遠動系統及數據採集論文

摘 要：爲保證電力系統執行的可靠性、經濟性和電能質量，調度端必須透過SCADA系統向電網中的發電廠、變電站蒐集各種執行的實時數據，進行監測；並在必要時透過系統向廠、站端發送控制命令，由廠、站端的一些特別資訊也可經由SCADA系統及時主動向調度端傳送。這一切的資訊交流均必須由質量良好的通信系統來傳遞。本文透過遠動控制原理的分析，結合電力系統遠動控制的“四遙”功能和如何實現遠動控制及數據採集的原理，闡述了電力系統自動化的實現過程。

關鍵詞：遠動控制技術 四遙 電力系統自動化 數據採集

　一、引言

隨着我國電力系統的發展，變電站對自動化程度的要求越來越高，要求能夠綜合蒐集各種執行的實時數據，採集和監控整個電網的執行狀況，監控一次設備的狀態，實現“四遙”以及歷史記錄、報表、事故分析等等。同時隨着計算機技術和網絡通信技術的發展，遠動控制技術也在不斷的變革和改進，在加快電力系統綜合自動化的發展進程中將會發揮更加重要的作用。

二、遠動控制原理及其技術應用

爲電力系統調度服務的遠距離監測、控制技術。由於電能生產的特點，能源中心和負荷中心一般相距甚遠，電力系統分佈在很廣的地域。要管理和監控分佈甚廣的衆多廠、所、站和設備、元器件的執行工況，已不能用通常的機械聯繫或電聯繫來傳遞控制資訊或反饋的數據，必須藉助於一種技術手段，這就是遠動技術。它將各個廠、所、站的執行工況（包括開關狀態、設備的執行參數等）轉換成便於傳輸的信號形式，加上保護措施以防止傳輸過程中的外界干擾，經過調製後，由專門的資訊通道傳送到調度所。在調度所的中心站經過反調製，還原爲原來對應於廠、所、站工況的一些信號再顯示出來，供給調度人員監控之用。調度人員的一些控制命令也可以透過類似過程傳送到遠方廠、所、站，驅動被控對象。這一過程實際上涉及遙測、遙信、遙調、遙控，所以，遠動技術是四遙的結合。

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％；分辨率爲10或12±1位。 數字量的字長則根據被測對象的要求而定。遙測量一般有模擬量、數字量、脈衝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以信號的兩種狀態即0、1（或斷開、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關的位置，繼電保護的動作狀態，報警信號，自動控制的投、切，發電廠、變電所的事故信號，電工設備參數的越限信號，以及遠方站遠動設備的狀態、自診斷信號等。遙信的傳送有變位傳送和循環傳送兩種，以變位傳送爲優。爲避免發生信號丟失，在遠動設備初投入執行時，需將全部內容向主站端傳送，使主站端安全監控系統內的數據庫的內容和模擬盤的信號狀態準確反映系統內執行設備的狀態，在平時定期傳送全部信號。對遙信的主要技術要求是在遙信變位以後應在 1秒鐘內傳送到主站,並要求防止遙信誤動作,即遙信編碼的信號距離應當大於或等於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措施，防止接點抖動後引起誤反映。

遙調就是由主站端向遠方站發送調節命令，遠方站經過校驗後轉換成適合於被控對象的數據形式，驅動被調對象。發送的調節命令可以採取返送校覈，也可以不採取返送校覈，遠方站接受遙調命令後直接執行。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）遠距離控制發電廠、變電所需要調節控制的對象。被控對象爲發電廠、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作，要求遙控動作準確無誤，一般採用選擇—返送校驗—執行的過程。

爲了保證整個安全監控系統的可靠性，在遠方站和主站端分別採用不停電電源，以及主站端採用雙機備用切換系統。爲保證資訊傳輸的可靠性，需採用雙通道備用。爲適應電力系統調度管理中採用分層控制的方式，遠動資訊網也採用分層式結構，以保證有效地傳輸資訊，減少設備和通道投資。

　遠動裝置的規約

由於電力生產的特點，發電廠、變電所和調度所之間的資訊交換隻能經過通道實現。資訊傳送只能是串行方式。因此，要使發送出去的資訊到對方後，能夠識別、接收和處理，就要對傳送的資訊的格式作嚴格的規定，這就是遠動規約的一個內容。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，資訊傳輸過程。遠動規約的另一方面內容，是規定實現數據收集、監視、控制的資訊傳輸的具體步驟。 遠動規約的'制定，有助於各個製造廠製造的遠方終端設備可以接入同一個安全監控系統。尤其在調度端(主站端) 採用微型機或小型機作爲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安全監控系統。它還有助於製造設備的工廠提高工藝質量，提高設備的可靠性，因而提高整個安全監控系統的可靠性。

遠動規約分爲循環式遠動規約和問答式遠動規約。

循環式規約：規約中的幀結構具有幀同步字、控制字、幀類別和資訊字。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，防止假同步發生。控制字是指明幀的類別，共有多少字節，以及發送資訊的源地址、目的地址等。

