嵌入式网络通信前置机在数字化变电站自动化系统中的应用

1. 项目介绍
       一般35kV及以上数字化变电站系统一般附带有IEC60870－101～107等通信协议的控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置，为保证系统的可靠性和运行安全性，一般需要将这些功能装置分离设计。在增加可靠性和安全性的同时，分散的控制系统必然形成了诸多的信息孤岛，因此，系统需要整合信息，特别需要将变电站智能设备的所有监测信号汇总，然后通过Ethernet与中央控制室的变电站的服务器相连，这个信息汇总装置就称为通信管理机或通信前置机。在某数字化变电站改造过程中，由于各个部分设备的通信规约不统一，设备介入及升级困难，为改善这种状态，系统要求此通信管理机必须有至少6个以上的隔离串行通信接口、3～4个网络通信接口，同时还需要有8/16隔离的数字量输入/输出接口。
 
2. 系统设计与实现
       数字化变电站系统体系结构参照IEC－61850，可将原有的过程层(process level )、间隔层(bay level)、站级层(station level)细化为过程层(process level)、二次设备控制层(secondary device control level)、通信管理层(management level)和信息管理层(information management level) 4层，可重点解决通信管理层中的电力通信规约转换问题和信息管理层中的变电站信息综合管理问题。其系统功能主要体现在：
    ①实现底层二次设备的控制智能化和数字化；
    ②实现变电站常规远动功能；
    ③实现变电站的信息集中管理和监控。
       整个系统的核心在于通信前置机。系统共分4层，即信息管理层、通信管理层、二次设备控制层和生产过程层。生产过程层由变电站一次设备组成，是系统的最底层；二次设备控制层则由各智能设备（IED）组成，实现对各自对象（母线、馈线、主变压器、电容器等）的控制和保护功能；通信管理层由连接IED的现场总线和作为通用网关的主/备前置机系统组成，如嵌入式工控机是系统的通信枢纽，负责站内信息采集、连接站级计算机、连接远动系统等；通信管理层中的前置机系统可同时接入多种电力通信规约的总线设备，并且向上挂接在信息管理层网络上，是局域网中的重要节点，起着收集站内生产信息上传和下发管理层控制信息的作用。在前置机系统中还可接入全球定位系统 （Global Positioning System，GPS）对时信号和串行Modem，以实现远动功能。在此情况下，前置机系统相当于一远方终端单元（Remote Terminate Unit，RTU）的功能。
 
3. 产品特点说明
        Nematron（瑞强）NPC系列嵌入式系统是支持嵌入式技术、无风扇设计、具备弹性扩充能力的产品，最适合工业环境应用所需的高可靠度与高稳定度的要求。
        NPC是专门针对电力系统设计的一款专用通信前置机，它有丰富的总线和网络接口，使得数字化变电站的二次控制设备的不同规约的状态与控制信息经过相应的协议转换后无缝连接到变电站的信息总站上，通信口的高速与隔离功能简化了整个系统的设计，其嵌入式的设计理念以及系统免风扇特点，极大提高整个系统的可靠性和安全性，减少了系统的维修成本，多网口特性使得系统可以按照双网的特点设计，进一步提高系统的可靠性。NPC的高集成度使得整个数字化变电站自动化系统的性价比更高，系统的竞争优势更加明显。