嵌入式变电站智能信息集成与数据服务器的研究
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摘要
按照一定的技术和经济要求，生产、变换、输送、分配、消费电能的各类设备组成电力系统。变电站(自动化)是输送和分配的结合部，其基本功能有：电气设备运行参数的监测、开关就地或远方控制、与继电保护通信、与智能电子设备联接，并实行控制、与上级控制中心或其他控制系统通信以及简单的数据处理等。
变电站自动化工程中的继电保护信息处理为高度和生产管理现代化服务，其中继电保护运行信息具有一定的实时性要求，它对变电站数据采集服务器提出了更高的性能要求。应用嵌入式技术，建立嵌入式智能信息和数据服务器是一种较好的解决方案。
本文在展开广泛使用的变电站工控机数据采集服务器原理的基础上，介绍了基于嵌入式结构的高性能数据服务器的软硬件的实现。
Interrelated equipments constitute the power system, according to the economic&technical direction of production, transformations transportations distribution and consumption of electrical power, similarly, the substation is an assemblage of equipment for the purpose of switching and/or changing or regulating the voltage of electricity. substation-automatization(SA) fulfils such basic functions as : run-parameter supervision&acquisition of electrical-equipment and switch local or remote controls communication with relay-protections and superior control-center or other control sy stems, connection with IEDs and control of therm some simple data-management, etc. Modern SA demands that the information of relay-protection should be more real-time. With that, the substation intelligent data acquisition and management server should be developed with more advanced performances.
With the development of embedded technology, constituting a new style server of Embedded Micro-Processor Unit (EMPU) seems to be a feasible good solution, the Substation Intelligent-integration And Data Service server ( SIADS ) for substation-automatization has been being developed to comprehensive automation equipments based on embedded micro-processor. It not only has traditional data acquisition and communication functions, but also satisfies real-time requirements in power system management.
With analysis of the basics of data acquisition server in substation, this paper brings forward the hardware and software design and realization .
变电站自动化工程中的继电保护信息处理为高度和生产管理现代化服务，其中继电保护运行信息具有一定的实时性要求，它对变电站数据采集服务器提出了更高的性能要求。应用嵌入式技术，建立嵌入式智能信息和数据服务器是一种较好的解决方案。
本文在展开广泛使用的变电站工控机数据采集服务器原理的基础上，介绍了基于嵌入式结构的高性能数据服务器的软硬件的实现。
Interrelated equipments constitute the power system, according to the economic&technical direction of production, transformations transportations distribution and consumption of electrical power, similarly, the substation is an assemblage of equipment for the purpose of switching and/or changing or regulating the voltage of electricity. substation-automatization(SA) fulfils such basic functions as : run-parameter supervision&acquisition of electrical-equipment and switch local or remote controls communication with relay-protections and superior control-center or other control sy stems, connection with IEDs and control of therm some simple data-management, etc. Modern SA demands that the information of relay-protection should be more real-time. With that, the substation intelligent data acquisition and management server should be developed with more advanced performances.
With the development of embedded technology, constituting a new style server of Embedded Micro-Processor Unit (EMPU) seems to be a feasible good solution, the Substation Intelligent-integration And Data Service server ( SIADS ) for substation-automatization has been being developed to comprehensive automation equipments based on embedded micro-processor. It not only has traditional data acquisition and communication functions, but also satisfies real-time requirements in power system management.
With analysis of the basics of data acquisition server in substation, this paper brings forward the hardware and software design and realization .
