嵌入式以太网在变电站自动化测控保护装置中的应用

嵌入式技术在电力设备监测中的应用优势随着科技的不断发展和进步，嵌入式技术在各行各业中得到了广泛的应用，特别是在电力设备监测领域。

嵌入式技术通过将微电子技术、计算机技术、通信技术等融合在一起，实现了电力设备监测的自动化、智能化和远程化。

本文将从嵌入式技术在电力设备监测中的应用优势三个方面进行详细描述。

首先，嵌入式技术在电力设备监测中具有高效性和精确性的优势。

传统的电力设备监测需要人工巡查和手动录入数据，不仅工作量大，而且容易出现数据误差。

而嵌入式技术可以实现设备的自动监测和数据采集，并将采集到的数据实时传输到监测终端，大大提高了监测效率和数据准确性。

嵌入式技术通过多种传感器和数据采集模块对电力设备进行监测，可以及时发现设备的异常状态，比如温度过高、电流过大等，从而可以及时采取措施维修或替换设备，保证电力设备的安全运行。

其次，嵌入式技术在电力设备监测中具有远程监控和控制的优势。

传统的电力设备监测需要人员亲临现场进行巡视和操作，不仅耗时耗力，而且风险较高。

而嵌入式技术通过网络连接，可以实现对电力设备的远程监控和控制。

监测人员可以通过远程终端获得电力设备的实时数据，并进行监测和分析。

当发现设备存在异常情况时，可以通过远程控制系统对设备进行远程操作，比如关闭设备、降低负载等，从而保证运行的稳定性和安全性。

这种远程监控和控制的方式不仅大大提高了监测的效率，还降低了人员的工作风险。

最后，嵌入式技术在电力设备监测中具有自动化和智能化的优势。

传统的电力设备监测主要依靠人工巡视和经验判断，无法有效地预测和预防设备的故障。

而嵌入式技术可以通过自动化的监测系统和智能化的算法，实现对设备的自动检测、分析和预测。

嵌入式技术可以根据预设的算法和规则，对设备的运行状态进行监测和分析，并预测设备可能出现的故障情况。

这种自动化和智能化的监测方式不仅提高了监测的准确性和效率，还可以减少设备的故障率，提高设备的使用寿命，降低维修和更换设备的成本。

变电站自动化系统中基于硬件协议栈的嵌入式以太网基础的实现摘要：嵌入式以太网技术作为一种信息交流模式在变电站自动化系统（SAS）中的应用越来越广泛。

本文首先介绍了嵌入式以太网在SAS中关于的电流应用情况。

然后分析SAS中基于以太网的协议层以及TCP与UDP之间的差异，UDP/IP由于其实时性而被选择作为变电站层与隔离层之间设备的交流协议。

然后提出一种基于硬件协议栈的嵌入式以太网的新的实现。

这种设计方案很容易实现，设计成本显著降低，开发周期短。

关键词：嵌入式以太网变电站自动化系统硬件协议栈UDP W3100Α传统地说，变电站自动化系统可根据其功能的不同分为三个截然不同的逻辑层：变电站层、隔离层和网络层。

变电站层与隔离层通过通信总线连接，通常实施供应商特定的通信协议。

此外，引进基于微处理器的电子产品作为交换和保护设备使更换隔离层和网络层之间的各级总线成为可能。

1998年，世界通用的标准IEC61850被定义，同时达成协议以以太网作为变电站层总线的通信基础。

如今以太网越来越广泛应用于解决个人电脑与工业网络之间骨干应用程序高速交换信息的问题，此协议正是依据这样的事实而达成的。

如今，智能电子设备（IED）已经广泛应用于SAS的隔离层，嵌入式以太网技术也被引进智能电子设备中。

嵌入式以太网技术在SAS中的应用有两种模式：（1）每一个隔离层都有一个嵌入式以太网接口；（2）多个IED通过RS485/CAN总线连接，它们分别通过通讯管理单元连接到一个嵌入式以太网接口接入以太网。

