基于以太网的电力调度信息传输的开发

０引言

　　电网调度自动化是在早期的电力系统远动系统的基础上，引入计算机技术并进行功能扩充而形成的一套辅助调度人员工作的自动化系统，远动系统是电网调度自动化系统的重要组成部分，在电网调度自动化系统的发展过程中起着基础性的作用。远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，它包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的功能和设备。远动系统调度信息的实时传输对于保障电力系统调度任务的有序完成有着至关重要的重要。

　　本论文主要对基于嵌入式以太网的电力系统调度信息传输系统展开研究探讨，并以期从中能够找到有效的可供指导或借鉴的电力系统调度通信实时传输系统的设计方法，并以此和广大同行分享。

　　１以太网技术在电力调度系统中的应用概述

　　电力信息传输系统的发展要适应电网调度自动化的发展要求，要适应远动系统向网络化发展的要求，电力信息传输系统的未来的发展趋势必然是网络化。本论文重点在嵌入式以太网通信技术在电力信息传输中的应用方面开展工作。

　　随着计算机网络技术在电力系统中的应用，调度中心一般采用局域网，并较多使用配置在以太网上的局域网。在基于局域网的ＳＣＡＤＡ系统中，一般需要配置前置机工作站、调度工作站、远动工作站，另外在局域网上也可以增加一些微机工作站，如提供给局长办公室、总工办公室使用，主要用来监视电网实时运行情况，显示实时画面、提供告警信息等。

　　以太网技术在厂站端的应用主要是在变电站综合自动化系统中的应用。变电站综合自动化系统在通信技术的推动下发展成为典型的分层分布式结构。该结构一般分为３层：变电站层、间隔层和过程层。其中，过程层包含变电站内的生产过程设施，如变压器、断路器及其辅助接点、电流和电压互感器等，主要负责现场数据采集、提供Ｉ／Ｏ接口等；间隔层包含测量和控制单元，负责该单元线路或变压器的参数测量和监控以及断路器的控制等。变电站层包含全站性的监控主机，通信及控制主机，实现管理等功能的工程师站。随着计算机技术和通信技术的发展，尤其是网络技术的应用，以太网技术正被引入变电站自动化系统过程层的采集、测量单元和间隔层保护、控制单元中，进而构成基于网络控制的分布式变电站自动化系统。

　　２嵌入式以太网在电力调度通信系统中的应用研究

　　2.１电力调度通信系统的基本要求

　　跟其它信息传输相比，电力信息的传输有其特殊性，主要表现在以下几点：

　　（１）与一般的以太网应用相比，电力信息传输的数据量不大，通常不存在较大的数据文件传输。

　　（２）可靠性要求高。电力信息要求准确、可靠地进行传输。

　　（３）实时性要求高。变电站自动化系统要求及时地传输现场的实时运行信息和操作控制信息，网络必须能够很好地保证数据通信的实时性。

　　（４）抗干扰能力要求高。变电站内通信环境恶劣，机械和电磁干扰严重，网络必须具有很好的抗干扰能力。

　　２．２以太网的应用模式选择

　　将嵌入式以太网技术应用于变电站自动化系统可以实现厂站ＲＴＵ信息通过网络向各主站传送。具体有两种方式：第一，网络接口通信模式。该模式要求厂站的ＲＴＵ具有以太网接口，支持ＴＣＰ／ＩＰ协议，并支持ＩＥＣ６０８７０－５－１０４或ＩＥＣ６１８５０规约，直接接入厂站端数据网络边缘交换机的局域网端口。该模式适用于新建厂站的分布式自动化系统。第二，协议转换器模式。对于大部分己投运的厂站，可在ＲＴＵ上加装ＴＣＰ／ＩＰ协议转换器再接入ＳＰＤｎｅｔ，以使原有的通信协议和ＲＴＵ的结构保持不变，但要求各主站端配置支持ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络通信前置系统和相应的应用层协议。

　　嵌入式以太网应用于变电站内部通信网络一般有两种典型的应用模式：

　　应用模式ａ：每个间隔层设备都配置一个嵌入式以太网接口，将该设备作为一个节点直接连接到以太网上。

　　应用模式ｂ：几个不具有以太网接口的智能电子设备（ＩＥＤ）通过ＲＳ－２３２／４８５或现场总线等方式连在一起，然后连接到一个具有以太网接口的通信管理单元，通过该通信管理单元连接到以太网上。

