時

19、延小的優點。由于電臺發射功率大，需要向無線電管理委員會申請頻點。7.5 配電載波配電載波采用電力線作為傳輸線的電力線載波通信在電力系統中得到廣泛應用。配電載波（DLCDistribution Line Carrier）借用配電線作為信號傳輸通道，具有投資小、覆蓋面廣的優點。DLC 用于配電網通信需要解決信號經過變壓器時的衰減、線路開關打開后的信號通路、由于阻抗不匹配產生的反射的影響以及線路故障時通信保障等問題。從實際應用效果來看，配電載波通信還難以完全滿足配電網監控對可靠性與實時性的要求。它主要是用于自動讀表（特別是低壓用戶的讀表以及負荷控制）等實時性要求不高的場合。7.6 GPRSGPRS（

20、General Packet Radio Service）是在現有 GSM 網絡上開通的一種新型分組數據傳輸技術，相對于原來傳統的電話、電力載波等通信方式，GPRS 具有永遠在線、快速登陸、按數據流量計費、自如切換、高速傳送、 安全可靠等優點。GPRS 通信網絡能夠滿足可持續傳送業務數據的需求，并且能夠進行實時的交互數據傳送，業務數據以數據包為單位，每個數據包的大小不超過 1024 字節，通信網絡傳送一包數據的時延不超過 1500ms。使用 GPRS 可以實現點對點以及點對多點的數據傳輸。GPRS 通信技術在傳輸速率，信號覆蓋范圍等方面有突出的優勢，比較適合遠程電能抄表，遠程變壓器監控，遠程儀

21、表監控等領域的通信要求。對于一些分散在邊遠地區的配電網監控點來說，建設專用的通信通道投資比較大，使用社會上電信運營商提供的 GPRS 通信服務是一種比較合適的選擇。相對于其他通信方式，GPRS 的不足之處是傳輸延遲較大，不過對于大部分配電自動化的應用來說，其傳輸延遲是可以接受的。基于 GPRS 技術的配電自動化系統已經在多個供電企業單位投入使用，從實際運行情況來看，系統設計達到了規劃的要求，可以滿足現階段配電自動化系統和各種配電終端的通訊要求，擺脫了需要個供電公司自己建立專用通訊系統的限制，可以把配電終端快速部署到移動信號覆蓋的廣大區域，而不受地形，建筑等各方面的影響?？紤]到安全防護要求，GP

22、RS 網絡和主網絡之間需要加入防火墻等網絡設備進行安全隔離。GPRS 只能接入一遙（遙信）、二遙（遙信、遙測）終端。對于實施遙控的終端必須采用專用網絡。7.7 配電自動化通信配電自動化通信協議基本概念協議基本概念通信協議是通信實體間進行數據交換的協議，工程上習慣上稱為通信規約( Protocol)。通信協議規定怎樣開始/結束通信，誰管理通信，怎樣傳輸信息，數據是怎樣表示與保護的，工作機理，支持的數據類型、 “命令” ，怎樣檢測/糾正錯誤等內容。早期的電力遠動通信協議是自發形成的，各電力自動化設備制造商以及電力企業根據自己設備及應用情況，開發出了許多不同的通信協議。目前，世界各地應用的不同版本的

23、電力遠動通信協議有近百種，它們互相之間不兼容，各種自動化設備之間難以直接互聯，給自動化系統集成帶來了極大的不便，造成了很大的投資浪費。為改變這一局面，國際標準化組織以及電力行業協會做了大量的工作，制定統一的開放性協議。自 1980 年代初期，國際電工委員會 IEC 成立了 TC57 技術委員會，開始制定電力自動化通信協議，已頒布的通信協議有 IEC60870-5 系列遠動通信協議體系、IEC60870-6 系列計算機（控制中心）數據通信協議體系以及 IEC 61334-4 系列使用配電載波的配電自動化系統通信協議。美國電科院（EPRI）與美國電氣電子工程師協會（IEEE）合作，自 1990 年

