金培培

（重慶電力設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，重慶 401121）

隨著科技的不斷發(fā)展，變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了向智能化的過(guò)渡，但從維護(hù)手段上來(lái)看，還存在著一定的局限性，一旦出現(xiàn)故障，仍然依靠專(zhuān)業(yè)技術(shù)來(lái)進(jìn)行人工維護(hù)，并且有些技術(shù)問(wèn)題還是檢修人員難以解決的，需要生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)維護(hù)。由此可見(jiàn)，變電站在工作運(yùn)行當(dāng)中給工作人員帶來(lái)了巨大的困難，同時(shí)檢修時(shí)間耗費(fèi)、維修成本都很高。通過(guò)對(duì)變電站實(shí)現(xiàn)智能化，對(duì)其過(guò)程層與一次系統(tǒng)控制接口進(jìn)行二次系統(tǒng)的設(shè)置，最終達(dá)到將工程現(xiàn)場(chǎng)與間隔層設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接的方式。通過(guò)通信的方式獲取變電站中間隔層的設(shè)備信息，在某種程度上在硬件和軟件方面實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備的通用化，如此一來(lái)，借助這一平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的功能。另外，在功能上也能利用應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，特別是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這一技術(shù)已經(jīng)不再是難以攻克的，所以，在對(duì)智能變電站的二次間隔層設(shè)備進(jìn)行重組時(shí)，通用化技術(shù)依然能夠憑借這一手段進(jìn)行深入探索，同時(shí)，對(duì)在線(xiàn)啟運(yùn)技術(shù)和動(dòng)態(tài)裝載技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)，同樣離不開(kāi)這一技術(shù)手段，在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)可以通過(guò)應(yīng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，將功能恢復(fù)的時(shí)間縮短在幾天內(nèi)，主要是對(duì)設(shè)備自動(dòng)替代性恢復(fù)功能進(jìn)行激發(fā)。從完整性上進(jìn)行恢復(fù)，更為重要的是，使得檢修人員有更多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行故障處理?，F(xiàn)就智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中引入計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)進(jìn)行探討，從適用性上對(duì)動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)予以分析。

1 智能變電站動(dòng)態(tài)重構(gòu)

1.1 系統(tǒng)配置原理

系統(tǒng)重構(gòu)主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)流程及代碼改寫(xiě)結(jié)構(gòu)中。但是隨著技術(shù)的提升及工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，該技術(shù)逐漸向系統(tǒng)化的方向發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)只從運(yùn)行方式上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改變，從而保證系統(tǒng)功能的完整性不被破壞。

1.2 基本框架

系統(tǒng)重構(gòu)用于采集監(jiān)測(cè)信息，從狀態(tài)上對(duì)設(shè)備進(jìn)行規(guī)則庫(kù)的評(píng)估，同時(shí)還能夠在策略上進(jìn)行重構(gòu)控制匹配，對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理及從切換功能上進(jìn)行把握。此外，通過(guò)運(yùn)行狀態(tài)來(lái)判定重構(gòu)系統(tǒng)及進(jìn)行二次監(jiān)測(cè)評(píng)估，同時(shí)利用監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)收集信息，最終將一體化采集信息落實(shí)到站控層監(jiān)控體系當(dāng)中。

2 重構(gòu)設(shè)備

重構(gòu)設(shè)備在硬件平臺(tái)當(dāng)中的應(yīng)用十分廣泛，這些平臺(tái)具有多個(gè)處理器，主要以FPGA和CPU為依托，硬件功能主要通過(guò)操作系統(tǒng)的運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)。嵌入式計(jì)算機(jī)多采用硬件平臺(tái)，其中包含的通信服務(wù)信息較多，從而使智能變電站的使用更加便捷。數(shù)據(jù)庫(kù)的形式采用的是嵌入式，同時(shí)搭配操作系統(tǒng)來(lái)建立軟件平臺(tái)。

2.1 軟件平臺(tái)

