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基于以太網(wǎng)的電力調(diào)度信息傳輸?shù)拈_發(fā)
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摘要:針對(duì)電力調(diào)度系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信實(shí)時(shí)性傳輸?shù)囊螅治隽水?dāng)前傳統(tǒng)的電力調(diào)度通信系統(tǒng)的傳輸方法,以及以太網(wǎng)通信協(xié)議在信息遠(yuǎn)程傳輸?shù)膽?yīng)用,重點(diǎn)結(jié)合電力系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際要求,給出了以太網(wǎng)在電力調(diào)度信息傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用,從以太網(wǎng)應(yīng)用模式、以太網(wǎng)通信模塊設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制三個(gè)方面進(jìn)行了分析研究,對(duì)于進(jìn)一步提高電力調(diào)度系統(tǒng)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性具有一定借鑒意義。
關(guān)鍵詞:以太網(wǎng)通信;電力系統(tǒng);調(diào)度 0 引 言 電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化是在早期的電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,引入計(jì)算機(jī)技術(shù)并進(jìn)行功能擴(kuò)充而形成的一套輔助調(diào)度人員工作的自動(dòng)化系統(tǒng),遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分,在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中起著基礎(chǔ)性的作用。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是指對(duì)廣闊地區(qū)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和控制的系統(tǒng),它包括對(duì)必需的過(guò)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(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)度信息的實(shí)時(shí)傳輸對(duì)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(duì)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(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)化的發(fā)展要求,要適應(yīng)遠(yuǎn)動(dòng)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(lái)的發(fā)展趨勢(shì)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(yīng)用方面開展工作。 隨著計(jì)算機(jī)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(jī)工作站、調(diào)度工作站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站,另外在局域網(wǎng)上也可以增加一些微機(jī)工作站,如提供給局長(zhǎng)辦公室、總工辦公室使用,主要用來(lái)監(jiān)視電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,顯示實(shí)時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)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(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)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(nèi)的生產(chǎn)過(guò)程設(shè)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(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、提供I/O 接口等;間隔層包含測(cè)量和控制單元,負(fù)責(zé)該單元線路或變壓器的參數(shù)測(cè)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(jī),通信及控制主機(jī),實(shí)現(xiàn)管理等功能的工程師站。隨著計(jì)算機(jī)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(dòng)化系統(tǒng)過(guò)程層的采集、測(cè)量單元和間隔層保護(hù)、控制單元中,進(jìn)而構(gòu)成基于網(wǎng)絡(luò)控制的分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。 2 嵌入式以太網(wǎng)在電力調(diào)度通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 2?。薄 ‰娏φ{(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(diǎn): (1)與一般的以太網(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。 (2)可靠性要求高。電力信息要求準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行傳輸。 (3)實(shí)時(shí)性要求高。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)要求及時(shí)地傳輸現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)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(shí)時(shí)性。 (4)抗干擾能力要求高。變電站內(nèi)通信環(huán)境惡劣,機(jī)械和電磁干擾嚴(yán)重,網(wǎng)絡(luò)必須具有很好的抗干擾能力。 2?。病 ∫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(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)廠站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(jī)的局域網(wǎng)端口。該模式適用于新建廠站的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。第二,協(xié)議轉(zhuǎn)換器模式。對(duì)于大部分己投運(yùn)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(gè)間隔層設(shè)備都配置一個(gè)嵌入式以太網(wǎng)接口,將該設(shè)備作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)直接連接到以太網(wǎng)上。 應(yīng)用模式b:幾個(gè)不具有以太網(wǎng)接口的智能電子設(shè)備(IED)通過(guò)RS-232/485 或現(xiàn)場(chǎng)總線等方式連在一起,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(xiàn)而言,兩者都必須設(shè)計(jì)嵌入式以太網(wǎng)接口,本質(zhì)上沒(méi)有太大差別。 2?。场 ∫蕴W(wǎng)通信模塊設(shè)計(jì) 本論文所設(shè)計(jì)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(jī)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(tái)。 以太網(wǎng)控制器芯片RTL8019AS,其工作時(shí)鐘為20?。停龋。粒牛巍∫_接地,地址一直處于有效。IOCS16 引腳用電阻下拉到地,復(fù)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(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(jī)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(jī)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(jī)的復(fù)位腳RST 相連,單片機(jī)復(fù)位的時(shí)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(gè)1 μs 以上的高電平就可以實(shí)現(xiàn)冷復(fù)位;先讀再寫復(fù)位端口,可實(shí)現(xiàn)熱復(fù)位。因?yàn)閺?fù)位過(guò)程將執(zhí)行一些操作,因此,應(yīng)等待100?。恚蟆≈笤賹?duì)RTLSO19AS 操作,以確保復(fù)位完全。 2?。础 ∠到y(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集傳輸機(jī)制 客戶機(jī)通過(guò)總線RS-485 或RS-232 通信轉(zhuǎn)接頭與遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU)串行口進(jìn)行通訊,控制各遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU)工作,因此,首要的是實(shí)現(xiàn)從各遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU)的數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)軟件就是用查詢方式來(lái)進(jìn)行信息處理的。采用DELPHI7?。白鳛殚_發(fā)工具,利用通信控件編輯通信程序,關(guān)鍵是準(zhǔn)確理解及設(shè)置通信控件的屬性。 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的遙測(cè)與遙信數(shù)據(jù)的共享,避免兩個(gè)線程訪問(wèn)相同的數(shù)據(jù)時(shí)引發(fā)沖突,可以使用Windows API 提供的同步技術(shù)來(lái)同步多個(gè)線程對(duì)同一數(shù)據(jù)類的同時(shí)訪問(wèn)。Mutex(互斥對(duì)象)是串行訪問(wèn)資源的全局對(duì)象,可以首先設(shè)置互斥對(duì)象,然后訪問(wèn)資源,最后釋放互斥對(duì)象。在設(shè)置互斥對(duì)象的同時(shí),如果另一線程(或進(jìn)程)試圖設(shè)置相同的互斥對(duì)象,它將停下來(lái),直到前一個(gè)線程(或進(jìn)程)釋放該互斥對(duì)象為止。 在數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸過(guò)程中,客戶機(jī)要時(shí)刻檢測(cè)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(shí),客戶機(jī)會(huì)給出監(jiān)控系統(tǒng)故障信息,并且在故障恢復(fù)后自動(dòng)重新進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送,這一點(diǎn)在監(jiān)控系統(tǒng)中非常重要。 3 結(jié) 語(yǔ) 隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日益復(fù)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(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(yuǎn)動(dòng)調(diào)度通信系統(tǒng),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(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(yùn)行管理的指揮中心,其所使用的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性、靈活性和智能性對(duì)保證整個(gè)電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行有著非常重要的意義。 參考文獻(xiàn): [1] 柳永智,劉曉川.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002?。?[2] 方 蕾.電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約及其相互轉(zhuǎn)換的研究與實(shí)現(xiàn)[D].武漢:武漢大學(xué),2004?。?[3] 馮邦城,康積濤.以太網(wǎng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)通信中的應(yīng)用前景[J ].電力自動(dòng)化設(shè)備,2006 ,26(7):62-65?。?- 1水泥穩(wěn)定碎石基層施工技術(shù)指導(dǎo)意見書
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