數(shù)字技術(shù)在電力電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

吳普劍

摘 要：隨著大規(guī)模集成電路的不斷成熟，數(shù)字技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。目前，數(shù)字技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，有效提升了電力電氣自動(dòng)化水平，有效提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。文章對(duì)數(shù)字技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單概述，并認(rèn)真討論其在電力電氣自動(dòng)化中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字技術(shù)；電力電氣自動(dòng)化；運(yùn)用

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）13-0185-02

Abstract： With the maturity of LSI， digital technology has made great progress. At present， digital technology has been widely used in the field of industry， which effectively improves the level of electric automation and the economic benefits of enterprises. This paper gives a brief overview of digital technology and discusses its concrete application in electric power automation.

Keywords： digital technology； electric power and electrical automation； application

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電氣自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，它們的應(yīng)用無疑提升了生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了操作人員的操作安全性。為了進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)的潛力，現(xiàn)在數(shù)字技術(shù)越來越多地融入進(jìn)了電力電氣自動(dòng)化中，使其自動(dòng)化水平和智能化水平，得到了更進(jìn)一步的提升，還有效提高了其可靠性，降低了產(chǎn)生失效動(dòng)作的概率。為了讓大家了解數(shù)字技術(shù)在電力電氣自動(dòng)化中的具體運(yùn)用，作者將要在本文中對(duì)此進(jìn)行探討，希望對(duì)促進(jìn)我國(guó)電力電氣自動(dòng)化的發(fā)展，可以起到幫助作用。[1]

2 數(shù)字技術(shù)概述

數(shù)字技術(shù)是信息化技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶。數(shù)字技術(shù)是一種綜合性的技術(shù)，其主要包含信息處理技術(shù)、智能處理技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)等，通過先進(jìn)的技術(shù)手段，將聲音、文字、圖像等信息變成數(shù)字化的信息，以二進(jìn)制的方式進(jìn)行存儲(chǔ)、傳輸、處理，這些信息可以被計(jì)算機(jī)有效的識(shí)別，并經(jīng)過計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、處理、加工，然后輸出相關(guān)的命令，去控制其他的機(jī)構(gòu)，或者與其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。隨著數(shù)字技術(shù)不斷成熟和發(fā)展，其已經(jīng)運(yùn)用在了眾多的領(lǐng)域中，在電力電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用也越來越多。

3 在電力電氣自動(dòng)化中運(yùn)用數(shù)字技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在傳統(tǒng)的電力電氣自動(dòng)化中，包含有大量的硬件式的邏輯運(yùn)算器件，這些器件的體積往往十分龐大，且其功能往往比較固化，其邏輯處理能力也偏弱，可靠性也偏低。在電力電氣自動(dòng)化采用數(shù)字技術(shù)后，可以有效簡(jiǎn)化電力電氣自動(dòng)化的控制流程，工作人員只需要進(jìn)行有效的指令輸入，就可以完成對(duì)邏輯功能的編寫，從而讓其達(dá)到預(yù)定的功能。其柔性也更強(qiáng)，當(dāng)預(yù)定的控制流動(dòng)無法完成對(duì)電力電氣自動(dòng)化的控制時(shí)，只需要重新編寫程序并下載，就可以實(shí)現(xiàn)新的邏輯功能。由于數(shù)字技術(shù)采用的是大規(guī)模的數(shù)字電路，這就避免了傳統(tǒng)自動(dòng)化控制中要使用的大規(guī)模繼電邏輯電路，其可以有效減少設(shè)備的空間。[2]

4 應(yīng)用數(shù)字技術(shù)可以有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性

