電子信息技術(shù)在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

阮艷

（神木市職業(yè)技術(shù)教育中心，陜西榆林，719300）

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力的供給越來越高，電力的需求量越來越大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性也越來越重要。隨著電力系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)的需求的改變，電力系統(tǒng)公司通過引進(jìn)自動(dòng)控制技術(shù)和電子技術(shù)等手段，使配電、變電、調(diào)度等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化的發(fā)展。利用上述技術(shù)，可以對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測與管理，實(shí)時(shí)了解電力系統(tǒng)的工作狀況，并能迅速地發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的故障。極大地提高了電力系統(tǒng)的工作品質(zhì)，同時(shí)也在逐漸增強(qiáng)電力系統(tǒng)中各部件的可靠性和安全性。

1 電力自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的重要作用

1.1 可提升系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性

信息化、自動(dòng)化等技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，與之相結(jié)合，使其在電力系統(tǒng)的升級(jí)改造中得到應(yīng)用，從而推動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展。將來需要繼續(xù)提高自動(dòng)化程度。電力自動(dòng)化系統(tǒng)涉及的問題很多，包括三大方面，一是變電系統(tǒng)自動(dòng)化，二是配電自動(dòng)化，三是電力調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)地控制[1]。通過將各類自動(dòng)化設(shè)備、裝置的裝配，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控、控制、診斷和管理。通過這種方式，可以對(duì)電力系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行全面的監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行處理，使整個(gè)系統(tǒng)都能保持良好的工作狀態(tài)。

實(shí)行自動(dòng)化的管理與監(jiān)視，會(huì)減少對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)投資，特別是對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測與維修。在沒有自動(dòng)化系統(tǒng)的情況下，電力調(diào)度、監(jiān)控、維修等工作都需要大量的人力物力資源，而且投資也很大。從而壓縮供電和分配的利益。通過對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多種資源的集成，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理、控制、維護(hù)等自動(dòng)化，使其具有更全面、更多樣化的功能。這樣的話，電力系統(tǒng)就會(huì)變得更加的實(shí)用，更加的靈活，人力、物力、財(cái)力都會(huì)極大降低，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)效益都得到了極大的提升。

1.2 可提升整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性

電力系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化是一種必然趨勢，不僅可以提高整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，也可以保證電力系統(tǒng)的總體安全[2]。在電力自動(dòng)化的發(fā)展中，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)等，使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的自動(dòng)化、智能化。綜合各方面功能使其協(xié)同控制的能力更加強(qiáng)大，從原有的開環(huán)控制逐漸向著閉環(huán)控制方向發(fā)展。

此外，在運(yùn)行監(jiān)控電力自動(dòng)化系統(tǒng)的同時(shí)，還可以將高壓轉(zhuǎn)換為低壓，最大限度地保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止電力供應(yīng)和分配不穩(wěn)定的問題發(fā)生。且隨著電力自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，其功能更加全面，特別是對(duì)電子信息技術(shù)的高效利用，在各方面的性能都有很大提高，如系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)使用的電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低，主要依靠人力進(jìn)行管理和控制，容易出現(xiàn)人為的錯(cuò)誤，或存在著安全意識(shí)不強(qiáng)、違章操作等問題，對(duì)自己、電力系統(tǒng)的安全都會(huì)產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)[3]。而電子信息技術(shù)在電力自動(dòng)化中的應(yīng)用可進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，有效地降低和控制該領(lǐng)域運(yùn)行所存在的風(fēng)險(xiǎn)。

2 基于IEC61850的技術(shù)開發(fā)

2.1 構(gòu)建兼容邏輯節(jié)點(diǎn)

IEC61850共定義了13個(gè)大類80多個(gè)邏輯結(jié)點(diǎn)，350多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象，包括23個(gè)公用的數(shù)據(jù)類型，包括了所有的功能和數(shù)據(jù)對(duì)象，并給出了新的邏輯節(jié)點(diǎn)和方法；此外還指定一系列的方法和面向?qū)ο蟮姆?wù)，這些代碼包含了一系列的數(shù)據(jù)對(duì)象代碼。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)下，基于邏輯節(jié)點(diǎn)的組件是構(gòu)建變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2.2 構(gòu)建抽象通信服務(wù)類

抽象通信服務(wù)類別是指在邏輯節(jié)點(diǎn)類別與外部應(yīng)用之間進(jìn)行通訊的接口，IEC61850-7-2中，共有14個(gè)類別的抽象通訊業(yè)務(wù)類別，其中有許多不同的實(shí)現(xiàn)方式。當(dāng)前大多數(shù)Windows軟件都支持DDE。本文將通過微軟VC6.0的實(shí)例來說明IEC61850中的抽象通訊業(yè)務(wù)。

