0　引言 　　通信在變電站自動化中占有非常重要的地位。其內(nèi)容包括當(dāng)?shù)亻_關(guān)場的采集控制單元與變電站監(jiān)控管理層之間的通信，變電站當(dāng)?shù)嘏c遠(yuǎn)方調(diào)度中心之間的通信。不同的變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)意味著不同的通信網(wǎng)組態(tài)，它們在通信速度、可靠性和可擴(kuò)展性上的指標(biāo)都不同。 　　變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式一般分為集中式和分層分布式兩種。集中式是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，通常由一臺前置機(jī)負(fù)責(zé)對各種采集和控制設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并將信息傳送給上位機(jī)。這種系統(tǒng)的前置機(jī)過度繁忙，速度慢，可靠性較差，并且任何一種采集或控制設(shè)備故障將影響整個系統(tǒng)運行。這些問題使集中式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到很大限制。分層分布式結(jié)構(gòu)一般包括3層：第1層為變電站監(jiān)控層，承擔(dān)站內(nèi)人機(jī)接口、監(jiān)視、管理、控制等任務(wù)；第2層為通信處理層，負(fù)責(zé)對下層就地裝置進(jìn)行通信管理，并與遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信，承擔(dān)采集、控制和遠(yuǎn)動職能；第3層是就地的模擬量、開關(guān)量和脈沖量數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制操作出口，通常為分布式結(jié)構(gòu)。3層之間靠通信聯(lián)系。分層分布式系統(tǒng)的方案有很多種，本文論述了一種全分布式的變電站自動化通信系統(tǒng)。 [b]1　通信系統(tǒng)總體方案 [/b]　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)、2塊通信管理卡、1臺遠(yuǎn)動管理機(jī)和若干就地單元組成。 　　 圖1　通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 　　 Fig.1　Structure of communication system 　　2塊通信管理卡分別訪問相應(yīng)就地單元，得到各種數(shù)據(jù)信息。監(jiān)控主機(jī)通過訪問通信管理卡完成變電站主控室監(jiān)控功能。遠(yuǎn)動管理機(jī)通過訪問通信管理卡得到數(shù)據(jù)，按遠(yuǎn)動規(guī)約傳給遠(yuǎn)方調(diào)度中心，并接收調(diào)度中心遙控、遙調(diào)命令，交給通信管理卡執(zhí)行，實現(xiàn)就地通信規(guī)約和遠(yuǎn)動通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換及遠(yuǎn)動功能［4］。就地單元按間隔設(shè)計，引進(jìn)法國的微機(jī)型裝置，具有測量、保護(hù)、控制等功能，設(shè)有就地人機(jī)接口進(jìn)行監(jiān)控，可獨立運行，投退不影響系統(tǒng)工作。 　　2塊通信管理卡是自帶CPU、雙口RAM的智能卡，插在監(jiān)控主機(jī)的PC總線插槽上。每塊通信管理卡由4個RS—485接口引出4個通道，編號分別為0～3和4～7，每個通道上至多可掛8個就地單元，以485總線型網(wǎng)絡(luò)連接。根據(jù)變電站規(guī)模所需的就地單元數(shù)可以決定用幾塊通信管理卡。 　　2塊通信管理卡同時運行，每塊卡4個通道并行工作。其通信速度不會因為多個通道的存在而降低，而只與每個通道上的單元數(shù)有關(guān)。當(dāng)通道掛滿8個單元時，減少了空缺單元的等待延遲時間，通信速度最快。