淺談電力系統(tǒng)自動化技術(shù)應(yīng)用

一、引言

隨著社會生產(chǎn)力加大以及城市建設(shè)，為滿足用電需求，城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)大規(guī)模改造升級，因此變電站對自動化程度的要求越來越高，要求能夠綜合監(jiān)控整個電網(wǎng)的運行狀況，監(jiān)控一次設(shè)備的狀態(tài)，實現(xiàn)“四遙”以及歷史記錄、報表、事故分析等等。然而電力系統(tǒng)要想實現(xiàn)調(diào)度真正自動化，就必須結(jié)合計算機技術(shù)和通信技術(shù)，通過遠動控制技術(shù)來實現(xiàn)。因此，遠動控制技術(shù)在加快電力系統(tǒng)自動化的進程中起著至關(guān)重要的作用。

二、遠動控制原理及其技術(shù)應(yīng)用

遙測(YC)、遙信(YX)、遙控(YK)和遙調(diào)(YT)四方面的功能，簡稱“四遙”，是組成電力系統(tǒng)遠動控制技術(shù)實現(xiàn)的功能，它們和調(diào)度中心的關(guān)系如圖1所示。而為了保證電力系統(tǒng)遠動各種功能的可靠實現(xiàn)，主要通過數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信道編碼技術(shù)和通信傳輸技術(shù)三部分來實現(xiàn)其具體的遠動控制，其原理框圖如圖2所示。

圖1 電力系統(tǒng)遠動功能

圖2 遠動系統(tǒng)原理框圖

1.遠動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)原理

遠動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括變送器技術(shù)和A/D技術(shù)等。

遠動系統(tǒng)處理的信號大部分是0-5V的TTL電平信號，而電力系統(tǒng)實際運行參數(shù)都是大功率的參數(shù)，為了能在遠動裝置RTU中處理這些信號，通過變送器對大功率參數(shù)進行處理，將電力系統(tǒng)的電壓電流和有功無功線性地轉(zhuǎn)化為TTL電平信號。

A/D技術(shù)主要負責將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，完成遙信信息的編碼和遙測信息的采集任務(wù)。

遙信信息是指電力系統(tǒng)的各種開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)以及繼電保護，自動裝置的運行狀態(tài)等，是電力系統(tǒng)中各節(jié)點(母線)的電壓，支路(線路變壓器)的潮流(有功，無功)或電流等模擬量。在電力調(diào)度自動系統(tǒng)中，遙信信息的傳送必須經(jīng)過兩個過程：第一是采集遙信對象的狀態(tài)，目前大部分采用光電隔離的方式，第二是將采集到的描述遙信對象狀態(tài)的二進制位編進具體的遙信碼中去，通過數(shù)字多路開關(guān)分別將各路的遙信狀態(tài)輸出到接口電路，如8255A等，再通過接口電路送入CPU進行處理，完成遙信信息的編碼。

遙測編碼的過程如圖3所示，為了采集到遙測信息，在電網(wǎng)調(diào)度自動化的遙測采集中，目前國內(nèi)外普遍采用交流采樣技術(shù)，其主要原理如圖4所示，電壓電流信號取自于CT和PT，以及電線桿上的傳感器，經(jīng)過濾波放大環(huán)節(jié)去掉19次以上高次諧波，送入取樣保持環(huán)節(jié)，進行同步采集，得到和信號源同步的信號，A/D轉(zhuǎn)換對其進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，得到的數(shù)字信號可以送入單片機或STD工控機等高級環(huán)節(jié)，完成數(shù)據(jù)的采集。

圖3 遙測編碼過程

2.遠動系統(tǒng)的信道編譯碼技術(shù)原理

遠動系統(tǒng)的信道編譯碼技術(shù)包括信道的編碼和譯碼、信息傳輸協(xié)議(規(guī)約)等。遠動裝置采集的信息必須通過通信信道傳輸?shù)秸{(diào)度控制中心才能使用，因此，通信信道是遠動系統(tǒng)中的重要組成部分。

為了使傳送的信息有較好的抗干擾能力，必須對信息進行信道編譯碼，具體的數(shù)字傳輸系統(tǒng)模型如圖5所示。在數(shù)字傳輸中，干擾是不可避免的，通過信道編譯碼，盡可能地克服信道干擾。在通信系統(tǒng)中，信道編譯碼方法很多，為了能夠正確地進行數(shù)據(jù)傳送，常采用線性分組碼進行編譯碼，而線性分組碼中又廣泛采用循環(huán)碼。

(1)線性分組碼的定義

信道編碼傳輸過程中，按照監(jiān)督碼元的構(gòu)造方法，形成不同的特征碼。設(shè)碼字有K位消息碼元和R位監(jiān)督碼元，則碼長n=k+r，碼字數(shù)目為2k。如R個監(jiān)督元中只與本碼字的K位消息元相關(guān)，則這2k個碼字的集合稱為分組碼。