引文
[1] 沈国荣，黄健．2000年国际大电网会议系列报道—通信技术是变电站自动化的关键．电力系统自动化，2001，25(10)
[2] 刘天兵，王永业，柳焕章，等．基于COMTRADE格式的故障分析管理系统．继电器，2001，29(11)
[3] 袁宇波，丁俊健，陆于平，唐国庆，郭家银，浦南祯．基于Internet／Intranet的电网继电保护及故障信息管理系统．电力系统自动化，2001
[4] 蔡永良．IEC 61850的研究及其在故障信息处理系统中的应用．浙江大学硕士论文，2003
[5] 李阳春．电力系统故障综合信息处理系统的研制．浙江大学硕士论文，2001
[6] 常胜，刘辉，桂小军．电网事故信息的收集与分析处理．继电器，1999(2)
[7] 娄为．微机保护、录波设备综合管理信息系统的研制．浙江大学硕士论文，1998
[8] 娄为，戴彦，赵舫等．微机保护信息综合处理系统．中国电力，1998，31(7)
[9] 章坚民，赵舫．基于国际规约的嵌入式变电站智能信息集成与数据服务器．中国电机工程学报，2003
[10] 魏庆福，郑文波．嵌入式系统的技术发展和我们的机遇．最新变频器技术与应用文集，2003．5
[11] 龚兵，周勇，郑红党．Motorola32位嵌入式微处理器MPC860的开发应用．电子技术应用，2002
[12] 张翼，王航．MPC850嵌入式通信开发平台的硬件设计．通信技术与设备，2002．3
[13] 王德兵．MPC860 PowerQUICC及其在嵌入式系统中的应用．国外电子元器件，2001．7
[14] 曹宇宾，葛临东．MPC860 PowerQUICC微控制器及其在通信中的应用．2001．6
[15] 季宏锋，吴军辉，徐立鸿．PC机与嵌入式计算机系统串行通讯的硬软件实现．计算机应用，2002．7
[16] 张益农，黄文玲．嵌入式操作系统中硬件抽象层的描述．内蒙古工业大学学报，2002．4
[17] 高伟华，杨子军．嵌入式操作系统的研究现状及发展趋势．黑龙江电力，2002．8
[18] 刘和平，张国利．论嵌入式系统设计方法．飞行器测控学报，2001．11
[19] 武强．选择嵌入式实时操作系统应注意的几个问题．航空计算技术，2002．9
[20] 王传启，邓文栋，金敏．工控系统中嵌入式Web服务器的设计与实现．计算机工程与应用，2002．10
[21] 方承志，谈宜育，李元，王爱东．基于MPC8260处理器的PPMC系统．电子技术应用，2002．9
[22] 王世好，严迎建，吴清平．嵌入式系统软硬件协调设计环境构造与实现方法．计算机工程与应用，2002．16
[23] 张晶，曾宪云．嵌入式系统概述．电测与仪表，2002．4
[24] 贾智平，王衍章．基于现场总线的嵌入式Internet服务器体系结构设计．山东大学学报，2002．10
[25] 马玉英．嵌入式系统开发工具及RTOS平台．青海师范大学学报，2002．4
[26] 吕冬明，廖忠．实时操作系统BSP的分析与实现．南昌水专学报，2002．5
[27] 马义德，刘映杰，张新国．嵌入式系统的现状及发展前景．信息技术，2001．12
[28] 任雁铭，操丰梅，秦立军，杨奇逊．基于嵌入式以太网的变电站自动化系统通信网络．电网技术，2001．9
[29] 栗学忠，李桂华，关胜林．单片机及嵌入式因特网技术．微处理机，2001．10
[30] 蒋书波，张焕春，经亚枝．具有实时操作系统的嵌入式应用系统的设计．微型电脑应用，2001．11[17]
[31] 李江，常葆林．嵌入式操作系统设计中的若干问题．微型机与应用，2000．8
[32] 洪英，陈曦．嵌入式实时多任务程序设计．计算机应用，2000．7
[33] 张宏海，李成忠，陈祝亚．嵌入式实时系统．安徽工业大学学报，2003．1
[34] 张利敏，丁坚勇．嵌入式技术及其在电力系统中的应用．继电器，2002．3
[35] 师明珠．嵌入式应用系统软件设计技术研究．计算机工程与应用，2002．7
[36] 程步奇，尹宝林．可动态扩展的嵌入式操作系统．小型微型计算机，2003．2
[37] 王庆江，董渭清，张琳，王立，杨雪霏．嵌入式系统及其开发领域典型特征分析．计算机应用研究，2002．4
[38] 安军社，刘艳秋，孙辉先．VxWorks操作系统板极支持包的设计与实现．计算机工程，2003，1
[39] 孔祥营，柏桂枝．嵌入式实时操作系统VxWorks及其及开发环境Tornado．中国电力出版社，2002
[40] 聂宇本，颜旬．智能型继电保护故障信息处理系统．继电器，2002，30(7)
