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摘要：計算機通信網(wǎng)絡是變電站自動化系統(tǒng)的關鍵。該文研究了新一代基于嵌入式以太網(wǎng)的電力高壓監(jiān)控系統(tǒng)，并給出了網(wǎng)絡實現(xiàn)方案及其功能特點。實踐證明新一代高壓監(jiān)控系統(tǒng)更具有良好的互操作性和開放性，能夠滿足日后變電站自動化發(fā)展的需求，代表了變電站自動化發(fā)展的最新成果。
關鍵詞：變電站自動化；嵌入式；PLC
1嵌入式以太網(wǎng)技術
由于互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，以太網(wǎng)絡通信技術得到了愈來愈廣泛的應用。嵌入式以太網(wǎng)因為速度快，帶寬較寬，互操作性好，可擴展性強，價格便宜等特點在嵌入式控制領域得到了廣泛的應用，變電站自動化系統(tǒng)選用嵌入式以太網(wǎng)絡技術代表了變電站自動化網(wǎng)絡技術發(fā)展的最新方向。
用于智能設備的嵌入式微處理器、主頻速度、控制軟件的水平都有了很大的提高，再加上互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，這些計算機發(fā)展的新成就都有力的推動了嵌入式以太網(wǎng)絡技術在控制領域中的廣泛應用。代表世界電力標準發(fā)展先進領域的IEC國際標準化組織，為使不同廠商的自動化產(chǎn)品具有互操作性，已制定了關于變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡通信體系IEC61850。盡管該標準還沒有頒布正式版本，但已經(jīng)出版的IEC61850委員會草案中，已經(jīng)明確定義了嵌入式以太網(wǎng)絡通信技術作為唯一的變電站自動化領域的通信網(wǎng)絡，這將是技術發(fā)展的國際大趨勢。
2高壓監(jiān)控的網(wǎng)絡體系結構
基于以太網(wǎng)的高壓監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方式可以非常靈活，在小型變電站自動化系統(tǒng)中可以采用簡單的星型網(wǎng)絡拓撲結構，各智能設備直接通過以太網(wǎng)連接到主控通信單元。
《IEC61850變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)》標準推薦大中型變電站的自動化系統(tǒng)應該采用按間隔配置、面向對象的組網(wǎng)方式，如圖1所示。網(wǎng)絡體系大致分為三層結構。
最上層為站控層。包括雙主控通信單元，雙機為冗余熱備用方式，主控通信單元負責管理全站范圍的智能通信單元，收集各智能單元的數(shù)據(jù)送往調(diào)度主站，并把主站下發(fā)的控制命令分發(fā)到相應的采集單元；雙機數(shù)據(jù)庫通過網(wǎng)絡同步刷新；其備份方式既可以為主備方式，也可并列運行。根據(jù)用戶的需求可以在網(wǎng)絡上配置高級應用管理單元，如當?shù)毓δ�，無功綜合控制服務器，無防控制服務器，備用電源自動投切服務器等高級應用功能，這些高級應用管理單元既可以以專用軟件模塊的方式集中在主控通信單元實現(xiàn)（當?shù)毓δ艹猓�，也可以分布到網(wǎng)絡的其它節(jié)點實現(xiàn)相應的管理功能。
中間層為間隔通信單元。負責管理、收集本間隔內(nèi)智能設備的數(shù)據(jù)，送往站控層；接收站控層的控制命令，分發(fā)到相應的智能設備，同時可以通過相應的軟件模塊完成本間隔內(nèi)的自動控制功能。間隔通信單元也可以根據(jù)用戶的需要配置為雙機熱備用的方式。
智能單元包括測控模塊和保護模塊，分別完成測控功能和保護功能。
主控通信單元和間隔通信單元采用雙網(wǎng)分流、故障切換的通信模式。正常通信過程中，雙網(wǎng)分別傳輸不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容，一旦其中的一條網(wǎng)絡出現(xiàn)故障，則另一條網(wǎng)絡擔負起傳輸全部數(shù)據(jù)的功能。這樣不但提高了系統(tǒng)的實時性，也極大的提高了系統(tǒng)的可靠性。
間隔通信單元與各智能設備之間通過10Mbit/s以太網(wǎng)傳輸實時數(shù)據(jù)。由于本網(wǎng)段內(nèi)設備相對較少，完全可以保證數(shù)據(jù)的實時性。
合理的網(wǎng)絡配置可以減小網(wǎng)絡沖突，提高系統(tǒng)的實時性和可靠性。
3網(wǎng)絡通信協(xié)議的實現(xiàn)
網(wǎng)絡通信協(xié)議是設備可互操作性的基礎，現(xiàn)階段，在變電站自動化領域還沒有可以直接遵循的國際標準。IEC61850無疑是今后網(wǎng)絡通信架構的發(fā)展方向，但國際標準的制定和頒布仍然需要一段時間。我們在網(wǎng)絡通信協(xié)議的制定上，采用了IEC61850的基本設計規(guī)范，即采用面向設備、面向對象的網(wǎng)絡體系結構。
