電子信息技術在電力自動化系統中的應用研究

阮艷

（神木市職業技術教育中心，陜西榆林，719300）

0 前言

隨著經濟的發展，電力的供給越來越高，電力的需求量越來越大，電力系統的穩定性和安全性也越來越重要。隨著電力系統對電力系統的需求的改變，電力系統公司通過引進自動控制技術和電子技術等手段，使配電、變電、調度等環節實現智能化、數字化的發展。利用上述技術，可以對電力系統進行自動監測與管理，實時了解電力系統的工作狀況，并能迅速地發現電力系統的故障。極大地提高了電力系統的工作品質，同時也在逐漸增強電力系統中各部件的可靠性和安全性。

1 電力自動化系統建設的重要作用

1.1 可提升系統運行的經濟性

信息化、自動化等技術具有諸多優點，與之相結合，使其在電力系統的升級改造中得到應用，從而推動整個系統的發展。將來需要繼續提高自動化程度。電力自動化系統涉及的問題很多，包括三大方面，一是變電系統自動化，二是配電自動化，三是電力調度系統自動地控制[1]。通過將各類自動化設備、裝置的裝配，實現自動化監控、控制、診斷和管理。通過這種方式，可以對電力系統的各個方面進行全面的監控，一旦發現問題及時進行處理，使整個系統都能保持良好的工作狀態。

實行自動化的管理與監視，會減少對系統的各項投資，特別是對系統的監測與維修。在沒有自動化系統的情況下，電力調度、監控、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。通過對電力自動化系統的應用，實現了多種資源的集成，并實現了自動化管理、控制、維護等自動化，使其具有更全面、更多樣化的功能。這樣的話，電力系統就會變得更加的實用，更加的靈活，人力、物力、財力都會極大降低，使得電力系統的運營和經濟效益都得到了極大的提升。

1.2 可提升整個電力系統的運行穩定性與安全性

電力系統的自動化、智能化是一種必然趨勢，不僅可以提高整個電力系統的運行效率，也可以保證電力系統的總體安全[2]。在電力自動化的發展中，采用計算機技術、控制技術、通信技術和自動化技術等，使整個系統實現更高的自動化、智能化。綜合各方面功能使其協同控制的能力更加強大，從原有的開環控制逐漸向著閉環控制方向發展。

此外，在運行監控電力自動化系統的同時，還可以將高壓轉換為低壓，最大限度地保證電力系統的安全運行，防止電力供應和分配不穩定的問題發生。且隨著電力自動化系統的不斷改進，其功能更加全面，特別是對電子信息技術的高效利用，在各方面的性能都有很大提高，如系統安全性和穩定性。傳統使用的電力系統的自動化程度較低，主要依靠人力進行管理和控制，容易出現人為的錯誤，或存在著安全意識不強、違章操作等問題，對自己、電力系統的安全都會產生潛在的危險[3]。而電子信息技術在電力自動化中的應用可進一步提高電力系統的自動化程度，有效地降低和控制該領域運行所存在的風險。

2 基于IEC61850的技術開發

2.1 構建兼容邏輯節點

IEC61850共定義了13個大類80多個邏輯結點，350多個數據對象，包括23個公用的數據類型，包括了所有的功能和數據對象，并給出了新的邏輯節點和方法；此外還指定一系列的方法和面向對象的服務，這些代碼包含了一系列的數據對象代碼。在IEC61850標準下，基于邏輯節點的組件是構建變電站自動化系統的基礎。

2.2 構建抽象通信服務類

抽象通信服務類別是指在邏輯節點類別與外部應用之間進行通訊的接口，IEC61850-7-2中，共有14個類別的抽象通訊業務類別，其中有許多不同的實現方式。當前大多數Windows軟件都支持DDE。本文將通過微軟VC6.0的實例來說明IEC61850中的抽象通訊業務。

DDE作為一種進程間通信標準，在工業控制系統中得到了廣泛的應用，特別是對數據的采集。通常情況下，一個前置程序帶有DDE界面，以便其他程序能夠存取收集到的數據[4]。DDE是視窗數據交換的標準，視窗操作系統在視窗3.1之后，由DDEMLDLL提供，可以在數據發生變化時及時通知，因此被廣泛地用于工業控制的實時系統。DDE中各程序間通訊的一種機制，利用DDEML各應用程式透過共用存儲器區域進行資料交換。一次會話總是包含兩個程序，分別為客戶和服務器。DDE的每個工作階段都以三個字串來識別：應用程序、主題和項目名稱，這三個字串被稱作DDE三元素。

（1）應用程序名。系統可能會同時存在多個服務器程序，客戶程序使用該程序來指定服務器名稱，而一般服務器名稱都是可執行文件的名稱。

（2）主題。通信話的提名，服務器程序可以根據分組的方式支持多個通訊話題。

（3）項目名稱。項目名稱指定的資料集合的特定資料。正如在使用Excel的ElectronicExcel中，一個名為“Excel”的應用程序，它的標題是“BOOK1.xls”，它的特定的隊列值是項目確定的，比如“R1C2”。與用戶和服務的通信頻率相聯系，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，如果用戶或服務器通過API函數將交易發送到參與會話中的其他用戶，則這個交易可以由服務器或客戶端來完成。

2.3 利用OPC技術實現

OPC是一種基于OLE/COM技術的通信協議，OLE/COM是用戶/服務方式，具有易于集成、代碼重用和編程無關等優點。從OPC伺服器中可以看出，OPC服務器內的程式碼決定服務器所要存取的裝置與資料，資料項的名稱與存取資料的詳細資料，不管是什么形式的現場裝置，使用者都可以透過單一的方法進入，從而確保整體的程式對顧客的資訊透明[6]。讓用戶能夠從基礎的發展中解脫出來。客戶端應用只需與一個普通的界面進行通訊，無需了解基礎的具體實施。0PC的使用者可以通過0PC對實體I/0設備的數據進行讀寫，也可以對SCADA、DCS等設備進行接口參數的自動調整。

