0 前言
目前電力系統(tǒng)中廣泛采用串行通信網(wǎng)絡(luò)連接的多微機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)成保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)。隨著電力系統(tǒng)及其基本單元（發(fā)電廠、變電所等）的容量日益增大及組成日趨復(fù)雜，對(duì)其保護(hù)監(jiān)控的要求逐漸提高。但由于串行網(wǎng)絡(luò)機(jī)組間是按位傳送信息，其通信協(xié)議依靠軟件實(shí)現(xiàn)，隨著通信對(duì)象增多，網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率e將降低（e＜0.4）。 由于存在著通信瓶頸，往往采用多個(gè)不同功能的串行系統(tǒng)，以滿(mǎn)足提高監(jiān)控能力的要求。電力系統(tǒng)中事件的發(fā)生具有“同時(shí)性”，其對(duì)實(shí)時(shí)性的要求常常為串行系統(tǒng)力所不及。為提高計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的綜合功能，可采用提高機(jī)組間信息交換速度的方法，將“按位串行傳遞”改為“按位并行”，這種按“字節(jié)串行”傳送的方式即所謂“并行網(wǎng)絡(luò)”。例如，同一時(shí)鐘下傳送一個(gè)字節(jié)（8位）或多個(gè)字節(jié)（16位、32位等），依時(shí)鐘次序串行傳送字節(jié)。十分明顯，并行傳遞字位越多，交換信息速度越快，網(wǎng)絡(luò)功能越強(qiáng)。
1 基本監(jiān)控單元結(jié)構(gòu)及工作方式
并行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)為主從式，設(shè)一個(gè)主機(jī)、工作站及許多分機(jī)（PC）。主機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)、協(xié)調(diào)各PC機(jī)工作，各分機(jī)擔(dān)負(fù)專(zhuān)門(mén)任務(wù)。分機(jī)通過(guò)并行接口卡與網(wǎng)絡(luò)連接，只要適當(dāng)改變接口卡，不同總線(xiàn)形式的微機(jī)均可聯(lián)網(wǎng)，因而實(shí)用機(jī)型廣?？刂聘鹘涌诳ǖ墓ぷ鞣绞?，就可控制信息的流向，這樣各機(jī)可以獨(dú)自同時(shí)工作，又可以通過(guò)總線(xiàn)交換信息。
并行總線(xiàn)主要分為雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)和控制線(xiàn)。雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)分時(shí)復(fù)用傳送網(wǎng)絡(luò)地址及數(shù)據(jù)，有8位、16位、32位等?？刂凭€(xiàn)控制各微機(jī)信息流通時(shí)刻及流向，信號(hào)線(xiàn)指明雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)上傳遞的是數(shù)據(jù)還是地址，以及各接口處于發(fā)送、接收或停機(jī)等工作狀態(tài)。
并行通信網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)：
(1)數(shù)據(jù)存取采用中斷查詢(xún)方式，速率高。
(2)網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)由主機(jī)控制，它根據(jù)需要任命任一PC為數(shù)據(jù)發(fā)送者或其他任何PC機(jī)為接收者，每次數(shù)據(jù)傳送分三個(gè)階段：①任命發(fā)送者、接收者，建立發(fā)送線(xiàn)路階段；②通信階段，發(fā)送者發(fā)送數(shù)據(jù)，接收者接收數(shù)據(jù)；③撤除階段，把總線(xiàn)使用權(quán)交還給主機(jī)。保證正確發(fā)送與接收。
(3)總線(xiàn)安排了互鎖線(xiàn)，保證任一接收者未準(zhǔn)備好，不發(fā)送信息；任一接收者未接收完數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不撤除，信息傳送可靠。