在傳統(tǒng)電力電子自動(dòng)化中需要使用大量的繼電設(shè)備，這些繼電設(shè)備往往是機(jī)械式的，在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用后，其機(jī)械結(jié)構(gòu)就容易磨損，其在工作中就很容易失效，其會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成很大的影響。[3]在使用數(shù)字技術(shù)后，邏輯運(yùn)算通過內(nèi)部的未處理器來完成，而這些未處理器是大規(guī)模的數(shù)字集成電路，因此其可靠性更高，以此來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在傳統(tǒng)的電力電氣自動(dòng)化中，也普遍使用到了模擬通信技術(shù)，在通信線路上直接傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，這些模擬信號(hào)往往抗干擾能力較弱，非常容易受到外界電磁環(huán)境的影響，進(jìn)而導(dǎo)致信息傳輸?shù)氖д妗Ｔ诓捎脭?shù)字技術(shù)后，在傳輸線路上傳輸?shù)氖沁壿嬓盘?hào)，它只有0和1兩種狀態(tài)，因此其抗干擾能力更強(qiáng)，如果再采用特殊的通信協(xié)議，其更可以更加有效發(fā)現(xiàn)信息傳輸錯(cuò)誤，并及時(shí)提醒上位機(jī)進(jìn)行信息重傳，這又進(jìn)一步提高了信息傳輸?shù)目煽啃?，使信息傳輸?shù)目垢蓴_能力更強(qiáng)。

5 數(shù)字技術(shù)在電力電氣自動(dòng)化中的一般應(yīng)用流程

電力電氣自動(dòng)化主要用在工業(yè)控制領(lǐng)域，主要控制各種電力電氣設(shè)備。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了電力電氣自動(dòng)化的信息處理能力，其主要采用各種傳感器對(duì)各種系統(tǒng)狀態(tài)信息進(jìn)行收集，或者直接對(duì)各種I/O信號(hào)進(jìn)行收集，在收集完成后，通過內(nèi)部處理器對(duì)這些信息的處理加工，就會(huì)輸出一些數(shù)字控制信息或者直接輸出I/O控制信號(hào)，對(duì)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，從而完成預(yù)定的控制動(dòng)作，以便對(duì)電力電氣系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。由于當(dāng)前傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)信息的掌握更加豐富，其對(duì)狀態(tài)信息的掌握也更加精確，從而對(duì)電力電氣系統(tǒng)狀態(tài)有更進(jìn)一步的把握。目前邏輯功能的實(shí)現(xiàn)，是以各種操作指令的執(zhí)行而完成的，如果我們需要更改邏輯功能，只需要重新編寫程序并燒錄就可以了，這讓對(duì)電力電氣系統(tǒng)的控制更加靈活，在系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展或者更改功能時(shí)，只需要更改程序即可。

6 GOOSE虛擬端子技術(shù)

GOOSE虛擬端子技術(shù)是數(shù)字技術(shù)在電氣自動(dòng)化中的深入應(yīng)用研究而出現(xiàn)的，傳統(tǒng)電力電子自動(dòng)化系統(tǒng)中包含有大量的節(jié)點(diǎn)信號(hào)開入和流出繼電器接口。但隨著光纖技術(shù)的突破和應(yīng)用，光纖接口代替了原來一對(duì)一的接口連接方式，這種方式可以利用黑匣子原理對(duì)原有設(shè)備的外部特性進(jìn)行保護(hù)，各種設(shè)備使用統(tǒng)一的傳輸協(xié)議來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這種技術(shù)有以下的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

（1）可以明顯改變?cè)O(shè)備二次回路的性能，使其對(duì)工程調(diào)試變得更加容易被掌握，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試操作。

（2）以前的設(shè)備接口非常多，在使用這個(gè)技術(shù)后，設(shè)備接口的數(shù)量大為減少，這就有效避免了因?yàn)榻涌诮佑|不良所帶來的各種問題，增加了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，也大大節(jié)省了設(shè)備的布線空間。

（3）在使用該技術(shù)前，設(shè)備之間的信號(hào)傳遞都是點(diǎn)到點(diǎn)的，在使用該技術(shù)后，很多設(shè)備之間都可以進(jìn)行有效的信息傳遞，這大大增加了系統(tǒng)協(xié)同工作的能力，可以就同一問題做出響應(yīng)，并且具有開啟跳合閘的功能，這能極大保護(hù)遙控裝置的安全，還可以有效開展閉鎖層的保護(hù)。

