电力通讯（共9篇）
作者按：19世纪世界最杰出的科学家之一，微生物学的奠基人巴斯德说过这样一句著名的话：“在观察的领域里，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”爱因斯坦说：“只有你的眼睛看见东西，那是不会发现什么的，还要你的新能思考才行。”作为一名合格的高压试验工，就要有“能思考的心”和“又准备的头脑”。
2011年7月27日，试验研究所新装设的在线监测系统发现高新站里出现局部放电信号，之后对有问题电缆头进行了紧急更换，电缆头X射线探伤发现电缆头内部存在一个大气泡和较长的裂痕。这次成功监测出缺陷不仅给大运供电安全排除了隐患而且对应用高科技设备检查缺陷增长了信心和经验。
头脑的准备不是一朝一夕的事情，试验研究所积极对青年员工进行培训，要求在掌握传统试验手段的同时也要不断学习先进的科技手段，缩短停电时间，提
高试验效率。2011年6月试验研究所对110kV高新站GIS设备装设了局放在线监测系统。7月27日系统监测到明显的局部放电信号，现场试验发现放电部位在电缆终端附近，线路停电后局放信号消失。为了尽快解决问题，不给大运安全留死角，晚上8点多个部门开了第一次现场会，闷热的变电站高压室里特别安静，专家们一边擦着额头上的汗珠，一边观察着放电部位，但是很遗憾开盖之后没有发现缺陷，大家的心情跌至冰点。
眼见真的不一定为真，有了能思考的心才能看清本质。8月2日，在生技部再一次的组织下，10几名专家在高新站开了第二次现场会，炎炎烈日下大家汗流夹被，但是现场的气氛更加热烈，专家们在变电站外席地而坐，在地上画出简图讨论着，生技部人员不停地坐着笔记，最终决定采用中试所的试验方案，变电所拆除电缆和GIS连接后连夜对GIS进行了充气，第二天4台仪器同时测量，发现局放源位于电缆终端接头位置，放电类型为：绝缘内部放电。大运会保供电此时已经到了倒计时的阶段，为了保证大运会保供电万无一失，8月3日对电缆头进行了及时的更换，在更换后在线监测系统没有发现明显的放电信号，变电站设备运行一切恢复正常。
查缺陷刨根问底，做试验不差分毫。为了查明放电原因，8月16日生技部、试验研究所、基建部、输电部一行9人载着拆下来的电缆头部件赶赴佛山吉熙安
厂进行电缆头试验，对有局放的部件进行X射线探伤，发现了套筒内部存在一个大气泡和较长的裂痕。回来的路上虽然很疲惫但是都兴奋地没有困意，一名专家感叹说：“没有白忙这么多天，值了！”
今天的中型或大型电力电子装置中,不管系统的规模、拓扑结构或是电压的频率怎样变化,整个系统的运行都是在中央控制器的控制下协调动作的。这种结构虽然有着控制方便和运行稳定等优点,但还是有其固有的缺点,比如系统的模块性差、缺乏柔性等。在这里主要关注的是这种系统中有大量的点对点连线,但实际上却没有能充分利用这些通信资源。以一个两电平三相电压源逆变器为例,如图1所示,控制器与主功率器件之间各有6条驱动信号和6条故障反馈信号,这样就有12条点对点的信号线,对于同样的应用,如果用三电平控制,则需要24条信号线。如此多的连线无论是从系统的开销角度,或是从系统的复杂程度和稳定性角度考虑都是这种系统的一大弊病。
本文从简化系统连线的角度出发,选用高速并串—串并转换芯片组,将多路PWM驱动信号和功率器件故障反馈信号转化成串行信号传输,极大降低了系统连接的复杂程度,增加了系统的稳定性。
1 信号转换电路的设计
电力电子设备中的信号大多频率不高,数据也就是一些控制信号、故障反馈信号及采集的电压电流信号,因此数据量不大。但一般在这样的系统中,每一路信号都是由独立的信号线传输的,在有较大干扰的工况条件下,还需要通过很多根光纤来传输这些数据。这样一方面造成了系统中通信资源的大量浪费,另一方面也会使现场的走线非常复杂。考虑到这些问题,本文根据这些信号的频率和特性,将这些信号进行合理的分组,把各组并行信号转化为串行信号传输。
PWM信号是电力电子设备中最典型的一种,文中主要以PWM信号为例,展开对通讯电路的研究,所提出的方法同样也适用于其他信号。信号转换电路的基本结构如图2所示,主要由发送和接收两块电路板组成。发送板先将多路PWM信号转化成为两路抗干扰性能非常好的ECL差动信号,通过两根电缆传送给接收板,最后由接收板将两路差动信号还原成原先的PWM信号。
为了实现此功能,选用Cypress公司的CY7B923(并转串)/CY7B933(串转并)芯片,这组芯片的工作原理如图3所示,923按一定的时钟先将8路信号放入输入寄存器,将数据编码以后经由移位寄存器将数据一位一位发送出去。在接收端,933先由移位寄存器将数据一个一个地接收下来,当数据检测器检测到起始字符后,将后面的连续10位数据作为有效数据保留下来,装入解码寄存器,再经解码后,将数据还原成输入端的8路数据,放入输出寄存器输出。
基于这组芯片,分别做出了接收板和发送板,为了验证它们的作用,在发送板的输入端输入8路频率为16k的方波信号,经过串行传输到接收板,在接收板的输出侧经过滤波,得到了与输入波形一致的信号,但有大约17μs的延迟,波形如图4所示。