通信管理卡與監(jiān)控主機(jī)并行工作，由于通信管理卡插在監(jiān)控主機(jī)總線上，主機(jī)可用訪問內(nèi)存的方式訪問通信管理卡，從而使監(jiān)控主機(jī)獲取通信管理卡數(shù)據(jù)的速度非?？?，同時也簡化了監(jiān)控主機(jī)的編程。 　　通信管理卡的獨立工作能力較強(qiáng)，只需在上電時由主機(jī)內(nèi)的程序?qū)λ鼈冞M(jìn)行初始化，在此之后通信管理卡可以與監(jiān)控主機(jī)并行工作而不占用主機(jī)資源。即使監(jiān)控主機(jī)故障（除非主機(jī)電源中斷），通信管理卡仍能正常工作，而遠(yuǎn)動功能正常，信息不會丟失，且就地單元可正常進(jìn)行就地監(jiān)控。 　　遠(yuǎn)動管理機(jī)也是帶有CPU，RAM的智能卡。它帶有2個RS—485接口和1個RS—232接口。如圖1，遠(yuǎn)動管理機(jī)占用通信管理卡1和通信管理卡2的各1個通道與其通信。它還由RS—232接口通過Modem與遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信。3個接口并行工作。 　　就地單元按間隔設(shè)計，采用微機(jī)型裝置，接入TV，TA二次側(cè)電量和開關(guān)、刀閘的輔助接點位置，有出口控制回路，具有測量、保護(hù)和就地監(jiān)視、控制功能。就地單元通過485網(wǎng)與相對應(yīng)的通信管理卡通信。它的通信功能包括：傳送本間隔的測量量，開關(guān)、刀閘位置信號和保護(hù)動作情況；控制開關(guān)位置；保護(hù)的定值修改及保護(hù)軟投退。就地單元采用485總線插口式接線方式，新增、投退線路不會影響整個通信網(wǎng)正常工作。 　　綜上所述，通信管理卡、遠(yuǎn)動管理機(jī)和就地單元都是智能型獨立運行設(shè)備，彼此間只通過485網(wǎng)通信聯(lián)系，所有通信環(huán)節(jié)并行進(jìn)行，數(shù)據(jù)交換速度較快。所有智能設(shè)備，包括通信管理卡與監(jiān)控主機(jī)，故障后互不影響，系統(tǒng)具有較好的可靠性和可擴(kuò)展性。 [b]2　通信軟件設(shè)計 [/b]　　通信軟件的設(shè)計，涉及到各個設(shè)備的配合問題，這里只介紹通信軟件工作的機(jī)理。 　　2.1　數(shù)據(jù)采集機(jī)理 　　站內(nèi)通信采用Polling式異步通信規(guī)約。如圖2所示，在通道0～2，4～6，通信管理卡為主機(jī)，就地單元為從機(jī)。通信管理卡由各485接口不停地向各就地單元采集數(shù)據(jù)，存放在自己的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，保證數(shù)據(jù)的實時性。監(jiān)控主機(jī)或遠(yuǎn)動管理機(jī)訪問通信管理卡時直接從其RAM中得到實時數(shù)據(jù)，而不必等待它向下訪問就地單元的過程。通信管理卡發(fā)送一個字符、接收一個字符，都是以定時器中斷方式實現(xiàn)。由于CPU的處理速度與通信速率相差很大的數(shù)量級，對于4個RS—485串行通信口來說，以中斷方式收發(fā)使CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的時間很寬裕，因而4個通道可以并行工作。 　　 圖2　通信系統(tǒng)工作機(jī)理示意圖 　　 Fig.2　Diagram of communication software mechanism 　　由于通信管理卡插在監(jiān)控主機(jī)總線上，其數(shù)據(jù)區(qū)可以映射到監(jiān)控主機(jī)的RAM上，監(jiān)控主機(jī)能以訪問內(nèi)存的方式得到實時數(shù)據(jù)，而不需要占用通信管理卡的CPU處理時間。 　　通信管理卡通過通道3、通道7與遠(yuǎn)動管理機(jī)通信，遠(yuǎn)動管理機(jī)為主機(jī)，通信管理卡為從機(jī)。遠(yuǎn)動管理機(jī)不停地通過2個RS—485接口訪問通信管理卡，獲得實時數(shù)據(jù)，并按照遠(yuǎn)動規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)方調(diào)度中心。