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嵌入式以太在电力高压监控系统中的应用

计算机通信络是变电站自动化系统的关键。该文研究了新一代基于嵌入式以太的电力高压监控系统，并给出了络实现方案及其功能特点。实践证明新一代高压监控系统更具有良好的互操作性和开放性，能够满足日后变电站自动化发展的需求，代表了变电站自动化发展的最新成果。

1 嵌入式以太技术

由于互联的飞速发展，以太络通信技术得到了愈来愈广泛的应用。嵌入式以太因为速度快，带宽较宽，互操作性好，可扩展性强，价格便宜等特点在嵌入式控制领域得到了广泛的应用，变电站自动化系统选用嵌入式以太络技术代表了变电站自动化络技术发展的最新方向。

用于智能设备的嵌入式微处理器、主频速度、控制软件的水平都有了很大的提高，再加上互联的迅速普及，这些计算机发展的新成就都有力的推动了嵌入式以太络技术在控制领域中的广泛应用。代表世界电力标准发展先进领域的IEC国际标准化组织，为使不同厂商的自动化产品具有互操作性，已制定了关于变电站自动化系统的络通信体系IEC61850。尽管该标准还没有颁布正式版本，但已经出版的IEC61850委员会草案中，已经明确定义了嵌入式以太络通信技术作为唯一的变电站自动化领域的通信络，这将是技术发展的国际大趋势。

2 高压监控的络体系结构

基于以太的高压监控系统组方式可以非常灵活，在小型变电站自动化系统中可以采用简单的星型络拓扑结构，各智能设备直接通过以太连接到主控通信单元。

《IEC61850变电站通信络和系统》标准推荐大中型变电站的自动化系统应该采用按间隔配置、面向对象的组方式，如图1所示。络体系大致分为三层结构。

最上层为站控层。包括双主控通信单元，双机为冗余热备用方式支撑杆，主控通信单元负责管理全站范围的智能通信单元，收集各智能单元的数据送往调度主站，并把主站下发的控制命令分发到相应的采集单元;双机数据库通过络同步刷新;其备份方式既可以为主备方式，也可并列运行。根据用户的需求可以在络上配置高级应用管理单元，如当地功能，无功综合控制服务器，无防控制服务器，备用电源自动投切服务器等高级应用功能，这些高级应用管理单元既可以以设备6套夹具可以完好停止7种不同实验专用软件模块的方式集中在主控通信单元实现(当地功能除外)，也可以分布到络的其它节点实现相应的管理功能。

中间层为间隔通信单元。负责管理、收集本间隔内智能设备的数据，送往站控层;接收站控层的控制命令，分发到相应的智能设备，同时可以通过相应的软件模块完成本间隔内的自动控制功能。间隔通信单元也可以根据导电涂料用户的需要配置为双机热备用的方式。

智能单元包括测控模块和保护模块，分别完成测控功能和保护功能。

主控通信单元和间隔通信单元采用双分流、故障切换的通信模式。正常通信过程中，双分别传输不同的数据内容，一旦其中的一条络出现故障，则另一条络担负起传输全部数据的功能。这样不但提高了系统的实时性，也极大的提高了系统的可靠性。

间隔通信单元与各智能设备之间通过10Mbit/s以太传输实时数据。由于本段内设备相对较少，完全可以保证数据的实时性。

合理的络配置可以减小络冲突，提高系统的实时性和可靠性。

3 络通信协议的实现

络通信协议是设备可互操作性的基础，现阶段，在变电站自动化领域还没有可以直接遵循的国际标准。IEC61850无疑是今后络通信架构的发展方向，但国桌上型拉力实验机是检测安全带拉伸性能的核心检测装备际标准的制定和颁布仍然需要一段时间。我们在络通信协议的制定上，采用了IEC61850的基本设计规范，即采用面向设备、面向对象的络体系结构。

通信服务层建立在TCP/IP之上，完成通信链路的建立和维护，通信服务层给上一层提供可靠的端到端的通信服务。

服务原语层把规约层的原语调用转化为络报文结构，并通过通信服务层把数据发送出去。在异种机的络体系结构下，完成数据报文主机字节顺序和络字节顺序的互相转化。本协议支持与IEC61850相一致的服务原语。支持的基本的服务原语有：数据对象服务层调用相应的服务原语完成客户和服务器数据库之间的同步刷新，设备管理，目录服务等面向应用的功能。对象服务采用客户/服务器模型。本络协议支持丰富的数据对象，每种数据对象定义了对象值和对象属性两个部分，数据对象包括实时数据对象、事件数据对象、控制对象、文件对象等类是对宁波新材料产业发展环境的看好别。

4 嵌入式络管理

电力系统中，变电站点多面广，同时为适应减员增效和现代化管理的要求，很大多功能机一部分变电站都是以保护主机免受破坏无人值班变电站，这就要求变电站自动化系统应该有极高的可靠性和可维护性。随着计算机互联的深入发展和国家电力数据的建设，通过互联互联各级自动化系统将成为一种新的发展趋势。也为基于嵌入式web服务器的设备配置管理技术提供了良好的条件。

新型高压监控系统支持基于web方式的设备管理。经过授权的用户可以在客户端采用标准的web浏览器(如IE)在络的任一节点(甚至互联)方便、迅速的配置和管理设备，存取络信息。实现对变电站设备的管理，对采集数据的实时监测。当变电站运行设备出现异常时，可以根据用户的设定自动发送电子邮件，或者短消息等报警信息到指定用户，及时通知管理人员处理设备故障。在正常运行期间，也可以根据用户的设置，定期自动地向指定电子邮件信箱发送设备运行日志等。

基于web的设备管理方式大大减轻了设备运行人员的劳动，使得设备管理部门能够及时了解变电站运行信息，对设备故障的处理也更加快速有效。伴随着国家电力数据的发展，基于web的设备维护将比以往基于远程拨号的维护方式更加优越。

5 嵌入式自动控制

随着计算机技术和通信络技术的发展，用于变电站自动化智能设备的处理能力越来越强，络速度也越来越快，原来必须有一些独立的装置才能完成的自动功能，现在可以分布到新型监控系统中各智能设备上来实现，变电站自动化的发展方向也必然朝着全分散式系统发展。

通过强大、高效的以太通信络，各智能设备之间可以很方便地实现信息共享。新型监插卡电话控系统全面支持IEC定义的5种可编程逻辑控制语言。用户定义自己的逻辑，实现各种自动控制功能，通过配置信息可以把自动控制功能分布到各个智能设备上，从而实现真正的分布式自动控制功能。如分布式无功综合控制，分布式小电流接地选线，分布式电源备自投等自动化功能。

6 结束语

新一代高压监控系统中采用了国际先进的变电站技术和计算机络通信技术，积极靠拢IEC国际标准，使得系统具有良好的互操作性和开放性。采用嵌入式以太技术，大大提高了系统的实时性和可靠性，具有良好的可扩充易使用的特点，能够满足日后变电站自动化发展的需求，它代表了变电站自动化发展的最新成果。(end)