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遠動(dòng)系統及數據采集論文
摘 要：為保證電力系統運行的可靠性、經(jīng)濟性和電能質(zhì)量，調度端必須通過(guò)SCADA系統向電網(wǎng)中的發(fā)電廠(chǎng)、變電站搜集各種運行的實(shí)時(shí)數據，進(jìn)行監測；并在必要時(shí)通過(guò)系統向廠(chǎng)、站端發(fā)送控制命令，由廠(chǎng)、站端的一些特別信息也可經(jīng)由SCADA系統及時(shí)主動(dòng)向調度端傳送。這一切的信息交流均必須由質(zhì)量良好的通信系統來(lái)傳遞。本文通過(guò)遠動(dòng)控制原理的分析，結合電力系統遠動(dòng)控制的“四遙”功能和如何實(shí)現遠動(dòng)控制及數據采集的原理，闡述了電力系統自動(dòng)化的實(shí)現過(guò)程。
關(guān)鍵詞：遠動(dòng)控制技術(shù) 四遙 電力系統自動(dòng)化 數據采集
一、引言
隨著(zhù)我國電力系統的發(fā)展，變電站對自動(dòng)化程度的要求越來(lái)越高，要求能夠綜合搜集各種運行的實(shí)時(shí)數據，采集和監控整個(gè)電網(wǎng)的運行狀況，監控一次設備的狀態(tài)，實(shí)現“四遙”以及歷史記錄、報表、事故分析等等。同時(shí)隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的發(fā)展，遠動(dòng)控制技術(shù)也在不斷的變革和改進(jìn)，在加快電力系統綜合自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程中將會(huì )發(fā)揮更加重要的作用。
二、遠動(dòng)控制原理及其技術(shù)應用
為電力系統調度服務(wù)的遠距離監測、控制技術(shù)。由于電能生產(chǎn)的特點(diǎn)，能源中心和負荷中心一般相距甚遠，電力系統分布在很廣的地域。要管理和監控分布甚廣的眾多廠(chǎng)、所、站和設備、元器件的運行工況，已不能用通常的機械聯(lián)系或電聯(lián)系來(lái)傳遞控制信息或反饋的數據，必須借助于一種技術(shù)手段，這就是遠動(dòng)技術(shù)。它將各個(gè)廠(chǎng)、所、站的運行工況（包括開(kāi)關(guān)狀態(tài)、設備的運行參數等）轉換成便于傳輸的信號形式，加上保護措施以防止傳輸過(guò)程中的外界干擾，經(jīng)過(guò)調制后，由專(zhuān)門(mén)的信息通道傳送到調度所。在調度所的中心站經(jīng)過(guò)反調制，還原為原來(lái)對應于廠(chǎng)、所、站工況的一些信號再顯示出來(lái)，供給調度人員監控之用。調度人員的一些控制命令也可以通過(guò)類(lèi)似過(guò)程傳送到遠方廠(chǎng)、所、站，驅動(dòng)被控對象。這一過(guò)程實(shí)際上涉及遙測、遙信、遙調、遙控，所以，遠動(dòng)技術(shù)是四遙的結合。
遙測就是將遠方站的各種測量值傳送到主站端。遙測的主要技術(shù)指標是模擬轉器的準確度、分辨率、溫度穩定性。一般要求準確度在±0.1～±0.5％；分辨率為10或12±1位。 數字量的字長(cháng)則根據被測對象的要求而定。遙測量一般有模擬量、數字量、脈沖計數量和其他測量值。
遙信就是將遠方站內電工設備的狀態(tài)以信號的兩種狀態(tài)即0、1（或斷開(kāi)、閉合）傳送主站端（調度端）。遙信反映的內容主要有斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的位置，繼電保護的動(dòng)作狀態(tài)，報警信號，自動(dòng)控制的投、切，發(fā)電廠(chǎng)、變電所的事故信號，電工設備參數的越限信號，以及遠方站遠動(dòng)設備的狀態(tài)、自診斷信號等。遙信的傳送有變位傳送和循環(huán)傳送兩種，以變位傳送為優(yōu)。為避免發(fā)生信號丟失，在遠動(dòng)設備初投入運行時(shí)，需將全部?jì)热菹蛑髡径藗魉�，使主站端安全監控系統內的數據庫的內容和模擬盤(pán)的信號狀態(tài)準確反映系統內運行設備的狀態(tài)，在平時(shí)定期傳送全部信號。對遙信的主要技術(shù)要求是在遙信變位以后應在 1秒鐘內傳送到主站,并要求防止遙信誤動(dòng)作,即遙信編碼的信號距離應當大于或等于4,以防止外界干擾的作用。在電工設備輸入的接口部件處應加濾波和其他技術(shù)措施，防止接點(diǎn)抖動(dòng)后引起誤反映。
