遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控技術(shù)-04A

第四章遠(yuǎn)動(dòng)信息的信源編碼第一節(jié)遙信信息的采集和處理一、遙信對象狀態(tài)的采集二、遙信狀態(tài)的輸入電路三、提高遙信信息可靠性措施四、事件順序記錄1

遙信信息通常由電力設(shè)備的輔助接點(diǎn)提供，輔助接點(diǎn)的開合直接反映出該設(shè)備的工作狀態(tài)。

無源接點(diǎn)：即空接點(diǎn)，無論是在(開)狀態(tài)還是(合)狀態(tài)，接點(diǎn)兩端均無電位差。提供給遠(yuǎn)動(dòng)裝置的輔助接點(diǎn)大多為無源接點(diǎn)。斷路器和隔離開關(guān)提供的就是這一類輔助接點(diǎn)。

有源接點(diǎn)：在(開)狀態(tài)時(shí)兩端有一個(gè)直流電壓，是由系統(tǒng)蓄電池提供的110V或220V直流電壓。一些保護(hù)信號提供此類接點(diǎn)。一、遙信對象狀態(tài)的采集2

圖5-1給出了兩類觸點(diǎn)信號的例子。圖5-1(a)是斷路器動(dòng)作機(jī)構(gòu)原理圖。圖5-1(b)是斷路器事故跳閘音響回路的一部分。3不論無源還是有源觸點(diǎn)，由于它們來自強(qiáng)電系統(tǒng)，直接進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)裝置將會(huì)干擾甚至損壞遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備，因此必須加入信號隔離措施。通常采用繼電器和光電耦合器作為遙信信息的隔離器件，如圖5-2所示。圖5-2(a)采用繼電器隔離，圖5-2(b)采用的光電耦合器隔離。4圖5-3給出一適用于有源和無源接點(diǎn)的實(shí)用電路。當(dāng)遙信信源連通（短路）時(shí)，輸出YX為高電平；當(dāng)遙信信源懸空或帶有直流正電壓時(shí)，YX為低電平。遙信對象采集也有采用雙觸點(diǎn)的處理方法。雙觸點(diǎn)遙信就是一個(gè)遙信量由兩個(gè)狀態(tài)信號表示，一個(gè)來自開關(guān)的合閘接點(diǎn)，另一個(gè)來自開關(guān)的跳閘接點(diǎn)。因此雙觸點(diǎn)遙信需用二進(jìn)制代碼的兩位來表示?！?0”和“01”為有效代碼，分別表示合閘與跳閘；“00”與“11”為無效代碼。這種處理方法可以提高遙信信源的可靠性和準(zhǔn)確性。5斷路器狀態(tài)輔助觸點(diǎn)狀態(tài)光耦狀態(tài)遙信碼合閘斷開截止1分閘閉合導(dǎo)通0斷路器狀態(tài)與遙信碼6二、遙信狀態(tài)的輸入電路經(jīng)過上述信號處理后，遠(yuǎn)動(dòng)裝置內(nèi)的遙信信息為符合TTL電平的“0”、“1”狀態(tài)信號。每一遙信對象映射到計(jì)算機(jī)中正好是二進(jìn)制代碼的一位。大量散亂的遙信對象必須通過遙信狀態(tài)的輸入電路的有效組織，才能便于計(jì)算機(jī)處理。接收遙信量的輸入電路可以采用三態(tài)門芯片、并行接口芯片和數(shù)字多路開關(guān)芯片三類接口芯片實(shí)現(xiàn)。三態(tài)門芯片種類很多，如圖5-4以74LS244為例說明。7并行接口芯片同樣可以實(shí)現(xiàn)遙信量的采集，如圖5-5所示，以intel8255可編程I/O接口芯片為例說明。當(dāng)遙信量較多時(shí)，可采用數(shù)字量多路開關(guān)。如圖5-6所示。8用數(shù)字量多路開關(guān)可實(shí)現(xiàn)遙信量輸入的擴(kuò)展。圖5-7為采用1片SN74LS244和8片SN74151實(shí)現(xiàn)64路遙信量輸入的例子。9

