变电站物联网通信架构及接口

ICSFORMTEXT备案号：中华人民共和国国家标准GB/Txxxx—2017FORMTEXT变电站物联网通信架构及接口技术要求CommunicationarchitectureandinterfacetechnicalrequirementsofsubstationinternetofthingsFORMTEXTFORMTEXT-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施GB/Txxxx—xxxx变电站物联网通信架构及接口技术要求范围本标准规定了变电站物联网的总体框架、通信架构，以及电气接口、时间同步、电磁兼容、安全防护等技术要求。本标准适用于状态监测、智能巡检、辅助监控等变电站物联网。发电厂、风光储电站等可参照执行。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T7611数字网系列比特率接口特性GB/T17626试验和测量技术（所有部分）GB/T25931网络测量和控制系统的精确时钟同步协议GB_T30155-2013智能变电站技术导则DL/T634.5104运动设备及系统第5-104部分：传输规约采用标准传输协议集的IEC60870-5-101网络访问DL/T860变电站通信网络和系统DL/T1100电力系统的时间同步系统DL/T1411-2015智能高压设备技术导则DL/T1430-2015变电设备在线监测系统技术导则YD/T1330-2004数据通信接口转换器技术要求及测试方法YD/T2398-2012M2M业务总体技术要求YD/T2399-2012M2M应用通信协议技术要求YD/T2437-2012物联网总体框架与技术要求YD/T

2456-2013电信网视频监控系统智能分析及传感器叠加应用架构和总体技术要求IEEE802.3具有冲突检测的载波侦听多路访问的接入方法及物理层规范IEEE802.3ab以1000Mbit/s速率在4对5类平衡铜线上工作的以太网设备物理层参数及规范IEEE802.3ae,D4.1以10Gbit/s速率工作的媒体访问控制（MAC）参数、物理层和管理参数ISO/IEC9314.4单模光纤-物理层相关媒体（SMF-PMD）ISO/IEC9314.9低价位光纤-物理层相关媒体（LCF-PMD）ITU-TV.11-1996工作在高至10Mbit/s数据速率的平衡双流接口电路的电气特性ITU-TV.24-2000数据终端设备与数据电路终接设备间互换电路定义表ITU-TV.28-1993不平衡双流接口电路的电气特性IETFRFC1242(1991)网络互连设备的基本术语中华人民共和国国家发展和改革委员会令第14号《电力监控系统安全防护规定》术语和定义、缩略语术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1.1变电站物联网substationinternetofthings在变电站的监控和管理局域网等通信网路的基础上，将传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集，实现物理电网信息全面感知、可靠传输、智能处理，构建人与设备、设备与设备互联的智能信息服务系统。3.1.2智能组件intelligentcomponent智能高压设备的组成部分，由高压设备本体的测量、控制、监测、保护（非电量）、计量等全部或部分智能电子装置（IED）集合而成，通过电缆或光缆与高压设备本体的传感器或/和控制机构连接成一个有机整体，实现和/或支持对高压设备本体或部件的智能控制，并对其运行可靠性、控制可靠性及负载能力进行实时评估，支持电网的优化运行和高压设备的状态检修。通常运行于高压设备本体近旁。[GB/T30155-2013，术语和定义3.1.3]3.1.3监测IEDmonitoringIED智能组件的组成部分之一。通过采集高压设备状态信息，实现对其运行状态和/或控制状态和/或负载能力状态的智能评估。[DL/T1430-2015，术语和定义3.8]3.1.4主IEDmainIED智能组件的组成部分之一。