基于IED的通信结构优化为：IED通信结构设计

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：通过嵌入式以太网，过程环境下负责采集数据的 IED 分别在网上运行，站内综合自动化系统通过站控与各 IED 进行通信，从而控制IED的各种操作。将间隔中元与过程层 IED 一一对应，将间隔单元与IED用独立的通信电缆连接起来，然后以组的形式接入过层总线，从而缓解总线上数据流量过大的压力。

目前，国内的变电站综合自动化系统结构主要采用分散分布式与集中式结合的结构，通信协议也有许多种，如 CDT、POLLING 等。但是对变电站自动化系统互操作性、可扩展性和高可靠性的要求迫切需要更新、更有效的变电站通信方案的提出。随着光电传感器的应用，全分散式综合自动化系统将会全面推广。其优越性主要表现为：

（1）简化了变电站的二次部分的配置，缩小了控制室的面积。

（2）减少了设备安装的工程量。

（3）简化了变电站二次设备之间的互连线。

（4）结构可靠性高、组态灵活、检修方便。

由于分散分布式结构的可扩充性特点，智能变电站内各层的IED设备都可以采用分布式功能配置的方式来集成，各层之间通过局域网或者现场总线来连接，提高了抗干扰能力和通信的可靠性。

基于 IEC 61850 协议数据共享、设备互操作性的原则，智能变电站间隔层与其他网络层之间的通信网络结构如图4-2 所示。

图4-2　间隔层与其他网络层之间的通信网络结构

可以看出，变电站层与间隔层主要通过变电站总线连接，间隔层与过程层通过过层总线连接。在变电站通信中，IED内部为并行通信方式，IED之间主要的通信方式是串行通信，在 OSI（开放系统互联）参考模型的规范下，大多数厂家制造的 IED 都是以RS-232或者RS-485为接口标准。网络类型主要有局域网和现场总线两种，由于局域网的开放性特点，实现IED的互操作以及系统的升级都比现场总线容易。因此，采用局域网实现变电站内部串行通信成为发展趋势。

随着嵌入式以太网技术在工业领域的大量应用，各 IED 生产厂家开始将嵌入式以太网芯片加到 IED 当中，使IED满足以太网标准，其I/O设备能够作为以太网的一个节点来传输数据。通过嵌入式以太网，过程环境下负责采集数据的 IED 分别在网上运行，站内综合自动化系统通过站控与各 IED 进行通信，从而控制IED的各种操作。

变电站通信的局域网类型选用以太网，它的特点是：信道带宽高（传输速率可达1000 Mb/s），误码率很低，具有高度的扩充灵活性和互联性，建设成本低、见效快。

从图 4-2 中可以看到，变电站总线和过程层总线都采用以太网连接各种嵌入了以太网芯片的 IED，与以前用现场总线相比，这种方式的传输速度和可靠性大大增强，间隔层的所有IED 在变电站总线上都可以作为以太网的一个节点，独立地挂网运行，实现全部的数据共享。

由于间隔层与过程层之间数据量大，实时性要求高，以太网的带宽问题成为实现全开放式数字化变电站的瓶颈，对此的解决方法主要有：

（1）在变电站的各层之间通信，使用双以太网结构增加冗余度，从而保证通信的可靠性。

（2）将间隔中元与过程层 IED 一一对应，将间隔单元与IED用独立的通信电缆连接起来，然后以组的形式接入过层总线，从而缓解总线上数据流量过大的压力。

（3）选用光纤作为过程层总线的传输介质，提高传输速率。

基于IED的通信结构优化为：IED通信结构设计

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