嵌入式以太網(wǎng)在變電站通信系統(tǒng)中的應(yīng)用的研究

國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司樂山運(yùn)維分部 四川樂山 614000

將嵌入式設(shè)備應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的必不可擋的趨勢，在變電站通信系統(tǒng)運(yùn)營的過程當(dāng)中數(shù)據(jù)的交換十分頻繁，這就需要通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換這一過程具有一定的實(shí)時性且在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程當(dāng)中能夠保障其安全。變電站通信系統(tǒng)為了保障其智能化和自動化的需求，通過將嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用于通信系統(tǒng)運(yùn)行的過程當(dāng)中能夠?qū)崿F(xiàn)多路訪問的控制，以此為變電站通信系統(tǒng)運(yùn)行提供可靠的技術(shù)保障。因此對嵌入式以太網(wǎng)在變電站通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用模式進(jìn)行研究是十分有必要的。

1 變電站通信系統(tǒng)概述

變電站通信系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是由很多臺微機(jī)組成的一類分布式的控制系統(tǒng)，通過由很多個智能模塊來組成各個子系統(tǒng)，因此通過內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)變電站通信系統(tǒng)內(nèi)部信息的共享和交換。這樣一來，在避免重復(fù)投資的同時也提高了變電站通信系統(tǒng)運(yùn)維的安全性。從另一方面來看，變電站集中了一系列的昂貴設(shè)備，它也是通信系統(tǒng)中電能分配交換的一個重要環(huán)節(jié)[1]。因此，在通信系統(tǒng)運(yùn)行的過程當(dāng)中對其可靠性、靈活性以及抗干擾能力等各方面要求都比較高。這不僅僅要求變電站通信系統(tǒng)在進(jìn)行信息采集的過程當(dāng)中保持開關(guān)隔離的狀態(tài)以及信息保護(hù)，并將收集到的信息傳遞到各個電網(wǎng)中轉(zhuǎn)站[2]。與此同時，還應(yīng)當(dāng)將所發(fā)現(xiàn)的故障信息上報給控制中心，之后再接受由控制中心發(fā)出的各項操作以及調(diào)控的命令。變電站通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信主要包括兩方面的內(nèi)容。第一是變電站與控制中心兩者之間的通信，還有一種是變電站通信系統(tǒng)中各項模塊之間的信息傳遞與交換[3]。

由于通信系統(tǒng)有其特殊環(huán)境以及較高的要求，因此變電站通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)需要實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)要求。一是具有較高的可靠性，由于電力系統(tǒng)是處于持續(xù)運(yùn)行的過程當(dāng)中，因此一些不合理的系統(tǒng)或是故障將會影響到整個變電站通信系統(tǒng)的運(yùn)行，給人們的日常生活和經(jīng)濟(jì)等都造成了較大的損失，因此在變電站通信系統(tǒng)運(yùn)行的過程當(dāng)中需要有較高的可靠性[4]。二是分層式結(jié)構(gòu)，變電站通信系統(tǒng)中的各層次應(yīng)當(dāng)需要特殊的應(yīng)用條件，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)變電站通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，通過運(yùn)用合理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的運(yùn)行。三是快速的響應(yīng)能力，在電力作業(yè)中對其數(shù)據(jù)的傳輸有較高的實(shí)施要求指標(biāo)，因此通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有適時的響應(yīng)能力。四是電磁兼容性能，由于變電站通訊系統(tǒng)處于一個較強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境，因此在通信過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)有效地排除這些干擾因素，從而保證系統(tǒng)內(nèi)部的安全[5]。

