基于以太網的電力調度信息傳輸?shù)拈_發(fā)

０引言

　　電網調度自動化是在早期的電力系統(tǒng)遠動系統(tǒng)的基礎上，引入計算機技術并進行功能擴充而形成的一套輔助調度人員工作的自動化系統(tǒng)，遠動系統(tǒng)是電網調度自動化系統(tǒng)的重要組成部分，在電網調度自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程中起著基礎性的作用。遠動系統(tǒng)是指對廣闊地區(qū)的生產過程進行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)，它包括對必需的過程信息的采集、處理、傳輸和顯示、執(zhí)行等全部的功能和設備。遠動系統(tǒng)調度信息的實時傳輸對于保障電力系統(tǒng)調度任務的有序完成有著至關重要的重要。

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

　?。?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/以太網">以太網技術在電力調度系統(tǒng)中的應用概述

　　電力信息傳輸系統(tǒng)的發(fā)展要適應電網調度自動化的發(fā)展要求，要適應遠動系統(tǒng)向網絡化發(fā)展的要求，電力信息傳輸系統(tǒng)的未來的發(fā)展趨勢必然是網絡化。本論文重點在嵌入式以太網通信技術在電力信息傳輸中的應用方面開展工作。

　　隨著計算機網絡技術在電力系統(tǒng)中的應用，調度中心一般采用局域網，并較多使用配置在以太網上的局域網。在基于局域網的ＳＣＡＤＡ系統(tǒng)中，一般需要配置前置機工作站、調度工作站、遠動工作站，另外在局域網上也可以增加一些微機工作站，如提供給局長辦公室、總工辦公室使用，主要用來監(jiān)視電網實時運行情況，顯示實時畫面、提供告警信息等。

　　以太網技術在廠站端的應用主要是在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的應用。變電站綜合自動化系統(tǒng)在通信技術的推動下發(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、間隔層和過程層。其中，過程層包含變電站內的生產過程設施，如變壓器、斷路器及其輔助接點、電流和電壓互感器等，主要負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、提供Ｉ／Ｏ接口等；間隔層包含測量和控制單元，負責該單元線路或變壓器的參數(shù)測量和監(jiān)控以及斷路器的控制等。變電站層包含全站性的監(jiān)控主機，通信及控制主機，實現(xiàn)管理等功能的工程師站。隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展，尤其是網絡技術的應用，以太網技術正被引入變電站自動化系統(tǒng)過程層的采集、測量單元和間隔層保護、控制單元中，進而構成基于網絡控制的分布式變電站自動化系統(tǒng)。

　?。睬度胧揭蕴W在電力調度通信系統(tǒng)中的應用研究

　　2.１電力調度通信系統(tǒng)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(xiàn)在以下幾點：

　?。ǎ保┡c一般的以太網應用相比，電力信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，通常不存在較大的數(shù)據(jù)文件傳輸。

　?。ǎ玻┛煽啃砸蟾?。電力信息要求準確、可靠地進行傳輸。

　?。ǎ常崟r性要求高。變電站自動化系統(tǒng)要求及時地傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息，網絡必須能夠很好地保證數(shù)據(jù)通信的實時性。

　?。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，網絡必須具有很好的抗干擾能力。

　　２．２以太網的應用模式選擇

　　將嵌入式以太網技術應用于變電站自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)廠站ＲＴＵ信息通過網絡向各主站傳送。具體有兩種方式：第一，網絡接口通信模式。該模式要求廠站的ＲＴＵ具有以太網接口，支持ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議，并支持ＩＥＣ６０８７０－５－１０４或ＩＥＣ６１８５０規(guī)約，直接接入廠站端數(shù)據(jù)網絡邊緣交換機的局域網端口。該模式適用于新建廠站的分布式自動化系統(tǒng)。第二，協(xié)議轉換器模式。對于大部分己投運的廠站，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)議的網絡通信前置系統(tǒng)和相應的應用層協(xié)議。