遙信信息在采集和處理上有兩種不同的模式：定時(shí)掃查和變位觸發(fā)。1、定時(shí)掃查模式

圖5-8給出了一個(gè)8路遙信量采集的電路圖。將intel8255的A口設(shè)置為輸入方式，讀A口的狀態(tài)即可得到8路遙信量的狀態(tài)。10一般將遙信掃查置于實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中，每一個(gè)等時(shí)間間隔，如1~10ms，都要對全部的遙信量進(jìn)行一次掃查，這樣構(gòu)成的掃查模式為定時(shí)掃查模式。遙信定時(shí)掃查的子程序框圖如圖5-9所示。11③并行接口電路8255A

②多路選擇開關(guān)①遙信信息采集電路122、變位觸發(fā)模式

在實(shí)時(shí)掃查模式的基礎(chǔ)上，增加一些硬件，占用一個(gè)CPU的外部中斷源，則可實(shí)現(xiàn)變位觸發(fā)模式。遙信變位中斷服務(wù)程序框圖如圖5-10所示。1314三、提高遙信信息可靠性措施電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化對遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中遙信采集的可靠性和準(zhǔn)確性的要求極高，要求在硬件和軟件兩個(gè)環(huán)節(jié)加以充分的保證。硬件方面：保證強(qiáng)電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)的信號隔離，通常采用繼電器隔離和光電耦合器隔離。以及YX防抖和消噪處理。軟件方面：不能以一次讀取的遙信狀態(tài)為準(zhǔn)，必須連續(xù)多次讀取狀態(tài)，以其每次讀取均相同的狀態(tài)作為遙信狀態(tài)，這樣才能保證遙信信息的正確性和可靠性。防抖和消噪處理也可以用軟件實(shí)現(xiàn)。15四、事件順序記錄事件（event）指的是運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的變化，如開關(guān)所處的閉合或斷開狀態(tài)的變化，保護(hù)所處的正?；蚋婢癄顟B(tài)的變化。事件順序記錄是指開關(guān)或繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)，按動(dòng)作的時(shí)間先后順序進(jìn)行的記錄。事件分辨率：指能正確區(qū)分事件發(fā)生順序的最小時(shí)間間隔。站內(nèi)分辨率和站間分辨率：是指站內(nèi)（或站間）發(fā)生的兩個(gè)事件能被分辨出來的最小時(shí)間間隔。規(guī)約中要求，站內(nèi)分辨率應(yīng)小于10ms，系統(tǒng)分辨率應(yīng)小于20ms。它是事件順序記錄的主要技術(shù)指標(biāo)。16

要完成事件順序記錄功能，遠(yuǎn)動(dòng)裝置中必須提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。

實(shí)時(shí)時(shí)鐘由CPU內(nèi)部或外部的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器電路產(chǎn)生的定時(shí)中斷請求信號，在定時(shí)中斷響應(yīng)后，執(zhí)行實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序而形成。

圖5-11給出一實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序框圖。1718

為了保證系統(tǒng)分辨率，全系統(tǒng)應(yīng)該參照同一個(gè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即必須建立全網(wǎng)的統(tǒng)一時(shí)鐘。

方法一：由主站周期性地向各RTU發(fā)送時(shí)鐘命令，各RTU以主站的實(shí)時(shí)時(shí)鐘為標(biāo)準(zhǔn)對本站實(shí)時(shí)時(shí)鐘的各計(jì)數(shù)單元進(jìn)行修正，達(dá)到統(tǒng)一時(shí)鐘的目的。

圖5-12為主站向RTU發(fā)送校時(shí)命令、對時(shí)的示意圖。19

方法二：在主站和各RTU處分別裝配標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號的接收裝置，接受天文臺(tái)發(fā)出的無線電校時(shí)信號或GPS（全球定位系統(tǒng)）提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號。這種方法能充分保證跨調(diào)度區(qū)域的系統(tǒng)分辨率的指標(biāo)，減去了主站與子站之間的對時(shí)通信。20第二節(jié)遙測量的采集一、模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理二、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片三、模擬遙測量輸入的接口電路四、數(shù)字化的遙測量采集2122一、模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理

模/數(shù)轉(zhuǎn)換是遙測量采集的核心部分。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法很多,有逐位比較式、雙積分式、并行比較式以及U/F轉(zhuǎn)換式等。1、逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換

