江苏电网EMS中网络通信的应用

　　0引言
　　
　　随着江苏电网的迅速发展和电力系统应用需求的不断增加，系统对信息量的需求大幅度增加，原有的远动通信方式已很难满足实际应用的要求。由于江苏电网220kV变电站数量较多，因而大量采用CDT协议，由地调向省调转发信息。CDT协议的设计初衷是为了尽可能减少传输带宽的占用和降低传输双方的处理难度，以适应过去有限的通信和计算机资源，但存在着以下几个问题：①信息容量有限。CDT协议的信息字长仅为6字节，其中5字节直接携带地址信息和数据信息，导致可以支持的地址空间十分有限，无法适应大型地调数据转发的需求。目前，我们常常采用增加通道的方法来扩大容量，需要2个及以上端口与省调进行信息传输，配备的远动通道也要4个以上，性能价格比极低。②数据类型单一。有限的信息容量使得CDT协议仅能表示二进制量、16位模拟量和32位累计值这3种数据类型。③响应速度慢。传统远动通道大多采用9600bit/s以下（甚至是300bit/s～600bit/s）的通信速率，数据刷新慢，变化数据的更新不及时，实时性无法满足系统要求。④可靠性差。CDT协议的事件传送机制通过增发重复报文来提高对侧正确接受的概率，由于没有使用更科学的应答确认方式，被干扰的报文有可能丢失，无法确保事件信息的可靠传送。
　　
　　因此，使用更为*的通信手段对原有远动通信方式进行改造显得十分必要。随着江苏电力数据网络的建成及投入使用，江苏省调进行了EMS网络通信方面的研究和应用工作。
　　
　　1远动通信网络化
　　
　　1.1网络技术的选择
　　
　　虽然远动通信要求很高的实时性，但是随着网络技术的进步，现在已经可以用合理的代价得到需要的网络速度。对于EMS内部和变电站内部的网络，基于交换技术的快速以太网无疑是的选择。在10Mbit/s的层次上，以太网或许还有竞争者，例如令牌环网。但是进入到100Mbit/s及更高速率之后，无论从性能或是价格来考虑，以太网都是局域网领域的。其他高速网技术，如ATM和FDDI，虽然在局域网中应用不广，但是可以作为连接主站与主站、主站与变电站的广域网解决方案。
　　
　　1.2传输层协议和路由功能
　　
　　由于Internet的极大成功，TCP/IP已经成为从局域网到广域网领域的事实标准。TCP/IP使用IP完成路由，使用TCP实现传输层控制，从功能和效率上都能满足远动通信的需要。由于其在Internet上的大量使用，导致*范围内研制和生产了大量基于TCP/IP的硬件、软件，可以说TCP/IP是目前获得支持zui广、发展zui快、zui为成熟的网络协议。因此，IEC也将TCP/IP选为IEC60870-5-104和TASE.2的基础协议。
　　
　　1.3应用层协议的选择
　　
　　有了TCP进行传输控制，原则上可以选择任何一种应用层协议。考虑到不同系统之间的互操作性，为了使系统具有更好的开放性和扩展性，应该在标准协议中进行选择。目前已选择的以及未来可能被选择的协议包括：IEC60870-5-101，IEC60870-5-104，IEC60870-6（TASE.2），IEC61850。这几种应用层协议的基本特性的比较，如表1所示。　　由表1可见，除了IEC60870-5-101之外，其他3种协议都是为了在网络环境中使用而设计的。IEC60870-5-101使用变长的地址，zui长可达到24位，可以满足一般变电站内、变电站与主站之间传送数据的需要。因此，在无法进行网络化改造的场合，IEC60870-5-101是传统远动协议的替代。TASE.2和IEC61850协议更进一步，将数据（设备）定位方式改变为按名称检索，使它们具有近乎无限的数据容量，给上层应用程序带来更大的灵活性。IEC61850甚至支持层次型的命名方式，为按照IEC61970规范开发的EMS提供了更好的信息集成能力。
　　
　　2应用层协议在EMS中的应用
　　
　　根据不同协议的特性以及它们目前在EMS中的使用情况，可以得到以下结论：
　　
　　a．从应用要求和IEC的态度可见，远动通信网络化是大势所趋，逐步进行网络化改造是明智的选择。
　　
　　b．EMS的标准化、规范化、面向对象化是发展趋势，可以在条件许可的前提下，选择具有面向对象特性的新协议。这是一个从高层到低层、从主站系统到变电站系统逐步面向对象化的过程。
　　