用于集合智能组件内各IED信息，对高压设备的运行可靠性、控制可靠性及负载能力等做出评估，以支持电网运行控制和/或状态检修。[DL/T1430-2015，术语和定义3.8]3.1.5移动智能终端smartdevice拥有移动作业能力，支持GPRS/3G/wifi等无线网络通信，具备防水、防摔及抗压能力，通常搭载各种操作系统，可根据用户需求定制化各种功能，用于变电站巡检、检测、远程视频会商等作业的装置。缩略语下列缩略语适用于本文件。RFIDRadioFrequencyIdentification射频识别IEDIntelligentElectronicDevice智能电子装置IRIG-BInterRangeInstrumentationGroup-B靶场仪器组B型码SNTPSimpleNetworkTimeProtocol简单网络时间协议M2MMachineToMachine/Man机器到机器/人VPNVirtualPrivateNetwork虚拟专用网络变电站物联网体系架构体系架构模型变电站物联网在逻辑功能上可以划分为3层，即：感知层、网络层和应用层。变电站物联网体系架构模型如图1所示。图1变电站物联网体系架构模型感知层感知层是变电站物联网的基础，支持或实现电测量信息和设备状态信息的采集、自动识别和智能控制。传感器、执行器、智能装置、RFID读写器等智能节点采集变电站内的信息，并通过通信模块和网络层进行信息交互。典型的感知层设备有各种类型的传感器、在线监测装置、、智能机器人、智能移动终端、可穿戴智能设备、RFID读写器、辅助监控IED等。网络层4.3.1接入层接入层位于感知层与汇聚层之间，通过各种接入技术，连接感知层设备，实现信息的传递。接入层网络技术类型分为两类：无线接入和有线接入。无线接入主要有：无线局域网、移动通信网中的机器到机器（M2M）通信等。有线接入主要有：现场总线接入、电力线接入、局域网接入等。4.3.2汇聚层汇聚层位于接入层与核心交换层之间，实现接入层数据分组传输的汇聚、转发与交换。接入层数据转发到核心交换层或在本地进行路由处理。典型的汇聚层设备有多串口/网络转换器、通信协议转换器、数据集中器等。4.3.3核心交换层核心交换层为变电站物联网提供高速、安全与具有服务质量保障能力的数据传输环境。用于支撑变电站内和站外物联网信息的双向传送和控制。核心交换层有生产控制区监控局域网、远程调度数据专网、生产管理区管理局域网、远程电力信息专网、电力无线虚拟专网等。应用层4.4.1管理服务层管理服务层通过中间件软件实现感知层硬件与应用软件物理的隔离与逻辑的无缝连接，提供数据汇聚、整合与存储，通过数据挖掘、智能数据处理与智能决策计算，为行业应用层提供安全的网路管理与智能服务。4.4.2行业应用层行业应用层是由调度（调控）、生产管理等行业应用系统和应用层协议构成。应用层协议由语法、语义与时序组成。语法规定了智能服务过程中的数据与控制信息的结构与格式。语义规定了控制信息的含义，以及完成的动作与响应。时序规定了事件实现的顺序。通信架构总体架构变电站物联网通信网络宜采用工作可靠、结构简单、易于维护的架构，满足实时性和可靠性要求，必要时可采用双网冗余方式。变电站物联网各层之间存在3个接口级别，分别是第1级接口I0、第2级接口I1和第3级接口I2，变电站物联网通信架构如图2所示。图2变电站物联网通信架构I0接口I0接口是设备在接入层通信的数据接口。如变电站辅控设备与辅控设备IED的数据接口；在线监测装置与综合在线监测单元设备的数据接口；智能变电站中合并单元与保护测控装置的数据接口等。在辅助监控系统中，宜采用串行通信；在线监测系统中应用层宜采用MODBUS协议，传输层宜采用现场总线或以太网协议。I1接口I1接口是设备/系统在汇聚层通信的数据接口。如辅控设备IED与变电站辅控系统间的数据接口；在线监测系统中综合监测单元与站端监测单元之间的数据接口；保护测控装置与保护工程师站之间的数据接口等。I1接口也是变电站内不同系统站控层设备之间的数据接口。如变电站辅控系统与变电站监控系统之间的数据接口；变电在线监测与变电站监控系统之间的数据接口等。I1接口宜采用DL/T860协议。