由图4的波形图可以看出信号经过这套设备后波形几乎没有什么变化,唯一值得担心的是由此产生的延迟。首先如果这套设备运用于故障反馈线路,那么17μs的延迟是完全可以接受的。如果是运用于PWM信号,这种延迟实际上就是使控制系统产生的控制信号与最终主功率器件动作之间有一定的时间差。因此,这一问题要根据控制系统结构的不同,分两种情况来考虑。第一,如果是在开环控制系统中,这一延迟唯一的影响仅仅是增大输出波形和给定波形之间的相位差,因此开环系统中使用这种设备是完全可以的。第二,对于闭环控制系统来说,最理想的情况当然是输出与给定之间相差为零,但在一般实际的系统中是不可能完全做到这一点的,也就是说,实际中这个相差总是存在的。因此一般在控制策略上也都有相应的减小相差的措施,所以即使在系统中引入了这一延迟,也不会对系统的控制效果有什么大的影响。
2 应用举例
为了验证这个信号转换设备的实用性,在一台400Hz,150V单相逆变器上进行了实验研究。
图5所示为逆变器的系统图,采用TI公司的数字信号处理器TMS320F240作为主控芯片。反馈量选择输出滤波器中电容上的电压和电流,控制系统由电流和电压两个闭环组成,通过PI调节实现控制功能。
由于应用了本文所提出的信号转化方法,这就会加大系统的参考信号和输出电压之间的相差。对此本文在电流环的PI输入上引入电流前馈,用以减小输出电压与给定电压之间的相差。下面来分析一下电流给定前馈的作用。
图6所示为没有电流前馈的双闭环控制框图,其中电压和电流调节器均为PI调节器。
图中:
为电压调节器。
为电流调节器。
根据原理框图可得到逆变器输出电压给定ν*0对于实际输出电压ν0的传函为:
相位误差为:
图7所示为带有电容电流给定前馈的双闭环控制框图。
可得空载时输出电压Vo对V*f的传函为:
因为V*f和V*0同相位,根据(5)式得到V0与V*0的相位差为:
比较(4)式与(6)式可知,采用电容电流前馈可以减小输出电压的相位滞后。
令上式中,Φess=0,即
可以得到:
理论上讲,当kc满足上式时,可以使得空载下一般系统的相位误差为零。而对于应用了本文提出的方法的系统,只需要使Φess等于滞后的角度,即可消除信号传输的滞后对于整个控制系统的影响。
一般的逆变器系统中,控制板要产生4路PWM信号提供给驱动电路,驱动板做在功率器件的根部,直接驱动功率器件。因此需要4根电缆或光缆将DSP控制板上的PWM信号传送到驱动板上,除此以外还要考虑信号的衰减和抗干扰问题。另外,功率器件上还要产生4路故障信号,通过电缆或光纤传输给控制板。
当加入文中的信号转换电路后,只需要四路信号线就可以完成驱动信号和故障反馈信号的传输工作。一方面简化了连线,另一方面,由于在线路中传输的是抗干扰性非常好的差动信号,提高了系统的稳定性。经过实际实验验证,可以证明这套系统能够得到了很好的输出电压波形。图8所示为逆变器在空载下输出的峰值150V、频率400Hz的电压波形。
在试验中只选择了PWM驱动信号和故障反馈信号进行简化,没有考虑其他信号。由于只是验证性实验,所以选择了一个单相逆变器。在更大的系统中如果使用文中所提电路,则简化效果将更加明显。比如该系统中有4路的PWM信号,通过转换电路后则只有2路信号,可是如果系统中有8路PWM信号,通过简化以后仍然只需要2路信号。由此可见越复杂的系统,运用该电路达到的效果越明显。
3 结束语
本文提出的通讯电路的改进方案,在400Hz单相逆变器上得到了实验验证,实际运行结果证明该方案在简化了系统通讯电路的同时,还能够保证良好的输出波形。本文在单相逆变器上验证了该设备,仅仅为了起到一个抛砖引玉的作用,在其他各种电力电子设备中,都可以运用这种设备简化通讯系统。
摘要：研究了一种简化电力电子装置通讯电路的方案,将控制器和驱动电路之间多路并行信号转化成串行信号,并且在一台单相逆变器上进行了实验验证,使逆变器得到了很好的输出波形。
关键词：逆变器,并串—串并转换
参考文献
[1] Fred C Lee.Power Electronics Building Blocks and System Integration[R]. A National Science Foundation Engineering Research Center, Annual Report,2000-2001.
[2] Ivan Celanovic.The Design and Implementation of a New Integrated Gate Drive Board for Future Generation PEEBs[D].The Bradley De-partment of Electrical and Computer Engineering Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg, VA:0111-24061.