DDE作為一種進(jìn)程間通信標(biāo)準(zhǔn)，在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)數(shù)據(jù)的采集。通常情況下，一個(gè)前置程序帶有DDE界面，以便其他程序能夠存取收集到的數(shù)據(jù)[4]。DDE是視窗數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，視窗操作系統(tǒng)在視窗3.1之后，由DDEMLDLL提供，可以在數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)及時(shí)通知，因此被廣泛地用于工業(yè)控制的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。DDE中各程序間通訊的一種機(jī)制，利用DDEML各應(yīng)用程式透過共用存儲(chǔ)器區(qū)域進(jìn)行資料交換。一次會(huì)話總是包含兩個(gè)程序，分別為客戶和服務(wù)器。DDE的每個(gè)工作階段都以三個(gè)字串來識(shí)別：應(yīng)用程序、主題和項(xiàng)目名稱，這三個(gè)字串被稱作DDE三元素。

（1）應(yīng)用程序名。系統(tǒng)可能會(huì)同時(shí)存在多個(gè)服務(wù)器程序，客戶程序使用該程序來指定服務(wù)器名稱，而一般服務(wù)器名稱都是可執(zhí)行文件的名稱。

（2）主題。通信話的提名，服務(wù)器程序可以根據(jù)分組的方式支持多個(gè)通訊話題。

（3）項(xiàng)目名稱。項(xiàng)目名稱指定的資料集合的特定資料。正如在使用Excel的ElectronicExcel中，一個(gè)名為“Excel”的應(yīng)用程序，它的標(biāo)題是“BOOK1.xls”，它的特定的隊(duì)列值是項(xiàng)目確定的，比如“R1C2”。與用戶和服務(wù)的通信頻率相聯(lián)系，一般DDE的通信鏈接方式有3種，分別為冷式、溫式和熱式鏈接[5]。

同時(shí)，如果用戶或服務(wù)器通過API函數(shù)將交易發(fā)送到參與會(huì)話中的其他用戶，則這個(gè)交易可以由服務(wù)器或客戶端來完成。

2.3 利用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)

OPC是一種基于OLE/COM技術(shù)的通信協(xié)議，OLE/COM是用戶/服務(wù)方式，具有易于集成、代碼重用和編程無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。從OPC伺服器中可以看出，OPC服務(wù)器內(nèi)的程式碼決定服務(wù)器所要存取的裝置與資料，資料項(xiàng)的名稱與存取資料的詳細(xì)資料，不管是什么形式的現(xiàn)場裝置，使用者都可以透過單一的方法進(jìn)入，從而確保整體的程式對(duì)顧客的資訊透明[6]。讓用戶能夠從基礎(chǔ)的發(fā)展中解脫出來?？蛻舳藨?yīng)用只需與一個(gè)普通的界面進(jìn)行通訊，無需了解基礎(chǔ)的具體實(shí)施。0PC的使用者可以通過0PC對(duì)實(shí)體I/0設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，也可以對(duì)SCADA、DCS等設(shè)備進(jìn)行接口參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整。

圖1 OPC客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)圖

任意0PC用戶可以通過多個(gè)廠商所提供的0PC服務(wù)器進(jìn)行連接，每臺(tái)服務(wù)器還服務(wù)于多臺(tái)0PC用戶。只要應(yīng)用軟件滿足0PC的要求，就可以連續(xù)地存取0PC上的全部硬件驅(qū)動(dòng)，而無需進(jìn)行任何改動(dòng)。0PC規(guī)格包含了一整套接口、屬性和方法的自動(dòng)化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，在不同的應(yīng)用環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備層、自動(dòng)化層和信息層的協(xié)作。同時(shí)還為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳送平臺(tái)，使得不同類型的系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交流更加便捷。圖2是由OPC組成的一個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)。

圖2 采取OPC構(gòu)建的異構(gòu)系統(tǒng)

而OPC在儲(chǔ)存資料規(guī)格時(shí)，會(huì)包含多個(gè)物件類別，例如伺服器、群組及項(xiàng)目等。OPC自身的服務(wù)器物件保持與OPC物件有關(guān)的資訊，并充當(dāng)OPC群物件的包容器，而OPC物件則負(fù)責(zé)保持與OPC物件有關(guān)的資訊及包含OPC物件的機(jī)制，以及管理OPC物件。

OPC服務(wù)器的主要目標(biāo)是IUnknown和IOPCServer接口，用戶可以用IUnknown和IOPCServer進(jìn)行通訊，同時(shí)IOPCServer界面還可以為OPC用戶提供更為便捷、高效的運(yùn)行方式。

OPC組為客戶程序提供了一種方式來組織數(shù)據(jù)，在每一組中都可以定義一種或多種OPC項(xiàng)目。這個(gè)群組中存在兩種類型，既包括共用的，也包括本地的，在這種情況下，一個(gè)用戶可以共用一個(gè)通用的群組，一個(gè)用戶可以共用一個(gè)通用的群組。

同時(shí)，OPC規(guī)范包括兩組界面：用戶界面和自動(dòng)界面?？蛻舳私缑媸敲嫦騉PC服務(wù)器的一種界面，它描述了0PC組件對(duì)象的界面及其實(shí)現(xiàn)方式，適用于C++和PASCAL，并且能夠達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行性能?？蛻舳藳]有項(xiàng)目對(duì)象，所有的項(xiàng)目都由包含該項(xiàng)目的群對(duì)象來完成[7]。自動(dòng)化界面是一個(gè)可選擇的界面，它能自動(dòng)地配置和訪問進(jìn)程控制的數(shù)據(jù)，為VisualBasic、Excel以及其他先進(jìn)的商用軟件提供了便利。自動(dòng)化界面是一個(gè)自動(dòng)化的包裝，它可以用于包裝任意的客戶端服務(wù)器，因此OPC基金會(huì)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)界面包裝器，它可以用于包裝任何一個(gè)客戶端。其中如圖3所示，給出了客戶化接口和自動(dòng)化接口之間的關(guān)系：

