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摘要：随着经济的发展，社会已经向智能化、信息化的时代发展。科学技术水平的提高，变电站也向着智能化的方向发展前进。智能变电站的技术关键点与难点过程层网络。在满足过程层网络实时控制需求的基础上，结合现有技术条件，本文分析了过程层设备的功能、传输及配置原则，并阐述了智能变电站过程层的基本要求，并提出了相关的方案。
关键词：智能变电站：过程层：应用技术：研究
一、变电站过程层的概述
智能变电站是当前电力系统发展的一大产物，它是随着科技的发展从而实现变电站的智能化和自动化。可以有效的实现信息的数字化，并且具备一定的采集信息、处理数据信息的能力，实现信息共享。智能变电站由站控层、间隔层和过程层三层结构。而过程层位于整个自动化系统的最底层，主要由变压器、断路器、隔离开关以及电流电压互感器等一次设备和各种智能组件构成的电子装置。其主要职能是对整个设备进行监测，并执行相关的操作命令。过程层是三层中与一次设备连接最为密切的.对于智能变电站的相应设备的运行业绩较少并且时间较短，并且相关的建设方案未实现完全的共识，设备过程中的安全性和可靠性过程中的分析和管理过程中的问题也不容忽视。
二、应用过程层的基本要求
过程层在整个变电站中的使用当中起着重要的作用，因此，要想整个自动化系统合理、安全的运行下去，就必须遵循相应的原则，这样才能更好安装和管理好过程层。
（一）实时性原则。在通信标准中IEC61580中规定的GOOSE是一种面向通用对象的变电站事件，简言之，其主要工作职能就是保护交换和传输中的信息能够合理有效。在智能变电站中，GOOSE服务主要是对那些智能单元、一次设备等进行有效的连接信息传输服务，尤其是对跳合闸信号和命令的传输。虽然GOOSE服务的报文数据量不是很大，但是它所传输的数据都较为重要，而且传输过程极具突发性，因此在传输报文的过程中就必须要遵循实时性原则，有效的将数据信息传送到制定地点。一般对GOOSE服务传输数据的时间限定在4ms以内。
（二）采样值传输数据技术原则。采样值传输主要是过程中与间隔层之间通信的一个重要内容，在二者传输过程中，其中过程层中最大的一个数据流就在互感器的保护以及测控之间的采样值传输中。因此，采样值传输数据也必须要有一定的实效性，其相关技术原则也有如下要求：①采样值的传输要与过程网进行连接，一般采取光纤连接；②要注意的是，间隔层中的承担保护、检测的设备与合并单元进行连接时，要通过过程层的交换机进行传输，二者不能直接进行连接。交换机获取采样值信号然后在通过其二次传输实现消息共享：⑧接入方式选取点对点的接入方式。以便更好的发挥交换机的虚拟技术和优先级技术，这样就更能保护网络、提高稳定性能。
(三)应用层任务设计。SGM是IEC61850定义的实时性要求最高的通信服务，本文就以SGM的应用任务为例进行说明。其他类型应用与其相近，本文不做阐述。而VxWorks下网类型应用与其相近，本文不做阐述。而VxWorks下网据集成员值发生变化发送GOOSE时该序号加1)，Sq-Num(每重发1次GOOSE该序号加1，状态号加1该序号清零)，测试标识，数据成员个数等。判断过程在解码之后顺次进行:对照CID文件判断数据集是否配置；是否是测试报文；是否是新事件；计数是否正确；传输是否超时。判断之后进入相应后续处理:为新事件，对照CID文件建立的数据结构解码APDU中所有引用数据(AllData)，按照相应应用格式规范写入共享内存，然后释放信号量通知对应应用更新GOOSE报文数据；为超时、重传、测试报文，更新SqNum和计时，不会更新GOOSE报文数据；计数出错时，记录出错状态号、顺序号，进入异常处理。(2)GST和FGS协同完成GOOSE的发布功能，GST处理GOOSE心跳报文，而GSF处理事件性GOOSE报文。GST和FGS存在于每一个不同发送间隔的GOOSE控制块之中。在GST将部分固定参数(如控制块引用名，数据集引用名，测试标识等)编码APDU之后，通过控制块活动标志(GoEna)和快速重传事件标志(GoUpdate)判断是否发送心跳报文，若可以发送，变更计数，读取数据并完成这些数据的APDU编码，调用ensSend函数发送报文，延时0.5倍允许生存时间。若不可发送，直接延时。FSG根据GoEna和GoUpdate判断可否发送和是否为新事件，调用FSG的应用将GoUpdate赋值为1。
