电力自动化的通信网络分析研究

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1、电力自动化的通信网络分析研究摘要：通信网络是变电站自动化系统的关键。分析了变电站自动化系统中通信网的特点与要求，给出了LonWorks现场总线和嵌入式以太网两种通信方案，并对这两种方案作了分析比较。关键词：变电站自动化；现场总线；嵌入式技术；以太网1引言变电站自动化技术在我国发展很快，目前新建的变电站绝大多数都采用了综合自动化技术，很多老变电站也在进行改造。这种自动化系统与常规变电站系统相比，最大的特点就是站内通信能力强。从90年代初变电站内开始搞综合自动化，先后出现过几类通信方案。最初用RS485总线将保护设备联在一起，用主从方式通信，这种方式较简单，实际上

2、是串行点对点通信，技术上缺陷很多。后来各种现场总线技术被引入国内，由于其具有简单易用、组网方便、抗干扰能力强等特点，很快被电力自动化设备业界采用，以构成变电站内的通信网。现场总线种类较多，用得较多的是LonWorks和CAN。用现场总线来做通信网，从工程实践来看是较成功的。但随着变电站自动化从以前的35kV>110kV等中、低压变电站向220kV.330kV甚至500kV高压、超高压大型变电站发展，现场总线的一些局限性逐渐暴露出来，不能满足高压、超高压大型变电站自动化系统的要求。随着计算机软、硬件技术的发展，工业控制领域出现了嵌入式技术。这使设计者在设计变电站

3、自动化系统内部通信网时有了新的选择，利用嵌入式技术的软、硬件，设计者可以在单片机系统上实现以太网技术。目前国外一些著名大公司已利用嵌入式技术将以太网接口做在保护装置中，这样各保护装置就可以用以太网连成一个自动化系统了。以太网具有网络速度快，带宽较宽，与后台监控PC机、工作站等接口方便的特点，能够满足大型高压变电站自动化系统对通信网的要求。这在国外已有工程实例。本文将介绍两种站内通信网方案，一是LonWorks现场总线网，二是嵌入式以太网。这两种网的技术原理很多资料已有介绍，本文不再重复，而是直接说明如何应用。2LonWorks现场总线网方案如图1所示，变电站内

4、部有两个LonWorks网络，分别为监控网和录波网。监控网用来传送各种控制和状态信息,录波网则传送电力系统故障录波信息。网络的通信速率为78kB/s,最大通信距离为2km,通信介质为屏蔽双绞线或光纤。每个保护装置都带有LonWorks网络接口，后台机、工程师站、远动机等PC机上均插有PCLTA卡，于是保护装置和PC机就可以联到LonWorks网上。图1所示的方案简单、方便可靠，适合于中、低压变电站自动化系统。它已成功地用于很多35kV、llOkV变电站。但当用于220kV及以上的大型高压变电站时，由于网络节点增多，网络流量增大，78kB/s网络带宽就显得不够了

5、，特别是当多个保护同时动作时，网上冲突加剧，重发次数增多，通信效率降低。因此，这种方案不适合于大型高压变电站。3嵌入式以太网方案3.1系统配置如图2所示，站内有3个相互独立的光纤以太网，网络1、2为监控网，网络3为录波网。考虑到大型高压变电站都是以间隔为单元组屏和设备的向下兼容性及有关国际发展趋势，因此没有用嵌入式以太网完全替代LonWorks现场总线网，而是将站内通信网设计为两层，间隔以上用10MB/s嵌入式以太网构成站内通信的主干网络，负责后台机、远动机等PC机和各间隔进行通信。在间隔内部则用Lon-Works现场总线网把各保护装置联在一起。Lon—Wor

6、ks网上的信息通过间隔层的测控单元上传到主干网上。最低层的各种保护设备可不作任何改动，保持了向下兼容性。这种方案实际上将嵌入式以太网与LonWorks现场总线技术相结合，发挥了各自的优势。图2以太网、LonWorks网相结合方案系统配置图3.2测控单元由上可见，测控单元是整个方案的核心与关键。图3给出了测控单元的简图。其中Neuron芯片作为CPU的通信处理器完成LonWorks网络的通信任务，利用它可与保护装置通信。CPU选用了32b单片机，CPU部分采用了嵌入式软件设计，利用实时多任务操作系统及TCP/IP模块，完成以太网的通信与测控任务，CPU与Neur

7、on芯片之间以SlaveB并口方式交换信息。测控单元以LonWorks网与四方公司制造的保护装置相联，用RS485、RS232与其他厂家制造的保护装置相联。图3测控单元示意图4两种方案的比较与分析（1）方案1中只有LonWorks一层网络，站内的几十个保护装置均联其上。因此网上节点多、流量大，而带宽却只有78kB/so在多台保护同时动作等特殊情况下，网络负载突然加重，这时会出现较严重的网络冲突现象，报文的重发次数增多，网络通信效率降低。方案2中有两层网,主干网的带宽已达10MB/s,虽然间隔内的LonWorks网络仍为78kB/s带宽，但其上所联节点的数目却大

8、大减少，只有几台。于是LonWorks