24、代起制定電力企業通信體系 UCA（Utility Communication Architecture） 。IEC 系列通信協議與 UCA 并不是完全兼容的，為了改變國際上存在兩個系列通信協議的局面，IEC 與 EPRI 以及 IEEE 正加強合作，制定統一的通信協議。我國是國際電工委員會 IEC 成員，向 IEC 系列協議靠攏是我國電力系統通信協議發展的趨勢?，F在國際標準化組織新頒布的電力系統通信協議，都是依據開放式系統互聯模型標準OSI 制定的。OSI 是國際標準化組織 ISO 為保證不同的計算機系統之間能夠相互通信交換數據定義的。OSI 模型將通信協議分成物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸

25、層、會話層、表示層和應用層 7 個層次上的內容。當然，并不是所有的通信協議都符合 OSI 模型，如早期的部頒循環遠動協議 CDT、查詢式遠動協議 SC1801 就沒有 OSI 模型規定的層次劃分。目前，在計算機網絡通信中應用比較廣泛的 TCP/IP 協議，由于制定時間較早，也不完全符合 OSI 模型，實際上它只是包含了一部分傳輸層及網絡層的內容。不過，按照 OSI 模型要求制定通信協議是發展趨勢，目前IEC、IEEE 等國際性組織制定的通信協議如 IEC870-5-101、ICCP（TASE2）等都是符合 OSI模型結構的。需要指出，我們實際工作中講的通信協議，往往有兩個含義。一個含義是指一個

26、完整的通信協議組或體系，它包含了一個具體應用中兩個通信實體進行數據交換需要的所有層次上的協議，如 IEC870-5-101 協議，包含了物理層、鏈路層及應用層三個層次的內容；另一個含義只是指一個具體層次上的通信協議，如 TCP/IP 僅僅包含傳輸層、網絡層的部分內容，它必須和其他層次上的協議配合，才能真正的實現兩個通信實體間的數據交換。圖 7-33 配電自動化通信協議的層次（a）專線通道；(b) 數據網絡目前，配網自動化中使用的通信協議可分為兩種：一種用于點對點連接的專線或數字傳輸通道，只包括物理層、鏈路層以及應用層三個層次的內容，如圖 7-33（a）所示；另一種用于數據通信網絡，除前述三個層

27、次上的內容，還使用 TCP/IP 作為網絡層傳輸協議，如圖 7-33（b）所示。7.8 配網自動化通信協議配網自動化通信協議7.8.17.8.1 IEC60870-5IEC60870-5 系列遠動協議系列遠動協議IEC60870-5 系列遠動協議是電力系統 RTU 或現場自動裝置與主站之間的遠動通信協議。它遵循了 OSI 七層參考模型，規定了物理層、鏈路層以及應用層三個層次之間的通信標準。在 IEC60870-5 基礎上，制訂了 IEC870-5-101、IEC870-5-102、IEC870-5-103 三個通信協議，分別適用于遠動、電能計量、繼電保護設備通信。IEC870-5-104 在

28、IEC870-5-101的基礎上增加了 TCP/IP 協議層次，以滿足廣域數據網絡上兩點之間進行對等通信的需要。我國已把 IEC870-5-101/104 作為電力行業標準（非等效采用） 。因此，配電自動化系統的通信協議應優先考慮選用 IEC870-5-101/104 作為通信協議，下面對 IEC870-5-101 進行簡單介紹。1 物理層物理層規定了連接器機械特性、邏輯電平、位元寬度、接口線的定義與功能、連接線建立和切斷等內容，提供傳送“1” 、 “0”碼的物理條件。IEC870-5 適用于點對點、點對多點等網絡結構，通道可以是雙工或半雙工，所規定的數據傳輸基本方式為 8 個數據位、1 個起

