单位文秘网 2021-10-23 08:15:23 点击: 次
引言:通过对变电站综合自动化系统和现场总线CAN技术的介绍,结合具体工程实践,论述了现场总线技术是实现变电站综合自动化,乃至电力系统自动化发展的趁势。
一、前言
电力系统是一个特殊的系统,其安全性、可靠性要求高,为了实现系统的安全可靠运行,必须实现电力系统的调度、运营和管理的自动化。目前,采用符合现代工业控制技术方向的高性能微控制器,现场总线技术,实时多任务操作系统等多项先进技术,能实现对中低压输配电线路及主设备的综合自动化功能。而且能集保护、监控 、调控、通信于一体,既可联网构成综合自动化系统,也可独立运行,既可适合有人监控中心,也可适合无人值班的要求。随着现场总线技术在电力系统自动化中的广泛应用,有效地解决了变电站综合自动化系统中的通信问题。
二、变电站综合自动化系统
2.1 变电站综合自动化系统的构成
变电站综合自动化系统一般由站控层、通信管理层和间隔层构成的计算机监控系统,采用分布式结构,设备分为站控层、通信管理层及间隔层,间隔层原则上按一次设备组织,每一间隔层设备包括测量、控制、保护、信号、通信、录波等基本功能,并完成各自的特殊功能,系统能实现信息共享及保护、监控功能的综合化,极大简化二次回路,节省系统投资。通信管理层由于各间隔层设备通信协议的多样性,要实现不同装置的数据链接,可加入前置机(通信管理装置)完成通信控制和规约转化,使其在功能上实现通信接收、发送、规约转化等功能;通信协议采用电力行业标准协议,能实现不同厂家设备的互联,硬件上采用模块化设计以支持多种通信接口,包括以太网、串行通信接口、可扩充的其他现场总线接口等;软件上具有规约库以支持RS-232、RS-485、LONWORKS及标准网络协议(TCP/IP)等多种类型的标准通信接口,从而具备良好的软、硬件扩展性。
2.2 变电站综合自动化系统功能
以某110KV变电站为例,根据变电站高压供电系统一次系统的整体要求,变电站综合自动化系统决定采用CL2000变电站综合自动化系统,在此,结合工程实践,介绍该系统用于变电站监控系统中的经验。
CL2000变电站综合自动化系统系列保护装置具有一般的主要功能,如开关量的变位遥控,电压电流的模拟输入,断路器遥控分口,脉冲累加,遥控事件记录及顺序记录(SOE),逻辑闭锁等。
WXH-322A/01微机线路保护装置是多CPU并行设计,距离保护,零序保护及录波,测距分别由单独CPU完成,各CPU插件在电气及结构上相互独立,无依赖关系,它能实现以下功能:
(1)保护功能:a)三段式相间距离保护;b)三段式接地距离保护;c)四段式零序方向过流保护;d)故障测距;e)振荡闭锁;f)三段式反向及低压闭锁过流保护;g)检无压、检同期三相一次重合闸,手动同期合闸;h)低周低压减载保护;i)过负荷保护或报警;j)PT断线告警。
(2)测量功能:a)采集测量电压,三相或二相测量电流,计算有功功率,无功功率,功率因数;b)测量频率,每周波72点自适应采样;c)采用12路开关量;d)采用4路脉冲量(正负脉冲均可);e)远方及本地操作。
三、由现场总线技术实现的通信功能
通信功能是综合自动化出别于常规站最明显的标志之一,通信网络变电站内间隔信息可充分共享,并通过通信接口与外界信息系统交换信息,构成一个快速、稳定、可靠的通信网络是变电站自动化系统的基本要求,也是电力系统运行管理功能的基本前提。
近年来,随着我国电力自动化的不断发展,电力系统通信方式也不断改进,现场在总线技术因其组网方便,抗干扰能力强等特点得到广泛应用。现场总线标准很多,电力自动化系统中最常用的是LONWORKS和CAN总线。LONWORKS总线通信速率为78Kbps和1.25Mbps,CAN总线通信速率为1Mbps。CAN总线是一种有效支持分布控制和实时控制的串行通信网络,是一种通信速率可达1Mbps的多主总线[1]。
CAN总线的主要特点:
(1)CAN为多主方式工作,网络上任意节点,任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主次,通信方式灵活,且无需站地址等节点信息;
(2)CAN采用短帧结构,数据最多8个字节,这样不仅满足控制领域中传递控制命令,工作状态和测量数据的一般要求,且保证了通信的实时性,CAN网络上的节点信息分为不同等级,可满足不同实时要求,高优先级最多可在134μS内得到传输;
(3)CAN采用非破坏性总线仲裁技术,当多个节点同时向总线发送信息时,优先级较低的节点主动退出发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据,从而大大节省了总线冲突时间。CAN的直接传输距离最远可达10Km/ 5Kbps,通信速率最高可达1Mbps/40m。可挂接设备最多可达110个。CAN节点在自身发生错误时具有自动关闭功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。采用双CAN现场总线内部定期对备用CAN进行备用检测,提高了内部网络的冗余度。
四、主要软件设计
本系统中,微处理器SAB-C167CR的数据处理速度可达10 MHz,能完成所有测量、控制及通信等功能,其特点是任务较多,各任务之间协调较为复杂,为了便于个任务之间协调与功能扩充,CPU软件系统采用了实时多任务操作系统RTOS来优化和分配CPU时序和资源,保证程序的实时性和可靠性,以任务为对象进行资源管理,任务调度和异常处理,通过RTOS管理系统根据数据处理的轻重缓急来合理分配占有CPU,优化时序分时执行,使之不闲置,不拥挤,每个处理过程又有多个不同优先级别的任务组成,采用优先抢占操作方式有效保证任务执行的实时性,采用这一软件结构的突出特点是使程序实现了真正的模块化,各个任务单独编程,不受其他任务的影响,任务的增减,调度非常方便。
软件设计分为两部分:一部分是SAB-C167CR微处理器的软件设计,包括与间隔层设备间CAN总线数据传输及上位机UBS的数据通信(使用USB接口方便现场,即插即用,便于PC机的维护与升级,满足变电站数据通信的需要);另一部分为PC机上位机软件的设计。这部分上位机软件设计较为复杂,若采用面向对象的语言编写程序,可使用ActiveX控制实现数据通信。对于微处理器和上位机的软件设计,考虑到将来间隔层设备结构的变化和硬件升级需要,程序设计分为两层,底层负责数据接收和发送;上层负责数据帧上午打包、解包及协议的解释。
五、结论
随着现场总线技术的发展和电气设备微机化程度的提高,为数字化形式实现变电站自动化监控系统提供了技术保证。变电站自动化系统应具有开放性,应能实现不同厂家设备的互操性(互换性)。因此,现场总线技术的应用是变电站综合自动化发展的需要,运用现场总线技术,能解决变电站综合自动化系统的通信问题,能保证数据通信的速度、质量、抗干扰能力,从而保证了变电站综合自动化技术的有效实施。
参考文献
[1]阳宪惠.现场总线技术及其应用.[M].清华大学出版社出版,2008.
[2]商国才.电力系统自动化.[M].天津大学出版社,1999.
(作者单位:阳泉煤业集团一矿维运工区头灯队)
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