遙調就是由主站端向遠方站發(fā)送調節命令，遠方站經(jīng)過(guò)校驗后轉換成適合于被控對象的數據形式，驅動(dòng)被調對象。發(fā)送的調節命令可以采取返送校核，也可以不采取返送校核，遠方站接受遙調命令后直接執行。遙調命令有兩種形式：設定值形式。升降命令形式。
遙控就是調度所（主站端）遠距離控制發(fā)電廠(chǎng)、變電所需要調節控制的對象。被控對象為發(fā)電廠(chǎng)、變電所電氣設備的合閘和跳閘、投入和切除。遙控涉及到電工設備動(dòng)作，要求遙控動(dòng)作準確無(wú)誤，一般采用選擇—返送校驗—執行的過(guò)程。
為了保證整個(gè)安全監控系統的可靠性，在遠方站和主站端分別采用不停電電源，以及主站端采用雙機備用切換系統。為保證信息傳輸的可靠性，需采用雙通道備用。為適應電力系統調度管理中采用分層控制的方式，遠動(dòng)信息網(wǎng)也采用分層式結構，以保證有效地傳輸信息，減少設備和通道投資。
遠動(dòng)裝置的規約
由于電力生產(chǎn)的特點(diǎn)，發(fā)電廠(chǎng)、變電所和調度所之間的信息交換只能經(jīng)過(guò)通道實(shí)現。信息傳送只能是串行方式。因此，要使發(fā)送出去的信息到對方后，能夠識別、接收和處理，就要對傳送的信息的格式作嚴格的規定，這就是遠動(dòng)規約的一個(gè)內容。這些規定包括傳送的方式是同步傳送還是異步傳送，幀同步字，抗干擾的措施，位同步方式，幀結構，信息傳輸過(guò)程。遠動(dòng)規約的另一方面內容，是規定實(shí)現數據收集、監視、控制的信息傳輸的具體步驟。 遠動(dòng)規約的制定，有助于各個(gè)制造廠(chǎng)制造的遠方終端設備可以接入同一個(gè)安全監控系統。尤其在調度端(主站端) 采用微型機或小型機作為安全監控系統的前置機的情況下，更需要統一規約，使不同型號的設備能接入同一個(gè)安全監控系統。它還有助于制造設備的工廠(chǎng)提高工藝質(zhì)量，提高設備的可靠性，因而提高整個(gè)安全監控系統的可靠性。
遠動(dòng)規約分為循環(huán)式遠動(dòng)規約和問(wèn)答式遠動(dòng)規約。
循環(huán)式規約：規約中的幀結構具有幀同步字、控制字、幀類(lèi)別和信息字。其中幀同步字是用作一幀的開(kāi)頭，要求幀同步字具有較好的自相關(guān)特性，以便對方比較容易捕捉，檢出幀同步。還要求幀同步具有較小的假同步概率，防止假同步發(fā)生�？刂谱质侵该鲙念�(lèi)別，共有多少字節，以及發(fā)送信息的源地址、目的地址等。
循環(huán)式規約要求循環(huán)往復不停頓地傳送信息。傳送信息的內容在受到干擾而拒受以后，在下一幀還可以傳送，丟失的信息還可以得到補救，保護性措施可以降低要求，此種通信規約傳輸信息的有效率較低。
問(wèn)答式規約：其主要特點(diǎn)是以主站端為主，主站端向遠方站詢(xún)問(wèn)召喚某一類(lèi)別信息，遠方站即將此種類(lèi)別信息作回答。主站端正確接受此類(lèi)別信息后，才開(kāi)始下一輪新的詢(xún)問(wèn)，否則還繼續向遠方站詢(xún)問(wèn)召喚此類(lèi)信息。
問(wèn)答式規約為了減少傳輸的信息量，采用變位傳送遙信、死區變化傳送遙測量等壓縮傳送信息的方法。問(wèn)答式遠動(dòng)規約的另一個(gè)特點(diǎn)是通道結構可以簡(jiǎn)化，在一個(gè)通信鏈路上，可以連接好幾個(gè)遠方站，這樣可以使通道投資減少，提高通道的備用性。
而為了保證電力系統遠動(dòng)各種功能的可靠實(shí)現，主要通過(guò)數據采集技術(shù)、信道編碼技術(shù)和通信傳輸技術(shù)三部分來(lái)實(shí)現其具體的遠動(dòng)控制。
1．遠動(dòng)系統的數據采集技術(shù)
