引 言 隨著國民經(jīng)濟(jì)和電力工業(yè)的飛速發(fā)展，對電力系統(tǒng)自動化和信息化水平的要求也越來越高。電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電和用戶等五個部分組成。目前，電力綜合自動化綜合應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和圖形技術(shù)等與系統(tǒng)設(shè)備相結(jié)合，將電力系統(tǒng)在正常和事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制和供電企業(yè)的工作管理有機(jī)融合在一起。 1 變電站綜合自動化 變電站系統(tǒng)作為電網(wǎng)的重要基本環(huán)節(jié)，自動化水平的高低直接影響著電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，變電站綜合自動化系統(tǒng)得到了迅猛的發(fā)展和推廣應(yīng)用，成為衡量電力企業(yè)自動化水平的重要依據(jù)。變電站的電氣設(shè)備通常分為一次設(shè)備和二次設(shè)備，一次設(shè)備示指有不同電壓的配電裝置和電力變壓器。二次設(shè)備是在一次設(shè)備基礎(chǔ)上建立起來的輔助電氣設(shè)備，包括：繼電保護(hù)及自動裝置、儀器儀表及測量控制、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)動四大模塊。二次設(shè)備是對一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測量和控制，并保證變電站電氣設(shè)備安全、可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。變電站自動化系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度自動化的重要組成部分，又是一個獨(dú)立系統(tǒng)，采集并記錄大量的設(shè)備工況數(shù)據(jù)為變電站設(shè)備維修提供可靠數(shù)據(jù)。 1.1 變電站結(jié)構(gòu)形式 目前變電站綜合自動化系統(tǒng)中有三種結(jié)構(gòu)形式：集中式、集中分布式和分散分布式。分散分布式結(jié)構(gòu)是變電站綜合自動化發(fā)展的趨勢。從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層（站級測控單元）和間隔層（間隔單元）。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是按照變電站的元件，斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實(shí)現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護(hù)和擴(kuò)展。 1.2 RTU單元 分散分布式結(jié)構(gòu)中的測控單元，又叫做遠(yuǎn)動裝置（RTU，Remote Terminal Unit），是變電站實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行情況測量和監(jiān)控的設(shè)備。RTU廣泛應(yīng)用于自動化監(jiān)控系統(tǒng)，承擔(dān)各種遠(yuǎn)動信息的“上傳下達(dá)”工作，是變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控的重要設(shè)備，也是實(shí)現(xiàn)變電站，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)全面的自動化的關(guān)鍵。 RTU從現(xiàn)場采集回來的數(shù)據(jù)，控制中心發(fā)出的監(jiān)控信號之間的數(shù)據(jù)通信，也是變電站自動化系統(tǒng)的不能忽略的一個環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)通信不僅實(shí)現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)或各功能塊間的信息互換，還完成變電站和整個電力系統(tǒng)的通信任務(wù)。變電站自動化數(shù)據(jù)通信必須具有：可靠性，抗干擾能力強(qiáng)、任一節(jié)點(diǎn)（測控單元、RTU等）損壞不能影響整個控制網(wǎng)絡(luò)；開放性，兼容其他外部設(shè)備，適合不同通信介質(zhì)及規(guī)約要求；實(shí)時性，實(shí)時傳遞信息。 1.3 通信機(jī)制 現(xiàn)時計(jì)算機(jī)技術(shù)，多媒體技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)飛速發(fā)展，可以全面提高數(shù)據(jù)通信的性能?，F(xiàn)時有兩種通信機(jī)制：POLLING通信機(jī)制及CSMA/CD通信機(jī)制。POLLING拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是星型網(wǎng)也可以是總線網(wǎng)，以485為代表。CSMA/CD拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般為總線網(wǎng)，以LonWorks為代表。 2 現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。電力系統(tǒng)綜合自動化過程中，現(xiàn)場總線的應(yīng)用起著重要的作用。目前存在著大約四十余種現(xiàn)場總線，最常用的是西門子公司的ProfiBus，Echelon公司的LonWorks，德國BOSCH公司CAN等等。 基于變電站自身的特點(diǎn)，選用的現(xiàn)場總線應(yīng)該具有拓?fù)潇`活，布線方便，通信可靠，實(shí)時性好，糾錯能力強(qiáng)等特點(diǎn)。LonWorks總線是其中一種功能強(qiáng)大的現(xiàn)場總線。 3 LonWorks在變電站中的應(yīng)用 3.1 LonWorks總線 LonWorks是由美國Echelon公司開發(fā)的一種完整的、全開放和可互操作的、目前已十分成熟的分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的總稱。由于LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有高可靠性、開放性和低成本，眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中采用LonWorks技術(shù)全世界已有2500多家公司利用LonWorks技術(shù)生產(chǎn)各種各樣的LonWorks產(chǎn)品，以滿足現(xiàn)代化樓宇、工廠、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、城市基礎(chǔ)設(shè)施（水、電、氣等）、家庭等環(huán)境自動化系統(tǒng)的分布式控制網(wǎng)絡(luò)要求。 