由于大多设备都位于低电压SAS中的隔离层，通常安装在较低层中，所以很难引进实时操作系统以及与之相关的以太网通信协议。

本文提出了新的基于硬件协议栈的嵌入式以太网实现方式。

它需要的硬件资源较少且容易实现，能显著降低开发成本和缩短开发周期。

1 协议层基于嵌入式以太网的SAS中的协议层如表1所示，IEC60870-5-103和IEC60870-5-104协议在应用层使用。

基于嵌入式以太网的变电站自动化系统通信网络摘要：本文首先阐述了嵌入式以太网在变电站自动化系统中的应用模式，接着对嵌入式以太网传输模式的选择进行了探讨。

关键词：嵌入式技术; 以太网; 现场总线引言：变电站自动化技术在我国发展很快 ,现在新建的变电站绝大多数都采用了变电站自动化技术 ,很多老站也在改造。

与常规变电站系统相比 ,通信是变电站自动化系统的关键问题。

最初是用 RS 485总线将保护设备连在一起 ,主从方式通信 ,这种方式较简单 ,但技术上缺陷很多。

后来各种现场总线技术被引入国内 ,由于其简单易用、组网方便、抗干扰能力强 ,很快被用来构成变电站自动化系统的站内通信网。

但随着变电站自动化系统从以前的 35 kV, 110 kV等中、低压变电站系统向220 kV, 330 kV, 500 kV超高压大型变电站发展 ,现场总线的一些局限性也逐渐表现出来 ,不能满足超高压大型变电站自动化系统的要求。

1嵌入式以太网在变电站自动化系统中的应用模式嵌入式以太网作为变电站自动化系统的内部通信网络 ,有 2种应用模式: ①每个智能电子装置( IED)配置 1个嵌入式以太网接口 ,每个 IED作为一个以太网节点直接连到以太网上;②几个 IED通过 RS 485, MODBUS或现场总线等方式连在一起 ,然后用嵌入式以太网接口作为一个以太网节点连到以太网上。

从国外的应用情况来看 ,这 2种应用模式分别以 GE公司的 GESA系统和 GE — Harris公司的PowerComm系统为代表。

在选择嵌入式以太网应用模式时 ,本文主要考虑了如下因素: ①超高压变电站系统的二次系统一般都是基于间隔 ( bay)设计的;②超高压变电站自动化系统内部通信网的可靠性要求很高 ,要求可方便地构成双网结构;③成本问题;④产品向下兼容性问题。

以间隔为单元 ,将站内通信网设计为 2层 ,间隔以上用 10 Mbit /s嵌入式以太网构成站内通信的主干网络,该网络负责后台机、远动机等PC机和各间隔进行通信。

变电站自动化IED设备嵌入式通信模块的开发摘要：在变电站自动化系统中，IED（Intelligent Electronic Device）是采集底层和监控设备信息，并将信息与站控层计算机交互的嵌入式装置。

随着变电站自动化技术的发展，变电站对网络通信的要求越来越高，集成了嵌入式以太网的IED成为未来IED一种发展趋势。

与传统变电站网络通信系统相比，采用嵌入式以太网技术的变电站网络通信系统的网络带宽大大增加了，网络连接更加智能化，更容易与PC 机和广域网相连，实现变电站的远距离操控，具有很好的应用前景。

笔者针对以太网和现场总线相结合的以太网应用模式，提出了一种IED嵌入式通信模块的开发方法。

本文不仅给出了硬件结构图，还给出了部分程序。

关键词：变电站自动化IED ARM Linux Web服务器20世纪末兴起的IED在变电站自动化领域获得了广泛的应用。

IED在电力系统中的应用主要多用于底层来实现数据采集、监视控制与仪表计量、通信控制等功能，而上层应用由于对数据处理与存储能力、人机交互（HMI）、网络通信等方面要求甚高，一般都是由PC系统或局域网（LAN）的形式实现。

随着变电站IED、数字光电流互感器、数字光电压互感器、变压器及GIS等一次设备在线状态监测和变电站运行操作仿真等技术日趋成熟，以及计算机网络新技术在实时系统中的开发应用，使得变电站一次设备和二次设备走向集成化。