29、始位和 1 個奇偶校驗位。IEC870-5 采用國際電信聯盟 ITU（CCITT）推薦的 V 和 X 系列數據終端設備（DTE）數據連接設備（DCE）標準。常用的是 EIA/RS232/422/485 電氣接口。2 鏈路層鏈路層規定了建立鏈路聯系，從一點向另一點的傳送數據幀功能，包括數據“發出站” 、“目的站”地址、連接控制信息、糾錯處理等內容。IEC870-5-101 數據幀格式包括幀頭、被傳送的遠動應用數據單元（信息體） 、校驗碼及幀尾。而數據幀又分為傳送鏈路信息的固定長度幀、傳送應用數據的長度可變幀以及握手信息幀。一幀中應用數據長度不超過 255 個字節。3 應用層IEC870-5-10

30、1 應用層提供傳送遠動應用數據及信息的功能，每次傳送一個遠動數據單元 ASDU（Application Service Data Unit） 。ASDU 應用數據單元格式如表 7-3 所示。表中類型標識說明信息體類型、結構、格式。信息體順序說明信息體數據元素是否按順序排。公共地址指的是子站 RTU 地址。信息體地址是數據序號，在數據按順序排時，所有的數據序號是連續的，只有一個地址，是第一個數據的序號，而在數據是任意排列順序時，每一個數據前都有該數據的地址；信息體元素包括遠動數據，如模擬量輸入、數字量輸入、事件輸入等；信息體時標是時間標簽，在傳送遙信與遙測事件記錄時使用。表 7-3 ASDU 應

31、用數據單元格式ASDUASDU 的域類型標識ASDU 長度數據單元類型信息體順序傳送原因數據單元標識公共地址信息體地址信息體元素信息體信息體時標4 子站上報信息方式子站可以按照一定的時間間隔主動傳送遙信、遙測等循環數據；在發生遙信變位等事件時，子站主動觸發，上傳數據。子站最多重發 5 次，直至接收到主站確認信息。子站主動上報信息僅局限于點對點的通信方式，不適用于一點對多點方式。隨著網絡技術的迅猛發展，為滿足網絡技術在電力系統中的應用，通過網絡傳輸遠動信息，IEC TC57 在 IEC60870-5-101 基本遠動任務配套標準的基礎上制定了 IEC60870-5-104 傳輸規約，通過 TCP

32、/IP 協議實現網絡傳輸遠動信息。IEC 60870-5-104 采用平衡傳輸模式，終端有變化數據時，不管主站有沒有進行數據召喚，都要進行主動上報。7.8.27.8.2 DNP3.0DNP3.0 遠動協議遠動協議 (其他通信協議可以分為兩類，一類是我國原電力部以及國家電力公司制定的通信協議，如原電力部頒布的循環傳送協議 CDT、查詢式 POLLING 協議，國家電力公司在 2001 年頒布的配網自動化監控終端通信協議等；另一類是由制造商制定，國際、國內廣泛應用的協議，如 DNP3.0、SC1801、u4F、MODBUS 等。在配電自動化系統中廣泛應用的是 DNP3.0 協議，國電公司制定的配網

33、自動化監控終端通信協議與 DNP3.0 類似。配電自動化一般采用點對多點的方式，當子站較多時，采用問答方式把所有的點訪問一遍，占用時間長，往往會影響重要的信息，如開關變位、故障信息等及時上傳。因此，比較合適的方式是 FTU 能主動向控制主站報告遙信量變位及故障信息等，主站間隔一定的時間，如半個 h，訪問各 FTU，以確認 FTU 是否工作正常。IEC870-5-101 盡管支持子站主動上報變化信息的方式，但不能用于點對多點通道配置，因此，不適于作為線路 FTU 的通信協議。DNP3.0 協議是一種比較合適的支持主動上報的配電自動化主站與 RTU/FTU 通信協議，它符合 OSI 系統模型的開放

