调度自动化系统数据传输通道性能比较及发展方向

1调度自动化系统数据传输通道性能比较及发展方向浙江省电力公司培训中心熊佩华浙江省电力公司调通中心占震滨摘要：通信通道质量是调度自动化的支撑系统，文章在介绍调度自动化数据传输通道的基础上，比较了三种通道的性能，介绍了调度自动化业务接入方式及性能比较，高速、宽带的数据网双重化配置将是调度自动化数据传输的发展方向。关键词：模拟通道；数字（透传）通道；电力调度数据网；SGDnet-2；I区业务；II区业务；IEC-60870-5-101；IEC-60870-5-104；二次安全防护Abstract：CommunicationchannelsystemisthesupportingsystemofSCADA，inthispaper,threekindsofcommunicationchannelswereintroducedandcompelled，mentiontheaccessmethodofrealtimedataandthequalityofthreechannelsquality,highspeed、wideband、doubleequippednetworkisthedirectionofdatanetwork.Keyword：analogicalchannel；digitalchannel；SGDnet；thesecondplane；areaⅠdata；areaⅡdata；IEC-60870-5-101；IEC-60870-5-104；electricsecondarysystemsafeguard0．引言电力调度自动化系统由主站系统、子站设备和数据传输通道构成，随着调控一体化技术在电网的大力推广，通道质量的好坏直接影响该远方控制技术的最后实现。目前，调度自动化系统的通道有三种形式：模拟通道、数字通道、数据网通道。本文重点介绍I区业务三种通道的物理实现、业务的接入、通道性能比较，介绍十二五规划中数据网的第二平面建设方案。1．当前调度自动化系统的实时数据传输通道总体布置电力调度自动化系统为不同业务配置不同通道，I、Ⅱ区业务传输通道配置总体布置如图1。目前，在浙江省500kV变电站三种通道都使用，220kV变电站已经撤销了模拟通道，保留了数字透传通道和网络通道，110/35kV变电站的通道应地区而异。模拟通道使用CDT/华东101规约，数字（透传）通道使用IEC60870-5-101华东2004年修订版，数据网通道使用IEC60870-5-104华东2004年修订版。2图1调度自动化通道总体布置1.1模拟通道模拟通道属于专线通道，它是借用调度电话的语音通道传输自动化数据，因此变电站到省调、网调的数据需要通过地调转接，其接口联系图见图2。为了满足了I、II区业务与本区业务之间纵向加密的电力二次安全防护的要求，线路加装线路加密装置。图2调度自动化数据传送的模拟通道变电站自动化系统远动2MODEM2透传2网口2远动1MODEM透传1网口1R1R2S1S2加密防火SDH设备加密加密加密加密SDH设备R1R2S1S2加密防火加密加密MODEM1透传1MODEM2透传2加密加密FESFES通道接入设备调度自动化系统变电站A地调省调变电站到地调的干线地调到省调的干线31.2数字通道数字通道使用的是数字数据网DDN(DigitDataNetwork)，其通道接入如3所示。数字通道具有点对多点方向的功能，带宽可以捆绑调整，网络具有自愈性，一旦PVC配置完成，具备专线通道功能。为了符合二次安全防护要求，数字通道在本区业务之间加装纵向加密装置。