網(wǎng)絡通信規(guī)約建立在TCP/IP協(xié)議之上，分為三層體系結構。
通信服務層建立在TCP/IP之上，完成通信鏈路的建立和維護，通信服務層給上一層提供可靠的端到端的通信服務。
服務原語層把規(guī)約層的原語調(diào)用轉化為網(wǎng)絡報文結構，并通過通信服務層把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在異種機的網(wǎng)絡體系結構下，完成數(shù)據(jù)報文主機字節(jié)順序和網(wǎng)絡字節(jié)順序的互相轉化。本協(xié)議支持與IEC61850相一致的服務原語。支持的基本的服務原語有：數(shù)據(jù)對象服務層調(diào)用相應的服務原語完成客戶和服務器數(shù)據(jù)庫之間的同步刷新，設備管理，目錄服務等面向應用的功能。對象服務采用客戶/服務器模型。本網(wǎng)絡協(xié)議支持豐富的數(shù)據(jù)對象，每種數(shù)據(jù)對象定義了對象值和對象屬性兩個部分，數(shù)據(jù)對象包括實時數(shù)據(jù)對象、事件數(shù)據(jù)對象、控制對象、文件對象等類別。
4嵌入式網(wǎng)絡管理
電力系統(tǒng)中，變電站點多面廣，同時為適應減員增效和現(xiàn)代化管理的要求，很大一部分變電站都是無人值班變電站，這就要求變電站自動化系統(tǒng)應該有極高的可靠性和可維護性。隨著計算機互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展和國家電力數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設，通過互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)各級自動化系統(tǒng)將成為一種新的發(fā)展趨勢。也為基于嵌入式web服務器的設備配置管理技術提供了良好的條件。
新型高壓監(jiān)控系統(tǒng)支持基于web方式的設備管理。經(jīng)過授權的用戶可以在客戶端采用標準的web瀏覽器（如IE）在網(wǎng)絡的任一節(jié)點（甚至互聯(lián)網(wǎng)）方便、迅速的配置和管理設備，存取網(wǎng)絡信息。實現(xiàn)對變電站設備的在線管理，對采集數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。當變電站運行設備出現(xiàn)異常時，可以根據(jù)用戶的設定自動發(fā)送電子郵件，或者手機短消息等報警信息到指定用戶，及時通知管理人員處理設備故障。在正常運行期間，也可以根據(jù)用戶的設置，定期自動地向指定電子郵件信箱發(fā)送設備運行日志等。
基于web的設備管理方式大大減輕了設備運行人員的勞動，使得設備管理部門能夠及時了解變電站運行信息，對設備故障的處理也更加快速有效。伴隨著國家電力數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展，基于web的設備維護將比以往基于遠程撥號的維護方式更加優(yōu)越。
5嵌入式自動控制
隨著計算機技術和通信網(wǎng)絡技術的發(fā)展，用于變電站自動化智能設備的處理能力越來越強，網(wǎng)絡速度也越來越快，原來必須有一些獨立的裝置才能完成的自動功能，現(xiàn)在可以分布到新型監(jiān)控系統(tǒng)中各智能設備上來實現(xiàn)，變電站自動化的發(fā)展方向也必然朝著全分散式系統(tǒng)發(fā)展。
通過強大、高效的以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡，各智能設備之間可以很方便地實現(xiàn)信息共享。新型監(jiān)控系統(tǒng)全面支持IEC61131-3定義的5種可編程邏輯控制語言。用戶定義自己的邏輯，實現(xiàn)各種自動控制功能，通過配置信息可以把自動控制功能分布到各個智能設備上，從而實現(xiàn)真正的分布式自動控制功能。如分布式無功綜合控制，分布式小電流接地選線，分布式電源備自投等自動化功能。
6結束語
新一代高壓監(jiān)控系統(tǒng)中采用了國際先進的變電站技術和計算機網(wǎng)絡通信技術，積極靠攏IEC國際標準，使得系統(tǒng)具有良好的互操作性和開放性。采用嵌入式以太網(wǎng)技術，大大提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性，具有良好的可擴充易使用的特點，能夠滿足日后變電站自動化發(fā)展的需求，它代表了變電站自動化發(fā)展的最新成
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