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基于IEC61850标准的AMI系统通信技术的研究

本文摘要:概要IEC61850标准是为适应环境电网革新的时代发展必须而制订的一个国际性标准,是全球范围内智能电网发展建设的必备条件。

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概要IEC61850标准是为适应环境电网革新的时代发展必须而制订的一个国际性标准,是全球范围内智能电网发展建设的必备条件。将近期公布的IEC61850标准和智能电网中最重要的组成部分高级量测体系的应用于结合,是智能电网在发展建设过程中不可或缺的一部分,某种程度也是AMI系统的未来发展趋势。目前国内外对IEC61850标准的研究大多集中于在变电站自动化通信、继电保护以及智能电子设备的信息对象建模等方面,但融合IEC61850标准的AMI系统的研究和应用于却乏善可陈。作为智能电网的四大技术承托之一,智能电网的全面建设必不可少对AMI系统的研究。

本文在了解解读IEC61850标准的基础上,依据IEC61850标准的命名规范对AMI系统中的虚拟世界光碟逻辑设备和逻辑节点展开了规范命名,利用其面向对象建模思想为AMI系统中由实际智能电子设备分解成出有的大于功能单元展开了建模,已完成了在IEC61850标准下AMI系统中功能信息对象模型的定义,并通过XML语言明确叙述了AMI系统的配备信息,之后在IEC61850标准一致性检测平台上对AMI系统的信息对象配置文件展开了在线一致性检测。其次对IEC61850标准中的通信服务同构原理展开了阐释,研究了AMI系统通信技术基于生产报文规范的通信服务同构,并已完成对AMI系统的信息对象到生产报文规范的同构,还包括AMI系统的对象模型到生产报文规范的同构以及AMI系统的服务模型到生产报文规范的同构,而且根据标准展开了取样值的通信服务同构,然后用XML语言构建了对通信服务的明确叙述,之后用一致性检测平台对通信服务展开了在线一致性的检测。最后研究了基于IEC61850标准的AMI系统嵌入式以太网通信技术,为智能电表和集中器的嵌入式以太网通信接口展开了设计,已完成了嵌入式以太网通信接口的硬件和软件设计,并通过构建的一个简陋AMI系统硬件平台融合另一款电监控终端主车站软件对智能电表中电能数据的传输展开了实验检验。基于IEC61850标准的AMI系统通信技术的研究工作,对高级量测体系应用于的更进一步改良以及智能电网的建设具备十分最重要的意义。

关键词:IEC61850AMI信息建模通信服务同构嵌入式以太网第1章绪论1.1课题研究背景及意义当前经济较慢发展、科技和信息化水平日益提升,但与之预示的则是全球资源和环境问题的日益突出,为大力应付未来能源紧缺危机,因此世界大部分国家都将智能电网的发展作为战略计划,毫无疑问,这不会增进电力系统的变革以及科技的创意[1]。面临电网大力改革创新的机遇及其辽阔的发展前景,通用电气、IBM以及英特尔等信息产业巨头也开始投放智能电网涉及业务。

作为智能电网的四大技术承托之一,高级量测体系是智能电网发展建设过程中一个十分最重要的系统组成部分。高级量测体系(AdvancedMeteringInfrastructure,AMI)主要由五部分构成:计量主车站数据管理系统、集中器、通信信道、智能电表以及用户户内网络。高级量测体系利用双向通信网络通过智能电表定期的提供电力用户的用电涉及数据,同时电力部门通过高级量测体系向电力用户外侧的智能电表公布动态的电网涉及信息,如电价、账单、监测消息等,使电力用户需要及时了解到电网的运营状态。高级量测体系把收集的用户用电信息动态地从智能电表传输到量测数据管理中心,然后通过特定的数据分析工具对电力用户的用电数据展开处置并加以存储,以便分析电力用户的消费特性、负荷产于状况等。

通过高级量测体系的双向通信,从而构建了电力用户和电网公司之间的双向对话。可见高级量测体系是智能电表和电网公司之间通信的桥梁。此外,较慢发展的通信技术,如电力线载波通信技术、无线公网、无线宽带专网以及光纤以太网等通信技术为高级量测体系的通信获取了很好的技术支持。由此可见,高级量测体系构建智能电网中的许多智能化功能,智能电网的全面建设必不可少对AMI系统展开研究[2]。

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各国智能电网建设的积极开展使得在开放性、可扩展性以及互操作性等方面具备独有优势的IEC61850标准沦为智能电网发展建设过程中的最重要继续执行规约[3]。随着通信技术的较慢发展以及智能电网的发展市场需求,2010年相继公布了第二版IEC61850电力通信标准,其应用于获得了大范围的拓展,牵涉到到变电站之间、变电站与控制中心之间以及电能量测系统等电力系统的各个方面,从而使得智能电网的无缝通信架构的构建沦为有可能[4],因此研究IEC61850标准对智能电网特别是在是和亿万电力用户息息相关的高级量测体系的发展建设具备十分最重要的意义。

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IEC61850标准第二版的系统信息对象建模使用的是面向对象的UML统一建模语言,从而可以构建设备间的信息交互,构建智能电子设备之间通信协议和通信接口的一致性以及系统中设备间的信息分享。目前国内外对IEC61850标准的研究大多集中于在变电站自动化通信、过程层的网络通信、继电保护及智能电子设备的信息对象建模等方面,但融合IEC61850标准的高级量测体系的研究和应用于却乏善可陈。