[3] Ivana Milosavljevic,Carvel Holton. Analysis of Converter Operation with Phase-Leg Control in Daisy-Chained or Ring-Type Structure[D].The Bradley Department of Electrical and Computer Engineering Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg, VA:0111-24061.
[4] CYPRESS,HOTLINK Transmitter/Receiver[Z]. April 5,1999.
【关键词】电力通讯；自动化设备；载波通讯；微波通讯；光纤通讯
1.电力通讯自动化设备
1.1载波通讯设备
一个完整的载波通讯系统，按功能划分，大体分为调制系统、载供系统、自动电平调节系统、振铃系统和增音系统。其中前四部分是载波机的主要组成。
（1）载波机。电力线载波机概括起来由四部分组成：自动电平调节系统、载供系统、调制系统和振铃系统。载波机类型不同，各自系统的构成原理、实现方式等都有所不同。调制系统：双边带载波机传输的是上下两个边带加载频信号，只要经过一级调制即可将原始信号搬到线路频谱；单边带载波机传输的是单边带抑制载频的信号，一般要经过两级或三级调制将原始低频信号搬往线路频谱。自动电平调节系统：此系统的设置是为补偿各种因素所引起的传输电平的波动。在双边带载波机中，载频分量是常发送的，在接收端，将能够反映通道衰减特性变化的载频分量进行检波、整流，而后去控制高载放大器的增益，即可实现此目的；单边带载波机，设置中频调节系统，发信端的中频载频一方面送往中频调幅器，另一方面经高频调幅器的放大器送往载波通路，对方收信支路用窄带滤波器选出中频，放大后，一方面送中频解调器进行同步解调另一方面作为导频，经整流后，再去控制收信支路的增益或衰减，从而实现自动电平调节。振铃系统：为保证调度通讯的迅速可靠，电力线载波机均设置乐自动交换系统以完成振铃呼叫自动接续的任务。双边带载波机是利用载频分量实现自动呼叫，单边带载波机则设有专门的音频振铃信号。载供系统：其作用是向调制系统提供所需载频频率。在双边带载波机中，发信端根据调制系统的需要，一般设有中频载频和高频载频，而且收信端除设有一个高频载频振荡器外，中频解调器的载频则主要靠对方端送过来的中频载频，以实现载频的“最终同步”。
（2）音频架、高频架。在载波通讯中，如果调度所和变电站相距较远，为了保证拨号的准确性和通讯质量，在调度所侧安装音频架，而在变电站侧安装高频架，两架之间用音频电缆连接起来。载波机按音频架、高频架分架安装后，用户线很短，通讯质量明显提高，另外给远动通路信号电平的调整也带来方便。同时，话音通路四线端亦在调度所，便于与交换机接口组成专用业务通讯网。
1.2微波通讯设备
（1）收、发信机。微波收、发信机的主要任务就是在群路信号与微波信号之间进行频率变换。在发信通道，频率变换过程是将信号的频率往高处变（群路信号变为微波信号），即上变频。在收信通道，频率变换过程是将信号的频率往低处变（微波信号变为群路信号），即下变频。
（2）终端机。微波通讯系统中，必须有复用设备作为终端机，其作用是：在发信端，将各用户的话路信号，按一定的规律组合成群频话路信号；在收信端，将群频话路信号，按相应规律解出各个话路信号。
1.3光纤通讯设备
光纤通讯系统主要包括光端机和光中继机以及脉冲编码调制PCM数字通讯设备。
（1）光端机。光端机是光纤通讯系统中主要设备。它由光发送机和光接收机组成。在系统中的位置介于PCM电端机和光纤传输线路之间。光发送机由输入接口、光线路码型变换和光发送电路组成。光接收机由光接收定时再生、光线路码型变换和输出接口等组成。光端机中还有其他辅助电路，如公务、监控、告警、输入分配、倒换、区间通讯、电源等。在实际应用中，为了提高光端机的可靠性，往往采用热备用方法，使系统在主备状态下工作，正常情况下主用部分工作，当主用部分发生故障时，可自动切换到备用部分工作，目前应用较多的是一主一备方式。光端机各主要组成部分作用如下：输入接口：将PCM综合业务接入系统送来的信号变成二进制数字信号。光线路码型变换：简称码型变换，将输入接口送来的普通二进制信号变换为适于在光纤线路中传送的码型信号。光发送电路：包括光驱动电路、自动光功率控制电路和自动温度控制电路。光驱动电路将码型变换后的信号变换成光信号向对方传输。光接收电路：将通过光纤送来的光脉冲信号变换成电信号，并进行放大，均衡改善脉冲波形，清除码间干扰。定时再生电路：由定时提出和再生两部分组成，从均衡以后的信号流中抽取定时器，再经定时判决，产生出规则波形的线路码信号流。光线路码型反变换：简称码型反变换。将再生出来的线路信号还原成普通二进制信号流。光端机一般采用条架结构，单元框方式。不同速率下工作的光端机，单元框的组成情况也不同。