34、式協議，與 IEC870-5 基本兼容。DNP3.0 最初由 Westronic 公司( 現在的 GE-Harris 公司)于 1990 年提出，已被 IEEE 推薦為 RTU/FTU 與主站之間的通信協議，在北美地區應用廣泛，我國的一些配電自動化工程也選擇了 DNP3.0。DNP3.0 與 IEC870-5-101 基本相同，它與 IEC870-5-101 區別比較大的主要有：（1) 傳輸層。按照 IEC870-5 的規定，鏈路層每一幀所傳送的應用數據不超過 255 個字節，為此，DNP3.0 增加了一個傳輸層，將超過 255 個字節的應用數據分成若干個不超過255 字節的數據段，送到鏈路層

35、傳輸。（2)子站主動上報信息。 DNP3.0 支持子站主動上報信息方式，如果兩個子站同時上報信息，有可能發生消息碰撞。因此，主站或子站都要檢測線路是否空閑，確認線路上無數據傳輸時，才可以發送數據。為了避免子站發出的信息在通道上碰撞，要為每個子站設置一個固定的時間延遲，每個子站的時間延遲大于主站時間延遲且各不相同。可按照子站的重要程度，確定優先級，給定時間延遲，優先級高的時間延遲就小，這樣就避免了消息碰撞。給子站確定不同的時間延遲帶來的問題是優先級低的子站等待時間可能很長，時間浪費大。另一種方法是為每個子站設置一個大于主站時間延遲，但小于所有的子站時間延遲之和的隨機等待時間。這樣可以減少時間浪費

36、，但仍有消息碰撞的可能，如發生了碰撞，碰撞的兩個站再等待一個隨機時間，再上報信息，直到消息不再碰撞時，將數據發往主站。)7.9 IEC61850 變電所數據通信協議體系變電所數據通信協議體系IEC 61850 是 EPRI、 IEEE 和 IEC 合作的成果，其目的是建立一個真正的全球性的標準，解決變電所自動化系統功能與通信的互通互聯問題。7.9.17.9.1 面向對象的數據模型面向對象的數據模型常規的通信協議(如 IEC870-5 系列、SC1801、ModBus 等)從各種自動裝置接收數據需要三個處理過程。首先，裝置把實際數據映射成適當的協議消息；將數據傳遞到請求者那里，并寫入數據庫中；最

37、后，將數據以圖形符號的方式顯示給用戶。存在的問題是，在協議消息傳輸過程中，其中一個數據與其他數據的關系丟失了，因此，必須映射協議消息與其他數據的關系（一般叫作交叉關系表映射） 。在安裝調試變電所自動化系統，處理所有的數據點時， （映射）配置工作非常耗費時間并且容易發生錯誤。IEC 61850 采用面向對象的新方法，來解決以上問題。單一的數據是沒有意義的，IEC 61850 將信息分為可以訪問的邏輯信息組，例如保護信息、開關設備信息、測量信息組等。邏輯信息組被進一步劃分為不同的按邏輯節點。邏輯節點是組成變電所自動化應用功能，能夠互相交換信息的最小實體，是變電所最基本的虛擬表示單元。每一個邏輯節點

38、由代表一些特定應用功能的數據組成。按照定義好的通信方法與服務，包含在邏輯節點中的信息能夠同其他邏輯節點交換。用戶可以比較容易地研究和瀏覽這些邏輯節點，提取出所需要的信息。圖 7-35 給出了一個叫 XQFR 的邏輯節點的例子。這個邏輯節點代表一個 IED1模型中的斷路器對象。XQFR 包含一個數據類 Pos，表示斷路器的位置。這個數據類被賦予不同的屬性。例如，狀態值 stVal 表示斷路器的分合位置、狀態質量( 接點的完好性)和時間標記。這樣，斷路器的信息可以通過訪問具體的邏輯節點 XQFR 獲得。假設已知一個包含斷路器的 IED 模型，數據類 XQFR 的實例叫做 XQFR1，則訪問 XQF