　　嵌入式以太網應用于變電站內部通信網絡一般有兩種典型的應用模式：

　　應用模式ａ：每個間隔層設備都配置一個嵌入式以太網接口，將該設備作為一個節(jié)點直接連接到以太網上。

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

　　從技術實現(xiàn)而言，兩者都必須設計嵌入式以太網接口，本質上沒有太大差別。

　?。玻骋蕴W通信模塊設計

　　本論文所設計的以太網通信模塊，是基于軟件協(xié)議棧的嵌入式以太網接口硬件電路。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以太網控制器芯片，構成基本的硬件平臺。

　　以太網控制器芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ，其工作時鐘為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，復位時刻為低電平，選擇８位模式（網卡可以兼容８位和１６位操作，由于ＳＴＣ８９Ｃ５１６ＲＤ＋８位的數(shù)據(jù)總線，因此要用網卡的８位總線模式）。ＩＯＲＢ、ＩＯＷＢ引腳分別與單片機的ＲＤ、ＷＲ引腳相連。

　　地址線的連接為ＳＡ１９－ＳＡ１０接地、ＳＡ９接高電平、ＳＡ８－ＳＡ７接地、ＳＡ６接地址線Ａ１５、ＳＡ５接地、ＳＡ４－ＳＡ０接地址線Ａ１２－Ａ８。數(shù)據(jù)線的連接為：ＳＤ０－ＳＤ７接單片機的Ｐ０口。６５腳ＪＰ接高電平，設置ＲＴＬ８０１９ＡＳ為跳線模式，復位腳ＲＳＴＤＲＶ和單片機的復位腳ＲＳＴ相連，單片機復位的時候，網卡也復位。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１μｓ以上的高電平就可以實現(xiàn)冷復位；先讀再寫復位端口，可實現(xiàn)熱復位。因為復位過程將執(zhí)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。

　　２．４系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時采集傳輸機制

　　客戶機通過總線ＲＳ－４８５或ＲＳ－２３２通信轉接頭與遠動裝置（ＲＴＵ）串行口進行通訊，控制各遠動裝置（ＲＴＵ）工作，因此，首要的是實現(xiàn)從各遠動裝置（ＲＴＵ）的數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)軟件就是用查詢方式來進行信息處理的。采用ＤＥＬＰＨＩ７．０作為開發(fā)工具，利用通信控件編輯通信程序，關鍵是準確理解及設置通信控件的屬性。

　　為了實現(xiàn)對電力系統(tǒng)遠動系統(tǒng)的遙測與遙信數(shù)據(jù)的共享，避免兩個線程訪問相同的數(shù)據(jù)時引發(fā)沖突，可以使用ＷｉｎｄｏｗｓＡＰＩ提供的同步技術來同步多個線程對同一數(shù)據(jù)類的同時訪問。Ｍｕｔｅｘ（互斥對象）是串行訪問資源的全局對象，可以首先設置互斥對象，然后訪問資源，最后釋放互斥對象。在設置互斥對象的同時，如果另一線程（或進程）試圖設置相同的互斥對象，它將停下來，直到前一個線程（或進程）釋放該互斥對象為止。

　　在數(shù)據(jù)遠程傳輸過程中，客戶機要時刻檢測與調度中心服務器的線路連接，當網絡發(fā)生異常如掉線等情況時，客戶機會給出監(jiān)控系統(tǒng)故障信息，并且在故障恢復后自動重新進行數(shù)據(jù)的傳送，這一點在監(jiān)控系統(tǒng)中非常重要。

　　３結語

　　隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)結構和運行方式日益復雜，任何一個小失誤都可能給整個電網帶來致命的后果，因此電力調度通信系統(tǒng)的開發(fā)日益迫切，而采用嵌入式以太網技術，將其應用于電力遠動調度通信系統(tǒng)，能夠在保證信息傳輸實時性的同時，提高了電力系統(tǒng)信息傳輸?shù)目垢蓴_性。電網調度中心作為地區(qū)電網運行管理的指揮中心，其所使用的調度自動化系統(tǒng)的可靠性、靈活性和智能性對保證整個電網安全、優(yōu)質、經濟的運行有著非常重要的意義。