淺析計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代電力自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

李歆雨

重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，重慶 400044

自進(jìn)入21世紀(jì)以來，在社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展的背景下，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨成熟，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是電力行業(yè)，其是實現(xiàn)配電自動化及調(diào)度自動化的核心技術(shù)手段，一定程度提高電力系統(tǒng)運行效率，確保電能生產(chǎn)質(zhì)量不受其他因素影響，為節(jié)能減排作出杰出貢獻(xiàn)，客觀上要求相關(guān)電力企業(yè)加快電力系統(tǒng)信息化建設(shè)進(jìn)程，積極開展應(yīng)用系統(tǒng)及基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，側(cè)重于研究電力自動化系統(tǒng)應(yīng)用計算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)的要點。由此可見，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能推動現(xiàn)代電力自動化系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，能降低企業(yè)人力勞動成本投入，更能最大限度地滿足企業(yè)節(jié)能降耗的要求，為企業(yè)贏得更多的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益，是保證現(xiàn)代電力自動化系統(tǒng)運行安全性及可靠性的主要技術(shù)手段。鑒于此，本文針對現(xiàn)代電力自動化系統(tǒng)應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)的研究具有重要現(xiàn)實意義。

1 現(xiàn)代電力自動化系統(tǒng)應(yīng)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必要性

一般說來，電力系統(tǒng)由配電網(wǎng)絡(luò)、輸電網(wǎng)絡(luò)及配電站共同組成，是一項具有復(fù)雜性及龐大性等鮮明特點的系統(tǒng)工程，其涉獵內(nèi)容及獵范圍相對廣泛，而如何保證系統(tǒng)運行安全性及持續(xù)性，研發(fā)出電力自動化成為迫在眉睫的工作任務(wù)。同時，電力自動化系統(tǒng)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于電力行業(yè)的主要體現(xiàn)，其技術(shù)內(nèi)容涵蓋系統(tǒng)元件自動安全保護(hù)、運行狀態(tài)自動監(jiān)測、生產(chǎn)過程自動監(jiān)測及調(diào)節(jié)、網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)确矫鎯?nèi)容，著重強(qiáng)調(diào)保證供電電能質(zhì)量，消除影響電力系統(tǒng)運行持續(xù)性、安全性及穩(wěn)定性的風(fēng)險因素，為電力企業(yè)贏得更多的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

電力自動化系統(tǒng)發(fā)展與電力行業(yè)中各項技術(shù)變革均無法脫離計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，是技術(shù)集成發(fā)展的結(jié)果。深受社會進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，社會對于電力系統(tǒng)運行安全及電能生產(chǎn)質(zhì)量的要求更為具體，而將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合能增強(qiáng)其自動化程度，更符合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，客觀上填補(bǔ)電能生產(chǎn)需求缺口。同時，將電力自動化系統(tǒng)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，有助于實現(xiàn)控制開關(guān)、狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)檢修、計算處理及數(shù)據(jù)采集，大大減輕作業(yè)強(qiáng)度，進(jìn)一步提高電能生產(chǎn)效率確保其生產(chǎn)質(zhì)量，極大程度上推動電網(wǎng)運行模式變革進(jìn)程。

2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點分析

現(xiàn)代電力自動化系統(tǒng)以監(jiān)控領(lǐng)域為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，主要通過單片機(jī)系統(tǒng)程序提前預(yù)定操作模式，基本實現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備保護(hù)智能化，待單片機(jī)上電復(fù)位后，向設(shè)備運行主程序發(fā)出識別命令及解釋命令，以達(dá)到獲取命令子程序模塊入口的目標(biāo)。同時，從監(jiān)控設(shè)備角度來看，技術(shù)人員必須初始化處理單片機(jī)及其外部設(shè)備，再返回獲取單片機(jī)開放系統(tǒng)的檢測結(jié)果，期間不出現(xiàn)中斷現(xiàn)象可繼續(xù)等待。針對出現(xiàn)中斷命令的情況必須遵守命令要求，選擇適宜調(diào)用的子程序模塊，例如：數(shù)據(jù)處理、人機(jī)對話及RS-485等。此外，完成所有操作后，檢測系統(tǒng)自行返回保護(hù)主程序接入后續(xù)命令，直至計算機(jī)自動關(guān)機(jī)。

為了確保自動化系統(tǒng)中電力設(shè)備處于安全可靠運行狀態(tài)，技術(shù)人員必須設(shè)置自檢功能程序，便于及時發(fā)現(xiàn)硬件問題，滿足自動停止運行的要求迅速反應(yīng)發(fā)出警報，待主程序初始化結(jié)束后選擇適宜的作業(yè)方式，尤其是確定外圍器件初始值。同時，受單片機(jī)要求相對寬泛的影響，本次研究傾向于選擇Atmegal單片機(jī)為研究主體對象，以達(dá)到實現(xiàn)智能化保護(hù)監(jiān)控設(shè)備的目標(biāo)。由于Atmegal單片機(jī)經(jīng)初始化處理后I/O配置數(shù)量多且I/O功能多樣，必須初始化處理I/O口，以達(dá)到保證設(shè)備處于正常運行的目標(biāo)。其中，單片機(jī)初始化可分為外部存儲器接口初始化、USART串口初始化及SPI串口初始化3個部分。

