摘要：計算機通訊網路是變電站自動化系統的關鍵。新一代基於嵌入式乙太網的電力高壓監控系統，並給出了網路實現方案及其功能特點。
實踐證明新一代高壓監控系統更具有良好的互操作性和開放性，能夠滿足日後變電站自動化發展的需求，代表了變電站自動化發展的最新成果。
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關鍵詞：變電站自動化;嵌入式;plc
1.嵌入式乙太網技術
由於網際網路的飛速發展，以太網路通訊技術得到了愈來愈廣泛的應用。嵌入式乙太網因為速度快，頻寬較寬，互操作性好，可擴充套件性強，**便宜等特點在嵌入式控制領域得到了廣泛的應用，變電站自動化系統選用嵌入式以太網路技術代表了變電站自動化網路技術發展的最新方向。
用於智慧型裝置的嵌入式微處理器、主頻速度、控制軟體的水平都有了很大的提高，再加上網際網路的迅速普及，這些計算機發展的新成就都有力的推動了嵌入式以太網路技術在控制領域中的廣泛應用。代表世界電力標準發展先進領域的iec國際標準化組織，為使不同廠商的自動化產品具有互操作性，已制定了關於變電站自動化系統的網路通訊體系iec61850。儘管該標準還沒有頒布正式版本，但已經出版的iec61850委員會草案中，已經明確定義了嵌入式以太網路通訊技術作為唯一的變電站自動化領域的通訊網路，這將是技術發展的國際大趨勢。
2.高壓監控的網路體系結構
基於乙太網的高壓監控系統組網方式可以非常靈活，在小型變電站自動化系統中可以採用簡單的星型網路拓撲結構，各智慧型裝置直接通過乙太網連線到主控通訊單元。
《iec61850變電站通訊網路和系統》標準推薦大中型變電站的自動化系統應該採用按間隔配置、物件導向的組網方式，如圖1所示。網路體系大致分為三層結構。
最上層為站控層。包括雙主控通訊單元，雙機為冗餘熱備用方式，主控通訊單元負責管理全站範圍的智慧型通訊單元，收集各智慧型單元的資料送往排程主站，並把主站下發的控制命令分發到相應的採集單元;雙機資料庫通過網路同步重新整理;其備份方式既可以為主備方式，也可並列執行。根據使用者的需求可以在網路上配置高階應用管理單元，如當地功能，無功綜合控**務器，無防控**務器，備用電源自動投切伺服器等高階應用功能，這些高階應用管理單元既可以以專用軟體模組的方式集中在主控通訊單元實現(當地功能除外)，也可以分布到網路的其它節點實現相應的管理功能。
中間層為間隔通訊單元。負責管理、收集本間隔內智慧型裝置的資料，送往站控層;接收站控層的控制命令，分發到相應的智慧型裝置，同時可以通過相應的軟體模組完成本間隔內的自動控制功能。間隔通訊單元也可以根據使用者的需要配置為雙機熱備用的方式。
智慧型單元包括測控模組和保護模組，分別完成測控功能和保護功能。
主控通訊單元和間隔通訊單元採用雙網分流、故障切換的通訊模式。正常通訊過程中，雙網分別傳輸不同的資料內容，一旦其中的一條網路出現故障，則另一條網路擔負起傳輸全部資料的功能。這樣不但提高了系統的實時性，也極大的提高了系統的可靠性。
間隔通訊單元與各智慧型裝置之間通過10mbit/s乙太網傳輸實時資料。由於本網段內裝置相對較少，完全可以保證資料的實時性。
合理的網路配置可以減小網路衝突，提高系統的實時性和可靠性。
3.網路通訊協議的實現
網路通訊協議是裝置可互操作性的基礎，現階段，在變電站自動化領域還沒有可以直接遵循的國際標準。iec61850無疑是今後網路通訊架構的發展方向，但國際標準的制定和頒布仍然需要一段時間。我們在網路通訊協議的制定上，採用了iec61850的基本設計規範，即採用面向裝置、物件導向的網路體系結構。
網路通訊規約建立在tcp/ip協議之上，分為三層體系結構。
通訊服務層建立在tcp/ip之上，完成通訊鏈路的建立和維護，通訊服務層給上一層提供可靠的端到端的通訊服務。
服務原語層把規約層的原語調用轉化為網路報文結構，並通過通訊服務層把資料傳送出去。在異種機的網路體系結構下，完成資料報文主機位元組順序和網路位元組順序的互相轉化。本協議支援與iec61850相一致的服務原語。
支援的基本的服務原語有：資料物件服務層呼叫相應的服務原語完成客戶和伺服器資料庫之間的同步重新整理，裝置管理，目錄服務等面向應用的功能。物件服務採用客戶/伺服器模型。
本網路協議支援豐富的資料物件，每種資料物件定義了物件值和物件屬性兩個部分，資料物件包括實時資料物件、事件資料物件、控制物件、檔案物件等類別。
4.嵌入式網路管理
電力系統中，變電站點多面廣，同時為適應減員增效和現代化管理的要求，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應該有極高的可靠性和可維護性。隨著計算機網際網路的深入發展和國家電力資料網的建設，通過網際網路互聯各級自動化系統將成為一種新的發展趨勢。也為基於嵌入式web伺服器的裝置配置管理技術提供了良好的條件。
新型高壓監控系統支援基於web方式的裝置管理。經過授權的使用者可以在客戶端採用標準的web瀏覽器(如ie)在網路的任一節點(甚至網際網路)方便、迅速的配置和管理裝置，訪問網路資訊。實現對變電站裝置的**管理，對採集資料的實時監測。
當變電站執行裝置出現異常時，可以根據使用者的設定自動傳送電子郵件，或者手機短訊息等報警資訊到指定使用者，及時通知管理人員處理裝置故障。在正常執行期間，也可以根據使用者的設定，定期自動地向指定電子郵件信箱傳送裝置執行日誌等。
基於web的裝置管理方式大大減輕了裝置執行人員的勞動，使得裝置管理部門能夠及時了解變電站執行資訊，對裝置故障的處理也更加快速有效。伴隨著國家電力資料網的發展，基於web的裝置維護將比以往基於遠端撥號的維護方式更加優越。
5.嵌入式自動控制
隨著計算機技術和通訊網路技術的發展，用於變電站自動化智慧型裝置的處理能力越來越強，網路速度也越來越快，原來必須有一些獨立的裝置才能完成的自動功能，現在可以分布到新型監控系統中各智慧型裝置上來實現，變電站自動化的發展方向也必然朝著全分布式系統發展。
通過強大、高效的乙太網通訊網路，各智慧型裝置之間可以很方便地實現資訊共享。新型監控系統全面支援iec61131-3定義的5種可程式設計邏輯控制語言。使用者定義自己的邏輯，實現各種自動控制功能，通過配置資訊可以把自動控制功能分布到各個智慧型裝置上，從而實現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
新一代高壓監控系統中採用了國際先進的變電站技術和計算機網路通訊技術，積極靠攏iec國際標準，使得系統具有良好的互操作性和開放性。採用嵌入式乙太網技術，大大提高了系統的實時性和可靠性，具有良好的可擴充易使用的特點，能夠滿足日後變電站自動化發展的需求，它代表了變電站自動化發展的最新成。
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