CN101109951B - 变电站智能电子设备接入系统 - Google Patents

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Abstract

一种变电站智能电子设备接入系统，用以实现变电站设备“四遥”数据的远动传输。它包括在变电站的间隔层设备和站层监控系统之间增加通讯层，通讯层采用由高性能嵌入式系统构成的通讯管理机，并同时完成对现场设备RS485通道的数据采集和到以太网传输的通讯规约转换，并可实现双机、双通道冗余通讯，提高了数据采集和通讯的可靠性，保证了电力系统远动数据传输的可靠性和实时性，解决了间隔层智能电子设备的RS485口多主站访问冲突和多个监控系统同时存在时的遥控权限管理问题。为变电站自动化系统中间隔层设备直接经过以太网完成监控功能提供一种有效的接入方式。

Description

变电站智能电子设备接入系统
技术领域：
本发明涉及变电站自动化中智能电子设备(IED)的接入系统装置，用以实现变电站设备“四遥”数据的远动传输。
背景技术：
采用以太网通讯替代串口通讯实现变电站设备“四遥(遥测、遥信、遥控、遥调)”数据的远动传输是近年来电力系统调度自动化及远程监控的发展方向，但在实现方式上各有不同，主要有以下几种：
方式1、RTU完成数据采集，网关完成通讯规约转换，典型接入如图1。
方式2、经过串口服务器镜象，数据经以太网与调度通讯，典型接入如图2。
方式3、采用前置计算机完成数据采集和通讯规约转换，典型接入如图3。
以上三种接入方式在保证数据传输可靠性和实时性上都有不足。其中，方式1采用冗余技术保证通讯的可靠性较为困难；方式2采用串口服务器镜象入网，通讯速率低，接入设备的可扩展性较差，但实现比较简单；方式3用计算机实现前置机的功能，计算机的系统可用率和平均无故障时间(MTBF)很难满足电力系统高可靠性、高可用率的要求。
发明内容：
本发明的目的是提供了一种变电站智能电子设备接入系统装置，该系统可以提高数据采集和通讯的可靠性，保证数据传输的实时性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
变电站智能电子设备接入系统，包括在变电站的间隔层设备和站层监控系统之间增加通讯层，通讯层采用由高性能嵌入式系统构成的通讯管理机，并同时完成对现场设备RS485通道的数据采集和到以太网传输的通讯规约转换。
在所述系统中，所述的通讯管理机采用无硬盘、无风扇的嵌入式系统计算机。
所述的嵌入式系统计算机采用Intel Xscale IXP-422 266MHZ处理器，板载128MB SDRAM，用于存储嵌入式操作系统文件和设备驱动程序；32MBFlash ROM，用于存储应用程序文件；系统运行环境为Montavista Linux2.4.18，支持NTP协议全网GPS对时，有POCMCIA接口以便扩展存储容量。
在所述系统中，通讯管理机中配置了8-16个串口和4个以太网接口，其中通过LAN1、LAN2、LAN3三个以太网口接入不同的后台监控系统，LAN4口用于实现双机配置时的数据同步功能，实现双机、双通道冗余。
在所述系统中，通讯管理机用C++语言编程实现了多种通讯规约的转换，在通讯管理机中运行IEC60870-5-104：2002从站协议，在调度后台运行IEC60870-5-104：2002主站协议，通讯管理机中的四遥数据经以太网与远程后台快速交换。
本发明的有益效果是：
相对于上述现有三种接入方式而言，它集数据采集和通讯规约转换为一体，并采用了嵌入式操作系统的计算机和双通道、双机冗余技术，提高了数据采集和通讯的可靠性，保证了电力系统远动数据传输的可靠性和实时性。为变电站智能电子设备接入以太网完成数据远传提供了一种可靠、高效的接入方式。
本发明的另一个贡献是解决了间隔层智能电子设备的RS485口多主站访问冲突和多个监控系统同时存在时的遥控权限管理问题。
附图说明：
图1为现有典型接入方式之一框图；
图2为现有典型接入方式之二框图；
图3为现有典型接入方式之三框图；
图4为本发明典型接入方式之框图；
图5为本发明典型的数据采集网络图。
具体实施方式：
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
图4为本发明典型接入方式之框图。
在变电站的间隔层设备和站层监控系统之间增加通讯层，通讯层采用由高性能嵌入式系统构成的通讯管理机并同时完成对现场设备RS485通道的数据采集和到以太网传输的通讯规约转换。
间隔层的智能电子设备连成两组RS485通道(一般每个通道不超过7个设备)，第一组(由IED1-1、IED1-2…IED1-n构成)的两个通道分别接主、从通讯管理机的P1口，第二组(由IED2-1、IED2-2…IED2-n构成)的两个通道分别接主、从通讯管理机的P2口，实现双通道冗余接线，若还有其他串口通道需要接入，方法依此类推。在所述系统中，通讯管理机中配置了8-16个串口和4个以太网接口。
主、从通讯管理机的LAN4口通过网线连接在一起，完成数据同步，以实现双机、双通道冗余，提高通讯层接入的可靠性。
主、从通讯管理机的LAN1口通过交换机1接本地后台。
主、从通讯管理机的LAN2口(标准IEC60870-5-104：2002)通过交换机2接远程监控系统1，实现双机冗余通讯。
主、从通讯管理机的LAN3口(扩展IEC60870-5-104：2002)通过交换机3接远程监控系统2，实现双机冗余通讯。
所述的嵌入式系统计算机采用Intel Xscale IXP-422 266MHZ处理器，板载128MB SDRAM，用于存储嵌入式操作系统文件和设备驱动程序；32MBFlash ROM，用于存储应用程序文件；系统运行环境为Montavista Linux2.4.18，支持NTP协议全网GPS对时，有POCMCIA接口以便扩展存储容量。
在所述系统中，通讯管理机用C++语言编程实现了多种通讯规约的转换，在通讯管理机中运行IEC60870-5-104：2002从站协议，在调度后台运行IEC60870-5-104：2002主站协议，通讯管理机中的四遥数据经以太网与远程后台的快速交换，完成了电力系统远动数据的网络传输。
由于本发明的接入方式将数据采集和规约转换在同一设备中完成，并可通过LAN1、LAN2、LAN3三个以太网口接入不同的后台监控系统(如不同级别的远程监控系统、本地后台监控系统)，很方便地解决了间隔层设备同时接入多个监控系统时存在的多主站冲突和监控系统遥控权限的管理问题，可以很好地实现双机、双通道冗余技术，双机、双通道的切换时间小于10秒，大大超过了国标中要求电力调度系统双机切换时间小于50秒的要求。
由于通讯管理机采用嵌入式操作系统和无硬盘、无风扇设计，系统的可用率高达99.99％，MTBF超过100000小时。
本发明发明在电力系统远程集中监控中的应用，其典型的数据采集网络图，如附图5所示：
采用通讯管理机完成对变电所/厂站部分保护测控一体化微机保护单元的遥测、遥信数据采集及对各回路的遥控，同时完成微机保护单元串口数据从Modbus协议到通讯管理机以太网IEC60870-5-104通讯规约的转换，在通过相应的交换机后使数据能够快速准确地通过公共的千兆光纤环网与远程集中监控系统的两台I/O服务器1、服务器2通讯。
对于智能电度表采用电能采集器(硬件与通讯管理机相同，增加了一个2G的CF存储卡和电能表数据的存储、转发、查询功能)完成数据采集，并将智能电度表数据从串口的DL/T 645规约、Modbus规约转为以太网口的IEC60870-5-102规约，通过公共的千兆光纤环网与远程集中监控系统通讯。
对于变电所的智能直流屏运行数据采用PM810电力参数测量仪完成数据采集后，接入通讯管理机的RS485通道，由通讯管理机将串口数据从Modbus协议转换成IEC60870-5-104协议，经公共的千兆光纤环网传到远程集中监控系统。
对于各车间级高压室的大型用电负荷(大型用电设备、变电所进线及母联)，采用PM810电力参数测量仪完成数据采集，经过EGX100网关将PM810串口的Modbus RTU协议转为Modbus TCP/IP协议，然后将重要用电负荷的实时数据通过公共的千兆光纤环网与集中监控系统通讯。