圖1 OPC客戶/服務器結構圖

任意0PC用戶可以通過多個廠商所提供的0PC服務器進行連接，每臺服務器還服務于多臺0PC用戶。只要應用軟件滿足0PC的要求，就可以連續地存取0PC上的全部硬件驅動，而無需進行任何改動。0PC規格包含了一整套接口、屬性和方法的自動化應用的標準，在不同的應用環境中，實現了設備層、自動化層和信息層的協作。同時還為工業自動化應用提供了一個統一的數據傳送平臺，使得不同類型的系統間的數據交流更加便捷。圖2是由OPC組成的一個異構系統。

圖2 采取OPC構建的異構系統

而OPC在儲存資料規格時，會包含多個物件類別，例如伺服器、群組及項目等。OPC自身的服務器物件保持與OPC物件有關的資訊，并充當OPC群物件的包容器，而OPC物件則負責保持與OPC物件有關的資訊及包含OPC物件的機制，以及管理OPC物件。

OPC服務器的主要目標是IUnknown和IOPCServer接口，用戶可以用IUnknown和IOPCServer進行通訊，同時IOPCServer界面還可以為OPC用戶提供更為便捷、高效的運行方式。

OPC組為客戶程序提供了一種方式來組織數據，在每一組中都可以定義一種或多種OPC項目。這個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，一個用戶可以共用一個通用的群組，一個用戶可以共用一個通用的群組。

同時，OPC規范包括兩組界面：用戶界面和自動界面。客戶端界面是面向OPC服務器的一種界面，它描述了0PC組件對象的界面及其實現方式，適用于C++和PASCAL，并且能夠達到最優的運行性能。客戶端沒有項目對象，所有的項目都由包含該項目的群對象來完成[7]。自動化界面是一個可選擇的界面，它能自動地配置和訪問進程控制的數據，為VisualBasic、Excel以及其他先進的商用軟件提供了便利。自動化界面是一個自動化的包裝，它可以用于包裝任意的客戶端服務器，因此OPC基金會提供了一個標準的自動界面包裝器，它可以用于包裝任何一個客戶端。其中如圖3所示，給出了客戶化接口和自動化接口之間的關系：

圖3 客戶化接口與自動化接口的關系

2.4 基于電力調度中的通信技術應用

將電子通信技術運用到電力系統調度中，使自動化體系建設更加完善，其作用和作用更大，主要表現為能夠實現對電力生產的連續監測，在收集各種資料的同時，進行電力系統的狀態分析，不僅可以排除安全隱患，而且可以為電力系統的運行調整提供科學的參考。總而言之，電力調度自動化系統的功能很多，除實時采集數據、分析狀態、分析安全等，還包括自動調度和自動發電，以及對電力系統的負荷預測。自動化的電力系統控制是非常有針對性的，省級電力系統甚至是更高等級的電力系統都具備這種能力。

自動化電力系統調度具有很高的經濟效益，既可以滿足不同的市場需要，又可以在電力系統生產和調度過程中，有效地減少發電和調度過程中的損耗，從而實現節能目標。通過對電力系統進行負荷預測，使電力系統能夠在負荷范圍內、安全、可靠地工作，從而提高電力系統的調度和運行綜合效益。就當前電力調度自動化系統的發展來看，有五個層次：全國電力系統調度等級最高，區域電力系統調度次之，然后依次是省級電力系統、區級電力系統、縣級電力系統調度。第一、二層的電力調度，比后三層的計劃要大得多，因此在自動化系統中安裝的各種電子設備和裝置容量也更大。

本部分主要是以變電站內通信協議IEC61850和其所涉及的一些相關技術標準等內容，對電力自動化系統中使用信息技術的通信技術實際方法，其中涉及通信接口技術如DDE和OPC的相關開發。根據此通信協議，可以保障電力系統自動化的通信便利性和可行性，提升自動化的使用價值與效益。

3 基于通信技術的電子信息技術在未來電力自動化系統中的發展趨勢

3.1 解決兼容方面的問題

目前，隨著電力自動化的應用，電力自動化系統面臨著裝備相容性問題，因此，該技術已逐漸發展為電力自動化體系的構建與改進。在電子信息技術的實際運用中，要使用各種不同的電氣和信息技術，在電力系統中設置各種電子信息設備，并將這些裝置設備整合在一起，目前存在著嚴重的軟硬件兼容性問題。特別是各種小型的電子產品，在電力系統中的應用，因為各種條件的原因，變得更加小巧，頻繁被EMI所影響，導致諸如拒絕、誤動作等諸多不利條件，極易導致系統失效。所以在電力行業中，有很多人都需要將其用于電力行業。

3.2 加快高新技術的發展

隨著電力自動化系統的發展，紅外成像技術、圖像信息技術等新技術的不斷涌現。在實際應用中，運用計算機視覺技術可以使電力企業員工更好地閱讀和閱讀圖像，減少對圖像的理解，從而提高對圖像的自動、智能化處理。此外，將神經網絡引入到電力自動化系統中，將專家系統用于故障診斷，提高自動化程度，提高自動故障診斷水平。盡管目前已將上述技術應用于電力自動化領域，但仍需進行深入的研究，以保證更多的高新技術能夠在電力系統中得到有效的應用。

4 結語

電力自動化系統中使用電子信息技術，其中包含通信、電子和計算機技術等，本文主要以通信技術協議和標準來進行技術應用分析，希望能夠給予相關工程一些可靠的參考和借鑒，促進電力行業的快速發展。