變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)底層通信協(xié)議比較

1變電所自動(dòng)化系統(tǒng)常用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)目前，變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)站內(nèi)電壓、電流、功率、電度量和開(kāi)關(guān)量等信息的采集，并將信息送往車(chē)站的控制中心，接收站級(jí)和控制中心級(jí)的控制命令，實(shí)現(xiàn)變電所電力監(jiān)控系統(tǒng)的集成。變電所內(nèi)一體化監(jiān)控計(jì)算機(jī)、車(chē)站綜合監(jiān)控室中的值班員工作站完成本站的監(jiān)視工作，控制中心電力調(diào)度工作站完成全線各站電力設(shè)備的監(jiān)視工作。在正常情況下，由控制中心電調(diào)操作員工作站實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的控制工作，當(dāng)維護(hù)和調(diào)試時(shí)，控制中心下放控制權(quán)，由變電所監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制和維護(hù)功能。變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（如采用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的RT21-SAS型變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)）采用分層分布式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為三層：站級(jí)管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和間隔層。1）站級(jí)管理層為設(shè)置在控制信號(hào)盤(pán)內(nèi)的冗余熱備的通信控制器、通用測(cè)控裝置和一體化監(jiān)視計(jì)算機(jī)。2）間隔層包括分散安裝于供電一次設(shè)備中的各種微機(jī)保護(hù)測(cè)控單元、信息采集設(shè)備、智能測(cè)控單元以及采用硬接點(diǎn)接入的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。設(shè)備包括400V及10kV交流保護(hù)測(cè)控單元、直流保護(hù)測(cè)控單元、變壓器溫控器、軌電位限制裝置、制動(dòng)能量吸收裝置、雜散電流監(jiān)控單元、UPS直流屏、電度表、上網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)、跟隨所負(fù)荷開(kāi)關(guān)等；來(lái)源:輸配電設(shè)備網(wǎng)3）網(wǎng)絡(luò)通信層即為所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和接口設(shè)備，間隔單元通過(guò)所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)層和站級(jí)管理層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

對(duì)于變電所，分為牽引降壓混合所和降壓所，下圖給出了典型的牽引降壓混合變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（粗線表示雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)）。變電所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由供貨商自己負(fù)責(zé)配置，并和所內(nèi)各開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的下位監(jiān)控單元（保護(hù)測(cè)控單元）、交直流裝置內(nèi)的集中監(jiān)控器、變壓器溫控器等實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊。35kV開(kāi)關(guān)柜、1500V開(kāi)關(guān)柜、0.4kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)下位監(jiān)控單元由開(kāi)關(guān)柜廠家配置，安裝于各開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，和所內(nèi)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相連。2變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的常用的接口通訊協(xié)議在電力系統(tǒng)中，南京南瑞集團(tuán)公司完成了數(shù)千個(gè)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)項(xiàng)目，在軌道交通方面，已經(jīng)完成廣州地鐵2號(hào)線、南京地鐵南北線、重慶輕軌較新線、武漢輕軌主站的變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工程，北京地鐵5號(hào)線綜合監(jiān)控和電力監(jiān)控項(xiàng)目。在實(shí)際的工程中成功的實(shí)現(xiàn)和國(guó)內(nèi)外眾多的自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)廠商智能設(shè)備的信息互聯(lián)，積累了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。下表列出了部分我公司連接的智能設(shè)備的通訊規(guī)約情況。南瑞成功連接設(shè)備及通信規(guī)約表序號(hào)類(lèi)型廠家規(guī)約接口類(lèi)型使用工程1直流保護(hù)測(cè)控裝置瑞士賽雪龍SEPCOSModbusRS485重慶輕軌較新線、南京地鐵南北線2西門(mén)子DPU96、S7-300、S7-200、和利時(shí)的LM3401廠家自定義規(guī)約PROFBUS-DP廣州地鐵二號(hào)線北京地鐵5號(hào)線北京地鐵四號(hào)線2020西安利達(dá)廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)3交流保護(hù)測(cè)控裝置國(guó)電南瑞IEC60870-5-103RS485武漢輕軌4國(guó)電南自IEC60870-5-103RS485電力系統(tǒng)5國(guó)電南自南自94規(guī)約RS485電力系統(tǒng)6許繼電氣IEC60870-5-103RS485電力系統(tǒng)7美國(guó)SELDNP3.0RS485南京地鐵南北線8ABBIEC60870-5-103RS485廣州地鐵二號(hào)線9西門(mén)子IEC60870-5-103RS485重慶輕軌較新線、南京地鐵南北線北京地鐵5號(hào)線10阿爾斯通IEC60870-5-103RS485電力系統(tǒng)11美國(guó)通用電氣GE)IEC60870-5-103RS485電力系統(tǒng)12東芝IEC60870-5-103RS485廣州地鐵四號(hào)線13直流屏深圳奧特迅廠家自定義規(guī)約RS485廣州地鐵二號(hào)線14無(wú)錫斯達(dá)部頒CDTRS485南京地鐵南北線15東方電子部頒CDTRS485重慶輕軌較新線16珠海泰坦廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)17深圳華為部頒CDTRS485電力系統(tǒng)請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)瀏覽更多信息18許繼電氣廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)19南瑞京瑞科廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)21成都蓉騰廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)22魯能積成廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)23廣州智光廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)24深圳瓦特廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)25電度表湖南威勝?gòu)S家自定義規(guī)約RS485重慶輕軌較新線南京地鐵南北線26湖南威勝DL645RS485電力系統(tǒng)27深圳浩寧達(dá)廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)28深圳浩寧達(dá)DL645RS485電力系統(tǒng)29珠海恒通電度表廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)30珠海恒通電度表DL645RS485電力系統(tǒng)31紅相DL645RS485電力系統(tǒng)32控制中心調(diào)度系統(tǒng)IEC60870-5-101RS422南京地鐵南北線；廣州地鐵二號(hào)線33IEC60870-5-104以太網(wǎng)重慶輕軌較新線34SC1801RS485電力系統(tǒng)35部頒CDTRS485電力系統(tǒng)36RT21-SASCDTRS485電力系統(tǒng)37RP570RS485電力系統(tǒng)38消弧線圈上海思源廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)瀏覽更多信息39廣州智光廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)