現(xiàn)代電力自動化系統(tǒng)中智能化保護(hù)監(jiān)控設(shè)備在RS-485通信時傾向于使用USART串口，并且深受USART串口工作模式為異步通信的影響，充分發(fā)揮寄存器的作用且默認(rèn)設(shè)置其為初始值。值得注意的是，void usrt init(void)//USART串口在初始化期間，涉及的工作方式為“UCSRA=OXOO、UCSRB=OXOO、UCSRC=OX86//、UBRRL=47、UBRRH=OXOO//設(shè) 定 波 特 率 ：9.6K、UCSRB=OX58//開放中斷位且允許中斷請求”。從其工作方式可以發(fā)現(xiàn)，UCSRA、UCSRC、UCSRB都屬于控制寄存器。狀態(tài)寄存器，在初始化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對USART工作狀態(tài)加以明確，選擇UBRR端口設(shè)置波特率，然后開放中斷請求，允許終端向子程序調(diào)用命令接入。

利用Atmegal28當(dāng)中SPI串口的功能，將其和電能計量芯片ATT7022連接，便能夠使數(shù)據(jù)實現(xiàn)同步傳輸。其中，SPI由2個移位寄存器及1個時鐘發(fā)生器共同組成。為了實現(xiàn)SPI串口初始化，相關(guān)技術(shù)人員提前安裝端口向數(shù)據(jù)方向寄存器（英文簡稱RDRB）及端口數(shù)據(jù)寄存器（英文簡稱PORTB）實現(xiàn)設(shè)置MOSI、SS、SCK及MISO，進(jìn)一步對SPCR進(jìn)行設(shè)置，同時對MSTR進(jìn)行設(shè)置，使主機(jī)模式得到有效實現(xiàn)。除此之外，把CPHA位和CPOL位設(shè)置為“01”，并將SPI狀態(tài)寄存器清空，確保工作模式的有效。

由于中斷外部信號無法脫離中斷信號控制寄存器的作用，即提前設(shè)置EICRA及EICRB，客觀上要求技術(shù)人員待寄存器外部中斷被屏蔽后基本完成外部中斷，并且外部設(shè)備初始化設(shè)置（例如：ADC初始化、LDC初始化及時鐘初始化等）完全依賴初始化寄存器。由此可見，初始化設(shè)置效果與系統(tǒng)外部設(shè)備是否處于正常運行狀態(tài)存在著密切聯(lián)系，對于實現(xiàn)基本功能具有不可比擬的積極作用。同時，單片機(jī)接口數(shù)量繁多，以ATT7022單片機(jī)為例，其訪問接口是外部存儲器結(jié)構(gòu)的主要組成部分，客觀上要求技術(shù)人員提前初始化處理單片機(jī)外部存儲器接口，規(guī)避操作失誤等問題。其中，外部設(shè)備接口可分為鎖存信號、讀鎖存信號、寫使能信號及地址總線兼數(shù)據(jù)總線。

3 現(xiàn)代電力自動化系統(tǒng)應(yīng)用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 智能化電網(wǎng)建設(shè)

現(xiàn)代化智能化電網(wǎng)建設(shè)無法脫離計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，對于實現(xiàn)電力系統(tǒng)管理自動化及控制自動化具有不可比擬的積極作用，而智能化電網(wǎng)往往以全自動操作模式為基礎(chǔ)，基本實現(xiàn)管理區(qū)域內(nèi)全面監(jiān)控電力系統(tǒng)運行狀態(tài)，能幫助技術(shù)人員監(jiān)測處理電網(wǎng)運行時所出現(xiàn)的安全隱患、安全事故及相關(guān)問題，大大提高電力系統(tǒng)運行、維護(hù)及控制的能力。由此可見，智能化理念逐漸被應(yīng)用于變電管理及電力自動化等領(lǐng)域，一定程度上有效控制人力成本投入。同時，智能化電網(wǎng)建設(shè)無法脫離計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，尤其是智能電網(wǎng)中實時通信系統(tǒng)，有助于建設(shè)電力通信網(wǎng)絡(luò)平臺。

3.2 計算機(jī)視覺技術(shù)

由于視屏技術(shù)及紅外成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域，促使電力系統(tǒng)對圖像信息處理的要求日趨嚴(yán)格，而圖像分析及圖像處理要求較高，促使部分信息解析處理無法脫離計算機(jī)技術(shù)的支持。同時，傳統(tǒng)人工分析法已無法滿足電力系統(tǒng)檢測復(fù)雜圖像數(shù)據(jù)的要求，并且信息分析處理時間要求相對短暫，極個別圖像收集后1 μ s內(nèi)必須完成分析過程。一旦出現(xiàn)電力系統(tǒng)問題則必須于1 μ s內(nèi)完成處理，而處理時間過長則存在引發(fā)不可預(yù)估性電力事故的可能性。由此可見，電力系統(tǒng)中應(yīng)用圖像識別技術(shù)能優(yōu)化圖像分析工作流程促使其向智能化方向轉(zhuǎn)變，提高系統(tǒng)直觀性及電網(wǎng)處理運行速度，有利于保證電網(wǎng)調(diào)度運行效果。

4 結(jié)語

通過本文探究，認(rèn)識到將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力自動化系統(tǒng)相結(jié)合，能夠推動現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動化發(fā)展進(jìn)程，更明顯提高電力系統(tǒng)運行作業(yè)效率，對于保證電能生產(chǎn)質(zhì)量具有不可比擬的積極作用，符合國家規(guī)定的節(jié)能減排政策要求，客觀上促使電力行業(yè)向高效、節(jié)能及綠色等方向轉(zhuǎn)變，是智能化電網(wǎng)的發(fā)展趨勢。總而言之，構(gòu)建智能化電力網(wǎng)絡(luò)無法脫離計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，而計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大大提高電力系統(tǒng)運行自動化程度，對于提高信息化管理水平促進(jìn)現(xiàn)代化電力系統(tǒng)發(fā)展具有不可比擬的積極作用。