在基于IEC51850体系的变电站自动化系统中，过程层与间隔层、间隔层与变电站层之间的通信方式将全部采用标准以太网方式，采用TCP/IP协议。

本文接下来将对IED接入以太网的体系结构，IED的硬件、软件结构作详细的说明。

1 IED嵌入式以太网的体系结构变电站通信的局域网通常采用以太网，因为以太网是一种采用总线型拓扑结构的局部通信网，它的特点是：信道带宽高，误码率很低，具有高度的扩充灵活性和互联性，建设成本低，见效快。

IED接入变电站以太网的方式有很多种，有基于通信服务器的接入模式、基于嵌入式Web服务器的接入模式等等。

嵌入式技术在智能电网中的应用案例探索近年来，随着科技的不断进步和发展，嵌入式技术在各个领域得到了广泛应用。

智能电网作为现代电力系统的重要组成部分，也开始逐渐引入嵌入式技术，以提高电力系统的安全性、可靠性和智能化水平。

下面我们将通过一些实际的应用案例，来探索嵌入式技术在智能电网中的应用。

首先，智能电表是嵌入式技术在智能电网中的典型应用之一。

传统的电表只能记录电能的使用情况，而智能电表则能够通过嵌入式技术实现更多的功能。

智能电表内部包含了嵌入式芯片，通过与电网连接，能够实时地监测电能的使用情况，并将数据上传到远端服务器。

用户可以通过手机或者电脑等设备查看电能使用情况，从而实现合理用电，降低能源浪费。

同时，智能电表还可以通过与智能家居系统连接，实现自动化控制，比如在低电价时段自动开启洗衣机、电热水器等大功率设备，提高能源利用效率。

其次，嵌入式技术还可以应用于智能电网的电力监测和故障诊断系统中。

传统的电力监测系统往往需要大量的人力和物力投入，而且信息获取和处理的速度较慢。

而引入嵌入式技术后，可以实现对电力系统的实时监测和数据采集，大大提高了监测系统的效率和准确性。

通过嵌入式传感器和智能节点的布置，可以实时监测电流、电压、功率等电能参数，并通过网络将数据传输到监测中心。

当发生故障或异常情况时，嵌入式技术能够迅速对故障进行识别和定位，提前预警，保证电网的安全运行。

此外，智能充电桩也是嵌入式技术在智能电网中的重要应用之一。

随着电动车的普及，充电桩的需求量也在不断增加。

智能充电桩通过嵌入式技术，能够实现对电动车充电过程的全面监测和控制。

嵌入式传感器可以实时感知电动车的电量、温度等状态，根据不同的需求和时段，智能充电桩可以自动调节充电功率和充电时间，有效地避免用电高峰期对电网的冲击。

此外，智能充电桩还可以与用户的手机等设备连接，实现远程充电、支付、预约等功能，提升用户的充电体验。

最后，嵌入式技术在智能电网中还可以应用于分布式能源系统的管理。

基于嵌入式系统的继电保护装置的研究与应用1. 前言继电保护是电力系统中重要的保护手段之一，其作用是在保证电力系统正常运行的前提下，对系统出现故障时及时采取措施，防止故障扩大并保护设备不受损坏。

随着电力系统的发展和变化，对继电保护的需求越来越高，传统的继电保护方法已经不能满足实际需求。

嵌入式系统的出现为继电保护的研究提供了新的契机，为继电保护的快速、准确、可靠实现提供了新的技术思路和手段。

2. 嵌入式系统概述嵌入式系统是指以应用为中心，嵌入到产品或系统中的计算机系统。

它通常具有体积小、功耗低、性能高、可靠性强等特点，常用于嵌入到一些控制设备和网络设备中。

嵌入式系统的设计需根据应用场景和需求，选择合适的软硬件平台和开发工具，通过软硬件协同设计和优化，保证系统的功能实现、性能要求、成本和可靠性等方面的指标。

3. 嵌入式继电保护装置的设计嵌入式继电保护装置（以下简称继保装置）是基于嵌入式系统平台的电力系统保护装置，其主要目的是实现对电力系统的保护功能，同时满足各种要求和考虑。

