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遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集論文
摘 要：為保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量，調(diào)度端必須通過SCADA系統(tǒng)向電網(wǎng)中的發(fā)電廠、變電站搜集各種運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)測；并在必要時(shí)通過系統(tǒng)向廠、站端發(fā)送控制命令，由廠、站端的一些特別信息也可經(jīng)由SCADA系統(tǒng)及時(shí)主動(dòng)向調(diào)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(tǒng)來傳遞。本文通過遠(yuǎn)動(dòng)控制原理的分析，結(jié)合電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)控制的“四遙”功能和如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)控制及數(shù)據(jù)采集的原理，闡述了電力系統(tǒng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)過程。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù) 四遙 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 數(shù)據(jù)采集
一、引言
隨著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，變電站對自動(dòng)化程度的要求越來越高，要求能夠綜合搜集各種運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采集和監(jiān)控整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，監(jiān)控一次設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)“四遙”以及歷史記錄、報(bào)表、事故分析等等。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)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(tǒng)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(yuǎn)動(dòng)控制原理及其技術(shù)應(yīng)用
為電力系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測、控制技術(shù)。由于電能生產(chǎn)的特點(diǎn)，能源中心和負(fù)荷中心一般相距甚遠(yuǎn)，電力系統(tǒng)分布在很廣的地域。要管理和監(jiān)控分布甚廣的眾多廠、所、站和設(shè)備、元器件的運(yùn)行工況，已不能用通常的機(jī)械聯(lián)系或電聯(lián)系來傳遞控制信息或反饋的數(shù)據(jù)，必須借助于一種技術(shù)手段，這就是遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)。它將各個(gè)廠、所、站的運(yùn)行工況（包括開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)等）轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘?hào)形式，加上保護(hù)措施以防止傳輸過程中的外界干擾，經(jīng)過調(diào)制后，由專門的信息通道傳送到調(diào)度所。在調(diào)度所的中心站經(jīng)過反調(diào)制，還原為原來對應(yīng)于廠、所、站工況的一些信號(hào)再顯示出來，供給調(diào)度人員監(jiān)控之用。調(diào)度人員的一些控制命令也可以通過類似過程傳送到遠(yuǎn)方廠、所、站，驅(qū)動(dòng)被控對象。這一過程實(shí)際上涉及遙測、遙信、遙調(diào)、遙控，所以，遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是四遙的結(jié)合。
遙測就是將遠(yuǎn)方站的各種測量值傳送到主站端。遙測的主要技術(shù)指標(biāo)是模擬轉(zhuǎn)器的準(zhǔn)確度、分辨率、溫度穩(wěn)定性。一般要求準(zhǔn)確度在±0.1～±0.5％；分辨率為10或12±1位。 數(shù)字量的字長則根據(jù)被測對象的要求而定。遙測量一般有模擬量、數(shù)字量、脈沖計(jì)數(shù)量和其他測量值。
遙信就是將遠(yuǎn)方站內(nèi)電工設(shè)備的狀態(tài)以信號(hào)的兩種狀態(tài)即0、1（或斷開、閉合）傳送主站端（調(diào)度端）。遙信反映的內(nèi)容主要有斷路器和隔離開關(guān)的位置，繼電保護(hù)的動(dòng)作狀態(tài)，報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)控制的投、切，發(fā)電廠、變電所的事故信號(hào)，電工設(shè)備參數(shù)的越限信號(hào)，以及遠(yuǎn)方站遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)、自診斷信號(hào)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(hào)丟失，在遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備初投入運(yùn)行時(shí)，需將全部內(nèi)容向主站端傳送，使主站端安全監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和模擬盤的信號(hào)狀態(tài)準(zhǔn)確反映系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)，在平時(shí)定期傳送全部信號(hào)。對遙信的主要技術(shù)要求是在遙信變位以后應(yīng)在 1秒鐘內(nèi)傳送到主站,并要求防止遙信誤動(dòng)作,即遙信編碼的信號(hào)距離應(yīng)當(dāng)大于或等于4,以防止外界干擾的作用。在電工設(shè)備輸入的接口部件處應(yīng)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(diào)就是由主站端向遠(yuǎn)方站發(fā)送調(diào)節(jié)命令，遠(yuǎn)方站經(jīng)過校驗(yàn)后轉(zhuǎn)換成適合于被控對象的數(shù)據(jù)形式，驅(qū)動(dòng)被調(diào)對象。發(fā)送的調(diào)節(jié)命令可以采取返送校核，也可以不采取返送校核，遠(yuǎn)方站接受遙調(diào)命令后直接執(zhí)行。遙調(diào)命令有兩種形式：設(shè)定值形式。升降命令形式。
遙控就是調(diào)度所（主站端）遠(yuǎn)距離控制發(fā)電廠、變電所需要調(diào)節(jié)控制的對象。被控對象為發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備的合閘和跳閘、投入和切除。遙控涉及到電工設(shè)備動(dòng)作，要求遙控動(dòng)作準(zhǔn)確無誤，一般采用選擇—返送校驗(yàn)—執(zhí)行的過程。
為了保證整個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，在遠(yuǎn)方站和主站端分別采用不停電電源，以及主站端采用雙機(jī)備用切換系統(tǒng)。為保證信息傳輸?shù)目煽啃裕璨捎秒p通道備用。為適應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)度管理中采用分層控制的方式，遠(yuǎn)動(dòng)信息網(wǎng)也采用分層式結(jié)構(gòu)，以保證有效地傳輸信息，減少設(shè)備和通道投資。
遠(yuǎn)動(dòng)裝置的規(guī)約