[41] 牛培峰，李国胜，刘远龙，等．基于数字信号处理器的配电自动化终端设备．电力系统自动化，2002，26(20)
[42] 汪源生．基于Web技术的继电保护信息管理系统的开放和应用．电力系统自动化，2001，25 (5)
[43] 袁宇波，丁俊健，陆于平，等．基于Internet/Intranet的电网继电保护及故障信息管理系统．电力系统自动化 2001，25(17)
[44] 赵春蕾，赵自刚．微机型保护和录波设备联网方案的探讨．继电器，1998，26(6)
[45] 赵自刚，黄少锋．扩充微机型继电保护设备功能．电力系统自动化，1998，4
[46] 赵自刚，黄华林，赵春雷，周纪录．继电保护运行与故障信息自动化管理系统．电力系统自动化，1999，10
[47] 崔沅，程林等．电力系统实时决策系统中的实时通信．电力系统自动化，2002，4
[48] 张恺，张华钦．电力MIS建设的特点及方法．电力系统自动化，2001，11
[49] 胡炎，董名垂，韩英铎．电力工业信息安全的思考．电力系统自动化，2002，4
[50] 马杰，赵传刚，李军等．电网故障信息的动态网页发布系统．电力系统自动化，2002，2
[51] 柳焕章，段献忠，李银红，刘一斌，杨钢．电力系统继电保护数据交换标准的探讨．电力系统自动化，2002，4
[52] 张明扬．关于福建电力数据通信网建设的思考．电力系统自动化，1999，11
[53] 周华，马海涛，李瑞东，许香春．关于WBH-80型微机式高压变压器保护硬件设计原理概述．电站设备自动化，2001，7
[54] 洪宪平．华东电力系统数据通信网的规划设计．电力系统自动化，1998，1
[55] 郑志千，饶光爵．电力调度系统数据网络在南方电网的应用．电力系统自动化，1998，6
[56] 张长银，何卫，范学功．BJ系列变电站综合自动化系统的通信技术．电力系统自动化，1998，7
[57] 赵松，尹传平，林孝康．局域网技术与发展．电力系统自动化，2001，5
[58] 李炳林，陶邦胜．在综合网管系统中实现SNMP协议转换器．电力系统自动化，2000，9
[59] 刘国定，辛耀中，李泽．我国电力系统控制及通信标准化工作概况．电力系统自动化，2000，7
[60] 汪源生．基于Web的继电保护信息管理系统的开发和应用．电力系统自动化，2001，3
[61] 罗毅，涂光瑜，张锦辉，申自力，詹新华．变电站信息数字化综合传输方案．电力系统自
动化，2001，4
[62] 赵祖康，徐石明．电力系统信息传输协议综述．电力系统自动化，2000，11
[63] 林荣东，陈枫，林为民，李东辉．基于广域网连接的电力数据网设计．电力系统自动化，2000，9
[64] 任雁铭，秦立军，杨奇逊．UCA通信协议体系介绍．电网技术，2000，24(8)
[65] 张沛超，郁惟镛等．应用UML开发智能继电保护的整定计算程序．电网技术，2001，25(4)
[66] 阳宪惠 主编，徐用懋 魏庆福审．现场总线技术及其应用．北京：清华大学出版社，1999
[67] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1996
[68] 孔祥营，柏桂枝编著．嵌入式实时操作系统VxWorks及其开发环境Tornado．中国电力出版杜，2002
[69] 章坚民，张劲，朱炳铨，等．浙江省继电保护运行与故障信息自动化管理系统设计．杭州国电信息技术有限公司，2002
[70] 章坚民，张劲，朱炳铨，等．浙江省继电保护故障与运行信息综合分析处理系统需求说明书．杭州国电信息技术有限公司，浙江省电力调度通讯中心，2002
[71] HisPower合博．继电保护故障与运行信息综合处理系统技术白皮书．杭州国电信息技术有限公司，2002
[72] Wayne Wolf著；孙玉芳等译．嵌入式计算机系统设计原理．北京：机械工业出版社，2001．2
[73] W. Wolf. 《Hardware-Software Co-Design of Embedded Systems》 Proceedings of the IEEE, Vol.82,No.7,July 1994
[74] Philips Semiconductors. 《Single-chip 8-bit microcontroller with CAN controller-P8xC591》 Data Sheet
[75] Philips Semiconductors 《P8xC591 Microcontroller in CAN Applications》Application Note