一般而言，CPU板是由多種模塊所組成的，將vxWorks作為嵌入式的操作系統(tǒng)，在功能的調(diào)節(jié)方面，主要借助的是任務(wù)機(jī)制和中斷機(jī)制兩種，硬件管理和硬件驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)成了硬件驅(qū)動(dòng)，其中還包含網(wǎng)口、維護(hù)接口等。從功能上來(lái)說(shuō)，硬件自檢及時(shí)間處理等綜合程序構(gòu)成了系統(tǒng)的軟件平臺(tái)。具有靈活性和伸縮性是軟件平臺(tái)最主要的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)將最先進(jìn)的技術(shù)融入進(jìn)來(lái)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和高效性。共享內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)及多進(jìn)程在結(jié)構(gòu)上組成了應(yīng)用軟件，利用共享內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的作用對(duì)消息及數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)從協(xié)調(diào)性及狀態(tài)運(yùn)行上對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行管理，通過(guò)對(duì)應(yīng)用進(jìn)程的不同搭配從程序上對(duì)管理進(jìn)程進(jìn)行管理，在應(yīng)用程序上提高了靈活性。隨著新功能的增加，相應(yīng)的進(jìn)程也加快，對(duì)于一些無(wú)用功能的處理，只要將相應(yīng)的進(jìn)程不予啟動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)。利用程序上的管理對(duì)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)配置，在開(kāi)放性上予以有效提高。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)進(jìn)程時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)不會(huì)受到干擾，有著較強(qiáng)的穩(wěn)定性能。在功能上實(shí)現(xiàn)了處理通信，將功能進(jìn)行重建及對(duì)參數(shù)進(jìn)行配置。此外，還能夠?qū)ρb置從校驗(yàn)等方面進(jìn)行整體測(cè)試。

將GOOSE報(bào)文在緩沖區(qū)，也就是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)口的位置進(jìn)行讀取，并通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行解析，最終實(shí)現(xiàn)輸入開(kāi)關(guān)量的目的，并將這一結(jié)果放到最初的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)，而后對(duì)維護(hù)修改參數(shù)及配置等進(jìn)行處理。此外，還可以借助其他方式來(lái)完成這一工作過(guò)程。通過(guò)配置的預(yù)設(shè)，使設(shè)備的參數(shù)應(yīng)用功能得以實(shí)現(xiàn)，并最終使用標(biāo)志區(qū)狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備將輸入狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行儲(chǔ)存，同時(shí)利用soe這一緩沖區(qū)對(duì)由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)文存儲(chǔ)。在GOOSE緩沖區(qū)將控制指令進(jìn)行存儲(chǔ)，在實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息交互時(shí)主要借助每一個(gè)緩沖區(qū)及人機(jī)的作用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制、顯示以及傳輸。

2.2 FPGA功能設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)板FPGA和CPU板FPGA設(shè)計(jì)共同構(gòu)成了FPGA邏輯系統(tǒng)，其中，網(wǎng)絡(luò)板最為主要的功能就是解碼網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并從功能上將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，而CPU板當(dāng)中的FPGA在數(shù)據(jù)通信方面發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)，在功能上還能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。通過(guò)將高速LVDS總線(xiàn)與MAC進(jìn)行串行，從通信上對(duì)其建立聯(lián)系，這是FPGA最為重要的邏輯功能的表現(xiàn)。同樣，在PHY芯片與10/100MMAC建立聯(lián)系并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互等方面也有著優(yōu)異的表現(xiàn)。將緩沖區(qū)的數(shù)量設(shè)置為兩個(gè)，并在字節(jié)的設(shè)置上控制為2 048個(gè)，將其作為每一個(gè)緩沖區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)配置。在對(duì)FPGA建立聯(lián)系時(shí)可以通過(guò)接口來(lái)完成，主要采用LVDS方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳達(dá)到FPGA時(shí)，將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流調(diào)節(jié)至1 Gbps，主要是借助8b/10b編碼來(lái)完成這一工作，然后再利用FPGA來(lái)接收。封解包的邏輯依賴(lài)的是MAC，并且數(shù)量為8個(gè)，由于串行是LVDS總線(xiàn)的主要形式，因此必須注意在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸讀取時(shí)，從選擇性的角度充分考慮。從順序選擇上來(lái)說(shuō)，主要是從1到8的方式，并最終回到初始點(diǎn)。合法數(shù)據(jù)幀是判定這一緩沖區(qū)的重要依據(jù)，當(dāng)滿(mǎn)足這一條件時(shí)則可進(jìn)行，反之，則需要跳過(guò)。

3 結(jié)論

通過(guò)從工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)對(duì)動(dòng)態(tài)重構(gòu)進(jìn)行分析和研究，最終從方案上對(duì)這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行了硬件方面的改進(jìn)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，首先在基礎(chǔ)環(huán)節(jié)利用二次功能的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，然后就信息共享及軟件技術(shù)等方面對(duì)智能變電站進(jìn)行研究。利用這一技術(shù)，無(wú)論是在適應(yīng)能力方面，還是在恢復(fù)能力等方面，對(duì)智能變電站都有著較為明顯的效果。

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［2］李俊剛，宋小會(huì)，狄軍峰，等.基于IEC62439-3的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35（10）：70-73.

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