继保装置包括硬件和软件两部分。

3.1 硬件设计继保装置的硬件设计需考虑各种应用场景和不同要求，主要包括以下几个方面。

3.1.1 CPU和存储器嵌入式系统需要稳定、高效的CPU和存储器进行支持，以保证足够的性能和运行稳定性。

常用的CPU有ARM、MIPS等，常用的存储器有闪存、SDRAM等。

3.1.2 输入输出接口继保装置需要与电力系统的各种设备进行联通，需要有丰富的输入输出接口进行支持。

常用的输入接口有模拟量和数字量接口，常用的输出接口包括继电器输出、通讯接口等。

3.1.3 电源和防雷保护继保装置需安全可靠的电源和防雷保护，以确保系统的稳定运行，避免损坏和误操作。

3.1.4 外壳设计继保装置的外壳设计需满足防尘、防水、防爆等要求，根据实际情况进行选择。

3.2 软件设计继保装置的软件设计主要包括程序设计和算法设计两部分。

3.2.1 程序设计继保装置的程序设计主要分为系统驱动程序、应用程序和用户界面三个层次。

嵌入式技术在智能电网中的应用案例探索智能电网是以嵌入式技术为核心的现代化电力系统，它通过集成传感器、通信设备和控制系统等信息化技术，实现了电能的高效管理、安全运行以及智能化控制。

本文将以嵌入式技术在智能电网中的应用案例为主线，探索其在智能电网建设中的具体应用。

首先，嵌入式技术在智能电网的电力设备监控中发挥着重要作用。

通过嵌入式系统的应用，电力设备可以实时监测到电网的运行状态，包括电压、电流、功率等参数的监测。

例如，在变电站中，利用嵌入式技术可以实现对高压开关设备的温度、湿度等参数的监测，及时发现异常情况并采取相应措施，提高电力设备的安全性和稳定性。

其次，嵌入式技术在智能电网的能源管理中具有重要意义。

通过嵌入式智能计量装置，可以实现对电网中各个节点的用电情况进行实时采集和汇总。

这样，电力公司可以准确了解用户的电能消耗情况，合理规划和调度电力资源，实现电力的有效供给和能源的合理利用。

此外，嵌入式系统还可以实现对电能质量的监测，包括电压波动、频率偏差等，及时发现并解决电能质量问题，确保电力系统的稳定运行。

另外，嵌入式技术在智能电网的智能控制中扮演着关键角色。

通过嵌入式感知设备和智能控制算法的应用，智能电网可以对电力设备进行远程控制和管理。

例如，在智能家居中，通过嵌入式技术可以实现对家庭电器的远程控制和调度，实现能源的高效利用。

同时，在智能电网中，嵌入式技术还可以实现对电网的动态监测和调度，根据电力负荷的变化，及时调整电力系统的运行状况，提高电力系统的稳定性和可靠性。

此外，嵌入式技术在智能电网的安全保护中也发挥着重要作用。

通过嵌入式系统的应用，可以实现对电网的安全监测和防护。

例如，嵌入式系统可以实现对电网的入侵检测和恶意代码的防止，保障电力系统的安全运行。

同时，嵌入式技术还可以实现对电网的数据传输加密和认证，保障电力信息的安全性和可信度，防范黑客攻击和数据泄露。

在实际的智能电网建设中，嵌入式技术也得到了广泛的应用。

嵌入式以太网的变电站间隔层保护系统功能性研究
引言
 IEC 61850标准为数字化变电站奠定了标准化基础，变电站自动化系统最主要的功能是实现装置的自我保护。

国内探索应用IEC 61850时却并没有首先从保护装置入手，主要是考虑到保护功能的复杂性、多样性以及配置的灵活性，使得对完全符合IEC 61850的保护功能的建模具有一定的难度。

 标准的互操作及功能自由分布特性要求变电站自动化系统中的不同智能电子设备(IED)间能更灵活地协同。

本文在深入研究IEC 61850标准对保护功能建模的基础上，针对国内保护装置发展和应用的现状，提出一种适合国内电网结构及运行方式的数字化变电站过渡方案，并给出了基于该方案的间隔层保护系统设计方法。

 1　数字化变电站过渡方案
 就目前而言，采用智能化的一次设备(如电子式互感器及智能化开关等)、网络化的二次设备，以及符合IEC 61850通信规范、自动化的运行管理系统，是数字化变电站主要技术特征。

图1为数字化变电站系统结构。

 图1　数字化变电站系统结构
 鉴于我国对IEC 61850标准的研究和实践还处于探索阶段，国内电子式互感器技术的成熟度尚待考核，变电站过程层和间隔层的IEC61850实现应分步骤渐进实施。

