基于以太網(wǎng)的電力調度信息傳輸的開(kāi)發(fā)

０引言

　　電網(wǎng)調度自動(dòng)化是在早期的電力系統遠動(dòng)系統的基礎上，引入計算機技術(shù)并進(jìn)行功能擴充而形成的一套輔助調度人員工作的自動(dòng)化系統，遠動(dòng)系統是電網(wǎng)調度自動(dòng)化系統的重要組成部分，在電網(wǎng)調度自動(dòng)化系統的發(fā)展過(guò)程中起著(zhù)基礎性的作用。遠動(dòng)系統是指對廣闊地區的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監視和控制的系統，它包括對必需的過(guò)程信息的采集、處理、傳輸和顯示、執行等全部的功能和設備。遠動(dòng)系統調度信息的實(shí)時(shí)傳輸對于保障電力系統調度任務(wù)的有序完成有著(zhù)至關(guān)重要的重要。

　　本論文主要對基于嵌入式以太網(wǎng)的電力系統調度信息傳輸系統展開(kāi)研究探討，并以期從中能夠找到有效的可供指導或借鑒的電力系統調度通信實(shí)時(shí)傳輸系統的設計方法，并以此和廣大同行分享。

　?。?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/以太網(wǎng)">以太網(wǎng)技術(shù)在電力調度系統中的應用概述

　　電力信息傳輸系統的發(fā)展要適應電網(wǎng)調度自動(dòng)化的發(fā)展要求，要適應遠動(dòng)系統向網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展的要求，電力信息傳輸系統的未來(lái)的發(fā)展趨勢必然是網(wǎng)絡(luò )化。本論文重點(diǎn)在嵌入式以太網(wǎng)通信技術(shù)在電力信息傳輸中的應用方面開(kāi)展工作。

　　隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在電力系統中的應用，調度中心一般采用局域網(wǎng)，并較多使用配置在以太網(wǎng)上的局域網(wǎng)。在基于局域網(wǎng)的ＳＣＡＤＡ系統中，一般需要配置前置機工作站、調度工作站、遠動(dòng)工作站，另外在局域網(wǎng)上也可以增加一些微機工作站，如提供給局長(cháng)辦公室、總工辦公室使用，主要用來(lái)監視電網(wǎng)實(shí)時(shí)運行情況，顯示實(shí)時(shí)畫(huà)面、提供告警信息等。

　　以太網(wǎng)技術(shù)在廠(chǎng)站端的應用主要是在變電站綜合自動(dòng)化系統中的應用。變電站綜合自動(dòng)化系統在通信技術(shù)的推動(dòng)下發(fā)展成為典型的分層分布式結構。該結構一般分為３層：變電站層、間隔層和過(guò)程層。其中，過(guò)程層包含變電站內的生產(chǎn)過(guò)程設施，如變壓器、斷路器及其輔助接點(diǎn)、電流和電壓互感器等，主要負責現場(chǎng)數據采集、提供Ｉ／Ｏ接口等；間隔層包含測量和控制單元，負責該單元線(xiàn)路或變壓器的參數測量和監控以及斷路器的控制等。變電站層包含全站性的監控主機，通信及控制主機，實(shí)現管理等功能的工程師站。隨著(zhù)計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用，以太網(wǎng)技術(shù)正被引入變電站自動(dòng)化系統過(guò)程層的采集、測量單元和間隔層保護、控制單元中，進(jìn)而構成基于網(wǎng)絡(luò )控制的分布式變電站自動(dòng)化系統。