　　c．TASE．2和IEC61850都源自中国电力科学研究院（EPRl）对UCA（UtilityCommunicationArchitecture）的研究和推广，它们都以另一个协议ISO9506（ManufacturingMessageSpecification）为基础，并使用MMS提供的服务。从表1可以看出，IEC推荐在不同场合选择使用IEC61850，IEC60870-5和IEC60870-6，虽然目前IEC61850并未zui后定稿，但可以保证在TASE.2上的投资不会因为IEC61850的推广而浪费。
　　
　　基于以上分析，我们确定以下原则：
　　
　　a．主站与主站之间建立网络通信并选用TASE.2；
　　
　　b．主站与变电站之间建立网络通信并选用IEC60870-5-104；
　　
　　c．对于当地监控系统较为简单或者没有当地监控的RTU装置，以IEC60870-5-104实现网络通信；
　　
　　d．对于没有网络能力的RTU装置，通过终端服务器转接上网或者直接使用串行通道，然后选用IEC60870-5-101，其中终端服务器方式为推荐方式。
　　
　　3江苏电力数据网络的建设
　　
　　为了解决传统远动通信中存在的问题，开展EMS网络通信的应用工作，首先必须有完备的数据通信网络。江苏省电力公司于2000年建成了基于ATM的三级数据网，分为骨干交换层和接入层。骨干交换层包括江苏省电力公司本部和全部13个地区供电公司，选用北方电讯Passport15000作为骨干ATM交换设备，交换容量为40GB，中继带宽为622Mbit/s，选用Passport7480作为骨干节点业务接人设备。接人层包括江苏电网中的500kV变电站和主要发电厂，选用北方电讯Passport5430，按就近接人的原则通过2Mbit/s的ATM中继接人附近的骨干层节点。江苏电力数据网络在IP业务的实施过程中，利用北方电讯Passport交换机提供的*PN功能构建了用于实时控制业务的VPN（简称实时VPN），各节点的调度实时系统通过网络通信工作站直接接入实时VPN，采用IEC60870-6TASE.2协议进行省、地调EMS/SCADA系统之间的实时数据通信。通过网络方式直接将省调直收电厂和500kV变电站的RTU信息上网的工作目前正在进行。
　　
　　4通信协议在江苏电网EMS中的使用状况
　　
　　江苏电网EMS数据网络通信的应用分为以下3个方面：①地调与省调间TASE.2通信；②电厂或变电站与省调间的IEC60870-5-104网络通信；③电厂或变电站通过终端服务器与省调间的常规远动协议通信。3种通信方式的示意图如图1所示。
　　　　地调与省调之间选用TASE.2通信。江苏省调与南瑞电网控制公司在OPEN2000系统上进行了应用方面的合作开发。目前，大部分地调与省调进行了TASE.2通信，其中，苏州、南京、扬州、徐州等供电公司TASE.2已经正式投运，并已取消常规的远动通信，取得了很好的运行效果。信息容量不再受到限制，遥信信息除了变电站的断路器外，还将所需的刀闸信息送到了省调。同时，系统的实时性得到了可靠保证，经测试，从地调人工遥信变位或遥测突变，到省调一次主接线图反应时间，遥测小于5s，遥信小于4s。因此，TASE.2通信在江苏电网已经得到了很好的应用，产生了巨大的效益。
　　
　　电厂或变电站与省调间选用IEC60870-5-104通信。目前，江苏电网采用IEC60870-5-04网络通信协议而且已投运的有射阳港、夏港、盐城、徐塘、谏壁等5座发电厂和东善桥500kV变电站，信息传输效果非常好，现场遥测、遥信变化到主站主接线图反应时间，遥测小于4s，遥信小于3s，而采用常规远动通信方式时，其反应时间均大于10s。
　　
　　电厂或变电站通过终端服务器与省调间的常规远动协议通信。从图1可以看出，这种通信仅仅采用了网络传输，其应用层协议还是常规远动协议，真正的传输速率受到RTU串行口速率的限制。但由于省略了两端的调制解调器设备，其误码率大大降低，通信信道的可靠性有了很大提高，目前江苏电网以这种方式投运的仅下关发电厂1座，效果比较好。采用这种通信方式将大大提高信息传输的可靠性，比较适合于规模较小的电厂或变电站。
　　
　　从江苏电网的经验看，远动通信网络化的优势主要是：①增加信息容量，提高扩展性；②提高信息传送速度，改善系统实时性；③大幅度提高数据传输的可靠性。
　　
　　5结语
　　
　　从目前江苏电网EMS的3种网络通信方式的试运行情况来看，效果比较好。下一步将按照计划全面推广使用，所有地调全部实现TASE.2通信；500kV变电站和部分规模较大的发电厂全部采用IEC60870-5-104网络通信；常规RTU且规模较小的发电厂采用增加终端服务器方式实现网络通信。争取在2003年全面实现网络通信，使江苏电网的网络通信应用提高到一个新的水平。