39、R1.Pos 即可獲得斷路器所有的屬性信息，而訪問 XQFR1.Pos.stVal 就可以獲得斷路器的狀態信息。圖 7-35 邏輯節點 XQFR 的數據和數據屬性一組邏輯節點組合在一起，完成一個具體的應用功能，它們可能分布在變電所內若干個實際物理設備中。圖 7-36 所示的保護功能為例，它包含三個邏輯節點（HMI：人機界面、P：保護、XQFR：斷路器）和一個獨立的邏輯節點（TCTR：電流傳感器） ，它們分布在斷路器、電流互感器、保護裝置三個具體的物理設備中。需要指出，在其他一些應用場合，這些邏輯節點有可能都集中在一個物理設備中。圖 7-36 由邏輯節點構成的保護功能一個物理設備可能包含多個邏輯

40、節點。使用邏輯節點可以為一個具體的 IED（例如單元層保護裝置）建模，這些 IED 與變電所內的其他物理設備相互作用，完成具體的功能。一些邏輯節點可以認為是代表變電所內物理設備（例如斷路器或電流互感器）的邏輯對象。其他一些邏輯節點只完成一部分功能。以開關或斷路器控制為例，控制邏輯節點和斷路器邏輯節點相互作用完成斷路器的操作。如此，一組邏輯節點可逐步地建立起描述單元層裝置控制行為的模塊。IEC61850 采用的新模型包括 IEC60870 系列標準的數據模型、變電所二次設備及一次設備數據模型，其內容覆蓋了變電所涉及的幾乎全部領域，使得系統內的通信更加方便。此外，IEC61850 與 IEC619

41、70 的模型協調一致，有利于變電所自動化系統與 SCADA 系統數據庫之間的數據交換。7.9.27.9.2 抽象通信服務接口抽象通信服務接口IEC61850 總結了電力生產過程的特點和要求，歸納出電力系統所必需的信息傳輸的網1 IED（Intelligent Electronic Device） 指變電所保護、監控裝置。絡服務，設計出抽象通信服務接口 ACSI（Abstract Communication Service Interface)，其應用功能、對象、服務與具體的技術及實現方法（通信協議）無關。ACSI 提供 6 種服務模型：連接服務模型、變量訪問服務模型、數據傳輸服務模型、設備控制

42、服務模型、文件傳輸服務模型、時鐘同步服務模型。它所定義的服務、對象、參數通過特殊通信服務映射（SCSMSpecific Communication Service Mapping）綁定到底層的應用程序（協議）中，例如綁定到 MMS 或 IEC870-5 等應用層協議上。這使得 IEC61850 的應用可以適應各種網絡。在底層網絡發生變化的情況下，只需要改變相應的特殊通信服務映射即可。 7.9.37.9.3 面向設備的自描述面向設備的自描述IEC61850 提供的模型覆蓋了變電所自動化領域幾乎所有功能和數據對象，并提供了擴展機制。因而在傳輸數據時，通過附帶數據自我描述信息的方法，實現信息的自描述

43、，數據在傳到調度系統后，可以直接通過軟件解析，簡化了現場驗收工作，數據庫維護工作量大為減少。7.9.47.9.4 系統配置系統配置因為 IEC61850 建立了統一的模型體系和統一的 ACSI 接口，并且支持現場設備的直接訪問，因而在設備配置發生變化的情況下，調度系統可以很方便地得知配置改變情況，并據此進行更改。IEC61850 包含了十個部分的內容。電力系統工程師和用戶可能需要一些時間認識了解它。然而，隨著對電力系統數據的需求越來越多，信息新技術的不斷應用，IEC 61850 最終會成為處理變電所配置、模型和通信的主要標準。7.10 IEC61850 在配網自動化通信中的應用在配網自動化通信

