嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信前置機(jī)在數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用
1、項(xiàng)目介紹
一般35kV及以上數(shù)字化變電站系統(tǒng)一般附帶有IEC60870－101～107等通信協(xié)議的控制、信號(hào)、測(cè)量、保護(hù)、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置，為保證系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行安全性，一般需要將這些功能裝置分離設(shè)計(jì)。在增加可靠性和安全性的同時(shí)，分散的控制系統(tǒng)必然形成了諸多的信息孤島，因此，系統(tǒng)需要整合信息，特別需要將變電站智能設(shè)備的所有監(jiān)測(cè)信號(hào)匯總，然后通過Ethernet與中央控制室的變電站的服務(wù)器相連，這個(gè)信息匯總裝置就稱為通信管理機(jī)或通信前置機(jī)。在某數(shù)字化變電站改造過程中，由于各個(gè)部分設(shè)備的通信規(guī)約不統(tǒng)一，設(shè)備介入及升級(jí)困難，為改善這種狀態(tài)，系統(tǒng)要求此通信管理機(jī)必須有至少6個(gè)以上的隔離串行通信接口、3～4個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信接口，同時(shí)還需要有8/16隔離的數(shù)字量輸入/輸出接口。
2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
數(shù)字化變電站系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)參照IEC－61850，可將原有的過程層(process level )、間隔層(bay level)、站級(jí)層(station level)細(xì)化為過程層(process level)、二次設(shè)備控制層(secondary device control level)、通信管理層(management level)和信息管理層(information management level) 4層，可重點(diǎn)解決通信管理層中的電力通信規(guī)約轉(zhuǎn)換問題和信息管理層中的變電站信息綜合管理問題。其系統(tǒng)功能主要體現(xiàn)在：
①實(shí)現(xiàn)底層二次設(shè)備的控制智能化和數(shù)字化；
②實(shí)現(xiàn)變電站常規(guī)遠(yuǎn)動(dòng)功能；
③實(shí)現(xiàn)變電站的信息集中管理和監(jiān)控。
整個(gè)系統(tǒng)的核心在于通信前置機(jī)，如圖1所示。系統(tǒng)共分4層，即信息管理層、通信管理層、二次設(shè)備控制層和生產(chǎn)過程層。生產(chǎn)過程層由變電站一次設(shè)備組成，是系統(tǒng)的最底層；二次設(shè)備控制層則由各智能設(shè)備（IED）組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)各自對(duì)象（母線、饋線、主變壓器、電容器等）的控制和保護(hù)功能；通信管理層由連接IED的現(xiàn)場(chǎng)總線和作為通用網(wǎng)關(guān)的主/備前置機(jī)系統(tǒng)組成，如嵌入式工控機(jī)是系統(tǒng)的通信樞紐，負(fù)責(zé)站內(nèi)信息采集、連接站級(jí)計(jì)算機(jī)、連接遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等；通信管理層中的前置機(jī)系統(tǒng)可同時(shí)接入多種電力通信規(guī)約的總線設(shè)備，并且向上掛接在信息管理層網(wǎng)絡(luò)上，是局域網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，起著收集站內(nèi)生產(chǎn)信息上傳和下發(fā)管理層控制信息的作用。在前置機(jī)系統(tǒng)中還可接入全球定位系統(tǒng) （Global Positioning System，GPS）對(duì)時(shí)信號(hào)和串行Modem，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)功能。在此情況下，前置機(jī)系統(tǒng)相當(dāng)于一遠(yuǎn)方終端單元（Remote Terminate Unit，RTU）的功能。3、產(chǎn)品特點(diǎn)說明
Nematron（瑞強(qiáng)）NPC系列嵌入式系統(tǒng)是支持嵌入式技術(shù)、無風(fēng)扇設(shè)計(jì)、具備彈性擴(kuò)充能力的產(chǎn)品，最適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用所需的高可靠度與高穩(wěn)定度的要求。
NPC是專門針對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一款專用通信前置機(jī)，它有豐富的總線和網(wǎng)絡(luò)接口，使得數(shù)字化變電站的二次控制設(shè)備的不同規(guī)約的狀態(tài)與控制信息經(jīng)過相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換后無縫連接到變電站的信息總站上，通信口的高速與隔離功能簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其嵌入式的設(shè)計(jì)理念以及系統(tǒng)免風(fēng)扇特點(diǎn)，極大提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性，減少了系統(tǒng)的維修成本，多網(wǎng)口特性使得系統(tǒng)可以按照雙網(wǎng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。NPC的高集成度使得整個(gè)數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的性價(jià)比更高，系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更加明顯。
右圖為分布分散式電力變電站綜合自動(dòng)化管理系統(tǒng)應(yīng)用拓樸圖。
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