(4)信息傳送同步方式可靠、簡(jiǎn)便，不存在字同步、字節(jié)同步等問(wèn)題，都由硬件完成。
(5)數(shù)據(jù)與地址線(xiàn)分時(shí)復(fù)用，網(wǎng)絡(luò)尋址由指令完成，尋址迅速。
(6)差錯(cuò)控制簡(jiǎn)便。數(shù)據(jù)鏈路層不設(shè)差錯(cuò)檢測(cè)，為保證可靠性，可在通信協(xié)議的高層，設(shè)差錯(cuò)控制。如在發(fā)送方數(shù)據(jù)塊的最后一個(gè)字節(jié)發(fā)送數(shù)據(jù)累加和作為檢驗(yàn)碼，接收方作同樣運(yùn)算，與發(fā)送方數(shù)據(jù)相比較來(lái)判別是否重發(fā)。
目前，我們研究的8位并行通信網(wǎng)，最高傳送速率可達(dá)1 Mbps。
由上述可知，并行網(wǎng)絡(luò)比串行網(wǎng)具有通信速度快，傳送數(shù)據(jù)可靠，通信方式靈活，擴(kuò)址方便等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。PC機(jī)間網(wǎng)絡(luò)距離近，可采用高速電纜連接。若距離較遠(yuǎn)，可采用光纖通過(guò)光電互連技術(shù)，構(gòu)成遠(yuǎn)程并行網(wǎng)絡(luò)。
2 電力系統(tǒng)基本生產(chǎn)單元的二次系統(tǒng)基本內(nèi)容
?。?） 自控、調(diào)度的基本要求是收集全網(wǎng)的各種參數(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)直接控制，或?yàn)檫\(yùn)行人員提供決策依據(jù)，達(dá)到期望的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，以減少設(shè)備事故及事故影響范圍。基本內(nèi)容包括：
系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化通常包括數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的SCADA系統(tǒng)，及安全分析、調(diào)度管理和計(jì)劃協(xié)調(diào)的綜合系統(tǒng)——能源管理系統(tǒng)EMS；
火電廠自動(dòng)化主要包括安全監(jiān)控、正常調(diào)節(jié)、機(jī)組起停、事故處理等；
水電廠自動(dòng)化主要包括全廠安全監(jiān)控，自動(dòng)發(fā)電控制及水利樞紐經(jīng)濟(jì)調(diào)度及自動(dòng)控制等；
配電網(wǎng)自動(dòng)控制主要功能是對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控。
?。?） 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)主要包括電力線(xiàn)路、發(fā)電機(jī)、變壓器母線(xiàn)、電容器及電動(dòng)機(jī)等基本元件的保護(hù)。要求具有速動(dòng)性、選擇性、靈敏性和可靠性，基本方法是監(jiān)測(cè)其正常運(yùn)行參數(shù)及事故狀態(tài)參數(shù)特征，以進(jìn)行保護(hù)。
?。?） 此外，電力系統(tǒng)中還采用音響、圖像的工業(yè)電視形成多媒體監(jiān)控系統(tǒng)、實(shí)時(shí)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。
綜上所述，二次系統(tǒng)中的多種功能監(jiān)控系統(tǒng)均需要一個(gè)“數(shù)據(jù)采集”功能的基本單元。如果采用并行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將其采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)分別送到不同功能的上位機(jī)，進(jìn)行不同處理，即可完成不同的功能。
3 變電站監(jiān)控單元
對(duì)于大型變電站，地位重要，保護(hù)控制裝置較多，且向無(wú)人及少人值守方向發(fā)展，所以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能趨向綜合化發(fā)展。假設(shè)變電站的占地面積大、設(shè)備分散，可采用分散式結(jié)構(gòu)，且分散組屏以節(jié)約電纜(如圖2)。若變電站設(shè)備較集中，如圖3所示，
