變電站綜合自動化通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)

1、變電站綜合自動化通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要：本文闡述了一種變電站綜合自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。該通信系統(tǒng)具有信息傳送效率高，平安、可靠性好，可擴展性強的特點。通信軟件應(yīng)用RTS開發(fā)平臺，采用先進的、標準的和成熟的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，充分考慮網(wǎng)絡(luò)的開放性、可擴大性等相關(guān)問題，并已成功應(yīng)用于多家變電站。關(guān)鍵詞：變電站綜合自動化通信網(wǎng)接口實時多任務(wù)操作系統(tǒng)0.引言變電站是輸配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，是電網(wǎng)的主要監(jiān)控點。近年來，隨著我國經(jīng)濟高速開展，電壓等級和電網(wǎng)復(fù)雜程度也大大的進步。傳統(tǒng)變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備已無法滿足降低變電站造價和進步變電站平安與經(jīng)濟運行程度這兩方面的要求。而如今變電站所采用的綜合自動化技

2、術(shù)是將站內(nèi)繼電保護，監(jiān)控系統(tǒng)，信號采集，遠動系統(tǒng)等結(jié)合為一個整體，使硬件資源共享，用不同的形式軟件來實現(xiàn)常規(guī)設(shè)備的各種功能。用局域網(wǎng)來代替電纜，用主動形式來代替常規(guī)設(shè)備的被動形式。具有可靠、平安、便于維護等特點。分散分層分布式是變電站綜合自動化系統(tǒng)的開展方向，這就對通信的可靠性提出了更高的要求，選擇一個可靠、高效的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，是解決問題關(guān)鍵。90年代中期，國內(nèi)外曾掀起一嘲現(xiàn)場總線熱，但是由于技術(shù)上的原因以及采用設(shè)備總線時信息量大且傳輸較慢的特點，造成了現(xiàn)場總線存在多種標準，阻礙了其開展。以太網(wǎng)經(jīng)過假設(shè)干年的開展，技術(shù)上日臻成熟。隨著嵌入式以太網(wǎng)微處理器的開展，以太網(wǎng)已非常便利的應(yīng)用于變電站綜合自

3、動化系統(tǒng)。以太網(wǎng)具有高速、可靠、平安、靈敏的特點，使其在變電站綜合自動化系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。1.變電站通信系統(tǒng)構(gòu)造系統(tǒng)構(gòu)造示意圖如圖1所示。從圖上可以看出：1管理和控制一體化局域網(wǎng)將無可爭議地選用以太網(wǎng)。2間隔級控制總線在FF-H2總線尚未成熟的情況下，工業(yè)級以太網(wǎng)和PrfibusSanufaturingessagEingSpeifiatin制造廠信息標準將是一個比擬好的選擇。3可編程邏輯控制器PL被開展成P(Prgraableputerntrller),即用智能模塊實現(xiàn)邏輯及自動控制功能，它比常規(guī)的PL具有可交流采樣、通訊組態(tài)方便等優(yōu)點。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2.變電站綜合自動化系統(tǒng)通信

4、網(wǎng)的根本設(shè)計原那么通信在變電站綜合自動化占有重要的地位。其內(nèi)容包括當?shù)夭杉刂茊卧c變電站監(jiān)控管理層之間的通信，變電站當?shù)嘏c遠方調(diào)度中心之間的通信。系統(tǒng)通訊網(wǎng)架的設(shè)計是非常關(guān)鍵的，本文從以下方面考慮變電自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)的設(shè)計：1電力系統(tǒng)的連續(xù)性和重要性，通訊網(wǎng)的可靠性是第一位的。2系統(tǒng)通訊網(wǎng)應(yīng)能使通訊負荷合理分配，保證不出現(xiàn)“瓶頸現(xiàn)象，保證通訊負荷不過載，應(yīng)采用分層分布式通訊構(gòu)造。此外應(yīng)對站內(nèi)通訊網(wǎng)的信息性能合理劃分，根據(jù)數(shù)據(jù)的特征是要務(wù)實時的，還是沒有實時性要求以及實時性指標的上下進展處理。另外系統(tǒng)通信網(wǎng)設(shè)計應(yīng)滿足組合靈敏，可擴展性好，維修調(diào)試方便的要求。3應(yīng)盡量采用國際標準的通信接口，技術(shù)