44、中的應用在配網自動化系統中，需要接入大量的來自不同生產廠家的配電終端設備。采用傳統的通信規約如 IEC 60870-5-101/104，DNP3.0、DL451-91 等，接入和維護的工作量都十分大，而且不方便實現終端與終端之間的對等通信。IEC 61850 為變電站自動化提供了統一的標準，實現了不同智能設備之間的無縫接入。隨著 IEC 61850 的逐漸成熟和廣泛應用，其技術和方法逐漸推廣至變電站自動化以外的其它應用領域，包括水力發電（IEC 61850-7-410） 、分布式能源（IEC 61850-7-420） 、風力發電（IEC 61400-25）等等。將 IEC 61850 引入到配

45、網自動化領域，采用統一的模型、統一的接口，實現主站與配電終端、不同配電終端之間的互操作，從而解決大量配電終端的有效接入問題，減少維護工作量的。7.10.17.10.1 信息模型信息模型從邏輯上，按照信息分層的方法，將配網自動化劃分為三層，主站層、饋線層、終端層（FTU、TTU 等），如圖 3 所示。主站層位于控制中心，是配網自動化的核心和大腦。饋線層對一條中壓饋線進行監控，包括位于變電站的網絡設備、對整條饋線進行控制的智能設備等。終端層是位于具體線路上的智能設備，包括柱上開關的 FTU、環網柜 FTU、配變 TTU、開閉所 DTU 等。主干網絡主站配電子站/通信設備（網橋）FTUTTU配電子站

46、主站層饋線層終端層分支網絡FTUTTU分支網絡圖 1 通信自動化的分層模型主站層位于控制中心，從整體上實現了配電網的監視和控制、故障定位、隔離與恢復供電，是整個配電網監控和管理系統的核心。主站層通過前置機實現了對大量 IED 的數據接入和管理。配電網由很多饋線組成，饋線與饋線之間的連接關系比較松散，同一饋線內部存在著一定的拓撲關系，連接比較緊密。饋線層從整體上實現了對一條饋線的邏輯處理功能，往往需要多個配電終端的相互配合。配電子站屬于饋線層設備，在 ADA 通信中存在 2 種類型的配電子站：1）A 型子站。這種類型的子站連接的配電終端都符合 IEC 61850 標準，子站起到的作用是連接分支網

47、絡與主干網絡，限制分支網絡的廣播信息進入主干網絡。2）B 型子站。對于部分不符合 IEC 61850 標準的配電終端采用網關的方式，由子站完成模型的轉換，然后接入主干網絡。另外，對需要多個配電終端之間相互協作的功能，如分布式智能控制等，也屬于饋線層的功能。終端層是位于具體的配電網線路上的自動化現場設備，包括柱上開關 FTU、環網柜FTU、配變 TTU 等。配電終端需要完成的功能包括：1）SCADA 測量與控制功能，即遙測、遙信、遙控功能；2）諧波測量功能；3）短路故障檢測功能；4）小電流接地故障檢測功能；5）智能充電管理。7.10.27.10.2 配電終端設備模型配電終端設備模型目前的 IEC

48、 61850 對變電站自動化設備的建模已經比較成熟，應用到配網自動化中，需要對相關的 IED 進行合理地建模，包括柱上開關 FTU、環網柜 FTU、開閉所 DTU 等。對于配電終端的建模要盡量采用 IEC 61850 中已有的 LN（Logical Node，邏輯節點），這樣可以保證模型的一致性。對于配網自動化中一些專用功能比如小電流接地保護等，需要結合于配電網和配電線路的特點，進行信息建模，增加新的 LN（如 PSPE，小電流接地保護）。以柱上開關為例建立配電終端設備模型，如圖 3 所示。出線開關柱上開關柱上開關TCTRTVTRXSWILD1 （測控）LLN0CSWIXSWIMMXU MHAI MSQILPDHZBTCZBATLD2 （保護）LLN0LPDHRFLORDIRPTOCPSPETVTRTCTRIED-Pole FTULD3 （電源）LLN0LPDHGGIO圖 2 柱上開關 FTU 信息模型圖 3 中，將 FTU 分成 3 個 LD（Logical Device，邏輯設備），LD1、LD2 和LD3。LD1 主要完成常規的 SCADA 功