采用因特网进行电力系统实时数据通信的试验研究

1、采用因特网进行电力系统实时数据通信的试验研究Test and Research of Real-time Data Communication in Power System By Way of Internet刘清瑞1,成海彦2(1.深圳市特发泰科自动化公司,广东深圳518049;2.河北省电力调度通信中心,河北石家庄050021摘要:根据在某分布式能量管理系统中应用因特网通信标准TCP/IP协议进行通信的实践,对电力自动化系统基于因特网通信的可行性与必要性进行了论述,提出了在电力自动化系统中全面采用基于因特网通信方式的概念。对电力自动化系统采用基于因特网通信方式的优点、具体实现方法以及在实

2、施中需注意的问题进行了详细论述。关键词:因特网;通信;电力自动化系统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中图分类号:TM73文献标识码:A文章编号:1001-9898(200104-0010-0321世纪是一个以迅速发展的计算机网络为基础的全面数字化的信息时代。因特网(Internet跨越了国界的限制和空间的约束,在改变了人们生活方式的同时也为信息交流和传输创造了无比便利的手段。而同样以计算机技术、网络技术、通信技术为基础的电力自动化系统,也随之采用了许多新技术。我国电力行业由于城网、农网改造的超大规模投入,最近几年也得到了超常规的发展,各级电力调度自动化/能量管理系统(SCADA/EMS、发电厂监控系统、电能量计费系统、配电自动化系统(DMS、变电站综合自动化系统、远程视频图像监

5、控系统等纷纷更新换代,新设备、新技术得以迅速推广和应用。本文所述的电力自动化系统,主要指的是以上几类电网生产运行中的实时和准实时系统(不包括M IS系统。然而,在快速发展的网络浪潮中,作为电力生产、运行和管理必备手段的各种实时自动化系统却基本上仍保持着传统的通信方式而未能将因特网的技术融入,不能不说是一个缺憾。笔者与有关单位合作,在某省电力调度通信中心分布式能量管理系统上进行了利用因特网通过标准TCP/IP协议与R TU通信的试验,获得了圆满成功。试验证明,目前大部分网省级电力公司已具备了大规模推广这种应用模式的条件。以下以在EMS上的应用为例,说明电力自动化系统采用基于因特网通信方式的有关情

6、况。对于实现基于因特网通信的电力自动化系统的可行性与必要性、因特网概况、IP地址的结构分配方法与域名解析等内容不再赘述。1电力自动化系统应用因特网通信的可行性与必要性在现阶段,电力自动化系统采用基于因特网的通信方式完全可行而且很有必要,主要表现在以下几个方面。a.计算机网络技术的发展。近几年来,随着计算机网络技术的发展,各种通信协议、网管系统、浏览工具、开发工具、上载下载和管理工具不断成熟和完善,为电力自动化系统采用基于因特网的通信方式提供了技术基础。b.网络覆盖面迅速扩大,相当多的电力企业已具备千兆交换到桌面的硬件条件。c.信息共享度的提高及对这方面要求的增强。d.电力系统在系统联网及信息传

7、输方面条件优越。电力系统的通信设施随着发电厂/变电站的建设同步配套,已有的通信通道在使用效果上等效于商用DDN专线。2基于因特网通信的电力自动化系统的优点a.集成性好可以向各信息网络提供统一的收稿日期:2001-02-07作者简介:刘清瑞(1958-,男,高级工程师,主要从事电力自动化系统的设计开发和科研工作。1信息源,无需二次加工和处理,便于信息共享和交换。即插即用的完整系统解决方案,使各种应用系统可以做到无缝连接,彻底消除了长期以来困扰各生产运行单位的不同系统、不同设备之间的通信规约接入问题。b.实时性高通信快捷、安全,高性能、高效率,并可支持数字、文字、声音、图像等信息的混合传输,极大地

8、提高了系统的实时性能。由于各变电站都为综合自动化系统保留有专用的一对通信通道,故变电站信息传输不会与其它信息发生冲突。而且,由于采用了实时信息,时延远远小于3s,确保了整个系统的实时性能。c.可靠安全可利用因特网现成的安全工具方便灵活地建立多级容错机制、管理机制和安全保密措施。其服务质量(QoS由于受到TCP/IP内嵌的差错控制、流量控制、路径控制与重定向等严格的控制机制而得以保证,体现QoS的主要技术指标如业务可用性、延迟、吞吐量、丢包率等均由IP标准的VLAN分段、数据包标记、优先级排队、快速转发、资源预留等QoS机制来保证。与传统电力自动化系统相比较,采用这种方式既减轻了用户在这方面的工

