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数字化变电站采样值传输规约的综述与对比分析(1)

摘要:全面介绍了用于数字化变电站过程层网络的四种采样值传输规约规范:FT3 规约、IEC 61850-9-1 规约、IEC 61850-9-2及IEC 61850-9-2 LE 版规约;在通信网络与传输方式、编码,数据模型与配置、服务与映射,工程应用等方面进行了对比分析,研究了它们各自不同的多个特性及这些特性在工程应用中的优劣势。研究结果有利于数字化变电站的过程层网络的规约选择、IED 产品研发和实际工程应用。

0 引言

数字化变电站的研究、产品开发和试点工程一直是这两年来国内持续的研究热点。数字化变电站自动化系统的过程层网络化,非常规互感器的采用和交流采样值的共享与通信传输一直是其研究的核心内容。在不同的背景下, IEC 陆续推出了IEC60044-8/7,IEC61850-9-1,IEC61850-9-2 标准,之后UCA 又发布了使用IEC61850-9-2 的实现指南(或称IEC61850-9-2 LE 版),这些标准/规范都是数字化变电站的交流采样值的通信传输规约,也被不同的公司产品所采用和在不同的工程实践中得到不同程度的应用。但它们有各自不同的特点,充分认识和准确理解这些标准,并对它们进行对比分析研究,这对今后的数字化变电站的研究、产品开发和工程推广,具有非常重要的意义。本文先综述介绍这4 个通信传输规约,然后,介绍作者对它们的对比分析研究的一些结果。

1 采样值的通信传输规约简介

1.1 FT3 规约

FT3规约是指IEC60044-8 中定义的电子式互感器数字输出接口的通信规约,因其帧格式是采用IEC60870-5-1 定义的定长FT3 格式,而得名。FT3规约允许有光接口和电接口两种方式,通信速率最高可达2.5 Mbits/s,采用Manchester 编码。光纤可允许使用BFOC/2.5 塑料光纤和玻璃光纤,一对一输出;电接口采用EIA RS-485 接线。多个互感器数字输出接到一个MU,再接到IED。

FT3 规约链路层采用FT3 定长格式,采用发送/不应答方式,CRC 表达式:X16+X13+X12+X11+X10+X8+X6+X5+X2+1。应用层报文模型定义和通信格式与IEC 61850-9-1 兼容。LNName =02H , DataSet Name=01H 或FEH 。DataSetName=01H时,报文数据通道1~12 依次是保护用A、B、C 相电流、3I0、测量用A、B、C 相电流、A、B、C 相电压、3U0、母线电压。2 个2 字节长的状态字传送了如下监视信息:通信正常/告警/测试/激发状态、同步/插值方式、CT 输出类型、标度因子选择、各数据通道的数据有效否状态。DataSetName=FEH 时,报文数据通道1~12 则依次是DS1保护用A、B、C 相电流、线路1 的A、B、C 相电压、DS2 保护用A、B、C 相电流、母线1~2 的A相电压和线路2 的A 相电压,没有传测量电流,用于3/2 接线的线路保护及重合闸。

1.2 IEC 61850-9-1 规约

IEC 61850-9-1 规约是IEC 61850 规定的过程层与间隔层之间通信的一种特定通信服务映射,它规定了建立在与IEC 60044-8 相一致的单向多路点对点连接之上的映射。它用于变电站内电子式电流/电压互感器经合并单元MU与间隔层IED 设备之间的通信。它的接口原理如图1。

它是面向一个典型间隔的保护、测控装置的应用设计的。IEC 61850-9-1 规约的通信应用在MU 与间隔层IED 设备之间,采用以太网实现;电子式电流/电压互感器与合并单元MU 之间,本规约没作规定,允许各厂商自定义。物理层的首选的光纤传输系统是IEEE 802.3 100Base-FX。也可在抗电磁干扰足够允许的情况下,采用双绞线电连接。由于是面

向一个典型间隔的应用设计,所以,采用点对点逻辑通信链路,单方向广播通信方式,不需组网,且所传送的模拟数据确定:保护用A、B、C 相电流、3I0、测量用A、B、C 相电流、A、B、C 相电压、3U0、母线电压。这样就将IEC 61850-7-2 部分的采样值模型,定置成默认的隐含采样值模型,简化了相关装置传送采样值的程序代码和配置数据的设计,降低了对装置软硬件资源的要求。同时,考虑是在前期的数字化应用的情况下,将二进制输入传送纳入进来,简化过程层网络的建设投资。所以,IEC 61850-9-1 规约的通信内容又可以包含开关量的传送。由于所传送的模拟数据是确定的,所以,IEC 61850-9-1 规约仅支持IEC 61850-7-2 中定义的采样值模型ACSI 服务中的一种服务SendMSVMessage。

1.3 IEC 61850-9-2 规约

IEC 61850-9-2 规约是完全依照IEC 61850-7-2规定的采样值数据模型及相关ACSI 服务定义的过程层与间隔层之间通信传送采样值的特定通信服务映射。它是一个基于混合协议栈的抽象模型,为传输采样值设置的采样值控制块的属性的访问是采用IEC 61850-8-1 定义的MMS 映射,而采样值的传送采用直接访问ISO/IEC 8802-3 链路映射。IEC61850-9-2 规约支持IEC 61850-7-2 中定义的采样值模型ACSI 服务中的全部服务。同时,广义看它还应支持数据通信的服务器、关联、LD、LN、DATA和DATASet 的全部相关ACSI 服务。它是采用以太网络方式,面向任意个间隔,可以非常灵活,几乎任意组织所需采样通道数据的传送组合方式,便于实现跨间隔的二次功能的采样值的传送。因此,IEC61850-9-2 规约在应用中需要根据应用需要配置数据模型。

IEC 61850-9-2 规约采用以太网VLAN 技术实现,可以组播传送,因此,它是采用交换机进行组网实现。

为了满足实际不同的应用需要(即多个设备共享这部分采样值,或某个设备单度需要某些采样值),IEC 61850-9-2 规约规定了两种类型的采样值控制块:MSVCB(多路广播采样值控制块类)和USVCB(单路传输采样值类)。

来源:电力系统保护与控制
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