圖3 客戶化接口與自動(dòng)化接口的關(guān)系

2.4 基于電力調(diào)度中的通信技術(shù)應(yīng)用

將電子通信技術(shù)運(yùn)用到電力系統(tǒng)調(diào)度中，使自動(dòng)化體系建設(shè)更加完善，其作用和作用更大，主要表現(xiàn)為能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力生產(chǎn)的連續(xù)監(jiān)測，在收集各種資料的同時(shí)，進(jìn)行電力系統(tǒng)的狀態(tài)分析，不僅可以排除安全隱患，而且可以為電力系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整提供科學(xué)的參考。總而言之，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的功能很多，除實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、分析狀態(tài)、分析安全等，還包括自動(dòng)調(diào)度和自動(dòng)發(fā)電，以及對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測。自動(dòng)化的電力系統(tǒng)控制是非常有針對(duì)性的，省級(jí)電力系統(tǒng)甚至是更高等級(jí)的電力系統(tǒng)都具備這種能力。

自動(dòng)化電力系統(tǒng)調(diào)度具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，既可以滿足不同的市場需要，又可以在電力系統(tǒng)生產(chǎn)和調(diào)度過程中，有效地減少發(fā)電和調(diào)度過程中的損耗，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。通過對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測，使電力系統(tǒng)能夠在負(fù)荷范圍內(nèi)、安全、可靠地工作，從而提高電力系統(tǒng)的調(diào)度和運(yùn)行綜合效益。就當(dāng)前電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展來看，有五個(gè)層次：全國電力系統(tǒng)調(diào)度等級(jí)最高，區(qū)域電力系統(tǒng)調(diào)度次之，然后依次是省級(jí)電力系統(tǒng)、區(qū)級(jí)電力系統(tǒng)、縣級(jí)電力系統(tǒng)調(diào)度。第一、二層的電力調(diào)度，比后三層的計(jì)劃要大得多，因此在自動(dòng)化系統(tǒng)中安裝的各種電子設(shè)備和裝置容量也更大。

本部分主要是以變電站內(nèi)通信協(xié)議IEC61850和其所涉及的一些相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，對(duì)電力自動(dòng)化系統(tǒng)中使用信息技術(shù)的通信技術(shù)實(shí)際方法，其中涉及通信接口技術(shù)如DDE和OPC的相關(guān)開發(fā)。根據(jù)此通信協(xié)議，可以保障電力系統(tǒng)自動(dòng)化的通信便利性和可行性，提升自動(dòng)化的使用價(jià)值與效益。

3 基于通信技術(shù)的電子信息技術(shù)在未來電力自動(dòng)化系統(tǒng)中的發(fā)展趨勢

3.1 解決兼容方面的問題

目前，隨著電力自動(dòng)化的應(yīng)用，電力自動(dòng)化系統(tǒng)面臨著裝備相容性問題，因此，該技術(shù)已逐漸發(fā)展為電力自動(dòng)化體系的構(gòu)建與改進(jìn)。在電子信息技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，要使用各種不同的電氣和信息技術(shù)，在電力系統(tǒng)中設(shè)置各種電子信息設(shè)備，并將這些裝置設(shè)備整合在一起，目前存在著嚴(yán)重的軟硬件兼容性問題。特別是各種小型的電子產(chǎn)品，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，因?yàn)楦鞣N條件的原因，變得更加小巧，頻繁被EMI所影響，導(dǎo)致諸如拒絕、誤動(dòng)作等諸多不利條件，極易導(dǎo)致系統(tǒng)失效。所以在電力行業(yè)中，有很多人都需要將其用于電力行業(yè)。

3.2 加快高新技術(shù)的發(fā)展

隨著電力自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，紅外成像技術(shù)、圖像信息技術(shù)等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以使電力企業(yè)員工更好地閱讀和閱讀圖像，減少對(duì)圖像的理解，從而提高對(duì)圖像的自動(dòng)、智能化處理。此外，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到電力自動(dòng)化系統(tǒng)中，將專家系統(tǒng)用于故障診斷，提高自動(dòng)化程度，提高自動(dòng)故障診斷水平。盡管目前已將上述技術(shù)應(yīng)用于電力自動(dòng)化領(lǐng)域，但仍需進(jìn)行深入的研究，以保證更多的高新技術(shù)能夠在電力系統(tǒng)中得到有效的應(yīng)用。

4 結(jié)語

電力自動(dòng)化系統(tǒng)中使用電子信息技術(shù)，其中包含通信、電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，本文主要以通信技術(shù)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用分析，希望能夠給予相關(guān)工程一些可靠的參考和借鑒，促進(jìn)電力行業(yè)的快速發(fā)展。