I2接口I2接口是设备/系统在核心交换层通信的数据接口。如在综合自动化系统和辅助监控系统中，I2接口应满足DL/T634.5104相关技术要求。IO接口通信介质变电站物联网I0接口的通道类型可分为有线信道和无线信道两大类。其中有线信道介质有：电力线、光纤、双绞线、同轴电缆等。I0接口通信协议I0接口通信协议满足如下要求:物理层通信协议宜采用如下协议：RS-485、RS-232、Ethernet以太网、TokenPassingBUS令牌总线、TokenRing令牌环网、FDDI光纤分布数据接口、WLan无线局域网、Zigbee、X.21、V.35、ISDN、SDH、CAN、RFID、GSM、GPRS、Bluetooth等；链路层通信协议宜采用如下协议：Modbus、Ethernet以太网、TokenPassingBUS令牌总、TokenRing令牌环网、FDDI光纤分布数据接口、WLan无线局域网等；应用层通信协议宜采用如下协议：DL/T860、Modbus、H.264、HTTP、RTP、RTSP、SIP等。电力无线虚拟专网通信架构电力无线虚拟专网是电信运营商在自身网络之上采用GRE/L2TP/MPLS-VPN等技术建立的虚拟专用数据传输通道，实现电力数据与其他数据的隔离，通过安全接入平台与管理信息大区互联，通过安全接入区与生产控制大区互联，见图3。图3电力无线虚拟专网通信架构安全接入平台可在公司总部、分部/省公司/直属单位两级部署，安全接入区可在公司总部、分部/省公司/直属单位、地市公司三级部署。技术要求电气接口要求6.1.1通信接口要求通信接口满足以下要求：光纤：应满足IEEE802.310Base-FX或IEEE802.3u100Base-FX。同轴电缆：应满足RS-485标准或RS-232标准。双绞线：应满足IEEE802.310Base-T或IEEE802.3u100Base-TX。无线：应满足IEEE802.3或IEEE802.15.4标准。蓝牙接口：应满足IEEE802.15.1标准。通用串行总线接口：应满足USB2.0和USB3.0标准。6.1.2电源适应性要求变电站物联网设备电源适应性宜满足以下要求：交流电源要求额定电压：AC220V/110V。频率：50HZ。幅值偏差：不大于±10%。谐波含量：<5%。直流电源要求宜采用锂电池供电。直流允许幅值偏差：额定电压值的±20%。时间同步应遵循DL/T1100，并满足下列要求：站用时间同步系统应能接收北斗和GPS授时信号（优先采用北斗），实现时间同步，两种授时互为备用，同时具有守时功能，条件具备时也可采用地面授时时钟的授时信号。站用时间同步系统为全站IED和系统进行授时，实现全站时间同步，授时精度满足各IED和系统的要求。站用时间同步系统应支持IRIG-B、SNTP、GB/T25931等一种或多种对时方式，IED和系统至少支持其中一种。电磁兼容6.3.1抗扰度要求变电站在线监测、智能巡检、辅助监控所涉及的传感器、装置等应符合表1的要求。电磁兼容试验应在装置通电工作情况下进行。表1抗扰度要求端口试验项目基础标准试验等级性能判据外壳静电放电（ESD）射频电磁场辐射工频磁场脉冲磁场阻尼振荡磁场GB/T17626.2GB/T17626.3GB/T17626.8GB/T17626.9GB/T17626.104级3级5级5级5级B或AAAAA交流电源电压暂降脉冲群浪涌射频场感应的传导骚扰GB/T17626.11GB/T17626.4GB/T17626.5GB/T17626.63类4级4级3级B或AB或AB或AA直流电源脉冲群浪涌射频场感应的传导骚扰GB/T17626.4GB/T17626.5GB/T17626.64级4级3级B或AB或AAI/O信号/控制（包括功能接地端口的连接线）脉冲群射频场感应的传导骚扰GB/T17626.4GB/T17626.64级3级B或AA6.3.2抗扰度性能判据性能判据如下：试验过程中，在技术要求限值内功能或性能正常，可判定为A级。试验过程中，功能或性能暂时降低或丧失，但能自行恢复，可判定为B级。试验过程中，功能或性能暂时降低或丧失，但需要人工干预或系统复位才能恢复，可判定为C级。试验过程中，出现设备（元件）或软件损坏（存储数