（2）光中继机。在进行长距离光传输时，由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路衰耗等限制，光端机之间的最大传输距离是有限的。例如34Mbit/s光端机的传输距离一般在50～60km的范围，155Mbit/s光端机的传输距离一般在40～55km的范围，若传输距离超过这些范围，则通常须考虑加中继机，相当于光纤传输的接力站，这样可以将传输距离大大延长。由于光中继机的作用可知，光中继机应由光接收机、定时、再生、光发送等电路组成。一般情况下，可以看成是没有输入输出接口及线路码型正反变换的光端机背靠背的相连。因此，光中继机总的来说比光端机简单，为了实现双向传输，在中继站，每个传输方向必须设置中继，对于一个系统的光中继机的两套收、发设备，公务部分是公共的。
（3）数字通讯设备。一般来说，数字通讯设备包括PCM基群和高次群复接设备。PCM基群设备是将模拟的话音信号通过脉冲编码、调制，变成数字信号，再通过数字复接技术，将多路PCM信号变成一路基群速率为2048Mbit/s信号进行传送，以及将收到的PCM基群信号通过相反的处理过程，还原成模拟的话音信号的一种设备。
2.电力通讯网络的工作模式
通讯的目的是为了传送、交换信息。虽然信息有多种形式（如语音，图像或文字等），但一般通讯系统的组成都可以概括为：信源是指信息的产生来源，这些信息都是非电信息，要转换成电信号，需要一种变换器，即输入设备。交换设备是沟通输入设备与发送设备的接续装置。它可以经济地使用发信设备，提高发信设备的利用率。发送设备的任务是将各种信息的电信号经过处理（如调制、滤波、放大等）使之满足信道传输的要求，并经济有效地利用信道。载波通讯中，载波机的发信部分就是一种发送设备。信道是信息传输的媒介，概括地讲分有线信道和无线信道。信号在传输过程中，还会受到来自系统内部噪声和外界各种无用信号的干扰各种形式的噪声集中在一起用一个噪声源表示。接收设备和输出设备的作用与发送设备和输入设备作用相反，它们是接收线路传输的信息，并把它恢复为原始信息形式，完成通讯。在电力工业中，现已形成以网局及省局为中心的专用通讯网，并且已开通包括全国各大城市的跨省长途通讯干线网络。在现行的通讯网中光纤通讯已占主导地位。随着电力工业的发展，大电站、大机组、超高压输电线路不断增加，电网规模越来越大；通讯技术发展突飞猛进，装备水平不断提高，更新周期明显缩短。数字微波、卫星通讯、移动通讯、对流层散射通讯、特高频通讯、扩展频谱通讯、数字程控交换机以及数据网等新兴通讯技术在电力系统中会得以逐渐推广与应用。
3.结语
在合理规划、设计和实施各种网络的基础上，如何为电力系统提供种类繁多、质量可靠的服务，就成为摆在电力通讯部门面前的一个重要课题，而建立一个综合、高效的电力系统通讯资源管理系统则是解决这一问题的一项重要基础工程，具有十分重要的理论意义和应用价值。
【参考文献】
［１］张淑娥，孔英会，高强．电力系统通信技术[M]．北京：中国电力出版社．
兴安盟北郊220kV变电站连续安全生产7432天
9月14日，兴安电业局组织通讯员前往北郊220KV变电站参观学习，挂在门前的万年历显示北郊220kV变电站实现连续安全生产7432天，见证了北郊变电站骄人的成绩。
据悉，北郊220kV变电站于1987年12月6日投产运行，是兴安盟地区第一座220kV变电站。拥有2台63000kV·A主变，每年担负着输送近4亿kW·h电量的任务，占全网供电量的70%以上。北郊220KV变电站拥有严格的管理理念，进入现场必须带安全帽，有严格的工作票制度，从而确保安全生产的有效进行。目前，北郊220kV变电站正在全面改造，改造后的北郊220千伏变电站将更安全地保障当地经济建设和人民生活用电。全新的变电站将投入更多的自动化控制，届时会保证更长时间和更可靠的安全生产。安全生产7432天的神话将继续续写下去。
......................地址：黑龙江省哈尔滨市南岗区汉水路301号 邮编：150090 系统：94312**** 电话：0451－5368****总机：0451－53682222 查号：2222
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－53687925 －53687927 －53687930 －53687931 －53687035 －53687037 －53687035 －53687037 －53687003 －53687008 －53687436 －53687457 －53687452 －53687462 －53688011 －53688021 －53688031 －53688051 －53688061 －53688071
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10月13日，温州滨海学校举行了小学数学学科的16学时培训活动。整个活动分为三个环节，分别是：《倍的认识》的数学研讨课课；基于这次研讨课的两个主题交流：基于教材分析的学习目标设定和基于导学单的课堂；教研员雷祖听老师《基于导学作业单的教学设计》讲座。