[76] Motorola. MPC8260 PowerQUICC ⅡTM User's Manual
[77] Donalde Thomas, Jark Adams, Herman Schmit. A Model and Methodology for Hardware-Software Codesign[J]. IEEE Design & Test of Compters, September, 1993;6～15
[78] G Schrott, T Tempelmeier. Putting hardware-software codesign into practice[J]. Control Engineering Practice, 1998; (6):397～402
[79] Russell Klein.Miami:A Hardware Software Co-Simulation Environment[C].In:Proc Seventh IEEE International Workshop on Rapid System Prototyping, 1996:173～177
[80] HAUDE J, JANZ A. A Pilot Project for Testing the Standard Drafts for Open Communication in Substations. GERMANY, 2001
[81] Shephard B, Janssen M C, Schubert M. Standardised communications in substations. In: Seventh International Conference on (IEE) Developments in Power System Protection, 2001
[82] Skeie T, Johannessen S, Holmeide O. Highly accurate time synchronization over switched Ethernet. In: Proceedings of the 2001 8th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, 2001
[2] 刘天兵，王永业，柳焕章，等．基于COMTRADE格式的故障分析管理系统．继电器，2001，29(11)
[3] 袁宇波，丁俊健，陆于平，唐国庆，郭家银，浦南祯．基于Internet／Intranet的电网继电保护及故障信息管理系统．电力系统自动化，2001
[4] 蔡永良．IEC 61850的研究及其在故障信息处理系统中的应用．浙江大学硕士论文，2003
[5] 李阳春．电力系统故障综合信息处理系统的研制．浙江大学硕士论文，2001
[6] 常胜，刘辉，桂小军．电网事故信息的收集与分析处理．继电器，1999(2)
[7] 娄为．微机保护、录波设备综合管理信息系统的研制．浙江大学硕士论文，1998
[8] 娄为，戴彦，赵舫等．微机保护信息综合处理系统．中国电力，1998，31(7)
[9] 章坚民，赵舫．基于国际规约的嵌入式变电站智能信息集成与数据服务器．中国电机工程学报，2003
[10] 魏庆福，郑文波．嵌入式系统的技术发展和我们的机遇．最新变频器技术与应用文集，2003．5
[11] 龚兵，周勇，郑红党．Motorola32位嵌入式微处理器MPC860的开发应用．电子技术应用，2002
[12] 张翼，王航．MPC850嵌入式通信开发平台的硬件设计．通信技术与设备，2002．3
[13] 王德兵．MPC860 PowerQUICC及其在嵌入式系统中的应用．国外电子元器件，2001．7
[14] 曹宇宾，葛临东．MPC860 PowerQUICC微控制器及其在通信中的应用．2001．6
[15] 季宏锋，吴军辉，徐立鸿．PC机与嵌入式计算机系统串行通讯的硬软件实现．计算机应用，2002．7
[16] 张益农，黄文玲．嵌入式操作系统中硬件抽象层的描述．内蒙古工业大学学报，2002．4
[17] 高伟华，杨子军．嵌入式操作系统的研究现状及发展趋势．黑龙江电力，2002．8
[18] 刘和平，张国利．论嵌入式系统设计方法．飞行器测控学报，2001．11
[19] 武强．选择嵌入式实时操作系统应注意的几个问题．航空计算技术，2002．9
[20] 王传启，邓文栋，金敏．工控系统中嵌入式Web服务器的设计与实现．计算机工程与应用，2002．10