9、作量,又保证了信息传输的服务质量。d.灵活性、可扩展性好服务器/浏览器模式比客户机/服务器模式在使用方便性、易管理性、易扩充修改性等方面更有优越性。新的应用模块只要符合B/S模式可随时加入系统并共享资源。e.技术成熟,统一性与标准化程度高符合成熟的工业标准,浏览器软件使用方便,费用低廉。f.开放性好由于采用标准平台,在安全可靠的前提下系统的开放性得到了有力保证,不同的应用系统(如SCADA/EMS、DMS、电量计费系统、负控系统、抄表系统、M IS系统可随时扩容、升级、更新换代,而不影响其它系统的结构与功能。g.经济性好由于采用标准化、商业化的软件工具,大大降低了系统的开发和维护费用,从而使系

10、统具有更高的性能价格比。而且,由于实时数据可保存在厂站当地,只上传报警和事故信息,减轻了通信负荷和CPU负荷,从而可以降低系统主站计算机设备的配置而使系统造价下降。3电力自动化系统利用因特网通信的基础工作采用因特网进行电力自动化系统实时数据通信,需在工程实施前完成一些基础性的工作。这些工作一般在初次采用因特网通信技术时完成,以后再增加站点时可直接应用。基础性工作主要有:a.建立所管辖区域内电力自动化系统的数据定义规范、数据交换接口规范、数据服务标准、数据访问控制标准、厂站端页面格式标准及相关文件。由于目前国内尚无定型的国家标准或行业标准,所以需要参照有关资料制订以上规范文件。所有数据文件均以H

11、TML格式存储和传输、浏览,图像、声音文件均可独立构成文件或嵌入其它数据文件中。b.规划分配定义IP地址和确定域名。注意不能与网络内的其它IP地址冲突,最好能以省级电力公司为单位选用自己专用的B类地址,统一编址后下发各电业局/发电厂及有关单位实施。在电力自动化网络中,还可适当利用D类和E类地址以提高资源利用率和通信效率,方便系统管理。c.按制订的统一规则设置电子信箱帐号。因为采用因特网通信模式后,所有具有上因特网功能的R TU或综合自动化系统的实时数据都要保留在当地,故障报警信息利用电子邮件传送到主站,历史记录数据按预定义时间周期也用电子邮件送往主站。d.配置各服务器和TCP/IP。按确定的I

12、P地址、域名、电子信箱名称等配置IP地址、子网掩码、默认网关、各服务器地址等。e.定义数据库。已采用因特网通信的厂站数据库要根据规范重新定义和编辑。f.加强权限管理和安全管理,主站端硬件软件一并考虑,厂站端则侧重考虑软件。主要措施有:身份鉴别、权限审计、密码核对、表格查找、访问记录等。基础性工作完成后,即可按要求改变接线,开始按新的通信模式工作。4试验环境及测试情况采用因特网通信方式试验环境的主站、变电站的简况,原工作模式与新通信模式下的主要指标对照,以及其它运行指标简述如下。4.1主站系统概况在所做的试验中,主站系统为分布式以太网结构,主要设备有SCADA服务器2台、EMS应用服务器2台、历

13、史服务器2台、Internet服务器1台、前置处理机2组、人机工作站6台、模拟盘工作站1台、M IS网桥1台、路由器1台、24口集线器1台。应用软件具备SCADA、A GC/EDC、N T/SE、ODF、UC、D TS功能。11主要软件修改工作在SCADA 服务器上完成,增加了因特网工具软件、通信管理软件、安全管理软件和应用软件模块1,新增了因特网通信数据库。在其它各服务器和工作站上则重新配置微软IE5.0浏览器即可。为了照顾调度员的使用习惯,所有界面仍采用原系统的界面。4.2变电站概况本次试验的2座变电站均为500kV 变电站,容量相同:296个遥测、1129个遥信、61个遥控对象、16个遥

14、调,并与微机保护、智能直流设备、故障录波设备、智能电能表通信。在此之前,均采用 DNP 3.0通信规约与主站经RS -232串口和MODEM 调制解调后以1200bits/s 的速率通信。试验的2座变电站均采用基于加拿大CAE 模块的DSS -M/2000变电站综合自动化系统,分布式网络结构。站端设备除增加了1台路由器外,其它无变化。4.3试验系统结构试验系统结构如图1所示。图1试验系统结构示意4.4原工作模式与采用因特网通信模式后主要指标对照图1中测试软件安装在测试便携机上,主站端在前置机上另安装了测试软件,接收到任何信息都立即返送。测试数据分2类,一类是直接模拟操作,由R TU 产生的有关

