電力系統(tǒng)智能化配電網(wǎng)中現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

馬大亮

摘 要：現(xiàn)場總線技術(shù)是一種開放的全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，在最近幾年得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)，對其在電力系統(tǒng)智能化配電網(wǎng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線技術(shù)；電力系統(tǒng)；配電網(wǎng)；分布控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）18-0018-01

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)對電力的需求在不斷增大。電力網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，使得社會(huì)對配電系統(tǒng)的管理水平和自動(dòng)化程度提出了更高的要求。從目前來看，計(jì)算機(jī)技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)的普及使智能化技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，也為配電系統(tǒng)的智能化發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。配電網(wǎng)的智能化已成為我國電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域的熱點(diǎn)，是電力行業(yè)發(fā)展的重要階段?，F(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，提升其管理水平，提高供電的穩(wěn)定性和可靠性，因此，其必將在智能化配電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。

1 現(xiàn)場總線技術(shù)概述

現(xiàn)場總線技術(shù)是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，可以有效解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信，以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備與高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。現(xiàn)場總線技術(shù)最初起源于20世紀(jì)80年代中期，于2002年以后傳入我國。作為一種通信總線，現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展給傳統(tǒng)的自動(dòng)控制領(lǐng)域帶來了巨大的變革，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成及全分布控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：①開放性。在現(xiàn)場總線系統(tǒng)中，通信協(xié)議是公開的，不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備可以相互連接并實(shí)現(xiàn)信息交換，這不僅便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展，而且用戶也可以根據(jù)自身的需求，將來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品隨意組合。②智能性。在現(xiàn)場總線技術(shù)中，可以將各種不同的功能，例如補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制、遠(yuǎn)程測量等分散到不同的現(xiàn)場設(shè)備中來實(shí)現(xiàn)，這樣就減少了相應(yīng)的附加設(shè)備，只依靠現(xiàn)場設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的自動(dòng)控制?，F(xiàn)場的監(jiān)測終端還可以隨時(shí)判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。③適應(yīng)性?，F(xiàn)場總線是專門針對現(xiàn)場工作環(huán)境設(shè)計(jì)的，支持同軸電纜、雙絞線、光纜、射頻、電力線等，抗干擾能力強(qiáng)，適用范圍廣，安全性高，可以采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信功能。④數(shù)字化?，F(xiàn)場總線采用的是數(shù)字信號(hào)通訊，可以有效提高系統(tǒng)的測量和控制精度。在實(shí)際運(yùn)行中，各種模擬信號(hào)和開關(guān)量會(huì)就近轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，從而避免了信號(hào)的變形和衰減，同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)之間的雙向高速通信。

2 在智能化配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 LonWorks現(xiàn)場總線

LonWorks是又一先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)。它利用相應(yīng)的技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡化，只需要依靠參數(shù)設(shè)置就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，而且使最高通信速率和最大通信距離得到了極大的提升，最高速率可以達(dá)到1.5 Mbps，最大通信距離可達(dá)2.7 km（78 kbps，雙絞線）。不僅如此，這種現(xiàn)場總線技術(shù)還可以同時(shí)支持雙絞線、光纖、射頻、電力線、紅外線等不同的通信介質(zhì)，并具備相應(yīng)的安全防護(hù)措施，被譽(yù)為“通用控制網(wǎng)絡(luò)”。

在LonWorks網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以分為三個(gè)部分，包括：①節(jié)點(diǎn)功能部分，例如FTU、TTU等；②神經(jīng)元芯片，是作為節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換的接口；③網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器，包括光纖驅(qū)動(dòng)器、雙絞線驅(qū)動(dòng)器等，用于驅(qū)動(dòng)信道媒介。

LonWorks技術(shù)在智能化配電系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在饋線自動(dòng)化方面。為了適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用的需求，在網(wǎng)絡(luò)中，通常會(huì)采取1.5 kV直流隔離變壓器等設(shè)備，以提升系統(tǒng)的抗干擾能力和抗振動(dòng)性能，確保其能夠在相對極端和惡劣的環(huán)境中正常運(yùn)行。到目前為止，并沒有任何證據(jù)表明LonWorks網(wǎng)絡(luò)會(huì)因外部干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)的情況。

2.2 PROFIBUS現(xiàn)場總線

PROFIBUS是一種國際化、開放式的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)的監(jiān)控，以及現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)的通信與控制，基本上不依賴設(shè)備生產(chǎn)商。與其他現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS技術(shù)最為顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢，就是使用的是相對穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)，安全性更高，而且適用范圍廣，便于普及和推廣。PROFIBUS現(xiàn)場總線的技術(shù)含量高，而且背后有國際著名自動(dòng)化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商提供支持，產(chǎn)品質(zhì)量擁有可靠的保障。

PROFIBUS依據(jù)國際通用的ISO7498標(biāo)準(zhǔn)，參考開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了屬于自己的協(xié)議模型。模型一共可以分為7層，其中，第1層為物理層，第2層為數(shù)據(jù)鏈路層，第3～6層未使用，第7層為應(yīng)用層。其定義方式如下：①FIBUS—DP。對模型的第1，2層以及用戶接口進(jìn)行了定義，對于第3～7層，則沒有進(jìn)行詳細(xì)描述。在用戶接口定義中，明確了用戶、系統(tǒng)和不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并對各種不同設(shè)備的設(shè)備行為進(jìn)行了規(guī)范。②PROFIBUS—FMS。針對模型的第1，2，7層進(jìn)行了定義，指出應(yīng)用層應(yīng)該包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范和相應(yīng)的低層接口。FMS包括了應(yīng)用協(xié)議，并向用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第2層訪問接口。③PROFIBUS-PA。PA的數(shù)據(jù)傳輸采用了擴(kuò)展的PROFIBUS—DP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IECll58—2標(biāo)準(zhǔn)，確保其本征的安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在DP上擴(kuò)展PA網(wǎng)絡(luò)。目前，PROFIBUS在綜合自動(dòng)化站中有較多應(yīng)用，在饋線自動(dòng)化中，國內(nèi)有少量應(yīng)用。

3 結(jié)束語

總之，現(xiàn)場總線技術(shù)作為新一代分布式控制系統(tǒng)的核心技術(shù)，受到了社會(huì)各界的普遍關(guān)注，在多個(gè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，并且發(fā)揮著非常重要的作用。對此，電力技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對各種現(xiàn)場總線技術(shù)的研究，并結(jié)合實(shí)際情況，對其進(jìn)行有效的應(yīng)用，以不斷推動(dòng)我國智能化配電系統(tǒng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]任向東.淺談電力系統(tǒng)中現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（S1）：77.

[2]陳學(xué)利，李宏毅.現(xiàn)場總線技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用綜述[J].科技信息，2008（25）：30.

〔編輯：王霞〕