浅谈电力系统自动化技术应用

一、引言

随着社会生产力加大以及城市建设，为满足用电需求，城网和农网大规模改造升级，因此变电站对自动化程度的要求越来越高，要求能够综合监控整个电网的运行状况，监控一次设备的状态，实现“四遥”以及历史记录、报表、事故分析等等。然而电力系统要想实现调度真正自动化，就必须结合计算机技术和通信技术，通过远动控制技术来实现。因此，远动控制技术在加快电力系统自动化的进程中起着至关重要的作用。

二、远动控制原理及其技术应用

遥测(YC)、遥信(YX)、遥控(YK)和遥调(YT)四方面的功能，简称“四遥”，是组成电力系统远动控制技术实现的功能，它们和调度中心的关系如图1所示。而为了保证电力系统远动各种功能的可靠实现，主要通过数据采集技术、信道编码技术和通信传输技术三部分来实现其具体的远动控制，其原理框图如图2所示。

图1 电力系统远动功能

图2 远动系统原理框图

1.远动系统的数据采集技术原理

远动系统的数据采集技术包括变送器技术和A/D技术等。

远动系统处理的信号大部分是0-5V的TTL电平信号，而电力系统实际运行参数都是大功率的参数，为了能在远动装置RTU中处理这些信号，通过变送器对大功率参数进行处理，将电力系统的电压电流和有功无功线性地转化为TTL电平信号。

A/D技术主要负责将模拟信号转化为数字信号，完成遥信信息的编码和遥测信息的采集任务。

遥信信息是指电力系统的各种开关设备的状态以及继电保护，自动装置的运行状态等，是电力系统中各节点(母线)的电压，支路(线路变压器)的潮流(有功，无功)或电流等模拟量。在电力调度自动系统中，遥信信息的传送必须经过两个过程：第一是采集遥信对象的状态，目前大部分采用光电隔离的方式，第二是将采集到的描述遥信对象状态的二进制位编进具体的遥信码中去，通过数字多路开关分别将各路的遥信状态输出到接口电路，如8255A等，再通过接口电路送入CPU进行处理，完成遥信信息的编码。

遥测编码的过程如图3所示，为了采集到遥测信息，在电网调度自动化的遥测采集中，目前国内外普遍采用交流采样技术，其主要原理如图4所示，电压电流信号取自于CT和PT，以及电线杆上的传感器，经过滤波放大环节去掉19次以上高次谐波，送入取样保持环节，进行同步采集，得到和信号源同步的信号，A/D转换对其进行模/数转换，得到的数字信号可以送入单片机或STD工控机等高级环节，完成数据的采集。

图3 遥测编码过程

2.远动系统的信道编译码技术原理

远动系统的信道编译码技术包括信道的编码和译码、信息传输协议(规约)等。远动装置采集的信息必须通过通信信道传输到调度控制中心才能使用，因此，通信信道是远动系统中的重要组成部分。

为了使传送的信息有较好的抗干扰能力，必须对信息进行信道编译码，具体的数字传输系统模型如图5所示。在数字传输中，干扰是不可避免的，通过信道编译码，尽可能地克服信道干扰。在通信系统中，信道编译码方法很多，为了能够正确地进行数据传送，常采用线性分组码进行编译码，而线性分组码中又广泛采用循环码。

(1)线性分组码的定义

信道编码传输过程中，按照监督码元的构造方法，形成不同的特征码。设码字有K位消息码元和R位监督码元，则码长n=k+r，码字数目为2k。如R个监督元中只与本码字的K位消息元相关，则这2k个码字的集合称为分组码。

若一个分组码的2k个码字恰好是矢量空间V的一个K维子空间，称分组码为线性分组码。设消息序列m=(m1、m2、……mk)，V1、V2、……Vk是K个线性无关的n重，则线性组合，U=m1V1+m2V2+……mkVk。用码长和消息码元两个参数描述这种码时，又称(n，k)线性分组码。

(2)循环码的编译码原理

循环码是最常用的一种线性分组码，具有以下性质：各码字中的码元循环左移位(或右移位)所形成的码字仍然是码组中的一个码字(除全零码外)。在一个(n，k)循环码中，有且只有一个n-k次码多项式g(x)，对于(n，k)循环码中每一个码多项式c(x)都是g(x)的倍式，即c(x)=m(x)g(x)。编码时，首先把m(x)乘以xn-k，得到xn-km(x)，然后以g(x)去除xn-km(x)，得到商q(x)，余式r(x)，最后用r(x)模2加xn-km(x)，得到系统循环码码字c(x)=xn-km(x)+r(x)。

采用系统循环码进行编码时，接受端判断发送码字在噪音信道上是否受到干扰就能够提供较好的校验准则：用生成多项式去除接收码字，检查余式是否为零(也就是检查接受码字是否是生成多项式的倍式)，若余式为零，认为接收码字是发送码字，余式不为零，认为接收码字不是发送码字，从而完成数据的信道编译码工作。

(3)远动系统中的循环式数据传送规约

图4 交流采样技术的主要原理

图5 数字通信系统模型

在电力系统远动控制中，为了实现变电站、电厂和调度中心的数据通信，在信道编译码前，必须建立一种预先约定的通信方式和数据格式，这就是通信规约或协议。目前电力系统中主要采用循环式数据传送(CDT)规约进行数据传送。在数据传送过程中，一般是以帧结构进行传送的，在远动系统中，重要遥测安排在A帧，次要遥测安排在B帧，一般遥测安排在C帧传送，遥信状态信息、电能脉冲计数值分别安排在D1和D2帧，而事件顺序记录安排在E帧进行传送。对于帧结构，一般以同步字开头，并有控制字和信息字，其长度可变，结构如下。

通过帧格式的包装之后，数据就可以按照规约进行传送，完成信道的全部编译码工作。

3.远动系统的通信传输技术

远动系统的通信传输技术包括调制技术和解调技术。电力系统利用自身电力通信的网络资源，可通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建一个电力通信专网，目前的电力系统中，主要是利用电力线的载波进行通信传输。信号发射端上，数据通过信道编码后形成基带信号，利用电力线上的高频谐波信号作为载波信号，通过各种调制技术把基带信号变换为模拟信号，以电流、电压的形式随电力线进行通信传输；在接收端上，应用解调技术相应地把模拟信号还原成数字信号。电力系统正是通过调制解调器的调制--解调技术，实现远动系统的数据通信。

总之，电力系统结合计算机技术、通信技术和控制技术，利用电力系统自身设备，通过远动控制技术实现调度自动化，完善了电力系统无人值班站的建设，实现电力系统调度自动化。

三、结语

目前，智能型变电站综合自动化系统已被普及采用，要实现变电站全方位综合自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，随着计算机技术和网络通信技术的高速发展，远动控制技术也在不断的变革和改进，在加快电力系统综合自动化的发展进程中将会发挥更加重要的作用。

[1]四川省电力工业局,四川省电力教育协会.变电所自动化技术和无人值班[M].北京:中国电力出版社,1998:11-19.

[2]周步祥.电力系统远动原理及技术[J].四川大学电气信息学院.

[3]倪维桢,高鸿翔.数据通信原理[M].北京邮电大学出版社.