電力自動(dòng)化系統(tǒng)中遠(yuǎn)動(dòng)控制原理及技術(shù)應(yīng)用

劉 徽，王 赟

（中船重工（武漢）凌久電氣有限公司，湖北 武漢 430205）

0 引言

通信技術(shù)與遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)是保證電力自動(dòng)化系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的核心技術(shù)類(lèi)型，其中遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)在其中不僅起到了準(zhǔn)確判斷故障的作用，更能通過(guò)耗能量數(shù)據(jù)以及電流電壓負(fù)荷變化等分析系統(tǒng)應(yīng)用情況，其技術(shù)的應(yīng)用效果無(wú)論是在加速電力系統(tǒng)自動(dòng)化進(jìn)程方面還是提高電力企業(yè)運(yùn)行效率上均起到了極其重要的作用。

1 遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)簡(jiǎn)述

想要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)控制的相關(guān)功能，關(guān)鍵在于合理應(yīng)用其中調(diào)度、控制以及執(zhí)行終端等主要結(jié)構(gòu)，并需要結(jié)合電力自動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境條件制定應(yīng)用方案，才能保證系統(tǒng)運(yùn)用的平穩(wěn)性與有效性。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)首先收集與調(diào)度需求相符的數(shù)據(jù)與信息，包括系統(tǒng)階段性運(yùn)行狀況等，在對(duì)這些信息進(jìn)行深入分析后才能將對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的反饋命令對(duì)接到執(zhí)行終端接口，確定設(shè)備的調(diào)節(jié)命令與具體的參數(shù)調(diào)整任務(wù)[1]。從這一點(diǎn)也能夠看出，想要將信息快速傳遞到執(zhí)行終端、調(diào)度需求方以及最終變電站各設(shè)備調(diào)整接口，都需要有遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)參與才能實(shí)現(xiàn)信息傳遞與設(shè)備控制功能。遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)對(duì)應(yīng)設(shè)備控制模塊主要包括監(jiān)視模塊與集中控制模塊，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的同時(shí)保證了故障解決的及時(shí)性，工作人員也能對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，繼而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，大大降低了系統(tǒng)運(yùn)行的人力資源需求。

遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)基本功能主要包括遙控、遙信、遙調(diào)與遙測(cè)，各項(xiàng)功能既能單一實(shí)現(xiàn)，也能結(jié)合使用保證系統(tǒng)整合應(yīng)用效果。遠(yuǎn)程測(cè)量是在對(duì)應(yīng)通信技術(shù)的輔助下實(shí)現(xiàn)被測(cè)變量測(cè)量值的遠(yuǎn)程傳送，即使操作人員遠(yuǎn)在千里也能實(shí)時(shí)測(cè)量該區(qū)域被測(cè)變量[2]；遠(yuǎn)程信號(hào)是遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)下，輔助應(yīng)用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的設(shè)備狀態(tài)信息監(jiān)視功能；遙控是指能夠遠(yuǎn)程自由改變預(yù)設(shè)設(shè)備命令，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的功能遠(yuǎn)程試驗(yàn)，保證了設(shè)備的正常工作狀態(tài)。

2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化中遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)原理

遠(yuǎn)動(dòng)控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)功能需要3 個(gè)信息命令，包括信息數(shù)據(jù)產(chǎn)生、傳送以及設(shè)備接收，是由發(fā)送端設(shè)備根據(jù)用戶(hù)指令產(chǎn)生命令信號(hào)，在合適遠(yuǎn)動(dòng)控制通信途徑的基礎(chǔ)上將信息命令送達(dá)至接收端，接收終端設(shè)備接收到信息后執(zhí)行此命令，從而達(dá)成用戶(hù)指令需求。信道是遠(yuǎn)動(dòng)控制與自動(dòng)化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)差別，想要實(shí)現(xiàn)信息傳輸關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)換設(shè)備，需要將傳輸命令經(jīng)由設(shè)備轉(zhuǎn)換為終端可接收的信息類(lèi)型。但由于遠(yuǎn)控控制設(shè)備型號(hào)與結(jié)構(gòu)的特殊性，在實(shí)際的信息傳輸過(guò)程中極易受到外界因素干擾繼而影響控制效果，因此根據(jù)使用需求與環(huán)境條件完善遠(yuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)極其重要。