针对该情况，提出一种现阶段的数字化变电站系统过渡方案，如图2所示。

 图2　数字化变电站系统过渡方案。

浅谈以太网在变电站自动化系统中的设计摘要：通信技术是变电站自动化的关键。

目前我国变电站自动化采用的通信网络种类繁多, 应用的规约各异。

在研究嵌入式实时操作系统nucleus 的基础上, 构建了以mc68332 为cpu, cs8900 a 为以太网控制器的智能电气设备以太网接入模块, 分析了现有通信协议iec60870- 5- 103 的实现, 提出以此作为变电站间隔层通信接口的变电站自动化系统通信方案。

关键词：变电站自动化；嵌入式以太网；应用模式；传输模式；abstract: communication is the key technology of substation automation. based on the research of embedded real-time operating system nucleus, constructed by mc68332 cpu, cs8900 a as the intelligent electrical equipment ethernet access module of ethernet controller, analyzes the existing communication protocols of iec60870- 5- 103, proposed as a communication layer communication interface between transformer substation substation automation system.key words: substation automation; embedded ethernet application mode; transmission mode;中图分类号：tm411+.4变电站自动化技术在我国发展很快, 现在新建的变电站绝大多数都采用了变电站自动化技术, 很多老站也在改造。

嵌入式Web服务器的PC网关体系结构[6]作为现有变电站自动化系统网络化的手段或许可以接受，但从严格意义而言，这不是真正意义上的嵌入式Web服务器，且因此而添加购置的PC机网关提高了系统的整体造价成本。

由嵌入式系统自身实现Web服务器功能是真正意义上的嵌入式Web服务器，但若使系统中每一台嵌入式设备都具备Web服务器功能，一则Internet通信协议簇要求CPU的运算速度和存储器的存储容量较高，导致系统造价成本大幅度提高，再则每台嵌入式设备成为Web服务器接入Internnet 也无必要。

因此较为合理的体系结构方案是：系统中一台配置较高的嵌入式设备完成嵌入式Web服务器功能，其它配置较低的嵌入式设备完成数据采集和控制功能。

,或者反之将性，各种不同的标记如
基于以上思想，本系统中定义数据点标记用于在网页中嵌入动态实记后，从数据字典中查找该标记对应的
文件流中的标记，全部解读过程完成后，嵌入式
以上表明，通过自定义数据点标记实现变电站自动化系统Web页面中实时数据点的动态显示和控制，动态数据的网页嵌入设计与动态数据的Web服务器处理程序得以分离，处于一种弱耦合关联状态，这样，网页界面的调整不会Web服务器的程序设计，Web服务器程序的修改也与网页界面设计无关，整个嵌入式Web服务器设计具有了灵活性和可扩展性。