15、数据同时送便携机和主站,主站收到数据包后立即返送,便携机记录下间隔时间;另一类是通过便携机产生模拟数据,主站收到后立即返送,便携机同样记录下间隔时间。对遥控遥调采用从主站操作和便携机操作2种测试方式。每种类型的测试均按相同的条件连续测试30min ,表1中的数据为平均统计数据。表1平均统计数据项目原通信方式(RS -232串口新通信方式(TCP/IP 网络通信规约DNP3.0IEC 60870-5-101通信速率1200bits/s 2MB 变化遥测/s 3.220.78变化遥信/s 2.680.66遥调/s 2.110.23遥控选择返校/s 1.920.36遥控执行/s 1.890.28全数

16、据扫描/s 9.831.124.5其它测试完成上述主要测试项目后,又在主站端按EMS 的技术功能规范要求逐项测试。其测试方法与传统系统的测试方法相同,对数据、画面、报表、历史记录、事件响应、事故处理、控制调节、在线离线诊断等逐项测试、记录,其总体的精度指标、实时性指标、容量指标、可靠性指标等均优于或等同于传统系统的指标(国家电力调度通信中心文件:调自20007号关于印发“地区电网调度自动化系统应用软件基本功能实用要求及验收细则(试行”。按此方法对系统实测以及1年来实际运行的结果,表明采用因特网通信方式后,在系统的运行可靠性、实时性、系统容量3项指标上均比原系统有较大幅度的提高。5电力自动化系统

17、采用因特网通信方式时需注意的问题在电力自动化系统中采用因特网通信方式时,需特别注意以下几个方面,否则会对整个系统的工作稳定性和工作效率产生不利的影响2。a.IP 地址和域名的统一管理设定技巧,既要充分利用资源,又不能使其冲突。b.防火墙和其它安全机制的考虑。系统的安全性应一直放在首位,防火墙须具备IP 地址和MAC 地址绑定、防IP 地址盗用、访问控制、端口映射、代理缓存和基本安全控制规则的功能。c.主站与厂站端分别考虑,可以根据系统的实际情况一次规划,分步实施。d.厂站端设备补充因特网通信功能和本地页面。目前大多数R TU 不支持这种通信方式,需要专门开发此类软件。所以目前对电力自动化系统来

18、说,可能还要2种通信方式并存一段时间,以后随着新厂站端设备的功能增强,再过渡到全面应用这种方式。6结束语本文主要以电力调度能量管理(下转第26页21表2L9(34正交试验表序号再生剂量/t再生浓度/%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将试验中所得的指标进行数据处理,即计算出3个因素对指标影响的平均值R1、R2、R3,见表3。表3平

19、均值计算R值再生剂量影响值再生浓度影响值再生流量影响值R1263826652688.7R22788.327642716R32600.725982622.3由表2估算阳床再生参数的最佳配合为:再生剂量4.5t,再生浓度2.5%,再生流量30t/h。表4是调试前后阳床的运行参数及经济指标的对比,表4表明调试取得了显著的效果。表4调试前后阳床运行参数及经济指标对比项目调试前调试后再生剂量/t 5.0 4.5再生浓度/% 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树脂的补充根据床体的运行情况及现场实际测量,发现树脂的

20、装填高度较设计值少,这也影响床体的周期制水量。因此,补加树脂必不可少。为了安全稳妥,填加树脂的量(特别是弱型树脂采用交叉处理的方法进行多次小型试验,确定树脂的最大膨胀率,并以此为依据,计算树脂填加量。通过适当补加001×7及D1132种树脂,使树脂填装量趋于合理,满足制水要求,水垫层高度控制在50100mm。5.3减少入口水浊度,对树脂进行漂洗由于浮动床对入口水浊度要求较高,在预处理系统中投加混凝剂便显得至关重要,它能有效地去除水中悬浮物、胶体等杂质;同时严格执行高效过滤器定期反洗制度,加强阳床入口水浊度的监督力度,保证浊度合格。根据床体中树脂的实际情况,对树脂中存在的大量絮状悬浮物进行体外擦洗,提高树脂的交换容量及再生效率。5.4设备的改进解决床体排液管管径大的问题。通过多次试验、比较和运行实践,确定在#1#5阳床排液门后部加装内径为50mm,外径为130mm的耐酸材质的截流孔板,使再生及置换过程中床体带压,并保持压力在0.040.06M