بنية اتصالات نظام تخزين الطاقة: تحليل منطق التنسيق لبروتوكولات IEC 61850 و104

في تطور شبكات الطاقة الحديثة، يعتمد التكامل الداخلي والتحكم عن بُعد في مواقع تخزين الطاقة بشكل كبير على لغات اتصال موحدة. يلعب كل من معيار IEC 61850 ومعيار IEC 60870-5-104 (المعروف ببروتوكول 104)، باعتبارهما معيارين صناعيين رئيسيين، دورًا محوريًا في تعريف نموذج البيانات ونقلها لمسافات طويلة. يُعد فهم الطبقات التقنية لهذين المعيارين أمرًا بالغ الأهمية لبناء محطات طاقة عالية الأداء لتخزين الطاقة.

التمثيل الهرمي لنموذج كائنات بيانات IEC 61850
يعتمد تبادل البيانات بين طبقة التحكم في محطة تخزين الطاقة الشمسية وطبقة الخلية بشكل كبير على بنية IEC 61850. لا يقتصر هذا المعيار على كونه بروتوكولًا فحسب، بل يكمن منطقه الأساسي في نمذجة المعلومات الموجهة للكائنات.

تفكيك العقد المنطقية والأجهزة المنطقية
في محولات تخزين الطاقة (PCS) أو أنظمة إدارة البطاريات (BMS)، يُحاكي معيار IEC 61850 الأجهزة المادية كأجهزة منطقية (LDs). يتكون كل جهاز منطقي من عدة عُقد منطقية. يُحوّل هذا التعريف المُهيكل مُعاملات الأجهزة المُعقدة إلى مجموعات بيانات مُوحدة، مما يُتيح ربط المعلومات بسلاسة بين الأجهزة من مُصنّعين مُختلفين.

آلية نقل الرسائل في الوقت الفعلي
لتلبية مُتطلبات الحماية الدقيقة والاستجابة السريعة في بطاريات الطاقة الشمسية لمحطات الطاقة المنزلية، تُشكّل رسائل MMS وGOOSE وSV رابط نقل ثلاثي في ​​واحد. تتولى MMS تحميل وتوزيع بيانات المراقبة غير الآنية، بينما تتولى GOOSE معالجة الإشارات عالية السرعة مثل التعشيق بين معدات محطات التحويل. تُقلل هذه الآلية من الأسلاك الثانوية مع تحسين دقة تزامن نقل المعلومات.

منطق تغليف بروتوكول 104 في روابط الإرسال عن بُعد
عندما تتصل محطة تخزين البطاريات بمركز إرسال عن بُعد أو منصة تحكم مركزية، يُصبح بروتوكول 104 الخيار المُفضّل نظرًا لموثوقيته العالية في نقل البيانات عبر الشبكات واسعة النطاق.

تحليل رسائل تطبيق وحدة بيانات خدمة التطبيقات (ASDU) باستخدام بروتوكول TCP/IP
يُغلف بروتوكول 104 بروتوكول 101 الكلاسيكي فوق حزمة بروتوكولات TCP/IP. في سيناريو مراقبة بطاريات الطاقة الشمسية المنزلية، تحمل وحدة بيانات خدمة التطبيقات (ASDU) خدمات أساسية مثل القياس عن بُعد، والإشارات عن بُعد، والتحكم عن بُعد. من خلال اتصال ثنائي الاتجاه عبر منفذ ثابت، يمكن لطرف الإرسال الحصول مباشرةً على حالة الشحن (SOC) والطاقة التشغيلية لأفضل بطاريات تخزين الطاقة الشمسية في الوقت الفعلي.

تهيئة الرابط والتحكم في تدفق البيانات
بعد إنشاء اتصال الاتصال، يُفعّل بروتوكول IEC 61850 إرسال البيانات عبر إطار StartDT. تراقب آلية التحكم في رقم تسلسل الرسائل حالة إرسال واستقبال البيانات في الوقت الفعلي، وتبدأ إعادة الاتصال فورًا عند اكتشاف فقدان حزمة أو انتهاء المهلة. يُناسب منطق التصميم هذا احتياجات التحكم المركزي في تخزين الطاقة لمسافات طويلة وعبر قطاعات الشبكة، مما يضمن استمرارية نقل بيانات الإنتاج.

التحليل الفني لبوابة تحويل البروتوكول
غالبًا ما تعتمد مشاريع تخزين الطاقة واسعة النطاق على تصميم هجين يجمع بين بروتوكول IEC 61850 داخل المحطة وبروتوكول IEC 61850 عن بُعد، مما يجعل منطق تحويل البروتوكول تحديًا تقنيًا لتكامل النظام.

ربط عناوين البيانات: تحتاج البوابة إلى ربط مسارات الكائنات الشجرية لبروتوكول IEC 61850 بعناوين جسم المعلومات الخطية لبروتوكول IEC 61850.

معالجة مزامنة الطوابع الزمنية: يجب تحويل الطوابع الزمنية لبروتوكول IEC 61850، التي تُقاس بالمللي ثانية، بدقة إلى تنسيق بروتوكول IEC 61850 لتجنب أخطاء التوقيت أثناء الإرسال بين البروتوكولين.

ربط أوامر التحكم: يجب تحليل أوامر التحكم عن بُعد (مثل 104) وتحويلها إلى منطق تشغيلي متوافق مع معيار 61850 لإتمام تنظيم طاقة محول تخزين الطاقة.

إرشادات تصميم لتحسين استقرار بنية الاتصالات
عند إعداد نظام اتصالات لتخزين الطاقة، تؤثر بنية الشبكة بشكل كبير على كفاءة البروتوكول.

توصيات لتقسيم الشبكة المحلية الافتراضية (VLAN)
يُمكن لعزل حركة البيانات داخل محطة تخزين الطاقة باستخدام تقنية VLAN التحكم في انتشار عواصف بث GOOSE. كما يُعطي تخصيص أولويات مختلفة لحركة بيانات المراقبة والحماية أولوية لمرور رسائل التحكم في الوقت الفعلي.

نشر آليات تكرار الروابط
يُمكن استخدام تقنية PRP (بروتوكول التكرار المتوازي) أو HSR (حلقة التكرار السلس) لتحقيق زمن تحويل صفري في حالة تعطل الروابط المادية، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على استقرار تنظيم تردد تخزين الطاقة وخدمات تقليل ذروة الطلب.