[21] 方承志，谈宜育，李元，王爱东．基于MPC8260处理器的PPMC系统．电子技术应用，2002．9
[22] 王世好，严迎建，吴清平．嵌入式系统软硬件协调设计环境构造与实现方法．计算机工程与应用，2002．16
[23] 张晶，曾宪云．嵌入式系统概述．电测与仪表，2002．4
[24] 贾智平，王衍章．基于现场总线的嵌入式Internet服务器体系结构设计．山东大学学报，2002．10
[25] 马玉英．嵌入式系统开发工具及RTOS平台．青海师范大学学报，2002．4
[26] 吕冬明，廖忠．实时操作系统BSP的分析与实现．南昌水专学报，2002．5
[27] 马义德，刘映杰，张新国．嵌入式系统的现状及发展前景．信息技术，2001．12
[28] 任雁铭，操丰梅，秦立军，杨奇逊．基于嵌入式以太网的变电站自动化系统通信网络．电网技术，2001．9
[29] 栗学忠，李桂华，关胜林．单片机及嵌入式因特网技术．微处理机，2001．10
[30] 蒋书波，张焕春，经亚枝．具有实时操作系统的嵌入式应用系统的设计．微型电脑应用，2001．11[17]
[31] 李江，常葆林．嵌入式操作系统设计中的若干问题．微型机与应用，2000．8
[32] 洪英，陈曦．嵌入式实时多任务程序设计．计算机应用，2000．7
[33] 张宏海，李成忠，陈祝亚．嵌入式实时系统．安徽工业大学学报，2003．1
[34] 张利敏，丁坚勇．嵌入式技术及其在电力系统中的应用．继电器，2002．3
[35] 师明珠．嵌入式应用系统软件设计技术研究．计算机工程与应用，2002．7
[36] 程步奇，尹宝林．可动态扩展的嵌入式操作系统．小型微型计算机，2003．2
[37] 王庆江，董渭清，张琳，王立，杨雪霏．嵌入式系统及其开发领域典型特征分析．计算机应用研究，2002．4
[38] 安军社，刘艳秋，孙辉先．VxWorks操作系统板极支持包的设计与实现．计算机工程，2003，1
[39] 孔祥营，柏桂枝．嵌入式实时操作系统VxWorks及其及开发环境Tornado．中国电力出版社，2002
[40] 聂宇本，颜旬．智能型继电保护故障信息处理系统．继电器，2002，30(7)
[41] 牛培峰，李国胜，刘远龙，等．基于数字信号处理器的配电自动化终端设备．电力系统自动化，2002，26(20)
[42] 汪源生．基于Web技术的继电保护信息管理系统的开放和应用．电力系统自动化，2001，25 (5)
[43] 袁宇波，丁俊健，陆于平，等．基于Internet/Intranet的电网继电保护及故障信息管理系统．电力系统自动化 2001，25(17)
[44] 赵春蕾，赵自刚．微机型保护和录波设备联网方案的探讨．继电器，1998，26(6)
[45] 赵自刚，黄少锋．扩充微机型继电保护设备功能．电力系统自动化，1998，4
[46] 赵自刚，黄华林，赵春雷，周纪录．继电保护运行与故障信息自动化管理系统．电力系统自动化，1999，10
[47] 崔沅，程林等．电力系统实时决策系统中的实时通信．电力系统自动化，2002，4
[48] 张恺，张华钦．电力MIS建设的特点及方法．电力系统自动化，2001，11
[49] 胡炎，董名垂，韩英铎．电力工业信息安全的思考．电力系统自动化，2002，4
[50] 马杰，赵传刚，李军等．电网故障信息的动态网页发布系统．电力系统自动化，2002，2
[51] 柳焕章，段献忠，李银红，刘一斌，杨钢．电力系统继电保护数据交换标准的探讨．电力系统自动化，2002，4
[52] 张明扬．关于福建电力数据通信网建设的思考．电力系统自动化，1999，11
[53] 周华，马海涛，李瑞东，许香春．关于WBH-80型微机式高压变压器保护硬件设计原理概述．电站设备自动化，2001，7
[54] 洪宪平．华东电力系统数据通信网的规划设计．电力系统自动化，1998，1
[55] 郑志千，饶光爵．电力调度系统数据网络在南方电网的应用．电力系统自动化，1998，6
[56] 张长银，何卫，范学功．BJ系列变电站综合自动化系统的通信技术．电力系统自动化，1998，7
[57] 赵松，尹传平，林孝康．局域网技术与发展．电力系统自动化，2001，5
[58] 李炳林，陶邦胜．在综合网管系统中实现SNMP协议转换器．电力系统自动化，2000，9
[59] 刘国定，辛耀中，李泽．我国电力系统控制及通信标准化工作概况．电力系统自动化，2000，7
[60] 汪源生．基于Web的继电保护信息管理系统的开发和应用．电力系统自动化，2001，3
