摘  要：計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)是變電站自動化系統(tǒng)的關(guān)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(luò)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。

1 嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)

　　由于互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，以太網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。嵌入式以太網(wǎng)因為速度快，帶寬較寬，互操作性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)，價格便宜等特點在嵌入式控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，變電站自動化系統(tǒng)選用嵌入式以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)代表了變電站自動化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最新方向。

　　用于智能設(shè)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(jī)發(fā)展的新成就都有力的推動了嵌入式以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。代表世界電力標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展先進(jìn)領(lǐng)域的IEC國際標(biāo)準(zhǔn)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(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信體系IEC61850。盡管該標(biāo)準(zhǔn)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(luò)通信技術(shù)作為唯一的變電站自動化領(lǐng)域的通信網(wǎng)絡(luò)，這將是技術(shù)發(fā)展的國際大趨勢。

2 高壓監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

　　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(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各智能設(shè)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(luò)和系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)推薦大中型變電站的自動化系統(tǒng)應(yīng)該采用按間隔配置、面向?qū)ο蟮慕M網(wǎng)方式，如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)體系大致分為三層結(jié)構(gòu)。

　　最上層為站控層。包括雙主控通信單元，雙機(jī)為冗余熱備用方式，主控通信單元負(fù)責(zé)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(yīng)的采集單元;雙機(jī)數(shù)據(jù)庫通過網(wǎng)絡(luò)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(luò)上配置高級應(yīng)用管理單元，如當(dāng)?shù)毓δ埽瑹o功綜合控制服務(wù)器，無防控制服務(wù)器，備用電源自動投切服務(wù)器等高級應(yīng)用功能，這些高級應(yīng)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(dāng)?shù)毓δ艹�外），也可以分布到網(wǎng)絡(luò)的其它節(jié)點實現(xiàn)相應(yīng)的管理功能。

　　中間層為間隔通信單元。負(fù)責(zé)管理、收集本間隔內(nèi)智能設(shè)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(yīng)的智能設(shè)備，同時可以通過相應(yīng)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(jī)熱備用的方式。

　　智能單元包括測控模塊和保護(hù)模塊，分別完成測控功能和保護(hù)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(luò)出現(xiàn)故障，則另一條網(wǎng)絡(luò)擔(dān)負(fù)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(shè)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(shè)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(luò)配置可以減小網(wǎng)絡(luò)沖突，提高系統(tǒng)的實時性和可靠性。

3 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的實現(xiàn)

　　網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是設(shè)備可互操作性的基礎(chǔ)，現(xiàn)階段，在變電站自動化領(lǐng)域還沒有可以直接遵循的國際標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850無疑是今后網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)的發(fā)展方向，但國際標(biāo)準(zhǔn)的制定和頒布仍然需要一段時間。我們在網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的制定上，采用了IEC61850的基本設(shè)計規(guī)范，即采用面向設(shè)備、面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

　　網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約建立在TCP/IP協(xié)議之上，分為三層體系結(jié)構(gòu)。

　　通信服務(wù)層建立在TCP/IP之上，完成通信鏈路的建立和維護(hù)，通信服務(wù)層給上一層提供可靠的端到端的通信服務(wù)。

　　服務(wù)原語層把規(guī)約層的原語調(diào)用轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)報文結(jié)構(gòu)，并通過通信服務(wù)層把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在異種機(jī)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)下，完成數(shù)據(jù)報文主機(jī)字節(jié)順序和網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序的互相轉(zhuǎn)化。本協(xié)議支持與IEC61850相一致的服務(wù)原語。支持的基本的服務(wù)原語有：數(shù)據(jù)對象服務(wù)層調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)原語完成客戶和服務(wù)器數(shù)據(jù)庫之間的同步刷新，設(shè)備管理，目錄服務(wù)等面向應(yīng)用的功能。對象服務(wù)采用客戶/服務(wù)器模型。本網(wǎng)絡(luò)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(luò)管理

　　電力系統(tǒng)中，變電站點多面廣，同時為適應(yīng)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(yīng)該有極高的可靠性和可維護(hù)性。隨著計算機(jī)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(shè)，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(wù)器的設(shè)備配置管理技術(shù)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(shè)備管理。經(jīng)過授權(quán)的用戶可以在客戶端采用標(biāo)準(zhǔn)的web瀏覽器（如IE）在網(wǎng)絡(luò)的任一節(jié)點（甚至互聯(lián)網(wǎng)）方便、迅速的配置和管理設(shè)備，存取網(wǎng)絡(luò)信息。實現(xiàn)對變電站設(shè)備的在線管理，對采集數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。當(dāng)變電站運行設(shè)備出現(xiàn)異常時，可以根據(jù)用戶的設(shè)定自動發(fā)送電子郵件，或者手機(jī)短消息等報警信息到指定用戶，及時通知管理人員處理設(shè)備故障。在正常運行期間，也可以根據(jù)用戶的設(shè)置，定期自動地向指定電子郵件信箱發(fā)送設(shè)備運行日志等。

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