当为新事件时，APDU编码之后调用ensSend并且改变相应计数。之后GoUpdata赋值为2，这样快速重传时FSG不会进入新事件发送流程。重传间隔时间会根据调用次数计数与重传次数计数以2n－1型计算出来，如T1=1ms、T2=2ms…Tn=n－1ms[7]，直到重传次数计数满，令GoUpdata赋值为3，回复GST心跳报文发送流程。需要特别说明的是，因为GST发送心跳报文的计时函数精度为10ms，所以调用ensSend函数之后，在重传期内有必要启用另一个更高精度的计时器，为1ms周期。
三、通信方案的设计
（一）硬件方案设计
硬件方案选用目前常用的Freescale公司的Power QUICC II系列处理器，整个硬件方案的核心部分需要一套集成PowerPC处理器的硬件平台，中央处理单元为Freescale公司的MPC8315E处理核心，并搭配一个ＲISC(Ｒeduced Instruction Set Computer精简指令计算机)协处理单元，主频分别是333MHz和198MHz。采用8MB byte NOＲ FLASH和32MB byte 8 位 NAND FLASH，外部接口包括2路网口，1个PCI－E接口作为预留扩展(可通过集成模块扩展多路光口)，使用标准16线JTAG接口用于调试，因为目前多数的变电站设施还在使用串口IEC60870－5－103/104协议，因此一个ＲS－485接口是必要的，另外考虑到管理单元对存取录波的需要，需要增加一个SATA数据接口用以接入大容量存储设备。
（二）驱动方案设计
VxWorks为用户提供了对应用层的一套标准的接口函数，称作I/O库，VxWorks下由ioLib.c文件提供。I/O子系统这一层次，内核维护着几个十分关键的数组用以对设备驱动，设备本身以及当前系统文件句柄进行管理。驱动方案避面复杂数据结构设计，采用面向对象思想，数据结构设计成环状通信节点链表结构。
四、实境模拟测试
实境模拟由2台PC主机和1个交换机来完成，一台PC装有2个网口，用来模拟智能保护终端和合并单元，另一台PC用来模拟站控层的监控主机。作为被测试主体的保护智能单元与智能保护终端和监控主机通过交换机组成间隔层、过程层网络，合并单元通过验:(1)在合并单元与保护智能单元进行3.4Mbit/s的采样值报文通信的情况下，智能单元与保护终端进行快速报文通信；(2)在合并单元与保护智能单元进行3.4Mbit/s的采样值报文通信的情况下，监控主机向保护智能单元发送低优先级通信，智能单元与保护终端进行快速报文通信；(3)在合并单元与保护智能单元进行3.4Mbit/s的采样值报文通信的情况下，保护智能单元持续向站控层主机传输数据，同时智能单元与保护终端进行快速报文通信。结果显示不仅满足快速报文传输时延小于3ms的要求，并且在不同状况下传输时延的稳定度得到改善，由于实际应用中交换机的数量大于1台，网络环境相对更加复杂，传输时延的表现可能大于实验结果。
结语
本文针对IEC61850－9－2标准，提出了从硬件到软件的间隔层过程层通信方案，硬件基于集成Frees-cale公司的PowerQUICCII系列处理器的硬件平台引入ＲISC，设计多种通信端口以及扩展接口。软件基于VxWorks，设计了核心驱动以及网络增强驱动ENS，对驱动方式加以优化，实现了快速报文基于VxWorks平台的实时传输，并且通过大量实验数据验证了方案的传输在实时稳定方面的优越性，为实际工程应用中提供借鉴。
参考文献
[1]朱大新.数字化变电站综合自动化系统的发展[J].电工技术杂志.北京市:机械工业信息研究院，2001，4:20－22.
[2]王大鹏，栗俊凯，晁军征.浅谈数字化变电站的发展及应用[J].山东电力技术.山东省济南市:山东省电力研究院，山东电机工程学会，
2007，153(1):14－18.
[3]陈安伟.IEC61850在变电站中的工程应用[M].北京市:中国电力出版社，2012，6.