[61] 罗毅，涂光瑜，张锦辉，申自力，詹新华．变电站信息数字化综合传输方案．电力系统自
动化，2001，4
[62] 赵祖康，徐石明．电力系统信息传输协议综述．电力系统自动化，2000，11
[63] 林荣东，陈枫，林为民，李东辉．基于广域网连接的电力数据网设计．电力系统自动化，2000，9
[64] 任雁铭，秦立军，杨奇逊．UCA通信协议体系介绍．电网技术，2000，24(8)
[65] 张沛超，郁惟镛等．应用UML开发智能继电保护的整定计算程序．电网技术，2001，25(4)
[66] 阳宪惠 主编，徐用懋 魏庆福审．现场总线技术及其应用．北京：清华大学出版社，1999
[67] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社，1996
[68] 孔祥营，柏桂枝编著．嵌入式实时操作系统VxWorks及其开发环境Tornado．中国电力出版杜，2002
[69] 章坚民，张劲，朱炳铨，等．浙江省继电保护运行与故障信息自动化管理系统设计．杭州国电信息技术有限公司，2002
[70] 章坚民，张劲，朱炳铨，等．浙江省继电保护故障与运行信息综合分析处理系统需求说明书．杭州国电信息技术有限公司，浙江省电力调度通讯中心，2002
[71] HisPower合博．继电保护故障与运行信息综合处理系统技术白皮书．杭州国电信息技术有限公司，2002
[72] Wayne Wolf著；孙玉芳等译．嵌入式计算机系统设计原理．北京：机械工业出版社，2001．2
[73] W. Wolf. 《Hardware-Software Co-Design of Embedded Systems》 Proceedings of the IEEE, Vol.82,No.7,July 1994
[74] Philips Semiconductors. 《Single-chip 8-bit microcontroller with CAN controller-P8xC591》 Data Sheet
[75] Philips Semiconductors 《P8xC591 Microcontroller in CAN Applications》Application Note
[76] Motorola. MPC8260 PowerQUICC ⅡTM User's Manual
[77] Donalde Thomas, Jark Adams, Herman Schmit. A Model and Methodology for Hardware-Software Codesign[J]. IEEE Design & Test of Compters, September, 1993;6～15
[78] G Schrott, T Tempelmeier. Putting hardware-software codesign into practice[J]. Control Engineering Practice, 1998; (6):397～402
[79] Russell Klein.Miami:A Hardware Software Co-Simulation Environment[C].In:Proc Seventh IEEE International Workshop on Rapid System Prototyping, 1996:173～177
[80] HAUDE J, JANZ A. A Pilot Project for Testing the Standard Drafts for Open Communication in Substations. GERMANY, 2001
[81] Shephard B, Janssen M C, Schubert M. Standardised communications in substations. In: Seventh International Conference on (IEE) Developments in Power System Protection, 2001
[82] Skeie T, Johannessen S, Holmeide O. Highly accurate time synchronization over switched Ethernet. In: Proceedings of the 2001 8th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, 2001