淺析變電站監(jiān)控系統(tǒng)遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集和通信原理

【摘要】電力是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生活不可或缺的重要部分，而變電站是電力系統(tǒng)中輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，變電站監(jiān)控系統(tǒng)更是電力系統(tǒng)中的核心，而遙測(cè)數(shù)據(jù)采集和通信網(wǎng)絡(luò)更是變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的重要部分，通過闡述變電站系統(tǒng)中遙測(cè)信息內(nèi)涵，介紹變電站監(jiān)控系統(tǒng)中遙測(cè)數(shù)據(jù)采集的基本裝置模式以及通信裝置、運(yùn)動(dòng)裝置和以及遙測(cè)數(shù)據(jù)故障處理方法，從而使得遙測(cè)數(shù)據(jù)采集和處理更加數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化、高效化和可靠性，進(jìn)而促進(jìn)變電站電力系統(tǒng)的完善，推動(dòng)整個(gè)國家電力系統(tǒng)的進(jìn)步和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】變電站監(jiān)控系統(tǒng)；遙測(cè)數(shù)據(jù)；通信

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，變電站監(jiān)控系統(tǒng)中遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集和處理系統(tǒng)不斷更新和完善，從而使得使得變電站的遙測(cè)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)更加高效、安全穩(wěn)定和可靠。而IEC61850標(biāo)準(zhǔn)等在變電站監(jiān)控系統(tǒng)遙測(cè)數(shù)據(jù)采集處理和通信模式中發(fā)揮了很大的作用，使得數(shù)據(jù)更加快捷的接入和處理，也使得通信原理更加可靠性和高效性，進(jìn)而促進(jìn)變電站監(jiān)控系統(tǒng)不斷完善和進(jìn)步。

1.變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的遙測(cè)數(shù)據(jù)信息

變電站（英文稱Substation），是電力系統(tǒng)中輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)。目前的變電站監(jiān)控體統(tǒng)是一種智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)。變電站系統(tǒng)中的遙測(cè)數(shù)據(jù)信息是指利用遠(yuǎn)動(dòng)的遙測(cè)功能采集的數(shù)據(jù)信息，遙測(cè)數(shù)據(jù)信息的傳輸主要是通過多種渠道與裝置將遙測(cè)數(shù)據(jù)的各種參數(shù)傳送到變電站的，遙測(cè)數(shù)據(jù)信息主要分為電量與非電量?jī)煞N形式，其中電量主要包括母線電壓、系統(tǒng)頻率、電流流動(dòng)電力設(shè)備（即發(fā)電機(jī)與變壓器）以及輸電線的有功功率、無功功率和電流，而非電量主要包括發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)溫度和水電廠水庫的水位等。這些信息中電量的電流、電壓與功率是隨著時(shí)間變化的，而電量中的電流、電壓以及功率變量主要通過互感器與變送器將要遙測(cè)的交流強(qiáng)電信號(hào)變成0-5V或0-10mV的直流信號(hào)，之后再送入變電站的監(jiān)控系統(tǒng)，或者也可以將要遙測(cè)的交流強(qiáng)電信號(hào)變成幅度較小的直流信號(hào)進(jìn)而送入監(jiān)控系統(tǒng)，之后再由監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行交流信號(hào)采樣。遙測(cè)數(shù)據(jù)信息的傳輸主要是從變電站向電力調(diào)度中心傳送的過程，或者從下級(jí)電力調(diào)度中心向上級(jí)電力調(diào)度中心傳送的過程。因此在變電站系統(tǒng)中的遙測(cè)數(shù)據(jù)信息的采集與處理是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.變電站遙測(cè)數(shù)據(jù)采集

2.1 遙測(cè)數(shù)據(jù)信息的采集系統(tǒng)

變電站為了使得遙測(cè)數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)更加靈活、可靠與安全，因此變電站的遙測(cè)數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)是采用模板化的結(jié)構(gòu)，其中各個(gè)模板都發(fā)揮了一定的數(shù)據(jù)采集與處理能力。遙測(cè)數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)的模板主要是MAIN主模板，該模板的主要功能有數(shù)據(jù)處理、流程控制、遠(yuǎn)程通信等，另外遙測(cè)數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)還包括一些輔助性模板，即I/U模板、PSYN模板、RF調(diào)制解調(diào)模板以及信號(hào)輸入防雷模板等。變電站的遙測(cè)數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)具有故障自檢能力，及對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)不正確情況引發(fā)的變電站故障可以自己檢測(cè)故障點(diǎn)，進(jìn)而發(fā)揮自檢功能對(duì)變電站進(jìn)行快速檢修，確保變電站的正常運(yùn)行。在遙測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中大力應(yīng)用了單片機(jī)的原理，通過在MAIN主模板上應(yīng)用具有ISP和IAP能力的容量較大的FLASHRON單片機(jī)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙測(cè)數(shù)據(jù)信息，無需技術(shù)人員站到遙測(cè)地點(diǎn)進(jìn)行遙測(cè)，因此這種單片機(jī)原理的應(yīng)用可以在交通惡劣的地方發(fā)揮了更大的作用，進(jìn)而極大減輕維護(hù)工作量，提高維護(hù)效率。