遠動(dòng)系統的數據采集技術(shù)包括變送器技術(shù)和 A/D 技術(shù)等。遠動(dòng)系統處理的信號大部分是0-5V 的 TTL 電平信號，而電力系統實(shí)際運行參數都是大功率的參數，為了能在遠動(dòng)裝置RTU 中處理這些信號，通過(guò)變送器對大功率參數進(jìn)行處理，將電力系統的電壓電流和有功無(wú)功線(xiàn)性地轉化為 TTL 電平信號。A/D 技術(shù)主要負責將模擬信號轉化為數字信號，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的各種開(kāi)關(guān)設備的狀態(tài)以及繼電保護，自動(dòng)裝置的運行狀態(tài)等，是電力系統中各節點(diǎn)（母線(xiàn)）的電壓，支路（線(xiàn)路變壓器）的潮流（有功，無(wú)功）或電流等模擬量。在電力調度自動(dòng)系統中，遙信信息的傳送必須經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)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(jìn)制位編進(jìn)具體的遙信碼中去，通過(guò)數字多路開(kāi)關(guān)分別將各路的遙信狀態(tài)輸出到接口電路，再通過(guò)接口電路送入 CPU 進(jìn)行處理，完成遙信信息的編碼。
2．遠動(dòng)系統的信道編譯碼技術(shù)
遠動(dòng)系統的信道編譯碼技術(shù)包括信道的編碼和譯碼、信息傳輸協(xié)議（規約）等。為了使傳送的信息有較好的抗干擾能力，必須對信息進(jìn)行信道編譯碼。
在數字傳輸中，干擾是不可避免的，通過(guò)信道編譯碼，盡可能地克服信道干擾。在通信系統中，信道編譯碼方法很多，為了能夠正確地進(jìn)行數據傳送，常采用線(xiàn)性分組碼進(jìn)行編譯碼，而線(xiàn)性分組碼中又廣泛采用循環(huán)碼。
�。�1）線(xiàn)性分組碼的定義
信道編碼傳輸過(guò)程中，按照監督碼元的構造方法，形成不同的特征碼。設碼字有 K 位消息碼元和 R 位監督碼元，則碼長(cháng) n=k+r，碼字數目為 2k。如果每個(gè)碼字的 R 個(gè)監督元中只與本碼字的 K 位消息元相關(guān)，則這 2k個(gè)碼字的集合稱(chēng)為分組碼。
若一個(gè)分組碼的 2k個(gè)碼字恰好是矢量空間 V 的一個(gè) K維子空間，稱(chēng)分組碼為線(xiàn)性分組碼。設消息序列 m=（m1、m2、??mk），V1、V2、??Vk是 K 個(gè)線(xiàn)性無(wú)關(guān)的 n 重， 則線(xiàn)性組合，U=m1V1+m2V2+??mkVk。
用碼長(cháng)和消息碼元兩個(gè)參數描述這種碼時(shí)，又稱(chēng)（n，k）線(xiàn)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(xiàn)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(gè)碼字（除全零碼外）。
采用系統循環(huán)碼進(jìn)行編碼時(shí)，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，從而完成數據的信道編譯碼工作。
3．遠動(dòng)系統的通信傳輸技術(shù)
遠動(dòng)系統的通信傳輸技術(shù)包括調制技術(shù)和解調技術(shù)。電力系統利用自身電力通信的網(wǎng)絡(luò )資源，可通過(guò)衛星、微波、載波、光纜等多種通信手段構建一個(gè)電力通信專(zhuān)網(wǎng)，目前的電力系統中，主要是利用電力線(xiàn)的載波進(jìn)行通信傳輸。信號發(fā)射端上，數據通過(guò)信道編碼后形成基帶信號，利用電力線(xiàn)上的高頻諧波信號作為載波信號，通過(guò)各種調制技術(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(xiàn)進(jìn)行通信傳輸；在接收端上，應用解調技術(shù)相應地把模擬信號還原成數字信號。電力系統正是通過(guò)調制解調器的調制--解調技術(shù)，實(shí)現遠動(dòng)系統的數據通信。
三、結語(yǔ)
電力系統自動(dòng)化管理模式已成為當今電力系統的發(fā)展方向，特別是 110KV 以下的變電站的技術(shù)改造和管理模式，智能型變電站綜合自動(dòng)化系統已被普及采用。然而電力系統要想實(shí)現調度真正自動(dòng)化，就必須結合計算機技術(shù)和通信技術(shù)，通過(guò)遠動(dòng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現。因此，遠動(dòng)控制技術(shù)在加快電力系統自動(dòng)化的進(jìn)程中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
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