基于嵌入式以太网的变电站自动化系统通信网络

在分析现有中低压变电站自动化系统通信网络的基础上，根据网络技术发展的最新成果，提出了基于嵌入式以太网的面向超高压变电站自动化系统的通信网络。文中对以太网在变电站自动化系统中的应用模式和传输模式这2个关键问题进行了分析和研究,选择分组广播模式作为传输模式，UDP作为嵌入式以太网的传输层协议。所提出的方案已在工程实际中应用，取得了良好效果。     

网络技术在变电站自动化中的应用

根据国内外变电站自动化技术发展及应用现状,从实际工程应用的角度,说明计算机通信网络是变电站自动化系统的关键。通过研究新一代基于嵌入式以太网的高压监控系统,明确了网络实现方案及其功能特点。     

嵌入式以太网在变电站自动化系统中的实现

以太网已成为变电站自动化系统通信的发展趋势。低压变电站自动化系统的间隔层设备硬件平台配置较低，通常难以引入实时操作系统(RTOS)及其TCP/IP协议栈。文中研究了在低硬件配置平台上实现嵌入式以太网通信软件的若干关键问题，提出了一种多任务分时、分层的以太网通信软件结构；对内存采用实时性较好的空间表进行管理，对报文采用动态的组织和管理方式；对间隔层设备的路由和地址解析问题，间隔层设备只实现地址解析功能，变电站的外出网关设定地址解析协议（ARP）代理功能，从而大大降低了系统的复杂性。另外，还针对以太网实现中的其他问题进行了讨论。     

嵌入式以太网在变电站自动化系统智能化电气设备上的实现

介绍了基于IEC 61850体系的变电站自动化系统结构，并指出其主要的实现目标及倡导的基于以太网技术的“无缝通信体系”，阐述了将NET＋ARM以太网控制器及收发器芯片集成到现有的智能化电气设备（IED）上的实现方案和IED直接上以太网的设计思想。同时指出应用基于TCP/IP的IEC 60870-5-104应用层协议在变电站自动化系统内及与调度自动化系统间实现无缝通信是当前非常实际的办法。     

变电站通信网络实时性能仿真分析

采用动态仿真建模技术对变电站层嵌入式以太网的实时性能进行了详细分析。首先分析了报文端对端传递时延的构成，揭示了报文传输的本质;其次系统地分析了变电站中数据流的分布，根据统计特征建立了各类数据流的数学模型。考虑变电站通信网络数据流的分布特点和信息到达规律，采用动态仿真方法具体研究了变电站层嵌入式以太网的平均时延、最大时延等链路时延指标。最后进一步分析了TCP/IP协议的开销对报文端对端传递时延的影响。     

基于嵌入式以太网的电子式互感器数字输出口

数字输出口是电子式互感器对变电站通信网络的信息输入点，为实现变电站监视、计量、控制和保护装置的信息共享与系统集成提供了技术基础。电子式互感器的数字输出口负责将瞬时电流电压数字信号以指定帧格式封装，并传送给变电站的二次设备。根据IEC 60044-8标准，在数字输出口的设计中可采用以太网接入方案和点到点链接方案。文中提出了一种基于嵌入式以太网的电子式互感器数字输出方案。该方案采用基于386EX微处理器的嵌入式网络模块作为硬件平台，并通过Linux操作系统内置的TCP/IP协议实现数据传输。在分析实时性与可靠性的基础上，具体阐述了以太网通信的实现。此设计方案符合IEC 60044-8标准，能够满足变电站监测系统对实时性与可靠性的要求。     

工业以太网在变电站综合自动化系统的应用

基于以太网为代表的局域网技术和以TCP／IP协议为代表的互联网技术是当今世界的两大主流网络技术，也必将成为变电站自动化系统网络通信的必然发展趋势。本文探讨工业以太网在变电站综合自动化系统的应用。     