3 遠(yuǎn)動(dòng)裝置的組成與交流采樣算法

3.1 遠(yuǎn)動(dòng)裝置組成

傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)終端想要實(shí)現(xiàn)信息采集與處理功能通常選擇單CPU 結(jié)構(gòu)，能夠在CPU 的統(tǒng)一管理下以各個(gè)接口采集的信息為基礎(chǔ)，在調(diào)制解調(diào)器的幫助下實(shí)現(xiàn)與變電站的聯(lián)絡(luò)與命令接收，并通過(guò)連接后續(xù)命令輸出接口執(zhí)行操作。但當(dāng)數(shù)據(jù)處理量要求較多時(shí)，僅僅依靠單CPU 結(jié)構(gòu)將無(wú)法滿(mǎn)足工作要求，此時(shí)可以考慮多CPU 結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。多CPU 結(jié)構(gòu)下按照功能的不同劃分不同模塊，包括模擬量輸入、狀態(tài)量輸入等，并由最終的主控制模塊對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析，從而大大減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)，這種結(jié)構(gòu)在如今的現(xiàn)代化電力系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)節(jié)中較為常見(jiàn)。

3.2 交流采樣算法

想要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)控制的工作需求，就必需要在滿(mǎn)足各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息采集的同時(shí)，保證遙信量變位、事故追溯以及SOE 記錄的有效性與準(zhǔn)確性，這些功能的實(shí)現(xiàn)相較于普通工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)要復(fù)雜得多，相應(yīng)的系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)篩查也頗為嚴(yán)格。在傳統(tǒng)電量測(cè)量采集過(guò)程中，電流變送器、三相功率變送器以及無(wú)功功率變送器是完成測(cè)量的變換主體，均是在獲取信號(hào)后經(jīng)過(guò)變換輸出模擬信號(hào)，再經(jīng)由A/D 轉(zhuǎn)換輸入至計(jì)算機(jī)得出可用數(shù)據(jù)。但同樣的，這種方式由于受變送器條件限制，僅僅只能測(cè)量最多2 個(gè)電氣量，想要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)控制就必須要增添更多的變送器，增加了變電站的建設(shè)成本；再加上由于各種數(shù)據(jù)均要通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換后才能輸入到計(jì)算機(jī)，當(dāng)需要處理的數(shù)據(jù)過(guò)多二次回路的負(fù)載將會(huì)在瞬間增大，從而影響數(shù)據(jù)處理速度與精度。

4 電力系統(tǒng)自動(dòng)化中遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用

4.1 數(shù)據(jù)采集

電力企業(yè)應(yīng)用遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，其信息類(lèi)型不應(yīng)該僅僅包括變電運(yùn)行狀態(tài)信息，同時(shí)應(yīng)涵蓋各個(gè)電氣設(shè)備的運(yùn)行情況，一般將這些信息分為2 種類(lèi)型。第一是在電網(wǎng)調(diào)度控制過(guò)程中產(chǎn)生的信息，包含日常工作計(jì)劃中的常規(guī)遠(yuǎn)動(dòng)控制信息以及在有特殊工作需要時(shí)，針對(duì)變電站提升綜合自動(dòng)化效果的附加命令等，這些信息均是由變電站在接到用戶(hù)指令后測(cè)量采集，隨后將這些信息上傳至調(diào)度中心；第二是站內(nèi)信息，這些信息的產(chǎn)生源包括制動(dòng)裝置、繼電保護(hù)裝置以及各個(gè)設(shè)備測(cè)控單元控制模塊等，變電站能夠根據(jù)這些信息實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。2 種信息在使用時(shí)界限并不明確，各種類(lèi)型信息采集后聯(lián)合應(yīng)用頻率較高。

信息根據(jù)應(yīng)用類(lèi)型可以將其分為遙測(cè)、遙信以及數(shù)字量。遙信量是指電力自動(dòng)化系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)的實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋信息與開(kāi)關(guān)量，以及具有能夠用0、1 表現(xiàn)出狀態(tài)特征的信號(hào)，可以用YX 符號(hào)表示遙信。常用的遙信類(lèi)型包括：電機(jī)工作狀態(tài)、回路斷線(xiàn)警告、閉鎖信號(hào)、斷路器分合位置以及繼電保護(hù)工作狀態(tài)等；遙測(cè)量指的是系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)模擬表現(xiàn)出的數(shù)字量信號(hào)與模擬量，例如線(xiàn)路電壓電流、功率以及具有能夠用系統(tǒng)內(nèi)非0、1 表現(xiàn)出模擬量與數(shù)字量狀態(tài)特征的信號(hào)，可以用YC 符號(hào)表示；數(shù)字量在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中主要指的是電能脈沖與頻率信號(hào)，這些信號(hào)的監(jiān)測(cè)通常需要專(zhuān)門(mén)的電能表，并在得出準(zhǔn)確數(shù)據(jù)后將這些數(shù)據(jù)輸入到遠(yuǎn)動(dòng)裝置中，并經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)控制終端計(jì)算后將反饋得到的信息統(tǒng)一上傳到后臺(tái)監(jiān)控。