3個接口可并行工作，機(jī)理同通信管理卡。 　　2.2　控制操作通信機(jī)理 　　若在主控室進(jìn)行控制操作，監(jiān)控主機(jī)向通信管理卡1或卡2下發(fā)控制命令，再由通信管理卡將命令向某就地單元轉(zhuǎn)發(fā)下去。就地單元執(zhí)行完畢后將執(zhí)行結(jié)果等數(shù)據(jù)回送給通信管理卡，此時監(jiān)控主機(jī)以訪問內(nèi)存的方式得到通信管理卡數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的執(zhí)行結(jié)果。 　　若在遠(yuǎn)方調(diào)度中心進(jìn)行遙控或遙調(diào)，遠(yuǎn)動管理機(jī)按遠(yuǎn)動規(guī)約收到控制命令后，按就地通信規(guī)約將命令內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)給通信管理卡1或卡2，由通信管理卡向下執(zhí)行。執(zhí)行之后，遠(yuǎn)動管理機(jī)從通信管理卡上讀取執(zhí)行結(jié)果等數(shù)據(jù)，按遠(yuǎn)動規(guī)約送往調(diào)度中心。 3　工程實踐 　　長沙馬王堆110 kV/10 kV變電站按無人值班變電站設(shè)計。通信網(wǎng)由2塊通信管理卡、1臺遠(yuǎn)動管理機(jī)和48個就地單元組成。通信管理卡采用法國施耐德集團(tuán)梅蘭日蘭（Merlin Gerin）公司生產(chǎn)的Applicom International可編程通信卡。就地單元采用其Sepam系列產(chǎn)品，實現(xiàn)了測量、線路保護(hù)、元件保護(hù)、斷路器分合控制、自動Q—V調(diào)節(jié)、低頻減載等功能。就地通信規(guī)約采用就地單元認(rèn)可的Jbus通信規(guī)約，通信速率在9600 bit/s即可滿足要求［5］。遠(yuǎn)方通信規(guī)約根據(jù)調(diào)度中心的要求采用了美國1801 Polling式遠(yuǎn)動規(guī)約，通信速率為1200 bit/s。系統(tǒng)經(jīng)過驗收，各項指標(biāo)均達(dá)到變電站運行標(biāo)準(zhǔn)，已于1998年4月29日正式投運。投運以來，通信工作正常，信息交換速度快，可靠性高。實踐證明這種完全分布式通信系統(tǒng)具有較好的性能。 [b]4　結(jié)語 [/b]　　本文論述的全分布式變電站自動化通信系統(tǒng)具有以下特點： 　　a.速度快。上層監(jiān)控主機(jī)能以訪問內(nèi)存的方式讀取通信處理層的數(shù)據(jù)。通信處理層中，就地通信和遠(yuǎn)動職能分別由2塊通信管理卡和1臺遠(yuǎn)動管理機(jī)并行完成。通信管理卡采用多通道并行的工作方式與下層就地單元通信。 　　b.可靠性高。通信處理層的通信管理卡、遠(yuǎn)動管理機(jī)和下層的智能式就地單元各自獨立工作。它們只通過通信網(wǎng)弱聯(lián)系，某設(shè)備故障不影響其他設(shè)備正常運行通信。通信管理卡在主機(jī)故障后仍能正常工作，除非電源中斷。 　　c.可擴(kuò)展性強(qiáng)。新增、投退線路時，可在通信網(wǎng)上加掛按間隔設(shè)計的就地單元，不影響通信網(wǎng)正常工作。新增線路不會降低通信速度。在大規(guī)模擴(kuò)建時，可以增加通信管理卡，增加1塊卡可擴(kuò)增32條線路。 [b]參考文獻(xiàn) [/b]　　[1]　劉玉忠，吳俊勇，劉　沛.變電站綜合自動化中的數(shù)據(jù)通信.見：全國高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第十三屆學(xué)術(shù)年會論文集.廣州：1997 　　[2]　楊奇遜.變電站綜合自動化技術(shù)發(fā)展趨勢.電力系統(tǒng)自動化，1995，19（10）：7～9 　　[3]　金　韜，唐　濤，闕連元.分散式變電站自動化系統(tǒng)分析與討論.電力系統(tǒng)自動化，1997，21（10） 　　[4]　Booth C, Mcdonald J R. 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