循環式規約要求循環往復不停頓地傳送資訊。傳送資訊的內容在受到干擾而拒受以後，在下一幀還可以傳送，丟失的資訊還可以得到補救，保護性措施可以降低要求，此種通信規約傳輸資訊的有效率較低。

問答式規約：其主要特點是以主站端爲主，主站端向遠方站詢問召喚某一類別資訊，遠方站即將此種類別資訊作回答。主站端正確接受此類別資訊後，纔開始下一輪新的詢問，否則還繼續向遠方站詢問召喚此類資訊。

問答式規約爲了減少傳輸的資訊量，採用變位傳送遙信、死區變化傳送遙測量等壓縮傳送資訊的方法。問答式遠動規約的另一個特點是通道結構可以簡化，在一個通信鏈路上，可以連接好幾個遠方站，這樣可以使通道投資減少，提高通道的備用性。

而爲了保證電力系統遠動各種功能的可靠實現，主要透過數據採集技術、信道編碼技術和通信傳輸技術三部分來實現其具體的遠動控制。

1．遠動系統的數據採集技術

遠動系統的數據採集技術包括變送器技術和 A/D 技術等。遠動系統處理的信號大部分是0-5V 的 TTL 電平信號，而電力系統實際執行參數都是大功率的參數，爲了能在遠動裝置RTU 中處理這些信號，透過變送器對大功率參數進行處理，將電力系統的電壓電流和有功無功線性地轉化爲 TTL 電平信號。A/D 技術主要負責將模擬信號轉化爲數字信號，完成遙信資訊的編碼和遙測資訊的採集任務。

遙信資訊是指電力系統的各種開關設備的狀態以及繼電保護，自動裝置的執行狀態等，是電力系統中各節點（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。在電力調度自動系統中，遙信資訊的傳送必須經過兩個過程：第一是採集遙信對象的狀態，目前大部分採用光電隔離的方式，第二是將採集到的描述遙信對象狀態的二進制位編進具體的遙信碼中去，透過數字多路開關分別將各路的遙信狀態輸出到接口電路，再透過接口電路送入 CPU 進行處理，完成遙信資訊的編碼。

2．遠動系統的信道編譯碼技術

遠動系統的信道編譯碼技術包括信道的編碼和譯碼、資訊傳輸協議（規約）等。爲了使傳送的資訊有較好的抗干擾能力，必須對資訊進行信道編譯碼。

在數字傳輸中，干擾是不可避免的，透過信道編譯碼，儘可能地克服信道干擾。在通信系統中，信道編譯碼方法很多，爲了能夠正確地進行數據傳送，常採用線性分組碼進行編譯碼，而線性分組碼中又廣泛採用循環碼。

（1）線性分組碼的定義

信道編碼傳輸過程中，按照監督碼元的構造方法，形成不同的特徵碼。設碼字有 K 位消息碼元和 R 位監督碼元，則碼長 n=k+r，碼字數目爲 2k。如果每個碼字的 R 個監督元中只與本碼字的 K 位消息元相關，則這 2k個碼字的集合稱爲分組碼。

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，稱分組碼爲線性分組碼。設消息序列 m=（m1、m2、??mk），V1、V2、??Vk是 K 個線性無關的 n 重， 則線性組合，U=m1V1+m2V2+??mkVk。

用碼長和消息碼元兩個參數描述這種碼時，又稱（n，k）線性分組碼。

（2）循環碼的編譯碼原理

循環碼是最常用的一種線性分組碼，具有以下性質：各碼字中的碼元循環左移位（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）。

採用系統循環碼進行編碼時，接受端判斷髮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，檢查餘式是否爲零（也就是檢查接受碼字是否是生成多項式的倍式），若餘式爲零，認爲接收碼字是發送碼字，餘式不爲零，認爲接收碼字不是發送碼字，從而完成數據的信道編譯碼工作。

3．遠動系統的通信傳輸技術

遠動系統的通信傳輸技術包括調製技術和解調技術。電力系統利用自身電力通信的網絡資源，可透過衛星、微波、載波、光纜等多種通信手段構建一個電力通信專網，目前的電力系統中，主要是利用電力線的載波進行通信傳輸。信號發射端上，數據透過信道編碼後形成基帶信號，利用電力線上的高頻諧波信號作爲載波信號，透過各種調製技術把基帶信號變換爲模擬信號，以電流、電壓的形式隨電力線進行通信傳輸；在接收端上，應用解調技術相應地把模擬信號還原成數字信號。電力系統正是透過調制解調器的調製--解調技術，實現遠動系統的數據通信。

　三、結語

電力系統自動化管理模式已成爲當今電力系統的發展方向，特別是 110KV 以下的變電站的技術改造和管理模式，智能型變電站綜合自動化系統已被普及採用。然而電力系統要想實現調度真正自動化，就必須結合計算機技術和通信技術，透過遠動控制技術來實現。因此，遠動控制技術在加快電力系統自動化的進程中起着至關重要的作用。