基于EPOCHS平台的IEC 61850采样值传输仿真

采样值传输是IEC 61850变电站自动化系统过程层与间隔层之间通信的主要部分。在电力和通信系统同步仿真（EPOCHS）平台上提出IEC 61850变电站通信仿真框架,针对具体变电站构建IEC 61850通信模型。在NS2中添加虚拟局域网（VLAN）IEEE 802.1Q协议代码,实现VLAN多播报文的仿真。对交换式以太网和共享式以太网、接收不同数目合并单元采样值报文的保护设备进行了比较。结果表明:100 Mbit/s交换式以太网完全满足标准要求,而100 Mbit/s共享式以太网采样值报文时延和时延抖动较大,导致工频保护测量值波形畸变;接收多个采样值报文的保护设备存在链路瓶颈问题,对此提出了多通信插件的解决方案。     

变电站多媒体自动化系统

将多媒体技术、基于TCP/IP的网络技术与变电站自动化技术相结合，提出一种新型的变电站多媒体自动化系统的设计思路,以实现变电站与主站之间的多媒体信息的数字化传输。文中阐述了新型变电站多媒体自动化系统的结构、功能, 分析了变电站多媒体自动化系统建设过程中的2个主要技术问题：摄像设备选择和信息远程传输。提出了采用多媒体RTU，以实现现有变电站自动化系统增加多媒体信息采集与传输功能。     

IEC 60870-5-104协议在远动通信中的应用

在电力自动化技术、计算机技术以及地区光纤通信应用发展的基础上，介绍了地区调度与自动化变电站基于IEC 608705104协议，实现网络通信的必要性和实现要点，并以山西省阳泉供电局一个110 kV自动化变电站为例，提出了具体的实现方法，同时通过与原应用的部颁CDT协议方式进行比较，指出了地区调度与自动化变电站实现网络通信的优势和前景。     

变电站自动化系统中嵌入式Web服务器的设计与实现

针对传统Web技术路线方案用于构造变电站自动化系统中Web服务器存在的困难，提出应用嵌入式技术开发变电站自动化系统中嵌入式Web服务器的基本思想。文中结合变电站监控系统产品开发实例，介绍了嵌入式Web服务器的功能，给出了系统基于3层B/S结构的瘦Web服务器体系结构，详细阐述了嵌入式Web服务器实现的一些关键技术，包括：采用自定义数据点标记使得网页设计与服务器程序分离，系统具有灵活性和可扩展性；提出数据点基于“点”和基于“面”的双重复用技术，满足嵌入式Web服务器的有限资源约束；集成嵌入式JavaApplet和JavaScript实现中间代理机制，解决了变电站自动化系统中大量数据点实时动态刷新的问题；采用PPP链路提供远程访问接入服务和发送电子邮件等。变电站自动化系统这种基于嵌入式Web服务器的远程监控维护方式可以有效降低系统监控运行维护成本、提高监控运行维护效率，具有很大的应用前景和推广价值。     

103协议在网络通信方式下的应用

对国电南自以太网103协议及其在水电厂自动化系统的通信进行了介绍。为了提高水电厂自动化系统与多台保护等智能装置之间通信的快速性，平衡传输是最佳的选择。在以太网的链路中，103协议采用UDP报文与TCP报文相结合。利用UDP短报文进行链路监测和链路启动，链路正常建立后，利用TCP报文进行正常信息传输。当保护智能装置等发生事件或有数据变化时，其自动启动一次TCP报文传输过程，及时将信息通知水电厂自动化系统，成功地实现了正常连接状态下的平衡传输，保证了信息传输的及时性、完整性与正确性。     

大中型变电站计算机监控系统设计

 电力自动化技术的不断发展,对变电站监控系统提出了更高的要求,在阐述了系统功能需求的前提下,提出了基于嵌入式以太网技术的监控系统方案,并讨论了系统网络结构、网络安全性、视频与监控联动等相关技术问题。所提出的方案已在实际工程中应用,并取得了良好的效果。     