圖2 分布分散式自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖3 分布式結(jié)構(gòu)集中式組屏的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可采用集中式組屏方式。
其基本功能如下：
(1)監(jiān)控系統(tǒng)功能有數(shù)據(jù)采集及處理、控制操作、在線(xiàn)自診斷；與保護(hù)裝置通信、數(shù)據(jù)顯示、正常及事故打印。
(2)保護(hù)功能包括變壓器、母線(xiàn)、電容器等元件保護(hù)，及事件記錄、故障錄波、諧波分析。小電流接地系統(tǒng)接地自動(dòng)選線(xiàn)。
(3)電壓及無(wú)功綜合控制與調(diào)度中心之間通信，實(shí)時(shí)仿真培訓(xùn)，對(duì)開(kāi)關(guān)室、變壓器等重要部位的工業(yè)電視信號(hào)構(gòu)成多媒體監(jiān)控系統(tǒng)等。
對(duì)于規(guī)模較小的變電站，可用最小的并行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由主機(jī)一臺(tái)、采集前置機(jī)一臺(tái)或兩臺(tái)構(gòu)成。主機(jī)管理全站運(yùn)行，兼有全廠監(jiān)控、保護(hù)、通信調(diào)度、顯示打印等多種功能。
4 大型水電廠綜合監(jiān)控系統(tǒng)
水電廠生產(chǎn)過(guò)程比變電站復(fù)雜，被監(jiān)控對(duì)象除變壓器、油開(kāi)關(guān)、輸電線(xiàn)外，還有發(fā)電廠、水輪機(jī)、閥門(mén)等，監(jiān)測(cè)各種電量及非電量參數(shù)，監(jiān)控點(diǎn)數(shù)多，工作狀態(tài)復(fù)雜。大型水輪發(fā)電機(jī)組可按臺(tái)設(shè)電量監(jiān)控采集、繼電保護(hù)采集、非電量采集前置機(jī)；大型水電站可按功能設(shè)置PC機(jī)，如設(shè)全廠監(jiān)控主機(jī)、工作站，執(zhí)行自動(dòng)發(fā)電及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、繼電保護(hù)、事件記錄、故障錄波、事故分析、水庫(kù)調(diào)度的PC，連接工業(yè)電視系統(tǒng)的圖象、聲響監(jiān)控PC機(jī)，實(shí)時(shí)仿真培訓(xùn)PC機(jī)等。其連接方式與變電站相仿。
由于大型水電廠控制室與升壓站（或開(kāi)關(guān)站）相距較遠(yuǎn)，因而在開(kāi)關(guān)站設(shè)監(jiān)控PC機(jī)。它與主系統(tǒng)之間可通過(guò)光纜，用光電并行網(wǎng)絡(luò)連接，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。信號(hào)交換原理如下：廠房并行總線(xiàn)邏輯信號(hào)，經(jīng)廠房端光電、電光轉(zhuǎn)換控制器后，轉(zhuǎn)為光信號(hào)，經(jīng)光纜傳至開(kāi)關(guān)站端光電、電光轉(zhuǎn)換控制器轉(zhuǎn)換為電邏輯信號(hào)，經(jīng)總線(xiàn)送至變電站監(jiān)控PC機(jī)。反之亦然。
圖4 光電并行網(wǎng)絡(luò)示意圖
5 結(jié)論
并行通信網(wǎng)絡(luò)比串行網(wǎng)絡(luò)速度快、可靠性高，應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，可增加其實(shí)時(shí)性。盡管并行網(wǎng)絡(luò)目前比串行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不便，價(jià)格高，但隨著技術(shù)進(jìn)步將會(huì)得到改善。如能將監(jiān)控、保護(hù)、通信調(diào)度、管理、仿真、圖像音響等連接成為綜合能力強(qiáng)的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，則其性能價(jià)格比更高。因此，微機(jī)并行網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控單元應(yīng)用于電力系統(tǒng)，具有很好的研究應(yīng)用前景。
作者簡(jiǎn)介：張慧，女，碩士，講師，從事電力電子技術(shù)的研究和教學(xué)。
（轉(zhuǎn)載）