图3调度自动化数据传送的数字通道1.3网络通道图4调度自动化数据传送的数据网通道PC3PC4R1R2S1S2PC1PC2FW1JM1FW1CPOS1/0CPOS1/0E1E2/0/1E2/0/2G0/0G0/0E1S6/2,3E1/0/2E1/0/1E1/0/1E1/0/2G0/1G0/2G0/1G0/2RTARTBR1SASBS1S2SDHS6/0,1E1/0/1E1/0/2主站子站SDHJM1FW1JM142U4U网管电脑360036003600360036453645省调N×2MN×2MN×2MN×2MN×2MN×2MN×2MN×2MN×2MN×2M省调自动化机房N×2MDDN网络地区局A500KV变电所B地区A2M电路地区局A自动化机房地区B2M电路220KV变电所B自动化机房厂站端数据透传时隙复用设备8×RS2321×2M厂站端数据透传时隙复用设备8×RS2321×2M局端数据透传时隙复用设备31×RS232×NN×2M省调4U2M220KV变电所A自动化机房3600局端数据透传时隙复用设备31×RS2324U4U4U4U4U4U2U百兆交换机省调通信机房4目前电力调度自动化数据网SGDnet仅为第一平面，它由接入网、骨干网、核心网组成，以220kV变电站为例，其接入地调自动化系统的组网方式如图4：主站系统由实时路由器RTA、非实时路由器RTB、实时交换机SA、非实时交换机SB、I区业务终端PC1、II区业务终端PC2、加密装置JM1、防火墙FW1组成。子站系统由路由器R1、实时交换机S1、非实时交换机S2、I区业务终端PC3、II区业务终端PC4、加密装置JM2、防火墙FW2组成。RTA、RTB分别通过CPOS接口接入传输设备SDH，速率一般为155Mbit/s，R1通过2个双向E1接口接入传输设备SDH，其余网络接口之间为100Mbps链路。若传输设备是MSTP，具备100M链路接入方式，主站系统和子站系统的路由器可以直接采用100M链路接入。500kV系统的组网如图1，子站系统采用实时路由器和非实时路由器分开模式。在业务配置上，数据网的路由器PE之间使用BGPMPLSVPN技术，实现实时VPN-rt和非实时VPN-nrt两个虚拟网的隔离，PE和交换机CE之间采用静态路由和OSPF多实例方式。子站的实时交换机、路由器异常时，通过VRP配置，可以借助非实时交换机、路由器优先传输。2．三种通道性能比较模拟通道是固定电路连接，通道结构复杂，存在多次A/D转换，到省调业务需要通过地区的PCM转接，进入PCM需进过VDF，故障点比较多，速率不高，使用高速MODEM，信号不稳定，容易丢包。因此，模拟通道将逐步被淘汰。数字通道的承载网DDN网络可以提供点对点、点对多点业务，电路可以是永久型虚电路PVC或交换型虚电路SPVC，该网络具有自愈功能。因此，数字通道减少模拟通道多次A/D转换及PCM转接而引起的通道异常，电路全程数字化、时隙化，无A/D转换过程，提供了稳定、可靠、实时、高QOS的电信级服务，克服了原有PCM专线方式的众多问题。数字通道使用PVC通道，仍然属于专用通道，只有当通道故障，依靠DDN网络的自愈特性可以进行路由重新分配，一旦占领路由，有无数据，通道都不释放。数字通道作将为数据网通道的主要备份通道。数据网通道符合TCP/IP协议，子站到主站的数据在电力实时数据网的三层和四层上互联，不需要转发，采用TCP协议，面向连接，业务可靠，动态分布带宽。但是第一平面的数据网在运行中也暴露出一些缺点：骨干网2×2Mbps的带宽已不能满足调度业务持续增长和带宽要求较高的新业务的需求；原有设备及板卡已停止生产，系统更新难以实施；系统冗余度不高；调度数据网络除部分核心节点实现双机，其余节点以单机为主，冗余度不满足5N-1稳定运行要求；第一平面核心骨干节点运行稳定性有待加强；现有调度数据网络核心骨干节点还负责直调厂站接入，随着直调厂站不断增加，新增厂站和通道不断接入，对调度数据网络骨干网安全稳定运行造成不利的影响；单一网络平面增加升级、检修等系统工作的难度；第一平面在网络设备升级改造或检修时，将会影响各类实时在线网络业务的运行。