页面中的一个，势必导致系统中所有
其中，为带参数的自定义标记，用于循环控制，
，该标记将被解读为二维数组变量标记。

解读提交信息后置值，然后下载至客户端开始运行，首先从中读取相应信息完成初始。

嵌入式技术在电力系统中的应用电力系统是当今世界不可或缺的基础设施之一，其运行的可靠性和效率对日常生活、工业生产和国家经济都有着重要的影响。

而嵌入式技术的发展及应用，为电力系统的监测、控制以及智能化提供了新的解决方案。

这篇文章将探讨嵌入式技术在电力系统中的应用。

一、嵌入式技术在电力系统监测中的应用电力系统监测是保障系统运行稳定性和安全性的重要环节。

现代电力系统中有大量的电气参数需要监测，如电压、电流、功率、频率等。

传统的监测方法主要是通过手动测量和记录数据的方式，但这种方法成本高、效率低、准确性差。

嵌入式技术的应用在一定程度上解决了这些问题。

嵌入式设备可以实现各种电气参数的在线监测，并将所得数据实时发送到后台处理系统。

通过嵌入式设备的组网和互联，可以构建起完整的远程监测系统，实现对电力系统各个环节的全面监测。

此外，嵌入式技术还可以实现对电力系统中异常事件的实时检测和警报，对于运行安全和故障排除都有着极大的帮助。

二、嵌入式技术在电力系统控制中的应用电力系统控制是电网能够安全、稳定运行的关键环节。

现代控制系统需要对电力负荷和供电网络状况进行实时、精确的监测和分析，并根据分析结果进行快速、准确的响应。

嵌入式技术的应用使得电力系统控制实现了数字化、自动化和智能化。

例如，在电力系统中，“电网稳态与动态优化控制器”（SDO）是一种利用嵌入式技术构建的控制器。

SDO可以实现对电力系统运行状态的预测和检测，及时响应电力网络中的电力失衡和其他异常事件，保证电力系统的稳定运行。

同时，SDO还具有能量管理的功能，可以在满足供电要求和经济效益的前提下，对电力系统进行最优的电力调度和管理。

三、嵌入式技术在电力系统智能化中的应用电力系统的智能化是未来发展方向之一。

智能化电力系统能够自动化高效地管理电力生产、输送和供应过程，提高系统的运行效率和质量。

嵌入式技术在电力系统的智能化实现中发挥着重要的作用。

智能电表是一个很好的例子。

配电自动化中嵌入式技术的应用摘要:嵌入式系统能使配电自动化系统中装置的硬件电路和应用程序应用结构简化,产品性能不断提高,装置信息处理速度加快,功能扩展能力加强。

本文结合工程实例着重分析了嵌入式技术在高低压配电自动化系统中的应用。

关键词:配电自动化嵌入式系统测控仪表微机保护一、配电自动化系统概况配电自动化是近年来电力应用技术为应对电力能源紧张局面等采取的新型技术，有利于不断提高供电能力、开拓电力市场。

实施配电自动化，能正确判断故障位置，自动隔离故障，自动恢复供电，将故障损失减少到最小程度，大大提高了电网安全性和可靠性，提高了事故处理的效率，从而提升供电能力.随着自动化技术的不断发展，工矿企业用电负荷的不断增加，企业的设备生产效率也不断的提高，对电力的需求也更加严格。

电力系统的供电质量是否稳定将直接影响到企业的生产效率和产品质量。

目前，各单位的配电系统大多数是上世纪80年代初建成，大部分设备己经到了更新换代时期，维护检修工作量增大，事故分析难度增加，为快速排查恢复系统供电带来了困难。

高压配电的继电保护装置己经从传统的继电器保护单元发展到了目前各种功能齐全可靠的微机保护单元，低压配电也由传统的指针式仪表加电度表的模式发展到一体式测控仪表控制模式;但是，高低压配电系统的网络监控平台还停留在10年前的单机或者前置机的运行模式，导致配电系统运行速度不断下降，系统稳定性有待提高。

自上世纪90年代以来,以计算机技术、通信技术和软件技术为核心的信息技术取得了迅猛的发展,嵌入式计算机系统在各种装备与设备上得到了广泛采用。

并随着嵌入式技术在高低压配电自动化系统中的不断运用，嵌入式技术己成为保证生产、降低故障率、快速恢复供电、提高配电管理水平的重要措施之一。

二、嵌入式系统的特点嵌入式系统是指操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。

简单的说就是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似与BIOS的工作方式。

具有软件代码小，高度自动化，响应速度快等特点。

嵌入式技术及其在电力系统中的应用
嵌入式技术是一门涉及多学科的跨学科技术，也被称为嵌入式系统/软件。

它的核心是可编程的微控制器或微处理器技术，可以直接驱动和控制实际系统运行，将软件和硬件写在一起，可以提高系统的可靠性和安全性。

由于嵌入式技术可以直接驱动实际系统，它被广泛应用于电力系统中。

最常见的应用是调控电力网中电力发电技术、发电政策和监控技术。

例如，可以通过嵌入式技术来建立电力网中的调度管理系统，实时监控电力网的供电状况，并根据实时的电力指标，辅助制定实时发电调度政策，进行负荷平衡控制和负荷抑制，从而达到提高电力系统可靠性、优化运行成本等目标。

此外，可以通过嵌入式技术，构建电力网控制器，控制电力系统中的发电、调度、功率传输等操作，并自动处理各种紊乱状况。

除此之外，嵌入式技术也可以用于智能电网，智能转联技术和点对点远程通信技术等。