40長(zhǎng)沙華源廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)41河北韓山廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)42河北旭輝廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)43接地選線裝置浪拜迪廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)44北京華星廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)45河北恒山廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)46溫控器協(xié)順ModbusRS485南京地鐵南北線，重慶輕軌較新線47接地漏電保護(hù)株洲車(chē)輛廠廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)48再生制動(dòng)株洲車(chē)輛廠廠家自定義規(guī)約RS485重慶輕軌較新線49諧波分析儀天津凱發(fā)廠家自定義規(guī)約RS485南京地鐵南北線50空調(diào)三菱電機(jī)廠家自定義規(guī)約RS485電力系統(tǒng)3變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊協(xié)議現(xiàn)狀從上表的以往經(jīng)驗(yàn)，可以看出，目前的最常用的是物理接口為485串行通信為主，以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線為輔的狀況，總結(jié)如下：序號(hào)接口設(shè)備名稱(chēng)通訊介質(zhì)通訊規(guī)約110kV、35KV綜合保護(hù)測(cè)控單元光纖IEC60870-5-1032直流750V/1500V保護(hù)測(cè)控單元）光纖MODBUS、profibusModbus

3整流變壓器溫控器PLC電纜4400V低壓柜監(jiān)控單元光纖MODBUS規(guī)約5制動(dòng)能量吸收裝置微機(jī)監(jiān)控單元電纜6排流柜或雜散電流監(jiān)控單元7直流屏微機(jī)監(jiān)控單元8配電變壓器溫控器910kV計(jì)量表計(jì)光纖10通訊控制器、通用測(cè)控裝置電纜CANBUS規(guī)約11接觸軌隔離開(kāi)關(guān)直連線硬結(jié)點(diǎn)12軌電位限制裝置1310kV負(fù)荷開(kāi)關(guān)14電力監(jiān)控和控制中心RJ45DNP3.04變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊協(xié)議比較變電所自動(dòng)化系統(tǒng)常用的接口主要有串行數(shù)據(jù)接口、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口、硬線接口等類(lèi)型。A、串行數(shù)據(jù)接口，標(biāo)準(zhǔn)的RS422/RS485/RS232接口，波特率采用19.2kbps及以下，支持通用的、開(kāi)放的、軟件解碼的協(xié)議，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生任何變化時(shí)，接口上的數(shù)據(jù)應(yīng)在0.5秒鐘之內(nèi)更新，接口的通信通常采用查詢或事件觸發(fā)方式進(jìn)行；B、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接口，10Mbps/100Mbps自適應(yīng)IEEE802.3以太網(wǎng)接口，支持TCP/IP接口，支持通用的、開(kāi)放的、軟件解碼的協(xié)議，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生任何變化時(shí)，接口上的數(shù)據(jù)應(yīng)在0.5秒鐘之內(nèi)更新，接口

的通信通常采用查詢或事件觸發(fā)方式進(jìn)行，集成和互聯(lián)系統(tǒng)的接口協(xié)議轉(zhuǎn)換所必須的硬件和軟件設(shè)備功能；C、硬線接口，綜合監(jiān)控系統(tǒng)和其它系統(tǒng)的硬線接口包括DI、DO、AI、八。，接點(diǎn)為獨(dú)立的無(wú)源接點(diǎn)；D、現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)際是串行485接口的私有協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，至少有13種之多，常用的有CANBUS、PROFIBUS-DP、Lonworks等。從理論上講，只要可以實(shí)際滿足功能的要求的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議就可以稱(chēng)之為“好的完善的”標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際中，往往因?yàn)楦鞣嚼嬉蛩?，很有可能?duì)某一方有利，這是大的背景，對(duì)于電力系統(tǒng)也一樣，下面，我們就來(lái)比較一下軌道交通中變電所自動(dòng)化系統(tǒng)常用的標(biāo)準(zhǔn)比較。4.1串行RS485接口優(yōu)點(diǎn)：接線簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，接口雙方的開(kāi)發(fā)和硬件成本都很低，是最常用的一種接口連接方式，協(xié)議多為根據(jù)實(shí)際需求，雙方協(xié)商制定，其基本上是基于MODBUSRTU協(xié)議，對(duì)底層子設(shè)備，一般采用逐個(gè)掃描方式，查詢周期一般為500MS，此種物理接口基本可以大多數(shù)的實(shí)際通訊需求。缺點(diǎn)：通訊速率不是很高，一般為9.6kbps，當(dāng)子站設(shè)備很多時(shí)，將會(huì)降低實(shí)時(shí)性，一般不應(yīng)超多32個(gè)?？偨Y(jié)：適用于需要考慮降低變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的成本的場(chǎng)合，將會(huì)在今后的一段時(shí)間長(zhǎng)期存在著。以太網(wǎng)

