嵌入式網絡通信前置機在數字化變電站自動化系統中的應用
1、項目介紹
一般35kV及以上數字化變電站系統一般附帶有IEC60870－101～107等通信協議的控制、信號、測量、保護、自動裝置及遠動裝置，為保證系統的可靠性和運行安全性，一般需要將這些功能裝置分離設計。在增加可靠性和安全性的同時，分散的控制系統必然形成了諸多的信息孤島，因此，系統需要整合信息，特別需要將變電站智能設備的所有監測信號匯總，然后通過Ethernet與中央控制室的變電站的服務器相連，這個信息匯總裝置就稱為通信管理機或通信前置機。在某數字化變電站改造過程中，由于各個部分設備的通信規約不統一，設備介入及升級困難，為改善這種狀態，系統要求此通信管理機必須有至少6個以上的隔離串行通信接口、3～4個網絡通信接口，同時還需要有8/16隔離的數字量輸入/輸出接口。
2、系統設計與實現
數字化變電站系統體系結構參照IEC－61850，可將原有的過程層(process level )、間隔層(bay level)、站級層(station level)細化為過程層(process level)、二次設備控制層(secondary device control level)、通信管理層(management level)和信息管理層(information management level) 4層，可重點解決通信管理層中的電力通信規約轉換問題和信息管理層中的變電站信息綜合管理問題。其系統功能主要體現在：
①實現底層二次設備的控制智能化和數字化；
②實現變電站常規遠動功能；
③實現變電站的信息集中管理和監控。
整個系統的核心在于通信前置機，如圖1所示。系統共分4層，即信息管理層、通信管理層、二次設備控制層和生產過程層。生產過程層由變電站一次設備組成，是系統的最底層；二次設備控制層則由各智能設備（IED）組成，實現對各自對象（母線、饋線、主變壓器、電容器等）的控制和保護功能；通信管理層由連接IED的現場總線和作為通用網關的主/備前置機系統組成，如嵌入式工控機是系統的通信樞紐，負責站內信息采集、連接站級計算機、連接遠動系統等；通信管理層中的前置機系統可同時接入多種電力通信規約的總線設備，并且向上掛接在信息管理層網絡上，是局域網中的重要節點，起著收集站內生產信息上傳和下發管理層控制信息的作用。在前置機系統中還可接入全球定位系統 （Global Positioning System，GPS）對時信號和串行Modem，以實現遠動功能。在此情況下，前置機系統相當于一遠方終端單元（Remote Terminate Unit，RTU）的功能。3、產品特點說明
Nematron（瑞強）NPC系列嵌入式系統是支持嵌入式技術、無風扇設計、具備彈性擴充能力的產品，最適合工業環境應用所需的高可靠度與高穩定度的要求。
NPC是專門針對電力系統設計的一款專用通信前置機，它有豐富的總線和網絡接口，使得數字化變電站的二次控制設備的不同規約的狀態與控制信息經過相應的協議轉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化了整個系統的設計，其嵌入式的設計理念以及系統免風扇特點，極大提高整個系統的可靠性和安全性，減少了系統的維修成本，多網口特性使得系統可以按照雙網的特點設計，進一步提高系統的可靠性。NPC的高集成度使得整個數字化變電站自動化系統的性價比更高，系統的競爭優勢更加明顯。
右圖為分布分散式電力變電站綜合自動化管理系統應用拓樸圖。
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