由于當(dāng)前我國(guó)所應(yīng)用的電力系統(tǒng)中存在的設(shè)備普遍具有高電壓與高功率需求，想要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并對(duì)在過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題、狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就必須要使用特殊變送器對(duì)設(shè)備所產(chǎn)生的能夠表現(xiàn)出其運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)進(jìn)行分析與處理，繼而變化為T(mén)TL 電平信號(hào)，所產(chǎn)生的模擬量需要在A/D 技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)變，為后續(xù)遙測(cè)信息采集與編碼打下基礎(chǔ)。為了保證信息采集與應(yīng)用的有效性，應(yīng)聯(lián)合應(yīng)用光電隔離設(shè)備采集遙信量，被測(cè)量對(duì)象的工作狀態(tài)（二進(jìn)制編碼）也應(yīng)寫(xiě)入到遙信數(shù)據(jù)幀中，結(jié)合數(shù)字多路開(kāi)關(guān)將各種已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢的信號(hào)輸入到下個(gè)接口電路中。線(xiàn)路與設(shè)備所對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)電流電壓的變化情況信號(hào)需要在被傳感器獲取到后，在濾波放大環(huán)節(jié)中將其中存在的高次諧波取出，以保證環(huán)節(jié)采集信息的同步為標(biāo)準(zhǔn)，并需要將A/D 轉(zhuǎn)換而來(lái)的具有與信號(hào)源同步主要特征的信號(hào)輸入到高級(jí)環(huán)節(jié)，通過(guò)分析整理后完成數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。

4.2 信道編碼

在應(yīng)用電力自動(dòng)化系統(tǒng)的過(guò)程中，遠(yuǎn)動(dòng)控制中信道編碼技術(shù)極其重要，不僅包含信道編碼，同時(shí)涵蓋多個(gè)傳輸途徑的信息傳輸協(xié)議。后續(xù)終端想要實(shí)現(xiàn)信息接收與應(yīng)用，就必須考慮信道的傳輸過(guò)程，保證信息傳輸?shù)秸{(diào)度控制中心的穩(wěn)定性與有效性。本文使用的電力自動(dòng)化系統(tǒng)編碼與譯碼均包括在線(xiàn)性分組碼中，其中循環(huán)碼應(yīng)用頻次較高。

4.3 數(shù)據(jù)通信傳輸

循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)與問(wèn)答式遠(yuǎn)動(dòng)是數(shù)據(jù)通信規(guī)約的2 種類(lèi)型。循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)中遠(yuǎn)動(dòng)裝置在使用時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的信息格式，向后臺(tái)調(diào)度自動(dòng)發(fā)送信號(hào)，并按照數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)以及生成最終信號(hào)的先后順序產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的事件記錄，并用SOE 表示，在被記錄到后臺(tái)調(diào)度端后根據(jù)具體需要選擇應(yīng)用；問(wèn)答式遠(yuǎn)動(dòng)主要是按照電廠或是其他工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)要求接收到調(diào)度端命令，根據(jù)具體要求發(fā)送符合數(shù)據(jù)，并接收遠(yuǎn)方的控制指令。

當(dāng)前所應(yīng)用的電力自動(dòng)化系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)主要以光纖或是電力線(xiàn)載波為主，需要傳輸?shù)男畔⑹紫仍谛盘?hào)發(fā)射端口根據(jù)編碼規(guī)則轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，在高頻諧波與調(diào)制技術(shù)的作用下最終轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)與模擬信號(hào)，并以電流與電壓兩種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。這些信號(hào)在到達(dá)接收端后，就可以利用解調(diào)技術(shù)將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，從而得到設(shè)備狀態(tài)或是其他線(xiàn)路的工作信息。

5 結(jié)語(yǔ)

為保證社會(huì)運(yùn)行的穩(wěn)定性擴(kuò)大電力系統(tǒng)規(guī)模已然成為未來(lái)各企業(yè)的發(fā)展必要條件，想要對(duì)其進(jìn)行有效控制不僅需要投入大量的精力，同時(shí)也應(yīng)融入更為先進(jìn)的電力自動(dòng)化系統(tǒng)。尤其是在與計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)結(jié)合后在提升系統(tǒng)自動(dòng)化等級(jí)的同時(shí)，也大大提高了系統(tǒng)與操作者之間的交互性。遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的核心，其也在不斷地優(yōu)化與改進(jìn)，相信在其發(fā)展與完善后必然會(huì)成為電力自動(dòng)化系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。