優(yōu)點(diǎn)：接線標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)成熟，接口雙方的開(kāi)發(fā)很低，通訊速率高，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，是未來(lái)的接口通訊發(fā)展的趨勢(shì)，協(xié)議多為根據(jù)實(shí)際需求，雙方協(xié)商制定，其基本上是基于MODBUSTCP協(xié)議，對(duì)底層子設(shè)備，一般采用逐個(gè)掃描方式，查詢周期一般為500MS，此種物理接口基本可以大多數(shù)的實(shí)際通訊需求。缺點(diǎn)：硬件成本高，若子站的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都支持以太網(wǎng)，將會(huì)遇到網(wǎng)絡(luò)地址分配等問(wèn)題，技術(shù)實(shí)現(xiàn)會(huì)有所復(fù)雜，若對(duì)方子站節(jié)點(diǎn)不支持以太網(wǎng)，則必然會(huì)需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)，來(lái)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換工作（包括協(xié)議轉(zhuǎn)換，如南瑞的C301通訊控制器），其成本將會(huì)有所增加。此外，由于以太網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜，在連接不是很理想時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴和網(wǎng)絡(luò)阻塞等惡劣的影響，不過(guò)這種出現(xiàn)的概率一般不是很高。缺點(diǎn)：就目前來(lái)講，將會(huì)增加變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備成本?，F(xiàn)場(chǎng)總線優(yōu)點(diǎn)：接線標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)成熟，接口雙方的開(kāi)發(fā)很低，通訊速率高，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，，是最常用的一種接口連接方式，協(xié)議多為根據(jù)實(shí)際需求，雙方協(xié)商制定，其基本上是基于MODBUSRTU協(xié)議，對(duì)底層子設(shè)備，一般采用逐個(gè)掃描方式，查詢周期一般為500MS，此種物理接口基本可以大多數(shù)的實(shí)際通訊需求。來(lái)源：缺點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)總線不統(tǒng)一，有將近13種，一般在電力系統(tǒng)中，主要是廠商的內(nèi)部接口，外部接口不是很多，南瑞僅僅很和西門(mén)子的直流牽引測(cè)控保護(hù)裝置采用PROFIBUS-DP規(guī)約，但現(xiàn)在也有改變，如

廣州的二、八拆分中就是使用以太網(wǎng)通信?？偨Y(jié)：由于各種廠商的利益關(guān)系，將會(huì)在今后的一段時(shí)間長(zhǎng)期存在著。電力標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約目前，在地鐵的變電所自動(dòng)化系統(tǒng)，常用的電力標(biāo)準(zhǔn)主要包括：IEC60870-5-101；IEC60870-5-102；IEC60870-5-103；CDT等一般來(lái)講，變電所中的中壓10KV或35KV的保護(hù)測(cè)控單元和南瑞的通信控制一般均為103規(guī)約，且為串行總線物理介質(zhì)，基本還沒(méi)有以太網(wǎng)方式。IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)是最新發(fā)布的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了變電站中的智能電子裝置IED之間的通信以及有關(guān)系統(tǒng)需求，主要目的是實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中來(lái)自不同廠家的IED之間的互操作。在IEC61850制定之前，變電站中廣泛使用了如IEC60870-5-103等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。在過(guò)渡到IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，必然有一個(gè)新舊標(biāo)準(zhǔn)混用的過(guò)程。如何從原有標(biāo)準(zhǔn)過(guò)渡到基于IEC61850的新標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前變電站自動(dòng)化工程領(lǐng)域的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。來(lái)源：不過(guò)，到目前為止，還沒(méi)有在地鐵變電所中使用61850的實(shí)例。南瑞在變電所中對(duì)61850的產(chǎn)品已經(jīng)推出，只是用在通常變電站中。

總結(jié)：103規(guī)約技術(shù)成熟，成本低，是目前流行的保護(hù)通訊規(guī)約，61850是新技術(shù)，但采用以太網(wǎng)，是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。5變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通訊協(xié)議發(fā)展趨勢(shì)目前，在地鐵、大鐵路、高速公路等變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，常用的協(xié)議主要有：IEC60870-5-101；IEC60870-5-102；IEC60870-5-103；DNP3.0；MODBUS-RTU