Claims (1)

1.变电站智能电子设备接入系统，其特征在于，包括在变电站的间隔层设备和站层监控系统之间增加通讯层，通讯层采用由高性能嵌入式系统构成的通讯管理机，并同时完成对现场设备RS485通道的数据采集和到以太网传输的通讯规约转换，所述通讯管理机通过两个RS485通道与间隔层设备相连接；所述的通讯管理机采用无硬盘、无风扇的嵌入式系统计算机；
所述的嵌入式系统计算机采用Intel Xscale IXP-422 266MHZ处理器，板载128MB SDRAM，用于存储嵌入式操作系统文件和设备驱动程序；32MBFlash ROM，用于存储应用程序文件；系统运行环境为Montavista Linux2.4.18，支持NTP协议全网GPS对时，有POCMCIA接口以便扩展存储容量；
所述的通讯管理机中配置了8-16个串口和4个以太网接口，其中通过LAN1、LAN2、LAN3三个以太网口接入不同的后台监控系统，LAN4口用于实现双机配置时的数据同步功能，实现双机、双通道冗余；
通讯管理机用C++语言编程实现了多种通讯规约的转换，在通讯管理机中运行IEC60870-5-104：2002从站协议，在调度后台运行IEC60870-5-104：2002主站协议，通讯管理机中的四遥数据经以太网与远程后台的快速交换。
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