若一個分組碼的2k個碼字恰好是矢量空間V的一個K維子空間，稱分組碼為線性分組碼。設(shè)消息序列m=(m1、m2、……mk)，V1、V2、……Vk是K個線性無關(guān)的n重，則線性組合，U=m1V1+m2V2+……mkVk。用碼長和消息碼元兩個參數(shù)描述這種碼時，又稱(n，k)線性分組碼。

(2)循環(huán)碼的編譯碼原理

循環(huán)碼是最常用的一種線性分組碼，具有以下性質(zhì)：各碼字中的碼元循環(huán)左移位(或右移位)所形成的碼字仍然是碼組中的一個碼字(除全零碼外)。在一個(n，k)循環(huán)碼中，有且只有一個n-k次碼多項式g(x)，對于(n，k)循環(huán)碼中每一個碼多項式c(x)都是g(x)的倍式，即c(x)=m(x)g(x)。編碼時，首先把m(x)乘以xn-k，得到xn-km(x)，然后以g(x)去除xn-km(x)，得到商q(x)，余式r(x)，最后用r(x)模2加xn-km(x)，得到系統(tǒng)循環(huán)碼碼字c(x)=xn-km(x)+r(x)。

采用系統(tǒng)循環(huán)碼進行編碼時，接受端判斷發(fā)送碼字在噪音信道上是否受到干擾就能夠提供較好的校驗準則：用生成多項式去除接收碼字，檢查余式是否為零(也就是檢查接受碼字是否是生成多項式的倍式)，若余式為零，認為接收碼字是發(fā)送碼字，余式不為零，認為接收碼字不是發(fā)送碼字，從而完成數(shù)據(jù)的信道編譯碼工作。

(3)遠動系統(tǒng)中的循環(huán)式數(shù)據(jù)傳送規(guī)約

圖4 交流采樣技術(shù)的主要原理

圖5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型

在電力系統(tǒng)遠動控制中，為了實現(xiàn)變電站、電廠和調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信，在信道編譯碼前，必須建立一種預先約定的通信方式和數(shù)據(jù)格式，這就是通信規(guī)約或協(xié)議。目前電力系統(tǒng)中主要采用循環(huán)式數(shù)據(jù)傳送(CDT)規(guī)約進行數(shù)據(jù)傳送。在數(shù)據(jù)傳送過程中，一般是以幀結(jié)構(gòu)進行傳送的，在遠動系統(tǒng)中，重要遙測安排在A幀，次要遙測安排在B幀，一般遙測安排在C幀傳送，遙信狀態(tài)信息、電能脈沖計數(shù)值分別安排在D1和D2幀，而事件順序記錄安排在E幀進行傳送。對于幀結(jié)構(gòu)，一般以同步字開頭，并有控制字和信息字，其長度可變，結(jié)構(gòu)如下。

通過幀格式的包裝之后，數(shù)據(jù)就可以按照規(guī)約進行傳送，完成信道的全部編譯碼工作。

3.遠動系統(tǒng)的通信傳輸技術(shù)

遠動系統(tǒng)的通信傳輸技術(shù)包括調(diào)制技術(shù)和解調(diào)技術(shù)。電力系統(tǒng)利用自身電力通信的網(wǎng)絡(luò)資源，可通過衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構(gòu)建一個電力通信專網(wǎng)，目前的電力系統(tǒng)中，主要是利用電力線的載波進行通信傳輸。信號發(fā)射端上，數(shù)據(jù)通過信道編碼后形成基帶信號，利用電力線上的高頻諧波信號作為載波信號，通過各種調(diào)制技術(shù)把基帶信號變換為模擬信號，以電流、電壓的形式隨電力線進行通信傳輸；在接收端上，應(yīng)用解調(diào)技術(shù)相應(yīng)地把模擬信號還原成數(shù)字信號。電力系統(tǒng)正是通過調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制--解調(diào)技術(shù)，實現(xiàn)遠動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

總之，電力系統(tǒng)結(jié)合計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，利用電力系統(tǒng)自身設(shè)備，通過遠動控制技術(shù)實現(xiàn)調(diào)度自動化，完善了電力系統(tǒng)無人值班站的建設(shè)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)調(diào)度自動化。

三、結(jié)語

目前，智能型變電站綜合自動化系統(tǒng)已被普及采用，要實現(xiàn)變電站全方位綜合自動化的功能，還有許多技術(shù)問題需要攻關(guān)解決，隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高速發(fā)展，遠動控制技術(shù)也在不斷的變革和改進，在加快電力系統(tǒng)綜合自動化的發(fā)展進程中將會發(fā)揮更加重要的作用。

[1]四川省電力工業(yè)局,四川省電力教育協(xié)會.變電所自動化技術(shù)和無人值班[M].北京:中國電力出版社,1998:11-19.

[2]周步祥.電力系統(tǒng)遠動原理及技術(shù)[J].四川大學電氣信息學院.

[3]倪維楨,高鴻翔.數(shù)據(jù)通信原理[M].北京郵電大學出版社.