　　从技术实现而言，两者都必须设计嵌入式以太网接口，本质上没有太大差别。

　　２．３以太网通信模块设计

　　本论文所设计的以太网通信模块，是基于软件协议栈的嵌入式以太网接口硬件电路。该电路以宏晶公司的ＳＴＣ８９ＣＳ１６ＲＤ＋单片机作为嵌入式微处理器，外部连接ＲＴＬ８０１９ＡＳ以太网控制器芯片，构成基本的硬件平台。

　　以太网控制器芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ，其工作时钟为２０ＭＨｚ，ＡＥＮ引脚接地，地址一直处于有效。

　　ＩＯＣＳ１６引脚用电阻下拉到地，复位时刻为低电平，选择８位模式（网卡可以兼容８位和１６位操作，由于ＳＴＣ８９Ｃ５１６ＲＤ＋８位的数据总线，因此要用网卡的８位总线模式）。ＩＯＲＢ、ＩＯＷＢ引脚分别与单片机的ＲＤ、ＷＲ引脚相连。

　　地址线的连接为ＳＡ１９－ＳＡ１０接地、ＳＡ９接高电平、ＳＡ８－ＳＡ７接地、ＳＡ６接地址线Ａ１５、ＳＡ５接地、ＳＡ４－ＳＡ０接地址线Ａ１２－Ａ８。数据线的连接为：ＳＤ０－ＳＤ７接单片机的Ｐ０口。６５脚ＪＰ接高电平，设置ＲＴＬ８０１９ＡＳ为跳线模式，复位脚ＲＳＴＤＲＶ和单片机的复位脚ＲＳＴ相连，单片机复位的时候，网卡也复位。ＲＴＬ８０１９ＡＳ的复位方式有冷、热两种。ＲＳＴＤＲＶ为ＲＴＬ８０１９ＡＳ的复位引脚，给该引脚施加一个１μｓ以上的高电平就可以实现冷复位；先读再写复位端口，可实现热复位。因为复位过程将执行一些操作，因此，应等待１００ｍｓ之后再对ＲＴＬＳＯ１９ＡＳ操作，以确保复位完全。

　　２．４系统数据的实时采集传输机制

　　客户机通过总线ＲＳ－４８５或ＲＳ－２３２通信转接头与远动装置（ＲＴＵ）串行口进行通讯，控制各远动装置（ＲＴＵ）工作，因此，首要的是实现从各远动装置（ＲＴＵ）的数据采集。本系统软件就是用查询方式来进行信息处理的。采用ＤＥＬＰＨＩ７．０作为开发工具，利用通信控件编辑通信程序，关键是准确理解及设置通信控件的属性。

　　为了实现对电力系统远动系统的遥测与遥信数据的共享，避免两个线程访问相同的数据时引发冲突，可以使用ＷｉｎｄｏｗｓＡＰＩ提供的同步技术来同步多个线程对同一数据类的同时访问。Ｍｕｔｅｘ（互斥对象）是串行访问资源的全局对象，可以首先设置互斥对象，然后访问资源，最后释放互斥对象。在设置互斥对象的同时，如果另一线程（或进程）试图设置相同的互斥对象，它将停下来，直到前一个线程（或进程）释放该互斥对象为止。

　　在数据远程传输过程中，客户机要时刻检测与调度中心服务器的线路连接，当网络发生异常如掉线等情况时，客户机会给出监控系统故障信息，并且在故障恢复后自动重新进行数据的传送，这一点在监控系统中非常重要。

　　３结语

　　随着现代电力系统规模的不断扩大，系统结构和运行方式日益复杂，任何一个小失误都可能给整个电网带来致命的后果，因此电力调度通信系统的开发日益迫切，而采用嵌入式以太网技术，将其应用于电力远动调度通信系统，能够在保证信息传输实时性的同时，提高了电力系统信息传输的抗干扰性。电网调度中心作为地区电网运行管理的指挥中心，其所使用的调度自动化系统的可靠性、灵活性和智能性对保证整个电网安全、优质、经济的运行有着非常重要的意义。