逐位比較式A/D轉(zhuǎn)換是把待轉(zhuǎn)換的直流模擬電壓與一組呈二進(jìn)制關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電壓一位一位由高至低逐位進(jìn)行比較，決定每位是去碼（為0）還是留碼（為1），從而實(shí)現(xiàn)模擬電壓到二進(jìn)制數(shù)碼的轉(zhuǎn)換。它一般由邏輯控制與定時(shí)電路、電壓比較器、逐次逼近邏輯寄存器SAR、D/A轉(zhuǎn)換電路和三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器等組成。23值得注意的是：此轉(zhuǎn)換過程是對某一固定的輸入電壓經(jīng)多次比較后得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果在轉(zhuǎn)換過程中輸入出現(xiàn)正常波動(dòng)或受到干擾，會(huì)給轉(zhuǎn)換結(jié)果帶來嚴(yán)重誤差。因此在實(shí)際應(yīng)用中需在A/D轉(zhuǎn)換器前加一采樣/保持器，以保證在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入電壓不發(fā)生變化。242、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換采用的是U/T（電壓/時(shí)間）的轉(zhuǎn)換方式，圖5-15給出它的電路原理框圖。其工作過程分三個(gè)階段完成：采樣階段、回積階段和復(fù)零階段。253、并行比較式A/D轉(zhuǎn)換

并行比較式A/D轉(zhuǎn)換又稱瞬時(shí)比較---編碼式A/D轉(zhuǎn)換，是一種轉(zhuǎn)換速度最快、轉(zhuǎn)換原理最直觀的轉(zhuǎn)換技術(shù)。

圖5-17給出了n位并行比較式A/D轉(zhuǎn)換的原理圖。26274、電荷平衡式U/f轉(zhuǎn)換

U/f轉(zhuǎn)換也是模/數(shù)轉(zhuǎn)換的一種實(shí)現(xiàn)方法。圖5-18(a)為電荷平衡式U/f轉(zhuǎn)換的原理框圖。28

圖5-18(b)為電荷平衡式U/f轉(zhuǎn)換的輸出波形。291、AD574A二、模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片介紹

AD574A是一種高性能的12位逐次逼進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，線性誤差為±1LSB，內(nèi)部有時(shí)鐘脈沖源和基準(zhǔn)電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采用28腳雙立直插式封裝。3031AD574A控制信號功能組合表AD574A片內(nèi)有邏輯電路，它能根據(jù)CPU給出的控制信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換或讀出等操作

322、ICL7109333、LMx3134三、模擬遙測量輸入的接口電路

為了進(jìn)一步了解遙測量采集的各環(huán)節(jié)，這里給出32路遙測量采集的實(shí)用電路，如圖5-24所示。該電路主要包括三個(gè)部分：①CPU、譯碼、程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如圖5-24(a)所示；②多路模擬開關(guān)、采樣/保持、A/D轉(zhuǎn)換，如圖5-24(b)所示；③以及光電隔離，如圖5-24(c)所示。353637四、數(shù)字化的遙測量采集

上面講的遙測量采集其輸入量均為直流模擬電壓信號的處理和上送。另外還有一類送入遠(yuǎn)動(dòng)裝置的遙測量不是模擬信號，而是數(shù)字信號。這類信號主要來源為一些指示儀表設(shè)備，這些設(shè)備將待測量通過內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（如BCD碼），數(shù)字值代表了待測量的大小，即為有名值。一方面用于數(shù)碼管顯示，另一方面用并行口輸出提供給遠(yuǎn)動(dòng)裝置或其他裝置使用。這類遙測量稱為數(shù)字化的遙測量。

數(shù)字化的遙測量采集電路類似于遙信采集電路，利用并行口或三態(tài)門直接對數(shù)字化的遙測量進(jìn)行讀數(shù)。38第三節(jié)遙測信息的處理一、數(shù)字濾波二、死區(qū)計(jì)算三、越限比較四、標(biāo)度轉(zhuǎn)換和二—十轉(zhuǎn)換五、事故追憶39一、數(shù)字濾波