首先由滨海学校的陈仲琼老师执教三年级《倍的认识》研讨课，课堂内容的主要让学生充分体验“倍”这个新的关系，通过多个活动逐步建立“倍”的数学模型，在建立倍的概念之后，让学生应用倍概念解决“求一个数是另一个数的几倍”和“求一个数的几倍是多少”的问题，培养学生解决问题的能力和应用意识。同时也为之后比率学习打好基础。
接着是由天河一小小的王晓彬老师做了《基于教材分析的学习目标评定”》观点交流，王老师先通过课标的目标和要求，从纵向、横向多角度对比苏教版与人教版、新旧人教版教材的区别以及学科知识构架中“比较数量大小”的知识脉络，分析人教版教材的优点和需要改进的地方。穿插具体分析陈老师观摩课中的一些环节设计和安排。整个讲座的内容详实深刻，细致入微，引人思考。随后天河一小的姜银平老师做了“基于导学单的课堂”的课堂评课，姜老师通过架构图的方式呈现导学课堂和理想课堂的之间产生距离在于的两个“怕”：一怕不讲怎么会。二怕学生的活动需要大量的时间。由此展开具体分析以及处理各个环节的方式思考。
活动最后教研员雷祖听老师做了《基于导学作业单的教学设计》讲座，针对导学单的构成要素及如何设计做进一步分析讲解，还表达了对在职教师能尽快做好导学单落实的希望。
一、载波通讯
一个完整的载波通讯系统, 按照功能划分大体可分为调制系统、载供系统、自动电平调节系统、振铃系统和增音系统。其中前4部分是载波机的主要组成部分。
1. 载波机。
电力线载波机概括起来由4个部分组成:自动电平调节系统、载供系统、调制系统和振铃系统。载波机类型不同, 各自系统的构成原理、实现方式等都有所不同。调制系统:双边带载波机传输的是上下两个边带加载频信号, 只要经过一级调制即可将原始信号搬到线路频谱;单边带载波机传输的是单边带抑制载频的信号, 一般要经过2级或3级调制将原始低频信号搬往线路频谱;自动电平调节系统, 此系统的设置是为补偿各种因素所引起的传输电平的波动;振铃系统, 为保证调度通讯的迅速可靠, 电力线载波机均设置了自动交换系统以完成振铃呼叫自动接续的任务。双边带载波机是利用载频分量实现自动呼叫, 单边带载波机则设有专门的音频振铃信号;载供系统, 其作用是向调制系统提供所需载频频率。在双边带载波机中, 发信端根据调制系统的需要, 一般设有中频载频和高频载频, 而且收信端除设有一个高频载频振荡器外, 中频解调器的载频则主要靠对方端送过来的中频载频, 以实现载频的“最终同步”。
2. 音频架, 高频架。
在载波通讯中, 如果调度所和变电站相距较远, 为了保证拨号的准确性和通讯质量, 在调度所侧需安装音频架, 而在变电站侧安装高频架, 两架之间用音频电缆连接起来。载波机按音频架、高频架分架安装后, 用户线很短, 通讯质量明显提高, 另外给远动通路信号电平的调整也带来方便。同时, 话音通路四线端也在调度所, 便于与交换机接口组成专用业务通讯网。
二、微波通讯
根据微波站的作用和所承担任务的不同, 微波站可分为不同的类型。根据站型的不同, 其设备也有所不同。但一般来说, 包括以下设备:终端机, 收发信机, 天馈线, 微波配线架, 电源, 蓄电池和铁塔等。
1. 收、发信机。微波收、发信机的主要任务就是在群路信号
与微波信号之间进行频率变换。在发信通道中, 频率变换过程是将信号的频率往高处变, 即上变频。在收信通道中, 频率变换过程是将信号的频率往低处变, 即下变频。
2. 终端机。
微波通讯系统中, 必须有复用设备作为终端机。其作用是:在发信端, 将各用户的话路信号, 按一定的规律组合成群频话路信号;在收信端, 将群频话路信号, 按相应规律解出各个话路信号。
三、光纤通讯
光纤通讯系统主要包括光端机和光中继机以及脉冲编码调制PCM数字通讯设备。
1. 光端机。
光端机是光纤通讯系统中主要设备。它由光发送机和光接收机组成。在系统中的位置介于PCM电端机和光纤传输线路之间。光发送机由输入接口、光线路码型变换和光发送电路组成。光接收机由光接收定时再生、光线路码型变换和输出接口等组成。光端机中还有其他辅助电路, 如公务、监控、告警、输入分配、倒换、区间通讯和电源等。在实际应用中, 为了提高光端机的可靠性, 往往采用热备用方法, 使系统在主备状态下工作, 正常情况下主用部分工作, 当主用部分发生故障时, 可自动切换到备用部分工作, 目前应用较多的是一主一备方式。
2. 光中继机。
在进行长距离光传输时, 由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路衰耗等限制, 光端机之间的最大传输距离是有限的。例如34Mbit/s光端机的传输距离一般在50~60km的范围, 155Mbit/s光端机的传输距离一般在40~55km的范围, 若传输距离超过这些范围, 则通常需考虑增加中继机, 它相当于光纤传输的接力站, 这样可以将传输距离大大的延长。通过光中继机的作用可知, 光中继机应由光接收机、定时、再生和光发送等电路组成。
3. 数字通讯设备。