由于電力生產(chǎn)的特點(diǎn)，發(fā)電廠、變電所和調(diào)度所之間的信息交換只能經(jīng)過通道實(shí)現(xiàn)。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(shí)別、接收和處理，就要對傳送的信息的格式作嚴(yán)格的規(guī)定，這就是遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的一個(gè)內(nèi)容。這些規(guī)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(jié)構(gòu)，信息傳輸過程。遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的另一方面內(nèi)容，是規(guī)定實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、監(jiān)視、控制的信息傳輸?shù)木唧w步驟。 遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的制定，有助于各個(gè)制造廠制造的遠(yuǎn)方終端設(shè)備可以接入同一個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)。尤其在調(diào)度端(主站端) 采用微型機(jī)或小型機(jī)作為安全監(jiān)控系統(tǒng)的前置機(jī)的情況下，更需要統(tǒng)一規(guī)約，使不同型號(hào)的設(shè)備能接入同一個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)。它還有助于制造設(shè)備的工廠提高工藝質(zhì)量，提高設(shè)備的可靠性，因而提高整個(gè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。
遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約分為循環(huán)式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約和問答式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約。
循環(huán)式規(guī)約：規(guī)約中的幀結(jié)構(gòu)具有幀同步字、控制字、幀類別和信息字。其中幀同步字是用作一幀的開頭，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。控制字是指明幀的類別，共有多少字節(jié)，以及發(fā)送信息的源地址、目的地址等。
循環(huán)式規(guī)約要求循環(huán)往復(fù)不停頓地傳送信息。傳送信息的內(nèi)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(bǔ)救，保護(hù)性措施可以降低要求，此種通信規(guī)約傳輸信息的有效率較低。
問答式規(guī)約：其主要特點(diǎn)是以主站端為主，主站端向遠(yuǎn)方站詢問召喚某一類別信息，遠(yuǎn)方站即將此種類別信息作回答。主站端正確接受此類別信息后，才開始下一輪新的詢問，否則還繼續(xù)向遠(yuǎn)方站詢問召喚此類信息。
問答式規(guī)約為了減少傳輸?shù)男畔⒘浚捎米兾粋魉瓦b信、死區(qū)變化傳送遙測量等壓縮傳送信息的方法。問答式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的另一個(gè)特點(diǎn)是通道結(jié)構(gòu)可以簡化，在一個(gè)通信鏈路上，可以連接好幾個(gè)遠(yuǎn)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(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)各種功能的可靠實(shí)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(shí)現(xiàn)其具體的遠(yuǎn)動(dòng)控制。
1．遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)
遠(yuǎn)動(dòng)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(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)處理的信號(hào)大部分是0-5V 的 TTL 電平信號(hào)，而電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)都是大功率的參數(shù)，為了能在遠(yuǎn)動(dòng)裝置RTU 中處理這些信號(hào)，通過變送器對大功率參數(shù)進(jìn)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(hào)。A/D 技術(shù)主要負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，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(hù)，自動(dòng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)等，是電力系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)（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(dòng)系統(tǒng)中，遙信信息的傳送必須經(jīng)過兩個(gè)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(jìn)制位編進(jìn)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，再通過接口電路送入 CPU 進(jìn)行處理，完成遙信信息的編碼。
2．遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的信道編譯碼技術(shù)
遠(yuǎn)動(dòng)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。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(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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，常采用線性分組碼進(jìn)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?jǐn)?shù)目為 2k。如果每個(gè)碼字的 R 個(gè)監(jiān)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(gè)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(gè)參數(shù)描述這種碼時(shí)，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(gè)碼字（除全零碼外）。
采用系統(tǒng)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(yàn)準(zhǔn)則：用生成多項(xiàng)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(xiàng)式的倍式），若余式為零，認(rèn)為接收碼字是發(fā)送碼字，余式不為零，認(rèn)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(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的通信傳輸技術(shù)
遠(yuǎn)動(dòng)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(gè)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(jìn)行通信傳輸。信號(hào)發(fā)射端上，數(shù)據(jù)通過信道編碼后形成基帶信號(hào)，利用電力線上的高頻諧波信號(hào)作為載波信號(hào)，通過各種調(diào)制技術(shù)把基帶信號(hào)變換為模擬信號(hào)，以電流、電壓的形式隨電力線進(jìn)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(hào)還原成數(shù)字信號(hào)。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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。
三、結(jié)語
電力系統(tǒng)自動(dòng)化管理模式已成為當(dāng)今電力系統(tǒng)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(tǒng)已被普及采用。然而電力系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)調(diào)度真正自動(dòng)化，就必須結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，通過遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。因此，遠(yuǎn)動(dòng)控制技術(shù)在加快電力系統(tǒng)自動(dòng)化的進(jìn)程中起著至關(guān)重要的作用。
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