本文在有数融合IEC61850标准应用于变电站自动化及其他系统的研究基础上,明确提出将近期公布的IEC61850电力通信标准和高级量测体系的应用于结合,在IEC61850标准下,利用其面向对象建模思想为高级量测体系中由智能电子设备分解成出有的大于功能单元展开建模,并明确得出了在IEC61850标准下创建的高级量测体系中智能电子设备的功能信息对象模型定义,用XML语言对其展开了代码叙述,然后研究了高级量测体系通信技术基于生产报文规范的通信服务同构,最后对高级量测体系的嵌入式以太网通信技术展开了研究和设计,这些研究工作对高级量测体系应用于的更进一步改良具备十分最重要的意义。1.2国内外研究动态1.2.1国外研究现状国外对于高级量测体系的研究主要集中于无线通信技术在高级量测体系中的应用于[5-11],如短距离微功率无线组网技术、ZigBee无线通信以及其他涉及的无线组网技术等。文献[5]把全球微波网络终端通信技术用作高级量测体系,明确提出一种利用流量调度方案和冗余控制算法去处置大量的智能仪表设备和潜在的由设备产生的涉及脑溢血业务,使得微波网络终端网络可以有效地的服务于高级量测体系以及全球微波网络终端多媒体系统。

此外,作者还把流量调度方案和冗余控制算法用作基于无线宽带接入技术的高级量测体系通信中,借以提升系统通信的可靠性、通信速率以及通信的可靠性[5]。文献[6]明确提出一种基于无线宽带网络反对的AMI系统,考虑到AMI系统数据传输受限的移动性以及量测设备量大的特点,使得无线宽带接入网络对AMI系统的反对严重不足,通信效率较低。在文章中,作者侧重强化空中模块和网络协议对运营在一个分享网络与其他部署有无线多媒体服务的智能计量设备的反对,明确提出了一些强化空中模块和网络协议的方法有效地解决问题了通信量调度、冗余掌控以及流动性管理等有关网络市场需求问题[6]。

文献[10]对基于ZigBee传感器网络无线通信技术的AMI系统展开了研究,该AMI系统可以自动搜集用户用电信息、自律展开电能审查和管理,该系统的运营是多通道、跳跃频、还有潜在的阻碍(如WiFi、蓝牙)共存的,作者通过使用双通道拆分的方法,使延后可以提高30%至50%[10]。文献[12]主要对SCADA和AMI系统近年来的应用于级通信协议标准的研究做到了一个综述,作者环绕高级量测体系辩论了目前应用于高级量测体系的通信协议标准,认为近两年高级量测体系的通信标准逐步从实体级(如ANSIC12.18)和设备级(如ANSIC12.21)改以应用于级(如ANSIC12.22),其原因是应用于级通信协议可以有效地隔绝底层物理网络的配备和继续执行,并讲解了两种分别在美国和欧洲市场广泛用于的应用于级通信协议:ANSIC12.19、ANSIC12.22和IEC62056-53、IEC62056-62。这两种标准的目的都是为高级量测体系自定义一个高级网状网通信体系,使高级量测体系可以构建高效可信的数据通信[12]。此外,对于IEC61850标准的研究与应用于西方发达国家仍然走在了前面,在国外,主要是欧美国家,早于在九十年代就早已开始为构建设备的互操作做到了大量的研究试验工作,其中ABB、SIEMENS、AREVA等公司就是智能电网建设及IEC61850标准制订的发起者及其应用于的领头羊。

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在IEC61850电力通信规约公布之前,国际几大电力设备制造商如ABB、SIEMENS以及ALSTOM等公司就早已展开了多次系统设备间互操作实验。2004年,ABB、SIEMENS和AREVR在国际大电网会议展览中分别展出了他们公司的基于IEC61850标准的电力设备产品,这也标志着IEC61850电力通信标准的成熟期并南北了实际应用于。

6.2课题未来发展为了使基于IEC61850标准的AMI系统通信技术可以更加慢更佳的构建为亿万电力用户服务,仍必须对本课题更进一步的完备和更加了解的研究,主要为以下几个方面:1、对AMI系统中的信息对象建模展开优化,还包括对象类的拓展命名,使系统更佳的符合IEC61850标准的对信息配备的一致性拒绝;2、更进一步深入研究AMI系统通信技术基于生产报文规范的通信服务同构原理及构建,还包括对象模型和服务模型的标准化同构构建;3、设计一个平稳可信的基于IEC61850标准的嵌入式通信系统。随着智能电网的逐步推进以及通信技术的较慢发展,探究如何应用于IEC61850标准在智能电网中构建信息对象建模的标准化,智能设备之间通信协议和通信接口的一致性以及智能电网中智能电子设备信息分享中具备十分最重要的意义。目前,IEC61850标准早已被美国的联邦能源管理委员会(FederalEnergyRegulatoryCommission,FERC)订为未来智能电网建设的一个最重要标准,可以意识到IEC61850系列标准由于在互操作性、开放性以及可扩展性方面的独有优势,终将沦为智能电网信息通信体系的最重要组成部分,基于IEC61850标准的AMI系统乃至整个智能电网的发展建设终将是电力系统的创意改革趋势,最后构建IEC61850标准“一个世界,一种技术,一个标准”的宏伟目标。


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