一般来说, 数字通讯设备包括PCM基群和高次群复接设备。PCM基群设备是将模拟的话音信号通过脉冲编码、调制, 变成数字信号, 再通过数字复接技术, 将多路PCM信号变成一路基群速率为2048Mbit/s信号进行传送, 以及将收到的PCM基群信号通过相反的处理过程, 还原成模拟的话音信号的一种设备。
三、结束语
关键词：APN专网无线加密移动调度自动化
中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1007-3973(2011)005-0039-06
1.概述
1.1需求背景
电网调度是现代电力系统正常运行的中枢，电网调度自动化系统是电网调度中心不可或缺的主要自动化系统，它是保障电网安全稳定运行的基础，但也容易受到诸如冰灾、地震等重大自然灾害严重破坏的影响。
2008年1月中旬，我国南方大部分地区出现强烈的低温、雨雪、凝冻天气，造成包括500kV主干网在内的数千条输电线路大面积损坏，杆塔倒塌，甚至人员伤亡。由于许多通信光缆与输电线路地线是集成在一起的，特别是许多新建的线路，地线多与OPGW光缆绞合在一起，冰雪灾害引起电力线路倒塌和断线的同事也发生了大量电力通信光缆断线。同时，一些公用通信网络如电信通道也受到电力中断的影响而停运，这些通信网络不同程度的中断，严重影响了调度自动化系统对电网的监控，进而影响了电力系统的正常运行。根据有关统计，南方区域电力通信和调度自动化系统受灾情况如表l所示。
2008年5月发生的“汶川大地震”给四川电网造成了局部破坏，许多通信光缆断线，调度中心垮塌，调度自动化系统部分区域信息传输中断，某些地区(如都江堰市)的电力调度自动化系统全面瘫痪，这给电网调度带来很大影响。
除了重大自然灾害可能造成的破坏，人为破坏，恐怖袭击，以及突发战争等都有可能把电网，甚至电网调度中心作为重点攻击目标。当调度中心原有的调度自动化系统在调度大楼供电受到影响或遭受其它严重自然灾害不能正常运行时，就需要在调度大楼外及时快速地建立一个临时的车载备调中心，从而使电网调度免受影响和干扰。更实用的是当现有专用通信网络大面积或者个别出现问题时，若建立基于公用通信网的移动式调度自动化系统，并建立起主调系统安全的数据导入导出体系，将会对电网调度产生积极有效的作用。
1.2调度自动化系统
能量管理系统(EMS)是调度自动化系统的核心系统，近年来，随着电网的范围扩大，其架构越来越复杂，所需的功能也越来越多，其中包含有SCADA、状态估计、调度员潮流、安全分析等模块，并且整个系统还在不断扩大，对系统资源的要求也越来越高。此外，与其它如Super2000信息发布系统、TASE.2转发系统等也存在数据交互，接口繁多等问题。计算机技术快速发展，其性能较十几年已有了大幅度的提高，而调度自动化系统本身的性能并没有因此而同步提高。综上原因，目前的调度自动化系统并不具备“移动”的条件。
目前，调度自动化系统与各厂站之间的通信主要依赖电力系统独立建设的专用通信网络，与厂站的通信方式通常采用串行通信方式，速率主要为1200bps或600bps，传输效率很低。再者，专用通信网络通常是跟着一次线路网络架构建设的，当一次线路检修或遇到自然灾害中断时，专网通信也可能随之中断。此外，个别厂站目前还采用的是载波通道，若遇雷雨天气等恶劣环境，信号传输非常不稳定，经常造成数据接收中断，这也给调度自动化系统的安全稳定运行造成了一定的影响。
调度自动化系统所面向的都是变电站内设备，通信点较为集中，便于采用电力专用通信网络。对于其它电信运营商提供的DDN、GPRS等通道，在配网自动化、电能量集抄系统等已有较广泛应用，但在调度自动化系统中却少有应用。利用GPRS通信作为紧急情况备用通道或调试通道，也是一种较好的选择。特别是“3G”通信技术已经开始使用，相信随着应用经验的丰富和“3G”技术的日益开拓，在电力系统中基于无线网络传输的应用将会更加成熟和广泛。
1.3研制目标
(1)在国内甚至国际上首先实现基于公用通信网的移动式调度自动化系统。
(2)研究高度精简的调度自动化SCADA系统的实效性，为将来重新确定调度自动化系统的技术路线和规范提供试验依据。
(3)作为移动式调度自动化系统建设的辅助配套通信设备，可以在日常运行中作为自动化系统的应急备用通道使用。
(4)辅助配套通信设备还可以完成通道监测的功能，准确区别通道中断或自动化设备故障，便于通信或自动化人员及时处理和排除故障。
1.4研制依据
《基于公用通信网的移动式调度自动化系统项目立项科研报告》
2.主要技术性能要求
2.1主要功能
主要功能如下：
模式：车载、手持式；
系统实现：
√数据采集；
√数据处理；
√公式计算引擎；
√人机界面；
√报警信息处理；
√趋势曲线；
√实时数据处理；
√历史数据处理；
√系统时钟同步；
√多媒体集成；
√网络打印；
√PAS功能应用(可选)。
2.2主要技术指标
主要技术指标如下：
画面调用响应时间：实时画面≤10s，非实时画面≤10s；
画面实时数据刷新时间：15s；
从APN访问输入值越死区到车载工作站显示：≤5s；
从APN访问输入状态量变位到车载工作站显示：≤5s；
