基于以太網(wǎng)的電力調(diào)度信息傳輸?shù)拈_發(fā)

０引言

　　電網(wǎng)調(diào)度自動化是在早期的電力系統(tǒng)遠動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入計算機技術(shù)并進行功能擴充而形成的一套輔助調(diào)度人員工作的自動化系統(tǒng)，遠動系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的重要組成部分，在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程中起著基礎(chǔ)性的作用。遠動系統(tǒng)是指對廣闊地區(qū)的生產(chǎn)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(shè)備。遠動系統(tǒng)調(diào)度信息的實時傳輸對于保障電力系統(tǒng)調(diào)度任務(wù)的有序完成有著至關(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(tǒng)調(diào)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(dǎo)或借鑒的電力系統(tǒng)調(diào)度通信實時傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方法，并以此和廣大同行分享。

　　１以太網(wǎng)技術(shù)在電力調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用概述

　　電力信息傳輸系統(tǒng)的發(fā)展要適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度自動化的發(fā)展要求，要適應(yīng)遠動系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)化。本論文重點在嵌入式以太網(wǎng)通信技術(shù)在電力信息傳輸中的應(yīng)用方面開展工作。

　　隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，調(diào)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(tǒng)中，一般需要配置前置機工作站、調(diào)度工作站、遠動工作站，另外在局域網(wǎng)上也可以增加一些微機工作站，如提供給局長辦公室、總工辦公室使用，主要用來監(jiān)視電網(wǎng)實時運行情況，顯示實時畫面、提供告警信息等。

　　以太網(wǎng)技術(shù)在廠站端的應(yīng)用主要是在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用。變電站綜合自動化系統(tǒng)在通信技術(shù)的推動下發(fā)展成為典型的分層分布式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)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(nèi)的生產(chǎn)過程設(shè)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(zé)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(zé)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(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，以太網(wǎng)技術(shù)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(gòu)成基于網(wǎng)絡(luò)控制的分布式變電站自動化系統(tǒng)。

　?。睬度胧揭蕴W(wǎng)在電力調(diào)度通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

　　2.１電力調(diào)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(wǎng)應(yīng)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蟾摺ｋ娏π畔⒁鬁蚀_、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(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(yīng)用模式選擇

　　將嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)廠站ＲＴＵ信息通過網(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(guī)約，直接接入廠站端數(shù)據(jù)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站的分布式自動化系統(tǒng)。第二，協(xié)議轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器再接入ＳＰＤｎｅｔ，以使原有的通信協(xié)議和ＲＴＵ的結(jié)構(gòu)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(tǒng)和相應(yīng)的應(yīng)用層協(xié)議。

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

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

　　應(yīng)用模式ｂ：幾個不具有以太網(wǎng)接口的智能電子設(shè)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(wǎng)接口的通信管理單元，通過該通信管理單元連接到以太網(wǎng)上。

　　從技術(shù)實現(xiàn)而言，兩者都必須設(shè)計嵌入式以太網(wǎng)接口，本質(zhì)上沒有太大差別。

　?。玻骋蕴W(wǎng)通信模塊設(shè)計

　　本論文所設(shè)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(gòu)成基本的硬件平臺。

　　以太網(wǎng)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(fù)位時刻為低電平，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(shù)據(jù)總線，因此要用網(wǎng)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(shè)置ＲＴＬ８０１９ＡＳ為跳線模式，復(fù)位腳ＲＳＴＤＲＶ和單片機的復(fù)位腳ＲＳＴ相連，單片機復(fù)位的時候，網(wǎng)卡也復(fù)位。ＲＴＬ８０１９ＡＳ的復(fù)位方式有冷、熱兩種。ＲＳＴＤＲＶ為ＲＴＬ８０１９ＡＳ的復(fù)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(fù)位；先讀再寫復(fù)位端口，可實現(xiàn)熱復(fù)位。因為復(fù)位過程將執(zhí)行一些操作，因此，應(yīng)等待１００ｍｓ之后再對ＲＴＬＳＯ１９ＡＳ操作，以確保復(fù)位完全。

　?。玻聪到y(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(zhuǎn)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(guān)鍵是準確理解及設(shè)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(shù)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(shè)置互斥對象，然后訪問資源，最后釋放互斥對象。在設(shè)置互斥對象的同時，如果另一線程（或進程）試圖設(shè)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(diào)度中心服務(wù)器的線路連接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)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(fù)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。

　?。辰Y(jié)語

　　隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式日益復(fù)雜，任何一個小失誤都可能給整個電網(wǎng)帶來致命的后果，因此電力調(diào)度通信系統(tǒng)的開發(fā)日益迫切，而采用嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)，將其應(yīng)用于電力遠動調(diào)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(wǎng)調(diào)度中心作為地區(qū)電網(wǎng)運行管理的指揮中心，其所使用的調(diào)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(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的運行有著非常重要的意義。