2.2 變電站遙測(cè)數(shù)據(jù)信息采集的流程

遙測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的CPU采用的是單片機(jī)8031，單片機(jī)8031內(nèi)部的寄存器件30H中存放有遙測(cè)量選通通道（00H-1FH），并且在遙測(cè)數(shù)據(jù)采集流程中初始化為00H，同時(shí)啟動(dòng)一次A/D轉(zhuǎn)換，以此觸發(fā)中斷，之后將A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存入到單片機(jī)6264中，其要測(cè)量選通通道為2000H-203FH，此時(shí)注意低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。變電站遙測(cè)數(shù)據(jù)信息采集的流程，如圖1所示。

3.遙測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本裝置模式

遙測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本裝置的工作流程是將變電站的遙測(cè)數(shù)據(jù)傳送到電力調(diào)度中心，首先，可以通過電流變送器、電壓變送器和功率變送器將遙測(cè)數(shù)據(jù)中交流信號(hào)和電量參數(shù)傳送到變電站，再由變電站的變送器和傳感器將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流模擬信號(hào)，這些直流模擬信號(hào)受到模擬多路開關(guān)的控制分時(shí)接入模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路，然后使用線性系統(tǒng)循環(huán)碼進(jìn)行編碼和計(jì)算，從而獲取實(shí)際的電流數(shù)字量，然后進(jìn)行同步的信道調(diào)制、信道譯碼，將遙測(cè)電能量通過在遙測(cè)CRT顯示器上顯示出來，通過主計(jì)算機(jī)和模擬屏的校隊(duì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不對(duì)時(shí)，應(yīng)該返送校對(duì)和核查，糾正錯(cuò)誤。變電站遙測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本裝置模式工作流程，如圖2所示。

4.變電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信原理

4.1 基于數(shù)字化IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的遙測(cè)數(shù)據(jù)采集和處理

（1）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是目前關(guān)于變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的最先進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)，我國許多電力企業(yè)都將全面使用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，可以有效降低變電站遙測(cè)數(shù)據(jù)采集成成本和維護(hù)費(fèi)用，進(jìn)而充分利用系統(tǒng)資源，提高變電站遙測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性，促進(jìn)電力企業(yè)陸續(xù)推出很多符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品.

（2）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括含義完整的信息模式、通信模式等建模步驟，它是為了實(shí)現(xiàn)將功能先分解然后再組合的過程。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為了實(shí)現(xiàn)不同廠家的IED之間的互操作性，通過標(biāo)準(zhǔn)的信息分層、面向?qū)ο蟮淖晕颐枋?、?shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一建立模式以及通信服務(wù)映射等技術(shù)建立數(shù)據(jù)采集處理的無縫通信系統(tǒng)，而這種無縫通信系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于變電站遙控?cái)?shù)據(jù)的采集和處理過程，不僅加快了遙測(cè)數(shù)據(jù)采集和處理速度和效率，而且提高了變電站數(shù)據(jù)庫的完整性、可靠性、互操作性、穩(wěn)定性和信息可擴(kuò)充性。

（3）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的面向?qū)ο蟮淖晕颐枋鎏卣魇侵咐妹嫦驅(qū)ο蟮?、面向?yīng)用開發(fā)的自我描述方式來采集處理數(shù)據(jù)肯信息，具體地說是指在數(shù)據(jù)源就對(duì)監(jiān)控對(duì)象本身進(jìn)行自我描述，使得接收方收到的數(shù)據(jù)都帶有自我說明，不需要再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)及標(biāo)度轉(zhuǎn)換等工作，使得不同設(shè)備之間、不同廠址之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接入胡互操作性，從而簡(jiǎn)化了對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集處理和維護(hù)過程，提高變電站遙測(cè)數(shù)據(jù)采集的速度。圖3所示就是以stVal為例子的數(shù)據(jù)自我描述示例。

5.基于變電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置的遙測(cè)數(shù)據(jù)采集與處理