十二五规划中，数据网将建设第二平面，取消模拟通道、数字通道，即数据网的双平面将是调度自动化业务的主要通道。根据《电力调度自动化系统运行管理规程》（DL/T516－2006）规定，远动专线通道发送电平应符合通信设备的规定，在信噪比不小于17dB的条件下，其入口接收工作电平应为-15dBm～-5dBm。远动专线通道在速率1200bit/及以下，比特差错率的极限值规定为问答式不大于5×10-5；循环式不大1×10-4。计算机数据通信模拟通道传输速率一般为1200、2400、4800、9600bit/s；数字通道传输速率一般为N*64kbit/s、N*2Mbit/s、155Mbit/s等。通信专业应为调度数据网络提供可靠并满足质量要求的数据通道，网络通道带宽为N*2Mbps或155Mbps，符合ITU-TG.703标准。基于光纤的SDH通道，比特差错率要求小于10-9；基于微波的SDH通道，比特差错率要求小于10-8；基于微波的PDH通道，比特差错率要求小于10-6。表1三种通道性能比较模拟通道数字通道网络通道A/D转换过程多次全程数字化、时隙化全程数字传输带宽1200、2400、4800、9600bit/s；实际使用一般为1200bit/s，否则丢包严重N*64kbit/s、N*2Mbit/s、155Mbit/s带宽捆绑N*2Mbps或155Mbps动态带宽比特差错率1×10-45×10-510-9是否专线专线专线（PVC/SPVC）动态带宽，TCP连接自愈特性无有最佳路由通道故障率大小较小传输优先级SOE优先插入传送1级数据取代2级数据传送通过路由策略，实时业务比非实时业务优先传送传输时延几乎无很小小重负荷丢包率较明显一般很少典型通信协议CDTIEC60870-5-101IEC60870-5-104通道故障环节MODEM、4线E&M接口、PCM、VDF、DDF、SDH透传设备、SDH路由器、交换机、安防设备故障诊断方法自环试验自环试验，DDN网管系统PING\Traceout等指令63．数据网第二平面介绍调度自动化数据网第二平面的网络采用骨干网、接入网两层的扁平化结构（如图5），骨干网核心层为国调、网调，骨干层为省调、省调备调节点，省调及省调备调节点为本省到骨干网核心层的出口，接入层为地调。厂站由各级调度机构的接入网接入，接入网再与骨干网互联。每个接入网与骨干网中对应节点采用单归方式背对背互联。为了提高厂站接入的可靠性，每个厂站同时接入两个不同调度级别的接入网，按照地调－省调－网调－国调的顺序将厂站的第二台设备接入其他级别调度接入网，两台设备分别属于不同自治域AS。国调、网调、省调、地调及各级备调节点全部配置单机。骨干网与接入网仍然采用MPLSVPN跨域的方式进行互访，根据业务建设三个VPN：实时VPN、非实时VPN、新增加应急VPN，跨域技术采用MP-EBGP方式，自治域内采用OSPF多子网技术。图5调度数据网第二平面拓扑方案示意图4．传输通道技术发展要求根据《浙江电网地县调度自动化系统技术规范》要求，传输通道将建设调度数据网双平面骨干网，骨干节点覆盖地级以上调度机构，充分利用现有网络设备，调整构建地级以上调度接入网，220kV以上电压等级厂站接入两层接入网并逐步向110kV厂站扩展；优化调度数据网结构，提高网络可靠性，满足备调建设和应急指挥需求，保障电网安全稳定运行。同时逐步淘汰传统远动通道，逐步实现数据传输网络化，即通过专用的调度数据网络，实现电网运行信息和生产管理信息的快速、可靠传输以及系统的应急备用，为特高压大电网的安全稳定运行提供可靠的数据通信保障。7参考文献：【1】《国家电网调度数据网第二平面(SGDnet-2)总体技术方案》【2】《新一代电网调度自动化系统》辛耀中【3】《电力二次系统安全防护总体方案》【4】《调度自动化系统及数据网络的安全防护》徐辉《电力学报》2007、22-1