全系统实时数据扫描周期：2～5s；
事故时遥信变位传送时间：≤3s
事故变位推画面时间：≤5s(从收到信息到画面推出)；
脉冲电度扫描周期：5×N(N=1，2-12分)；
报表打印周期：按需整理；
双机热备用，保证实时任务不中断；
系统中一台移动主站故障，不影响系统正常运行；
系统使用寿命：≥10年；
遥信处理正确率：99.9％；
主站端系统可用率：99.99％；
平均无故障时间(MTBF)：≥25000小时；
系统时间误差：≤1ms。
2.3系统容量
系统容量如下：
模拟量(遥测，YC)：100×100点；
状态量(遥信，YX)：256×100点；
脉冲量(遥脉，YM)：64×100点。
2.4配置要求
主站：
√數据服务器：品牌PC服务器1台(配3G上网卡)；
√移动工作站：高档品牌笔记本电脑2台(配3G上网卡)。
分站：
√无线备用通道及远动监测装置10台(配GPRS／EDGE上网卡)。
3.系统组成及工作原理
3.1系统组成
整个系统组成如图1所示，其主要包括分站监测装置、APN专用网络、移动工作站以及数据服务器等部分，分站监测装置与移动工作站及数据服务器之间是通过移动APN专用网络进行通信的，分站监测装置配置移动GPRS／EDGE用户识别卡，而移动工作及数据服务器将配置移动3G(TD-SCDMA)
用户识别卡。
移动工作站主要完成SCADA软件的后台运行以及人机交互工作，它是间断运行的；数据服务器除了可以实现移动工作站的所有功能之外，还可以实现保存分站监测装置上传的历史数据，它是不间断运行的；分站监测装置主要完成遥信、遥测和遥脉等数据信息的实时采集与上传，它是不间断运行的。移动工作站、数据服务器以及分站监测装置组成了一个APN内部局域网，它与外部广域网之间是完全隔离的。
3.2工作原理
本系统所有节点上电后，将分别获得移动根据SIM卡号分配的专用APN的内部固定IP地址，这样分站监测装置与移动工作站以及数据服务器之间就通过移动APN专用网络进行数据通信了。
系统的数据流向如图2所示。分站监测装置每隔一定时间(如1秒)向数据服务器上传遥信、遥测和遥脉等数据信息，数据服务器则通过后台运行的SCADA软件实现数据的处理、显示与存储等功能，而移动工作站则通过后台运行的SCADA软件访问数据服务器的内容，这期间，为了进一步提高通信的安全性，并保证传输的实时性和准确性，分站监测装置将上传数据进行压缩和加密处理，而数据服务器也将被访问的数据进行压缩和加密处理，这样既保证了分站数据准确、实时、安全的采集、处理、显示与存储等功能，也非常好的突出了基于公用通信网的调度自动化系统“移动式”的特性。
4.单机方案
4.1APN专网
电网调度自动化系统对安全性有很高的要求，因此，基于公用通信网的移动式调度自动化系统的数据通信将不能采用普通的广域网传输，而必须专用安全等级最高的APN专网传输。APN(Access Point Name)是移动运营商提供的一种采用VPN(Virtual Private Network)技术的专线接入服务，它适用于安全等级要求高，对网络安全有特殊要求的数据传输业务。
APN接入有APN专线固定IP和移动APN专网固定IP两种方式。
第一种方式，数据中心通过一条APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，并用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。移动为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其它APN。得到专用APN后，给所有监控点及数据中心分配移动内部固定IP。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。
此种方式在实时性、稳定性和安全性方面都很好，但由于需要架设APN专线，建设和运营成本较高，而且数据服务器和移动公司GPRS网络之间是有线连接的，一旦发生断线等故障，整个系统将可能无法正常工作。
第二种方式，客户先与移动申请APN专网业务。移动为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其它APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。监控点可以直接向数据中心发起连接。此种方式中心和监控点都具有移动内网固定IP，减少中间环节，稳定性增强；且所有数据都在移动GPRS的APN内网传输，无需经过公网，安全性也得到保证。此外，此种方案没有APN专线接入，无需负担专线运营费用，性价也比较高。
综上考虑，本系统采用APN专网固定IP方式实现，它除了在安全性、穩定性方面有很好表现之外，在数据带宽需求适当的情况下，实时性也能得到有效保证。此外，较高的性价比也是其一大优势。
4.2分站监测装置
分站监测装置主要实现各变电站遥信、遥测、遥脉数据信息的实时采集与上传，根据任务要求，分站监测装置应满足以下要求：
