【 摘 要 】 针对传统电力系统无法实时控制电力设备的问题，论文设计出基于实时网络的电力自动化系统来解决。首先，通过分析选取现场总线和DSP作为系统网络控制器的选择；其次，对硬件进行详细的设计；最后，给软件部分的设计。论文对于电力工作者和软硬件开发人员都具有一定的积极作用。

【 关键词 】 实时网络；电力自动化；现场总线

【 Abstract 】 Aiming at the problem that the traditional power system can not control the power equipment in real time， this paper designs a power automation system based on real time network to solve the problem. Firstly， select the field bus and DSP as the selection of the system network controller， and then design the hardware in detail， and finally give the design of the software. This paper has a positive effect on the power workers and software and hardware developers.

【 Keywords 】 real time network； electric power automation； field bus

1 引言

随着我国经济的不断发展，人民生活质量得到快速的提高，各类电气设备走进千家万户，居民对于电力的依赖性越来越强。用户对于电压质量、供电可靠率等电力质量指标的要求越来越高，传统的电力系统已经不能保证这些电力指标的高性能运转。依托于网络和微处理器新型电力自动化系统受到电力部门和用户的欢迎。

2 系统网络和控制器选择

2.1 网络设计

在电力系统的网络通信应用中，主要有无线通信、工业以太网和现场总线三种方式。

（1）无线通信。无线网络具有节点多、分布广的特点，非常适合于区域内大量节点的场所，如小区用户的远程抄表管理，可以有效节省抄表人员的时间，提高工作效率。但是无线通信易受到周围环境的干扰，出现信号失真或通信中断的现象，对于实时管理和控制要求严格的系统就不太适合。

（2）工业以太网。工业以太网是将以太网应到到工业中，进行局域管理和控制。TCP/IP协议的开放性使得以太网在工业通信中的优势比较明显，并且易安装，传输速度高的特点使得工业以太网更受欢迎。但由于以太网是局域网，传输的范围有限，当两个工业以太网共享传输介质时，可能会造成两个局域网络数据信息的冲突，这使得传输的效率大大降低，对于实时信息的要求无法得以满足。

（3）现场总线。现场总线是基于最底层的总线型拓扑网络，直接与终端设备相连，现场总线具有短帧结构和多主站优先权访问的特征，这使得最关键和重要的数据信息具有较高的优先级并且第一时间传输出去，具有高可靠性和实时性的特点。

通过上述分析，在电力自动化系统的网络选择上，采用现场总线网络。

2.2 微处理器选择

应用在电力系统的微处理器主要有ARM、DSP和单片机三种。

（1）单片机。单片机具有安装简便、易于操作、价格低的优点，但是在性能上相对较差，且处理数据的速度较慢，一般应用在任务简单的控制系统中。

（2）ARM。ARM具有体积小、高性能、低成本、指令长度固定、大量使用寄存器的特点，具有较强的事务管理功能，特别适用于电子消费产品中。

（3）DSP。DSP具有的数据处理能力强和运算速度快的特点，并且可以实现较复杂的算法，但是功耗相对较大。电力自动化系统对于数据处理能力和运算速度要求的比较高，对于功耗的要求不多。综合分析，在微处理器的选择上采用DSP。本文采用T1公司设计的DSP控制器作为系统开发的主控制器。

3 硬件设计

3.1 硬件总体设计

对于电力自动化系统来说，主要是对两类装置进行操作：一是保护和控制装置，如稳定控制装置、线路保护装置、线路差动保护装置等；二是自动化装置，如自动重合闸装置、备自投装置等。这些装置可以实现电力信息的测量、控制、保护、通信和人机交互等，电力自动化系统有人机接口插件、交流输入插件、通讯插件、电源插件和中央处理插件等组成。硬件的总体设计如图1所示。

3.2 硬件模块化设计

（1）中央处理插件。该插件是整个系统的核心，主要由DSP、CPLD（逻辑译码电路）、双口RAM、SPI接口电路、通讯电路、看门狗电路、铁电存储器、实时时钟和RAM组成。该插件可以直接或间接地控制电力系统中的一切装置。

（2）交流输入插件。在电力系统中，使用的是交流电，传入自动化装置的是模拟信号，而DSP只能对数字信号进行操作，所以通过交流输入插件，将收集到的模拟信号转化为数字信号，以便于DSP管理和控制。

（3）人机接口插件。为了实现人机交互，可以通过键盘和显示设备使人与设备之间进行交流，显示设备主要采用液晶显示器，可以实现文本和图像两种模式的显示。

（4）通信接口插件。电力自动化系统采用现场总线网络，由于在DSP设备的内部已经包含了支持现场总线的协议，因此不需要另外安装现场总线网络的控制器，只需要扩展安装相关的现场总线收发器即可。

（5）电源插件。电源插件的选择取决于装置的安装位置，假如装置附件有交流市电，则直接连接获取电源，否则，则采用电压或电流互感器取电。

4 软件设计

软件功能模块。电力自动化系统在硬件设计的基础上进行设计和研究，主要完成数据处理、算法实现、故障判断、上电自检、信息输出和数据存储等功能。整个软件主要由主程序和相关的功能程序函数组成。

主程序。主程序运行后，首先开始硬件自检，查看相关设备是否有报错，假如报错，则直接输出报错信息并退出。没有出错，则对所有相关的参数进行初始化操作，读取上位机信息并通信，然后人机接口通信，完成相关操作后，对看门狗的计数器进行复位，重新去读取上位机的信息并通信，周而复始。具体如图2所示。

硬件自检模块。微机的继电保护装置在运行之前，首先必须进行自检，其目的是为了确保电力自动化系统的可靠性。

与上位机通信模块。与上位机通信首先是读取缓冲区，查看是否有数据，假如该数据是遥控命令，则执行遥控命令，否则填充同步字，创建发送帧，查看是否需要插入信息，生成完整的数据帧，计算校验和，将数据帧打包发送。

与人机接口通信模块。人机接口模块是首先初始化主界面，扫描是否有键盘的键按下，根据按键判断是何种操作，并将操作信息发送给DSP，通过显示设备显示出相关的操作。

5 结束语

随着社会的发展，对电力系统的要求越来越高，本文从硬件和软件两方面设计出实时网络的电力自动化系统，可以有效地管理和控制电力系统。本文由于篇幅所限，在硬件设计上，没有给出具体的电路设计，对此感兴趣的读者，可以根据自身选取的设备型号，有针对性地进一步地设计和完善。

参考文献

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[2] 王平欢.电力自动化的通信网络研究[J].电子技术与软件工程，2015，15，p18 [4].

[3] 李皓婧，张克磊.大型电力网络电气传动故障检测方法仿真研究[J].计算机仿真，2015，9，p163-166.

作者简介：

高常德（1963-），男，山东济南人，技工；主要研究方向和关注领域：计算机网络、电力调度数据网。