　?。睬度胧揭蕴W(wǎng)在電力調度通信系統中的應用研究

　　2.１電力調度通信系統的基本要求

　　跟其它信息傳輸相比，電力信息的傳輸有其特殊性，主要表現在以下幾點(diǎn)：

　?。ǎ保┡c一般的以太網(wǎng)應用相比，電力信息傳輸的數據量不大，通常不存在較大的數據文件傳輸。

　?。ǎ玻┛煽啃砸蟾?。電力信息要求準確、可靠地進(jìn)行傳輸。

　?。ǎ常?shí)時(shí)性要求高。變電站自動(dòng)化系統要求及時(shí)地傳輸現場(chǎng)的實(shí)時(shí)運行信息和操作控制信息，網(wǎng)絡(luò )必須能夠很好地保證數據通信的實(shí)時(shí)性。

　?。ǎ矗┛垢蓴_能力要求高。變電站內通信環(huán)境惡劣，機械和電磁干擾嚴重，網(wǎng)絡(luò )必須具有很好的抗干擾能力。

　?。玻惨蕴W(wǎng)的應用模式選擇

　　將嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)應用于變電站自動(dòng)化系統可以實(shí)現廠(chǎng)站ＲＴＵ信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )向各主站傳送。具體有兩種方式：第一，網(wǎng)絡(luò )接口通信模式。該模式要求廠(chǎng)站的ＲＴＵ具有以太網(wǎng)接口，支持ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議，并支持ＩＥＣ６０８７０－５－１０４或ＩＥＣ６１８５０規約，直接接入廠(chǎng)站端數據網(wǎng)絡(luò )邊緣交換機的局域網(wǎng)端口。該模式適用于新建廠(chǎng)站的分布式自動(dòng)化系統。第二，協(xié)議轉換器模式。對于大部分己投運的廠(chǎng)站，可在ＲＴＵ上加裝ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議轉換器再接入ＳＰＤｎｅｔ，以使原有的通信協(xié)議和ＲＴＵ的結構保持不變，但要求各主站端配置支持ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )通信前置系統和相應的應用層協(xié)議。

　　嵌入式以太網(wǎng)應用于變電站內部通信網(wǎng)絡(luò )一般有兩種典型的應用模式：

　　應用模式ａ：每個(gè)間隔層設備都配置一個(gè)嵌入式以太網(wǎng)接口，將該設備作為一個(gè)節點(diǎn)直接連接到以太網(wǎng)上。

　　應用模式ｂ：幾個(gè)不具有以太網(wǎng)接口的智能電子設備（ＩＥＤ）通過(guò)ＲＳ－２３２／４８５或現場(chǎng)總線(xiàn)等方式連在一起，然后連接到一個(gè)具有以太網(wǎng)接口的通信管理單元，通過(guò)該通信管理單元連接到以太網(wǎng)上。

　　從技術(shù)實(shí)現而言，兩者都必須設計嵌入式以太網(wǎng)接口，本質(zhì)上沒(méi)有太大差別。

　?。玻骋蕴W(wǎng)通信模塊設計

　　本論文所設計的以太網(wǎng)通信模塊，是基于軟件協(xié)議棧的嵌入式以太網(wǎng)接口硬件電路。該電路以宏晶公司的ＳＴＣ８９ＣＳ１６ＲＤ＋單片機作為嵌入式微處理器，外部連接ＲＴＬ８０１９ＡＳ以太網(wǎng)控制器芯片，構成基本的硬件平臺。

　　以太網(wǎng)控制器芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ，其工作時(shí)鐘為２０ＭＨｚ，ＡＥＮ引腳接地，地址一直處于有效。

　?。桑希茫樱保兑_用電阻下拉到地，復位時(shí)刻為低電平，選擇８位模式（網(wǎng)卡可以兼容８位和１６位操作，由于ＳＴＣ８９Ｃ５１６ＲＤ＋８位的數據總線(xiàn)，因此要用網(wǎng)卡的８位總線(xiàn)模式）。ＩＯＲＢ、ＩＯＷＢ引腳分別與單片機的ＲＤ、ＷＲ引腳相連。

