電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約實(shí)驗(yàn)軟件的設(shè)計(jì)

肖 洪，劉炳旭，肖 灑

(1.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061;2.國(guó)家氣象信息中心，北京 100081)

“電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)”課程又稱“電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控原理”，是面向電氣工程專業(yè)開設(shè)的必修課，電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約(以下簡(jiǎn)稱“傳輸規(guī)約”)是該課程的主要教學(xué)內(nèi)容之一，也是電力系統(tǒng)運(yùn)行人員必須掌握的關(guān)鍵知識(shí)。由于傳輸規(guī)約多種多樣，給教學(xué)帶來(lái)了很大困難。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的通信實(shí)驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程的演示，但缺少實(shí)際傳輸規(guī)約的內(nèi)容。為了使學(xué)生通過上機(jī)操作實(shí)驗(yàn)，更直觀地了解傳輸規(guī)約的內(nèi)容以及電力信息的傳輸過程，本文在分析了一般傳輸規(guī)約特性的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套基于常用傳輸規(guī)約的數(shù)據(jù)傳輸軟件。

1 傳輸規(guī)約特性分析

電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約是電力監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。一般的電力監(jiān)控系統(tǒng)由一個(gè)主站和多個(gè)分站組成，通過主站和分站之間的數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)控。該數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。主站和分站之間的數(shù)據(jù)傳輸主要有循環(huán)式和問答式兩種模式，對(duì)應(yīng)的有循環(huán)式和問答式兩種傳輸規(guī)約。

圖1 遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1)循環(huán)式傳輸規(guī)約

在循環(huán)式傳輸規(guī)約中，以分站為主動(dòng)方，以數(shù)據(jù)幀的形式，按固定的傳送速率，依序循環(huán)不斷地向主站發(fā)送遙測(cè)、遙信、數(shù)字量和事件順序記錄等數(shù)據(jù)，周而復(fù)始。主站在接收數(shù)據(jù)后，根據(jù)幀代碼判斷是哪一個(gè)分站發(fā)來(lái)的信息。

2)問答式傳輸規(guī)約

問答式傳輸規(guī)約也稱Polling方式，這種傳輸規(guī)約的主要特點(diǎn)是以主站為主動(dòng)方，主動(dòng)地向分站發(fā)送查詢命令報(bào)文，要求返回某一類別信息，子站在響應(yīng)后上送本站信息。通常子站的數(shù)字量變化(遙信變位)優(yōu)先傳送;對(duì)于模擬量，采用變化量超過預(yù)定范圍時(shí)傳送。

可見，傳輸規(guī)約的內(nèi)容主要涉及兩個(gè)問題:數(shù)據(jù)格式與傳輸模式。不同傳輸規(guī)約中，數(shù)據(jù)幀(報(bào)文)二進(jìn)制代碼的組成格式不同。此外，完成同一種操作，如遙信信息上傳和遙控的操作等，在不同傳輸規(guī)約中會(huì)有不同的傳輸模式。

根據(jù)傳輸規(guī)約的上述特性，采用Visual C++編寫程序分別模擬了這兩種不同傳輸規(guī)約下，分站和主站的數(shù)據(jù)傳輸過程。其中循環(huán)式傳輸規(guī)約以部頒循環(huán)式規(guī)約DL451－1991為例，問答式傳輸規(guī)約以 IEC60870-5-1 規(guī)約為例進(jìn)行討論[1，2]。

2 傳輸規(guī)約的軟件實(shí)現(xiàn)

傳輸規(guī)約的操作主界面如圖2所示。該軟件包括數(shù)據(jù)格式演示和數(shù)據(jù)傳輸過程演示兩個(gè)功能。

1)循環(huán)式傳輸規(guī)約實(shí)驗(yàn)

圖2所示的主界面中，選擇“循環(huán)式(DCT)”按鈕，進(jìn)入循環(huán)式傳輸規(guī)約的演示。

圖2 電力遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主界面

在循環(huán)式傳輸規(guī)約中，上行信息主要由分站以循環(huán)傳輸模式向主站發(fā)送，主要包括如下信息:重要遙測(cè)(A幀)，次要遙測(cè)(B幀)，一般遙測(cè)(C幀)，遙信狀態(tài)(D1幀)，電能脈沖計(jì)數(shù)值(D2幀)和事件順序記錄(E幀)等。