5、上設(shè)計原那么是兼容目前各種標準的通信接口，并考慮系統(tǒng)晉級的方便。4應(yīng)考慮針對不同類型的變電所的實際情況和詳細特點，系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲構(gòu)造是靈敏多樣的且具有延續(xù)性。5系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用符合國際標準的通信協(xié)議和通信規(guī)約。6對于通信媒介的選用，設(shè)計原那么是在技術(shù)要求上支持采用光纖，但實際工程中也考慮以屏蔽電纜為主要的通信媒介。7為加速產(chǎn)品的開發(fā)，保持對用戶持續(xù)的軟件支持，對用戶提出的建議及要求的快速響應(yīng)，就要求擺脫小作坊式的軟件開發(fā)形式，使軟件開發(fā)從“小作坊階段進入“大消費階段，采用先進的通信處理器軟件開發(fā)平臺實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTS并開發(fā)應(yīng)用與其之上的通信軟件平臺。3.通信網(wǎng)的軟硬件安裝3.1.硬

6、件的選擇為了保證通信網(wǎng)的可靠性，通信網(wǎng)構(gòu)成芯片必須保證在工業(yè)級以上，以滿足濕度、溫度和電磁干擾等環(huán)境要求。通訊PU采用摩托羅拉公司或西門子公司的工控級芯片，通訊介質(zhì)選擇屏蔽電纜或光纖。3.2.接口程序采用國際標準的通信接口，技術(shù)上設(shè)計原那么是兼容目前各種標準的通信接口，并考慮系統(tǒng)晉級的方便。裝置通信PU除保存標準的RS232/485口用于系統(tǒng)調(diào)試維護外，其它各種接口采用插板式構(gòu)造，設(shè)計支持以下三類共七種方式：標準RS485接口，考慮雙絞線總線型和光纖星型耦合型；標準PrfibusFS接口，考慮雙絞線總線型、光纖環(huán)網(wǎng)、光纖冗余雙環(huán)網(wǎng)；標準Ethernet，考慮雙絞線星型和光纖星型通信管理單元考慮

7、以上兩種類型的雙冗余配置。3.3.通信協(xié)議和通信規(guī)約系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用符合國際標準的通信協(xié)議和通信規(guī)約，應(yīng)建立符合變電站綜合自動化系統(tǒng)構(gòu)造的計算機間的網(wǎng)絡(luò)通訊，根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)的實際要求，在保證可靠性及功能要求的根底上，盡量注意開放性及可擴大性，并且所選擇的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有一定的技術(shù)先進性和通用性，盡量靠國際標準。長期以來，不同的變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用不同的通信協(xié)議和通信規(guī)約，如何實現(xiàn)不同系統(tǒng)的互連和信息共享成為一個棘手的問題，應(yīng)采用標準化、符合國際標準的通信協(xié)議和規(guī)約。為此在系統(tǒng)中選用了應(yīng)用于RS485網(wǎng)絡(luò)的IE61870-5-103規(guī)約、應(yīng)用于Prfibus的S行規(guī)以及應(yīng)用于TP/IP上的S行規(guī)