LonWorks的核心是神經(jīng)元芯片和LonTalk協(xié)議。神經(jīng)元芯片是實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的硬件基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。 現(xiàn)時現(xiàn)場總線在變電站綜合自動化的應(yīng)用主要是遠(yuǎn)控單元的改造、網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和通信方面。LonWoks相比其他現(xiàn)場總線，特別與傳統(tǒng)的控制方案DCS和PLC相比，有著明顯的優(yōu)勢： （1）一對多的結(jié)構(gòu)。LonWorks技術(shù)可使工程的接線簡單，工程施工周期縮短，安裝費(fèi)用大大降低，維護(hù)量減少。并且新增設(shè)備不需要重新鋪設(shè)電纜，大大節(jié)省人力、物力和財(cái)力。 （2）全數(shù)字信號。傳統(tǒng)的控制技術(shù)中信號的傳輸為1-5V或4-20mA，LonWorks技術(shù)中信號的傳輸是全數(shù)字的，并且采用的可靠的LonTalk協(xié)議，使得數(shù)據(jù)傳輸可靠、快速，抗干擾能力強(qiáng)。 （3）LonWorks具有開放性和較好的互可操作性。用戶可以選擇不同廠商的各種產(chǎn)品，并可把它們集成在一起，構(gòu)成所需要的控制功能的控制方案。 3.2 LonWorks在RTU上的應(yīng)用 傳統(tǒng)的RTU將各種電氣參數(shù)通過各自的變送器轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的電信號，實(shí)現(xiàn)YC遙測、開關(guān)接點(diǎn)直接進(jìn)入RTU的開關(guān)量通道完成YX遙信，RTU送出的開關(guān)接點(diǎn)信號接入電站控制回路并完成YK遙控。 要實(shí)現(xiàn)分層分散結(jié)構(gòu)方式，必須引入現(xiàn)場總線。LonWorks的神經(jīng)元芯片Neuronchip具有3個CPU，可以實(shí)現(xiàn)流水線處理；11個I/O口靈活配置后能夠與外圍設(shè)備接口等。利用神經(jīng)元芯片改造后的RTU除了能夠完成原有的遙測、遙信及遙控功能外，還完成對現(xiàn)場信息、參數(shù)數(shù)據(jù)的打包、流量處理、出錯處理等，使RTU成為LonWorks節(jié)點(diǎn)，接入在LonWorks的網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和分散式的監(jiān)測與控制。 3.3 LonWoks通信網(wǎng)絡(luò)在變電站綜合自動化中的應(yīng)用 變電站的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有三種：星形、環(huán)形和總線形。星形結(jié)構(gòu)導(dǎo)致中央站點(diǎn)的出現(xiàn)，成為可靠性的瓶頸，一旦出現(xiàn)損壞，全網(wǎng)癱瘓。環(huán)形結(jié)構(gòu)會因?yàn)槠渲幸粋€節(jié)點(diǎn)的故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)通路斷開?？偩€網(wǎng)具有擴(kuò)展靈活，簡單可靠的優(yōu)點(diǎn)，特別適合在可靠性要求高的變電站通信網(wǎng)絡(luò)中。LonWoks總線適合各種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，目前應(yīng)用最多也是總線形，LonWorks在國外大型樓宇自動化系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)檢驗(yàn)了LonWorks強(qiáng)大的擴(kuò)展性能。 變電站綜合自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)還包括通信介質(zhì)的選用。常見的介質(zhì)是光纖和雙絞線通信電纜。光纖有非常好的抗干擾能力，但屬于點(diǎn)對點(diǎn)方式的通信媒介，浪費(fèi)而且安裝維護(hù)比較復(fù)雜；雙絞線則可以根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活擴(kuò)展。LonWorks現(xiàn)場總線的LonTalk協(xié)議定義了多種通信介質(zhì)，包括雙絞線、電力線、射頻、紅外線、同軸電纜和光纖等，最常用的是雙絞線。雙絞線的使用可以降低變電站綜合自動化布線的成本。 LonTalk協(xié)議提供了信息管理功能，定義4種基本類型的報(bào)文服務(wù)：確認(rèn)、請求／響應(yīng)、非確認(rèn)重復(fù)以及非確認(rèn)；支持優(yōu)先級可預(yù)測P-堅(jiān)持 CSMA/CD的沖突算法；支持證實(shí)服務(wù)。LonWorks現(xiàn)場總線支持變電站通信機(jī)制CSMA/CD，LonTalk 協(xié)議采用優(yōu)先級可預(yù)測 P-堅(jiān)持 CSMA/CD，使得網(wǎng)絡(luò)即便在過載的情況下，仍可以達(dá)到最大的通信量。可以有效地防止由于信號參數(shù)過多導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)塞車，出現(xiàn)信號、參數(shù)丟失的現(xiàn)象，大大提高通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸可靠性能。 4 小結(jié) 變電站綜合自動化的步伐在不斷地向前邁進(jìn)。變電站綜合自動化的水平比將隨著現(xiàn)場總線技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而提高。現(xiàn)場總線在綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普遍，特別是LonWorks分布式控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，達(dá)到了真正的分散控制。提高了控制的靈活性，降低了系統(tǒng)自身不穩(wěn)定帶來的風(fēng)險(xiǎn)。LonWoks現(xiàn)場總線靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能強(qiáng)大的神經(jīng)元芯片以及LonTalk協(xié)議大大提高控制和通信的可靠性，和變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)合越來越緊密。