　　地址線(xiàn)的連接為ＳＡ１９－ＳＡ１０接地、ＳＡ９接高電平、ＳＡ８－ＳＡ７接地、ＳＡ６接地址線(xiàn)Ａ１５、ＳＡ５接地、ＳＡ４－ＳＡ０接地址線(xiàn)Ａ１２－Ａ８。數據線(xiàn)的連接為：ＳＤ０－ＳＤ７接單片機的Ｐ０口。６５腳ＪＰ接高電平，設置ＲＴＬ８０１９ＡＳ為跳線(xiàn)模式，復位腳ＲＳＴＤＲＶ和單片機的復位腳ＲＳＴ相連，單片機復位的時(shí)候，網(wǎng)卡也復位。ＲＴＬ８０１９ＡＳ的復位方式有冷、熱兩種。ＲＳＴＤＲＶ為ＲＴＬ８０１９ＡＳ的復位引腳，給該引腳施加一個(gè)１μｓ以上的高電平就可以實(shí)現冷復位；先讀再寫(xiě)復位端口，可實(shí)現熱復位。因為復位過(guò)程將執行一些操作，因此，應等待１００ｍｓ之后再對ＲＴＬＳＯ１９ＡＳ操作，以確保復位完全。

　?。玻聪到y數據的實(shí)時(shí)采集傳輸機制

　　客戶(hù)機通過(guò)總線(xiàn)ＲＳ－４８５或ＲＳ－２３２通信轉接頭與遠動(dòng)裝置（ＲＴＵ）串行口進(jìn)行通訊，控制各遠動(dòng)裝置（ＲＴＵ）工作，因此，首要的是實(shí)現從各遠動(dòng)裝置（ＲＴＵ）的數據采集。本系統軟件就是用查詢(xún)方式來(lái)進(jìn)行信息處理的。采用ＤＥＬＰＨＩ７．０作為開(kāi)發(fā)工具，利用通信控件編輯通信程序，關(guān)鍵是準確理解及設置通信控件的屬性。

　　為了實(shí)現對電力系統遠動(dòng)系統的遙測與遙信數據的共享，避免兩個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)相同的數據時(shí)引發(fā)沖突，可以使用ＷｉｎｄｏｗｓＡＰＩ提供的同步技術(shù)來(lái)同步多個(gè)線(xiàn)程對同一數據類(lèi)的同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)。Ｍｕｔｅｘ（互斥對象）是串行訪(fǎng)問(wèn)資源的全局對象，可以首先設置互斥對象，然后訪(fǎng)問(wèn)資源，最后釋放互斥對象。在設置互斥對象的同時(shí)，如果另一線(xiàn)程（或進(jìn)程）試圖設置相同的互斥對象，它將停下來(lái)，直到前一個(gè)線(xiàn)程（或進(jìn)程）釋放該互斥對象為止。

　　在數據遠程傳輸過(guò)程中，客戶(hù)機要時(shí)刻檢測與調度中心服務(wù)器的線(xiàn)路連接，當網(wǎng)絡(luò )發(fā)生異常如掉線(xiàn)等情況時(shí)，客戶(hù)機會(huì )給出監控系統故障信息，并且在故障恢復后自動(dòng)重新進(jìn)行數據的傳送，這一點(diǎn)在監控系統中非常重要。

　?。辰Y語(yǔ)

　　隨著(zhù)現代電力系統規模的不斷擴大，系統結構和運行方式日益復雜，任何一個(gè)小失誤都可能給整個(gè)電網(wǎng)帶來(lái)致命的后果，因此電力調度通信系統的開(kāi)發(fā)日益迫切，而采用嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)，將其應用于電力遠動(dòng)調度通信系統，能夠在保證信息傳輸實(shí)時(shí)性的同時(shí)，提高了電力系統信息傳輸的抗干擾性。電網(wǎng)調度中心作為地區電網(wǎng)運行管理的指揮中心，其所使用的調度自動(dòng)化系統的可靠性、靈活性和智能性對保證整個(gè)電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的運行有著(zhù)非常重要的意義。