輸入到遙測量采集系統(tǒng)的模擬直流電壓都是來自各類變送器和傳感器，這些有用的信號中?；祀s有各種頻率的干擾信號。因此在遙測量采集的輸入端通常加入RC低通濾波器，用以抑制某些干擾信號。RC濾波器易實(shí)現(xiàn)對高頻干擾信號的抑制，但欲抑制低頻干擾信號（如頻率為0.01Hz的干擾信號）要求的C值太大，不易實(shí)現(xiàn)。而數(shù)字濾波器可以對極低頻率的干擾信號進(jìn)行濾波，彌補(bǔ)了RC濾波器的不足。40

數(shù)字濾波就是在計(jì)算機(jī)中用一定的計(jì)算方法對輸入信號的量化數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，減少干擾在有用信號中的比重，提高信號的真實(shí)性。這是一種軟件方法，對濾波算法的選擇、濾波系數(shù)的調(diào)整都有極大的靈活性，因此在遙測量的處理上廣泛采用。

在問答式遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約中建議采用一階遞歸濾波，濾波公式如下：

Yk=Xk+A(Yk-1-Xk)式中Xk-----------新采樣數(shù)據(jù)；

Yk-1-----------前一次的濾波輸出；

Yk------------這一次的濾波輸出；

A---------濾波系數(shù)。41算術(shù)平均濾波法：式中Yk——第k次濾波輸出值；Xi——第i次采樣值；N——采樣次數(shù)。遞推平均濾波法：中位值濾波法：N個(gè)采樣數(shù)據(jù)按大小順序排列，取中間的值作為濾波輸出值。42二、死區(qū)計(jì)算

遠(yuǎn)動(dòng)裝置中遙測量的采集工作是不間斷地循環(huán)進(jìn)行著，如果要將微小的變化也不停地送往調(diào)度中心，會(huì)增加各個(gè)環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)，在遙測量處理中加入死區(qū)計(jì)算，則可有效地解決上述問題。

死區(qū)計(jì)算是對連續(xù)變化的模擬量規(guī)定一個(gè)較小的變化范圍。當(dāng)模擬量在這個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)變化時(shí)，認(rèn)為該模擬量沒有變化，這期間模擬量的值用原值表示，這個(gè)規(guī)定的范圍稱為死區(qū)。當(dāng)模擬量連續(xù)變化超出死區(qū)時(shí)，則以此刻的模擬量值代替舊值。43三、越限比較

對電力系統(tǒng)中每一個(gè)運(yùn)行參數(shù)量用上限值和下限值來規(guī)定其允許的運(yùn)行范圍，用這些量的實(shí)時(shí)運(yùn)行值與其限值作比較，一旦發(fā)現(xiàn)某一量超出允許范圍即判為越限，可能是越上限或越下限。

越限告警功能可以對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)提供。。。44四、標(biāo)度變換和二—十轉(zhuǎn)換

要將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果變?yōu)楸磉b測量的實(shí)際值就必須進(jìn)行標(biāo)度變換。1、標(biāo)度變換

標(biāo)度變換又稱為乘系數(shù)，是將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的無量綱數(shù)字量還原成有量綱的實(shí)際值的換算方法。2、二—十轉(zhuǎn)換

標(biāo)度變換后的數(shù)據(jù)已經(jīng)代表了遙測量的實(shí)際值，但此數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制數(shù)表示的。在某些場合，還希望再轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，這就需要進(jìn)行二—十轉(zhuǎn)換。45五、事故追憶

為了分析事故，要求在一些影響較大的開關(guān)發(fā)生事故跳閘時(shí)，不僅把事故瞬間及事故以后，而且包括事故發(fā)生前一段時(shí)間的有關(guān)遙測量記錄下來送往調(diào)度端，這種功能稱為事故追憶。

事故追憶數(shù)據(jù)采用堆棧方式，即采用“后進(jìn)前出”的方式。46第四節(jié)脈沖量的采集和處理一、脈沖量的采集二、脈沖量的處理47脈沖電能表48一、脈沖量的采集

脈沖電能表發(fā)出的脈沖是經(jīng)光電隔離采用集電極開路形式輸出，因此信號的提取需外加電源。圖5-26給出脈沖量輸入電路的兩種方式。脈沖量采集常采用兩種方法：硬件計(jì)數(shù)法和軟件計(jì)數(shù)法。491、硬件計(jì)數(shù)法

