遠動系統及資料採集論文
遠動系統及資料採集論文
摘 要：為保證電力系統執行的可靠性、經濟性和電能質量，排程端必須透過SCADA系統向電網中的發電廠、變電站蒐集各種執行的實時資料，進行監測；並在必要時透過系統向廠、站端傳送控制命令，由廠、站端的一些特別資訊也可經由SCADA系統及時主動向排程端傳送。這一切的資訊交流均必須由質量良好的通訊系統來傳遞。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資料採集的原理，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 資料採集
一、引言
隨著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資料，採集和監控整個電網的執行狀況，監控一次裝置的狀態，實現“四遙”以及歷史記錄、報表、事故分析等等。同時隨著計算機技術和網路通訊技術的發展，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程序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
為電力系統排程服務的遠距離監測、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眾多廠、所、站和裝置、元器件的執行工況，已不能用通常的機械聯絡或電聯絡來傳遞控制資訊或反饋的資料，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、裝置的執行引數等）轉換成便於傳輸的訊號形式，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排程所。在排程所的中心站經過反調製，還原為原來對應於廠、所、站工況的一些訊號再顯示出來，供給排程人員監控之用。排程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，驅動被控物件。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、解析度、溫度穩定性。一般要求準確度在±0.1～±0.5％；解析度為10或12±1位。 數字量的字長則根據被測物件的要求而定。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裝置的狀態以訊號的兩種狀態即0、1（或斷開、閉合）傳送主站端（排程端）。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，報警訊號，自動控制的投、切，發電廠、變電所的事故訊號，電工裝置引數的越限訊號，以及遠方站遠動裝置的狀態、自診斷訊號等。遙信的傳送有變位傳送和迴圈傳送兩種，以變位傳送為優。為避免發生訊號丟失，在遠動裝置初投入執行時，需將全部內容向主站端傳送，使主站端安全監控系統內的資料庫的內容和模擬盤的訊號狀態準確反映系統內執行裝置的`狀態，在平時定期傳送全部訊號。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,即遙信編碼的訊號距離應當大於或等於4,以防止外界干擾的作用。在電工裝置輸入的介面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傳送調節命令，遠方站經過校驗後轉換成適合於被控物件的資料形式，驅動被調物件。傳送的調節命令可以採取返送校核，也可以不採取返送校核，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。
遙控就是排程所（主站端）遠距離控制發電廠、變電所需要調節控制的物件。被控物件為發電廠、變電所電氣裝置的合閘和跳閘、投入和切除。遙控涉及到電工裝置動作，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。
為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。為保證資訊傳輸的可靠性，需採用雙通道備用。為適應電力系統排程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，減少裝置和通道投資。
遠動裝置的規約
由於電力生產的特點，發電廠、變電所和排程所之間的資訊交換隻能經過通道實現。資訊傳送只能是序列方式。因此，要使傳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非同步傳送，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，是規定實現資料收集、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裝置可以接入同一個安全監控系統。尤其在排程端(主站端) 採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，使不同型號的裝置能接入同一個安全監控系統。它還有助於製造裝置的工廠提高工藝質量，提高裝置的可靠性，因而提高整個安全監控系統的可靠性。
遠動規約分為迴圈式遠動規約和問答式遠動規約。
迴圈式規約：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機率，防止假同步發生。控制字是指明幀的類別，共有多少位元組，以及傳送資訊的源地址、目的地址等。
迴圈式規約要求迴圈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，此種通訊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為主，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，才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。
問答式規約為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，在一個通訊鏈路上，可以連線好幾個遠方站，這樣可以使通道投資減少，提高通道的備用性。
而為了保證電力系統遠動各種功能的可靠實現，主要透過資料採集技術、通道編碼技術和通訊傳輸技術三部分來實現其具體的遠動控制。
1．遠動系統的資料採集技術
遠動系統的資料採集技術包括變送器技術和 A/D 技術等。遠動系統處理的訊號大部分是0-5V 的 TTL 電平訊號，而電力系統實際執行引數都是大功率的引數，為了能在遠動裝置RTU 中處理這些訊號，透過變送器對大功率引數進行處理，將電力系統的電壓電流和有功無功線性地轉化為 TTL 電平訊號。A/D 技術主要負責將模擬訊號轉化為數字訊號，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裝置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。在電力排程自動系統中，遙信資訊的傳送必須經過兩個過程：第一是採集遙信物件的狀態，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物件狀態的二進位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介面電路，再透過介面電路送入 CPU 進行處理，完成遙信資訊的編碼。
2．遠動系統的通道編譯碼技術
遠動系統的通道編譯碼技術包括通道的編碼和譯碼、資訊傳輸協議（規約）等。為了使傳送的資訊有較好的抗干擾能力，必須對資訊進行通道編譯碼。
在數字傳輸中，干擾是不可避免的，透過通道編譯碼，儘可能地克服通道干擾。在通訊系統中，通道編譯碼方法很多，為了能夠正確地進行資料傳送，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迴圈碼。
（1）線性分組碼的定義
通道編碼傳輸過程中，按照監督碼元的構造方法，形成不同的特徵碼。設碼字有 K 位訊息碼元和 R 位監督碼元，則碼長 n=k+r，碼字數目為 2k。如果每個碼字的 R 個監督元中只與本碼字的 K 位訊息元相關，則這 2k個碼字的集合稱為分組碼。
若一個分組碼的 2k個碼字恰好是向量空間 V 的一個 K維子空間，稱分組碼為線性分組碼。設訊息序列 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。
用碼長和訊息碼元兩個引數描述這種碼時，又稱（n，k）線性分組碼。
（2）迴圈碼的編譯碼原理
迴圈碼是最常用的一種線性分組碼，具有以下性質：各碼字中的碼元迴圈左移位（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）。
採用系統迴圈碼進行編碼時，接受端判斷髮送碼字在噪音通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，檢查餘式是否為零（也就是檢查接受碼字是否是生成多項式的倍式），若餘式為零，認為接收碼字是傳送碼字，餘式不為零，認為接收碼字不是傳送碼字，從而完成資料的通道編譯碼工作。
3．遠動系統的通訊傳輸技術
遠動系統的通訊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訊的網路資源，可透過衛星、微波、載波、光纜等多種通訊手段構建一個電力通訊專網，目前的電力系統中，主要是利用電力線的載波進行通訊傳輸。訊號發射端上，資料透過通道編碼後形成基帶訊號，利用電力線上的高頻諧波訊號作為載波訊號，透過各種調製技術把基帶訊號變換為模擬訊號，以電流、電壓的形式隨電力線進行通訊傳輸；在接收端上，應用解調技術相應地把模擬訊號還原成數字訊號。電力系統正是透過調變解調器的調製--解調技術，實現遠動系統的資料通訊。
三、結語
電力系統自動化管理模式已成為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，智慧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排程真正自動化，就必須結合計算機技術和通訊技術，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程序中起著至關重要的作用。