8、。它們都具有可靠性、可互操作性、平安性、靈敏性等特點。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.4.通信軟件的設(shè)計與實現(xiàn)通信軟件的設(shè)計涉及到多種設(shè)備的配合問題，本文只以DF3003變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)為例，介紹變電站綜合自動化系統(tǒng)通信軟件設(shè)計與運行原理。4.1.軟件功能與運行原理在DF3003變電站綜合自動化系統(tǒng)中，采用二級分層分布式網(wǎng)絡(luò)。針對110KV中壓變電站的要求，我們可采取圖2所示的組網(wǎng)方式。后臺與主站都是一種監(jiān)控系統(tǒng)，其主要功能為監(jiān)視各智能單元的運行狀態(tài)，并能對各智能單元進展控制。而監(jiān)控系統(tǒng)為完成其主要功能所需要的各種數(shù)據(jù)都是由通訊轉(zhuǎn)換器DF3211或保護管理單元DF3210來提供的。因此，從

9、數(shù)據(jù)流控制的角度來看，通訊程序主要完成智能單元運行狀態(tài)信息的上報和監(jiān)控系統(tǒng)控制信息的下發(fā)兩種功能。智能單元的運行狀態(tài)信息一般包括遙測數(shù)據(jù)、遙信數(shù)據(jù)、電度數(shù)據(jù)、突發(fā)數(shù)據(jù)等。監(jiān)控系統(tǒng)的控制信息那么包括遙控命令、對時命令、查詢命令等。本文中的變電自動化系統(tǒng)通訊程序所要完成的數(shù)據(jù)構(gòu)造與函數(shù)過程如圖3所示。4.2.軟件開發(fā)平臺RTS隨著應(yīng)用的復(fù)雜化，對控制精度、智能化程度的要求越來越高，一個微處理器往往要同時完成很多任務(wù)。表達在變電站自動化通信產(chǎn)品中，由于信息采集量越來越大，信息交換越來越頻繁，簡單地用單一任務(wù)來輪詢，往往造成通信的“瓶頸現(xiàn)象，如保護和測量設(shè)備采集到的實時信息無法及時向上傳遞。多任務(wù)編程

10、的特點是：程序在功能上以任務(wù)的形式存在，各個任務(wù)之間相對獨立，可通過操作系統(tǒng)提供的資源，進展任務(wù)間的信息交換和互相控制，可通過優(yōu)先級、時間片來控制各任務(wù)執(zhí)行的順序。多任務(wù)編程的特點打破了傳統(tǒng)軟件順序執(zhí)行的框架，便于程序的系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試及維護。實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTSRealTieperatingSyste是面向21世紀嵌入式設(shè)計的根底和標準開發(fā)平臺。高性能軟件開發(fā)平臺可以使嵌入式軟件程序的開發(fā)進入規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化消費。有了高性能開發(fā)平臺，可以極大的進步軟件開發(fā)的效率，RTS表達了一種新的系統(tǒng)設(shè)計思想和一個開放的軟件框架，在此根底上，可以設(shè)計一種更為通用的通用軟件平臺，軟件工程師可以在不大量變動系

11、統(tǒng)其他任務(wù)的情況下增加或刪除一個通信規(guī)約；一個大工程開發(fā)的過程中，可以有多個工程師同時進展系統(tǒng)的軟件開發(fā)，各個人之間只要制訂好規(guī)程和協(xié)議即可，既縮短了開發(fā)時間，又降低了最終通信軟件產(chǎn)品對于詳細某個人的依賴性。4.3.與因特網(wǎng)結(jié)合通信管理單元提供內(nèi)置的EB-SERVER，可動態(tài)向外部系統(tǒng)發(fā)布數(shù)據(jù)，這局部可采用在RTS之上外購EBSERVER模塊來開發(fā)完成，更為方便的是，在設(shè)置各種系統(tǒng)參數(shù)和閱讀現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)時，只需要一個標準的閱讀器軟件，如irsft的IE即可。5.改良的網(wǎng)架構(gòu)造當變電綜合自動化系統(tǒng)中的通信可靠性要求進一步進步時，可采用圖4所示的網(wǎng)架構(gòu)造。即對通信管理單元和通道實行主備切換的形式，但這種形式對通信管理單元和通信切換器的要求較高。在這種形式下，當通信管理單元損壞或通道故障時均得到切換，因此