蓝牙技术在发电厂办公自动化信息网络中的应用

利用蓝牙技术，在贵州省纳雍发电厂构建了一个无线办公网络自动化平台。针对发电厂恶劣生产区域的特殊要求，提出一种将电缆替代协议进行扩展的嵌入式蓝牙应用模式及其硬、软件实现方案，实现了对所需监控设备的远程测控和管理，解决了特殊区域铺线难及其他通信方式信息传输误码率高等问题。     

基于口令的变电站数据与通信安全认证

依据电力系统数据与通信安全标准IEC 62351，研究既能满足认证安全需求，又能保证最小的计算和传输开销，基于口令的变电站数据与通信安全认证方法。比较了几种国际上先进的安全口令技术，分析了IEC 61850标准中智能电子设备（IED）访问安全模型，提出采用安全远程口令（SRP）协议实现IED访问应用关联时的安全认证。最后，以变电站自动化IED间的身份鉴别为例，介绍了SRP协议的改进方法和具体的认证过程。研究结果对在变电站自动化系统中实施 IEC 62351标准具有参考意义。     

基于嵌入式ARM的智能协议转换装置的研究

针对水电厂计算机监控系统的现地LCU与现场设备通讯协议和接口不一致的情况,提出采用基于嵌入式ARM的智能协议转换装置,实现与各种串口设备的通信,并将串口的数据转换为以太网数据传送给PLC。本设计以AM3359作为处理器,移植Linux操作系统,通过编写上层应用程序,实现串口通信协议到网络通信协议的转换。     

网络化变电站自动化系统的应用

将自动化主站系统的技术引入到变电站中，构建变电站自动化系统，并通过网络与主站系统相连，形成功能强大的、崭新的自动化系统。介绍了网络化变电站自动化系统的系统结构，与主站的3种通信连接方式，即光纤直接连接、通过数字通信设备连接和通过数据网络连接，以及站内的通信组网方案和主要工程应用体会。     

安哥拉Benguela Sul 220 kV变电站综合自动化系统设计

安哥拉Benguela Sul 220 kV变电站综合自动化系统按照"无人值班"(少人值守)的原则进行设计,计算机监控系统由站控层和间隔层组成,采用全开放分层分布式网络结构。站控层是整个变电站的一、二次设备管理、控制、监视、测量的中心,监控系统采用双环形光纤以太网计算机局域网连接方式,间隔层通过100Mbps光纤交换式快速以太网或RS485总线与站控层设备通信。本站采用光纤通信+载波通信方式,计算机监控系统通过远动通信设备与调度中心通信。     

与通信协议无关的分布式变电站程序化控制方案

分析了集中式和分布式变电站程序化控制实现方案的优缺点,提出了一种不依赖于站级网络通信协议、以间隔层智能电子设备（IED）为核心的分布式变电站程序化控制实现方案,操作票的存储、执行及操作逻辑的判断均在IED中实现,程序化控制过程中需要操作其他IED则请求站控层设备执行。该程序化控制方案已在CSC-2000变电站自动化系统中实现。该方案既适用于站级网络协议为IEC 61850等国际标准的变电站自动化系统,也适用于站级网络协议为以太网IEC 60870-5-103协议、 CSC-2000协议等企业标准的变电站自动化系统,尤其适合在IEC 61850标准还没有完全普及的过渡时期采用。     

IEC 60870-5-104远动协议的一种安全报文探讨

随着电力系统网络化的发展，很多调度主站和变电站远程终端设备（RTU）的通信已经逐步采用以太网，国际电工委员会（IEC）于1998年8月制定了IEC 60870-5-104协议，该协议的目的是将原有的IEC 60870-5-101远动协议用于TCP/IP网络。通过TCP/IP网络传输远动信息也带来了一系列安全问题，其不安全因素主要体现在对远动报文的窃听、篡改和伪造等3个方面，解决方法在于调度主站及厂站RTU的身份认证与远动报文信息的加密。为此，应用信息安全技术对IEC 60870-5-104应用协议数据单元（APDU）及其传输模式进行了研究，在不改变原有报文传输模式的情况下提出了一种安全报文的设想，在一定程度上能有效地满足信息保密与安全认证的需要。