當(dāng)傳輸端置為“分站—主站端”時(shí)，信息傳輸方向?yàn)樯闲?，?shù)據(jù)幀類型列表框中將給出所有類型的上行信息，該方向的操作只有“循環(huán)傳輸”一種。點(diǎn)擊“生成數(shù)據(jù)幀”按鈕，發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)中將顯示數(shù)據(jù)幀的格式組成。

當(dāng)傳輸端置為“主站—調(diào)度端”時(shí)，數(shù)據(jù)幀類型列表框中將顯示所有下行信息的類型，操作類型框?qū)@示“遙控操作、升降操作、對(duì)時(shí)操作”三種類型。點(diǎn)擊“啟動(dòng)操作”按鈕，發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)和接收數(shù)據(jù)區(qū)中將給出進(jìn)行不同的操作時(shí)各類數(shù)據(jù)幀的傳輸順序。

2)問答式傳輸規(guī)約實(shí)驗(yàn)

在圖2所示的主界面中，我們可以選擇“問答式(Polling)”按鈕，進(jìn)入問答式傳輸規(guī)約的演示。

問答式傳輸規(guī)約中數(shù)據(jù)操作的基本單位是報(bào)文，對(duì)報(bào)文的傳輸以問答式的模式進(jìn)行，數(shù)據(jù)的操作由主站和分站一系列的報(bào)文傳輸組成。

除了“電源合閘”操作，正常運(yùn)行過程中的所有操作都由主站發(fā)起?！半娫春祥l”的過程如圖3所示。在這個(gè)過程中，首先分站發(fā)出“電源合閘”報(bào)文，然后順序響應(yīng)主站的命令，并回復(fù)“確認(rèn)”報(bào)文。后邊還包括其它參數(shù)設(shè)置如:設(shè)置時(shí)鐘、發(fā)送掃描頻率、發(fā)送壓縮因子、設(shè)定工作方式和類別詢問等。該軟件可以分別從主站端和分站端演示“電源合閘初始化”過程中報(bào)文發(fā)送和接收的過程。通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可熟悉問答式傳輸規(guī)約中電源合閘初始化問答全過程。

按照同樣的方法，我們可以演示“循環(huán)查詢(正常運(yùn)行)”過程中主站和分站的報(bào)文發(fā)送和接收的過程[3，4]。

圖3 電源合閘操作過程

學(xué)生通過上述的實(shí)驗(yàn)操作，可直觀地觀察各種傳輸規(guī)約的數(shù)據(jù)格式，以及在各種類型的操作過程中數(shù)據(jù)的傳輸過程，從而學(xué)習(xí)各類規(guī)約的組成和應(yīng)用情況，加深對(duì)各類規(guī)約的理解。

3 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過對(duì)循環(huán)式傳輸規(guī)約中的數(shù)據(jù)幀格式與傳輸過程，以及問答式傳輸規(guī)約中的報(bào)文格式及其傳輸過程的演示，可以使學(xué)生對(duì)兩種傳輸規(guī)約建立更直觀的認(rèn)識(shí)?？朔W(xué)生學(xué)習(xí)傳輸規(guī)約枯燥無(wú)味和不便記憶的問題，學(xué)生普遍反映良好。電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)，解決了“電力系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)”課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，更好地提高了專業(yè)課教學(xué)水平，為學(xué)生從事該專業(yè)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

[1]盛壽麟主編。電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控原理[M].北京:中國(guó)電力出版社，1998

[2]柳永智，劉曉川編著。電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2003

[3]趙祖康。電力系統(tǒng)信息傳輸協(xié)議綜述[J].南京:電力系統(tǒng)自動(dòng)化2000年第22期

[4]Michael J Young著，邱仲潘等譯.VisualC++4從入門到精通(第二版)[M].北京:電子工業(yè)出版社，1997