為了完成變電站與調(diào)度中心之間的遠(yuǎn)距離信息的自動(dòng)輸送，必須利用遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，采用遠(yuǎn)動(dòng)裝置。變電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置既包括一種很簡(jiǎn)單的單一對(duì)象控制的簡(jiǎn)單遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，又包括一種很大的綜合系統(tǒng)，但無論是哪種類型的遠(yuǎn)動(dòng)裝置，其遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)總的功能就是遠(yuǎn)距離進(jìn)行人或計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間交互信息?；谧冸娬具h(yuǎn)動(dòng)裝置的遙測(cè)數(shù)據(jù)輸入方式主要包括兩種，即查詢方式和中斷方式，其中查詢方式主要是利用CPU（中央處理器），按照時(shí)間周期，對(duì)保存信號(hào)的輸入/輸出接口進(jìn)行掃描，然后將掃描到的數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，便于后續(xù)進(jìn)行優(yōu)化電路工作。在實(shí)際應(yīng)用過程中，這種查詢方式的應(yīng)用范圍比較普遍，這是由于查詢方式的編程比較簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)便。而中斷方式是指一旦開關(guān)量輸入發(fā)生變化，則接口電路就會(huì)通過中斷線向處理機(jī)處于中斷允許狀態(tài)，當(dāng)它完成當(dāng)前的命令后可進(jìn)入中斷處理程序。中斷處理程序的時(shí)間通常不長，只是進(jìn)行一些緊急情況處理工作，如利用在遠(yuǎn)方終端中的隨機(jī)存儲(chǔ)器作內(nèi)存，可將采集到的開關(guān)狀態(tài)存等遙測(cè)數(shù)據(jù)放在內(nèi)存單元中。當(dāng)下次再對(duì)開關(guān)狀態(tài)遙測(cè)采集時(shí)，可通過新采到的狀態(tài)與原來的狀態(tài)進(jìn)行比較，來判斷開關(guān)狀態(tài)是否變位，若發(fā)生變位時(shí)，可將事件順序記錄下來，然后再返回到原來的斷點(diǎn)繼續(xù)掃描過程。

6.測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的變電站故障處理

變電站監(jiān)控系統(tǒng)中遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集還應(yīng)用了電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)，由于這種電網(wǎng)自動(dòng)電壓系統(tǒng)在各等級(jí)電壓的電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)都安裝了檢測(cè)裝置，該控制系統(tǒng)的主要檢測(cè)裝置包括變壓器、電容器與線路，其中變壓力的功能是通過測(cè)量變壓器的有功功率、無功功率和母線電壓以及接頭檔位和各側(cè)電流值，以此確定變壓器的運(yùn)行狀況、各側(cè)開關(guān)狀態(tài)和各測(cè)母線電壓情況等，電容器的功能是采集電容器開關(guān)上的有功功率、無功功率與電流值等，而線路的功能是采集流經(jīng)線路的電流值以及該線路上的有功功率和無功功率等。，另外這種電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的工作原理主要是通過采集各電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的遙測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，以此檢測(cè)變電站是否存在故障，以及準(zhǔn)確的確定變電站發(fā)生故障的故障點(diǎn)，進(jìn)而便于快速檢修故障，確保變電站快速進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)中，最終做好遙測(cè)數(shù)據(jù)的采集和處理工作。

7.結(jié)論

變電站遙測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中的重要部分，因而不斷改善變電站的監(jiān)控系統(tǒng)是很重要的工作內(nèi)內(nèi)容，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入發(fā)展，全面的應(yīng)用電子技術(shù)和電子自動(dòng)化技術(shù)，使得變電站監(jiān)控系統(tǒng)在采集和處理遙測(cè)數(shù)據(jù)更加快捷和便捷，同時(shí)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信原理更加完善和實(shí)用化，進(jìn)而推動(dòng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效性、實(shí)用性、穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)了不同廠址之間、使用商之間的互操作性，從而開發(fā)出更好的產(chǎn)品。進(jìn)而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類生活水平的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]趙哲，李爭(zhēng)，楊雪，孟華，黃公發(fā)，鄭毅琳，任友剛.基于遙測(cè)數(shù)據(jù)的變電站故障分析[M].河北工業(yè)科技.2013.30（3）：193-194.

[2]胡興玉.湘江流域水清遙測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信原理[J].X現(xiàn)場(chǎng)總線與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2007.10（2）61-64.

[3]曹志輝.一種基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)方案[J].電力電氣.2013.32（1）：30-32.

[4]李克金.高可靠性遙測(cè)數(shù)據(jù)采集與控制單元研究[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，4（6）：1-50.

[5]許嬌，周強(qiáng).基于FPGA的遙測(cè)數(shù)據(jù)采集單元的設(shè)計(jì)與研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào).2009，30（10）：270-273.

[6]李蕓蕓.變電站監(jiān)控系統(tǒng)中基于IEC61850的數(shù)據(jù)接入研究與實(shí)現(xiàn)[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011.3（11）：1-75.

[7]吳改燕.電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與功能實(shí)現(xiàn)的分析與設(shè)計(jì)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào).2012.1（4）：1-60.