（4）該端子還可以根據(jù)系統(tǒng)端的設(shè)置，對(duì)非電量信息進(jìn)行控制，比以往的二次回路功能更加豐富。

7 微處理器的應(yīng)用

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，處理器的體積不斷減小，甚至出現(xiàn)了程序嵌入式的單片機(jī)系統(tǒng)，它具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力，有的單片機(jī)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)32位的數(shù)字運(yùn)算和32位的尋址空間，可以和早期的電腦處理器相媲美，且其功能十分強(qiáng)大，不僅具有標(biāo)準(zhǔn)的I/O端口，并融合各種通信協(xié)議可以進(jìn)行高速的信息傳輸，有的單片機(jī)還具有AD轉(zhuǎn)化功能。有些電力電氣自動(dòng)化設(shè)備中，已經(jīng)用先進(jìn)的單片機(jī)系統(tǒng)替換掉了傳統(tǒng)的數(shù)字邏輯電路，不僅縮小了控制電路的體積，還使得系統(tǒng)的功能得到了顯著的增強(qiáng)，通過其強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)算能力，可以有效提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)控制功能，由于單片機(jī)具有通信的功能，也就省去了再給系統(tǒng)布置信息傳輸系統(tǒng)，其還可以利用單片機(jī)強(qiáng)大的功能，去直接擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，使系統(tǒng)獲得一些新的功能。目前單片機(jī)技術(shù)正處在迅猛的發(fā)展期，相信未來其會(huì)在電力電氣自動(dòng)化中發(fā)揮更大的作用。

8 通信技術(shù)的應(yīng)用

通信技術(shù)是數(shù)字技術(shù)的重要組成部分，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)前非常流行的數(shù)字通信技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前電力電氣自動(dòng)化正朝著遠(yuǎn)程、無人化的方向發(fā)展，這離不開通信技術(shù)的應(yīng)用。[4]目前隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在很多單片機(jī)都擁有數(shù)字通信的功能，我們?cè)谶M(jìn)行數(shù)字技術(shù)在電力電氣自動(dòng)化中運(yùn)用時(shí)，就可以有效利用這些通信功能，將系統(tǒng)的信息通過這些單片機(jī)的處理，變成數(shù)字形式的信息，然后通過數(shù)字通信線路，將這些信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器。遠(yuǎn)程管理人員在看到這些信息后，如果需要處理，其就會(huì)向電力電氣系統(tǒng)發(fā)送控制命令信息，這些信息在傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)后，經(jīng)過處理，將這些信息變換成具體的控制指令，從而控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種對(duì)系統(tǒng)的控制動(dòng)作，通過這些為真正實(shí)現(xiàn)電力電子的遠(yuǎn)程化、無人化，奠定了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。當(dāng)前一些新型的單片機(jī)還具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，這進(jìn)一步為遠(yuǎn)程通信大開了方便之門。

在電力電氣系統(tǒng)中，為了對(duì)電力中斷進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行有效的信號(hào)傳遞和遠(yuǎn)程監(jiān)控，就必須利用智能終端，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如果采用常規(guī)的信號(hào)傳輸技術(shù)，不僅傳輸速度慢，在電力電氣系統(tǒng)強(qiáng)電磁環(huán)境中，還容易受到干擾，在采用光纖通信后，因?yàn)槠鋫鬟f的是光信號(hào)，因此可以有效屏蔽電磁干擾問題，進(jìn)一步提高了信息傳輸?shù)目煽啃?。此外，現(xiàn)在的電力電氣系統(tǒng)越來越強(qiáng)調(diào)接口的規(guī)范性，這對(duì)提高系統(tǒng)的功能可擴(kuò)展性和兼容性是十分重要的，采用光纖通信后，我們可以使用目前常用的TCP/IP傳輸協(xié)議，不僅能讓信息在系統(tǒng)內(nèi)部傳輸，也可以將單位的電位系統(tǒng)和制造執(zhí)行系統(tǒng)，有效的連接起來。

9 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大規(guī)模集成電路技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，這讓數(shù)字技術(shù)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，其實(shí)用性也越來越強(qiáng)，在電力電氣自動(dòng)化中的運(yùn)用也越來越多。其應(yīng)用大大擴(kuò)展了電力電氣系統(tǒng)的功能，也增加了系統(tǒng)工作的可靠性、平穩(wěn)性，在需要進(jìn)行控制方式改變時(shí)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的程序重寫即可，利用數(shù)字通信技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無人化、遠(yuǎn)程化的管理。

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