2 嵌入式以太網(wǎng)在變電站通信系統(tǒng)中應(yīng)用可行性

過去幾年里，那些電力企業(yè)和諸多學(xué)者都在爭論一個問題，那就是變電站通信系統(tǒng)中到底能不能把嵌入式以太網(wǎng)來引進(jìn)去。很多學(xué)者在研究時得出由于以太網(wǎng)在監(jiān)測多路訪問中用的介質(zhì)大多是載波，因此很難預(yù)測出在通信時的那些延遲傳輸，導(dǎo)致不能適應(yīng)實(shí)時系統(tǒng)的運(yùn)行需求。如果在傳輸介質(zhì)LAN中有很多通過網(wǎng)節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行訪問的，也可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸沖突問題，這樣的話節(jié)點(diǎn)就會實(shí)施退避措施，當(dāng)再次對介質(zhì)訪問時就可能把傳輸時間大大延長。但是在嵌入式以太網(wǎng)在后期的諸多實(shí)踐中，通過和令牌總線網(wǎng)進(jìn)行比較，我們得知當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不足25%時，對比起令牌總線網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)的反應(yīng)時間尤其快并且在傳輸管理中以太網(wǎng)的沖突檢測也會做到一個很有效的傳輸管理，對節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行一個有效的控制，這樣那些由于節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸沖突而導(dǎo)致的延長時間的問題就會被解決[6]。除此以外，我們通過以太網(wǎng)系統(tǒng)響應(yīng)可以看出，因?yàn)樽冸娬鞠到y(tǒng)往往都是隨機(jī)性數(shù)據(jù)、周期數(shù)據(jù)、異常運(yùn)行中突發(fā)性數(shù)據(jù)。而隨機(jī)性數(shù)據(jù)沒有大的流量，周期性數(shù)據(jù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性又相對較高。因此在系統(tǒng)運(yùn)行時只要把突發(fā)狀況時的那些數(shù)據(jù)考慮進(jìn)去，確保以太網(wǎng)負(fù)荷量一直在25%以內(nèi)，這樣就能讓系統(tǒng)的響應(yīng)速度得到很大的提升。為了驗(yàn)證以太網(wǎng)的實(shí)時性特征，很多發(fā)達(dá)國家都進(jìn)行了無數(shù)的研究，通過不斷的實(shí)踐我們可以發(fā)現(xiàn)，將嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站通訊系統(tǒng)無論是其性能或是傳輸時間方面都有較大的安全性和穩(wěn)定性，因此總體看來將嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站通信系統(tǒng)是可行的。

3 嵌入式以太網(wǎng)在變電站通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 嵌入式以太網(wǎng)在IED中的應(yīng)用

變電站通信系統(tǒng)中的IED必須通過轉(zhuǎn)換器或者是管理單元才能夠進(jìn)入此系統(tǒng)，因此想要提高變電站通信系統(tǒng)中的有效性，必須取消這些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)IED直接進(jìn)入系統(tǒng)，因此我們可以通過將嵌入式以太網(wǎng)芯片集成在處理模板上這一方式來提高通信系統(tǒng)運(yùn)行的有效性，通過對所傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行描述定義這一方式能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?，還能夠使得通用分類服務(wù)運(yùn)用同一種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問這一方式解決了各大廠家在生產(chǎn)設(shè)備的過程當(dāng)中沒有辦法實(shí)現(xiàn)信息的統(tǒng)一這一問題。與此同時，也從另外一個層面提高了系統(tǒng)開放的眾多可能性，從而滿足通信系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、功能性、設(shè)計簡約性等多方面的要求。通過將嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站通訊系統(tǒng)中能夠擺脫變電站運(yùn)行過程中束縛，實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的互動以及無縫通信等功能，為變電站通信的發(fā)展奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)，與此同時也節(jié)省了系統(tǒng)的設(shè)計以及投入的成本。

3.2 嵌入式以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用

隨著變電站通信系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對其實(shí)時性、穩(wěn)定性等各方面的要求也在逐漸變高，再加上無人值班這一方式的推行，也使得變電站通信系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)更加的完善。隨著變電站通信系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，相應(yīng)的設(shè)備規(guī)模也在增加，這樣一來信息流量也會得到保證，這時候一味地采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式就會受到很大的阻力，很難保證變電站通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性，嚴(yán)重的還會發(fā)生信息丟失的現(xiàn)象，同時對通信人員數(shù)據(jù)分析這一工作產(chǎn)生了很大的困難，嚴(yán)重影響到變電站通信系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此只是一味的運(yùn)用傳統(tǒng)通信方式很難再通信系統(tǒng)的暢通，不能夠解決運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題。嵌入式以太網(wǎng)具有資源共享、低損耗、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在節(jié)省數(shù)據(jù)傳輸時間的同時也提高了變電站通信系統(tǒng)的抗干擾能力，為每一個系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)提供點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路，每一個設(shè)備都有一個專門的通道與另外一個設(shè)備相連接，因此不用再爭奪共享資源，降低了設(shè)備之間發(fā)生沖突的可能性，保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性。再者，由于就是以太網(wǎng)具有較好的電磁兼容性，因此即使在具有較高強(qiáng)度的電磁環(huán)境下進(jìn)行工作，也不會影響到信息的傳輸。

4 結(jié)語

本文在了解變電站通信系統(tǒng)各方面要求的同時討論了將嵌入式以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站通信系統(tǒng)中的可行性，并在此基礎(chǔ)上研究了相關(guān)應(yīng)用，但對于變電站通信系統(tǒng)未來發(fā)展而言，提高數(shù)據(jù)傳播的實(shí)時性、系統(tǒng)的開放性以及互操作性才是發(fā)展目標(biāo)，因此我們應(yīng)當(dāng)不斷地進(jìn)行研究以獲得突破。