(1)16个光电隔离串口，双以太网口；
(2)集成GPRS DTU功能，实现数据信息到APN专用网络远程无线传输；
(3)通过WEB方式实现APN网络配置；
(4)支持ModBus、DL451-91(部颁CDT)等规约，并可扩展其它规约；
(5)整机为2U、19寸标准上架机箱，体积小巧紧凑；
(6)工业级产品，性能稳定可靠，性价比高。
综合以上需求，分站监测装置基于“ARM9+WinCE”架构开发。装置基本组成如图5所示，其主要由ARM9嵌入式主板、GPRS模块及天线、串口扩展单元、调试及配置以太网口、状态指示以及其它扩展接口(如CAN、USB)等部分组成。其中ARM9嵌入式主板包括ARM9微处理器、SRAM、FLASH、RTC、WDT、GPIO以及总线接口电路等部分。
ARM9微处理器为ATMEL公司生产的AT91SAM9260G，主频达到400MHz，内部预装了正版WinCE操作系统，支持eVC(SP4)、VS2005等多种应用程序开发工具。
分站监测装置软、硬件构成如图6所示，由于采用了Win-CE操作系统，其内核提供了丰富的、成熟可靠的各种底层API函数(如支持PPP连接的TCP／IP API)，可以非常方便地实现APN配置、GPRS通讯等复杂操作，对于扩展接口及人机界面部分，可以进行自主的底层驱动开发，以供应用程序直接调用。
分站监测装置的应用程序的各功能模块结构如图7所示，为了保证数据采集、数据处理、数据发送等任务的实时性，采用多线程模型，利用多个线程分别完成各项任务。
系统充分利用Windows CE操作系统的多线程的特点将不同的任务分布到各个线程中，使各个任务同步而协调地进行。主线程负责人机接口，包括GPRS数据的定时发送、状态指示、以及WDT的响应等。为了保证数据的采集不被其它线程中断。开辟一个优先级较高的线程来采集数据。各个线程(人机接口线程、数据采集线程、数据处理线程)中所用完成的工作并行进行。线程间的通讯通过消息响应函数。
4.3主站系统
主站系统包括数据服务器和移动工作站。数据服务器为品牌PC服务器，它放于3G网络信号较好的调度中心，其主要运行SCADA后台程序，并实现各分站上传数据的处理、显示、存储等功能。
移动工作站为高档品牌笔记本电脑，可以车载，也可以随身携带，为了提升移动工作站的安全等级，特在移动工作站上配备指纹识别系统，为具有查看、操作调度自动化系统的调度人员提取指纹并限定相应权限，并与SCADA后台程序绑定，这样就确保了专人专用，安全性得到进一步保证。
5.高度精简SCADA系统
作为调度中心的主调度自动化系统的一个备用调度自动化系统，原有功能强大，架构复杂的主调SCADA系统并不适合移动式被调自动化系统，因此，除了保留SCADA一些核心功能之外，移动式调度自动化系统的SCADA将是一个高度精简的SCADA系统。
5.1系统构成
通讯工具管理规定
第一条 为了加强集团公司通讯工具的管理,提高工作效率，保持通讯畅通，根据公司的实际情况制定本规定。
第二条 本规定适用于集团公司通讯工具的管理。
第三条 本规定所称通讯工具是指公司报销话费的手机以及办公固定电话。
第四条 集团公司总部手机的管理由集团行政管理部负责，其职责为：
（一）通讯工具的管理规定的拟订；
（二）通讯工具的使用监督；
（三）通讯工具号码的收集、整理、公布；
（四）违反规定使用通讯工具的处罚建议。
第五条 集团公司总部固定电话由集团信息工程部管理，其职责为：
（一）固定电话的开通；
（二）固定电话变更及管理；
（三）固定电话费用的交纳。
第六条 总监及总监以上管理人员必须保证24小时开
——2——
机，其他人员的手机开机时间（包括节假日）为7：30到22：
30。
第七条 通讯工具持有人在接听时应当使用文明用语。
第八条 通讯工具应当严格管理，确保线路畅通，严禁利用通讯工具聊天。
第九条 参加会议时，应当将通讯工具转为震动。
第十条 通讯工具的号码变更后，总监及总监以上管理人员应在24小时内通知直接上级和集团行政管理部，其他人员在24小时内通知部门负责人。
第十一条 通讯工具费用按集团公司预算管理的规定执行。固定电话的开、停，由各部门负责人向信息工程部申报。
第十二条 手机话费由使用人自行交纳，按集团公司规定报销，每人限报一部手机，特殊情况需经集团领导批准。
固定电话由集团信息工程部按本规定统一管理并按预算交纳费用。
第十三条 各部门应当严格控制通讯工具的费用；超出批准预算的，年终按规定进行考核。
第十四条 各事业部、分（子）公司行政管理部门依据本规定可制定实施细则，并负责该企业的手机及固定电话的管理工作。
第十五条 有下列行为之一的，给予50—100元的罚款：
——3——
（一）未按本办法规定时间开机的；
（二）开会时未关闭手机或未转到震动位置的；
（三）接听电话时，使用不文明语言或态度粗暴的；
（四）通讯工具变更未及时通知的；
（五）利用通讯工具聊天的。
第十六条 本规定由集团行政管理部负责解释。
第十七条 本规定自公布之日起施行，此前公司制度与本规定不一致的，以本规定为准。