硬件計(jì)數(shù)法是利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對脈沖量的計(jì)。以8253為例說明這種方法的實(shí)現(xiàn)。圖為8253介紹。50圖5-29為以8253為例實(shí)現(xiàn)脈沖量采集的電路。51圖5-30為實(shí)現(xiàn)脈沖量采集的中斷服務(wù)程序。522、軟件計(jì)數(shù)法

脈沖量脈寬一般大于10ms，如果采用類似于遙信變位判別的方法，可以用軟件測出脈沖量的正跳變（或負(fù)跳變），每一個(gè)正跳變，脈沖數(shù)加1。只要正跳變判別周期小于脈沖量的最小脈寬，則可正確地對脈沖計(jì)數(shù)。脈沖量軟件計(jì)數(shù)法程序框圖如圖5-31所示。53軟件計(jì)數(shù)法程序框圖54二、脈沖量的處理

遠(yuǎn)動(dòng)裝置對脈沖電能量計(jì)數(shù)后，還需將計(jì)數(shù)值發(fā)送到主站，計(jì)數(shù)值長度為24位二進(jìn)制數(shù)。發(fā)送電能量的數(shù)據(jù)格式如圖5-32所示。55

調(diào)度端在需要電能數(shù)據(jù)時(shí)，向全系統(tǒng)發(fā)出統(tǒng)一的“電度凍結(jié)”命令。調(diào)度端電能數(shù)據(jù)采集

RTU在收到“電度凍結(jié)”命令后，副計(jì)數(shù)器停止更新，保持此時(shí)的電能數(shù)據(jù)不變，而主計(jì)數(shù)器仍然照常計(jì)數(shù)。

調(diào)度端依此從各個(gè)RTU的副計(jì)數(shù)器中讀取電能數(shù)據(jù)，這些電能數(shù)據(jù)對應(yīng)的時(shí)刻是統(tǒng)一的。

當(dāng)調(diào)度端在讀取完成整個(gè)系統(tǒng)中的所有電能數(shù)據(jù)后，向全系統(tǒng)發(fā)出“電度解凍”命令。

等“解凍”命令到達(dá)后，RTU的副計(jì)數(shù)器恢復(fù)用主計(jì)數(shù)器的電能數(shù)據(jù)更新，保持與主計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)一致。

56第五節(jié)遙控和遙調(diào)一、遙控二、遙調(diào)三、遙控和遙調(diào)的可靠性57一、遙控1、遙控輸出接口電路

遙控輸出通常以繼電器襂點(diǎn)方式提供。繼電器一方面可起到信號隔離作用；另一方面可以直接接入控制回路，控制回路中信號的通斷。若提供的繼電器觸點(diǎn)容量不夠時(shí)，還可再接入一級中間繼電器。圖5-33為8路遙控輸出接口電路。582、遙控實(shí)現(xiàn)

遙控輸出提供的是空觸點(diǎn)，將這對空觸點(diǎn)串入某一回路，其作用類似于一個(gè)開關(guān)，只是其接通和斷開的狀態(tài)受RTU輸出信號的控制。

在電力系統(tǒng)中，遙控的主要對象為斷路器，分別由合閘回路和跳閘回路控制。因此，對斷路器的操作需要兩路遙控輸出實(shí)現(xiàn)，一路負(fù)責(zé)合閘控制，另一路負(fù)責(zé)跳閘控制。59圖5-34給出斷路器遙控回路簡圖，圖中略去斷路器手動(dòng)控制回路部分。60613、遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約中的遙控命令

遙控全過程分四個(gè)步驟完成，如圖5-36(a)所示。第一步，主站子站發(fā)送遙控選擇命令；第二步，子站向主站返送遙控返校信息；第三步，根據(jù)實(shí)現(xiàn)情況，主站向子站下達(dá)遙控執(zhí)行命令或遙控撤消命令；第四步，如果是遙控執(zhí)行則RTU改變遙控輸出狀態(tài)，如果是遙控撤消則遙控狀態(tài)保持不變。62遙控命令幀均由五個(gè)碼字構(gòu)成，其幀結(jié)構(gòu)如圖5-36(b)所示。同步字為三組D709H。控制字的格式如圖5-37所示。63遙控信息字格式：64二、遙調(diào)權(quán)電阻輸入網(wǎng)絡(luò)R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路651、遙調(diào)輸出接口電路

在廠站端遙調(diào)輸出的直流電壓、電流模擬量通常是由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器加電壓放大