淺析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代電力自動(dòng)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(lái)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展的背景下，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨成熟，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，尤其是電力行業(yè)，其是實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化及調(diào)度自動(dòng)化的核心技術(shù)手段，一定程度提高電力系統(tǒng)運(yùn)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(kāi)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(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)路技術(shù)的要點(diǎn)。由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能推動(dòng)現(xiàn)代電力自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，能降低企業(yè)人力勞動(dòng)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(huì)效益，是保證現(xiàn)代電力自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行安全性及可靠性的主要技術(shù)手段。鑒于此，本文針對(duì)現(xiàn)代電力自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

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

一般說(shuō)來(lái)，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(xiàng)具有復(fù)雜性及龐大性等鮮明特點(diǎn)的系統(tǒng)工程，其涉獵內(nèi)容及獵范圍相對(duì)廣泛，而如何保證系統(tǒng)運(yùn)行安全性及持續(xù)性，研發(fā)出電力自動(dòng)化成為迫在眉睫的工作任務(wù)。同時(shí)，電力自動(dòng)化系統(tǒng)是計(jì)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(dòng)安全保護(hù)、運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(yùn)行持續(xù)性、安全性及穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)因素，為電力企業(yè)贏得更多的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

電力自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展與電力行業(yè)中各項(xiàng)技術(shù)變革均無(wú)法脫離計(jì)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(huì)進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，社會(huì)對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行安全及電能生產(chǎn)質(zhì)量的要求更為具體，而將計(jì)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(dòng)化程度，更符合社會(huì)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(shí)，將電力自動(dòng)化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，有助于實(shí)現(xiàn)控制開(kāi)關(guān)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)檢修、計(jì)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(dòng)電網(wǎng)運(yùn)行模式變革進(jìn)程。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)分析

現(xiàn)代電力自動(dòng)化系統(tǒng)以監(jiān)控領(lǐng)域?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，主要通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)程序提前預(yù)定操作模式，基本實(shí)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(yùn)行主程序發(fā)出識(shí)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(shí)，從監(jiān)控設(shè)備角度來(lái)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(kāi)放系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果，期間不出現(xiàn)中斷現(xiàn)象可繼續(xù)等待。針對(duì)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(duì)話及RS-485等。此外，完成所有操作后，檢測(cè)系統(tǒng)自行返回保護(hù)主程序接入后續(xù)命令，直至計(jì)算機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)。

為了確保自動(dòng)化系統(tǒng)中電力設(shè)備處于安全可靠運(yùn)行狀態(tài)，技術(shù)人員必須設(shè)置自檢功能程序，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)硬件問(wèn)題，滿足自動(dòng)停止運(yùn)行的要求迅速反應(yīng)發(fā)出警報(bào)，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(shí)，受單片機(jī)要求相對(duì)寬泛的影響，本次研究?jī)A向于選擇Atmegal單片機(jī)為研究主體對(duì)象，以達(dá)到實(shí)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(yùn)行的目標(biāo)。其中，單片機(jī)初始化可分為外部存儲(chǔ)器接口初始化、USART串口初始化及SPI串口初始化3個(gè)部分。

現(xiàn)代電力自動(dòng)化系統(tǒng)中智能化保護(hù)監(jiān)控設(shè)備在RS-485通信時(shí)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(kāi)放中斷位且允許中斷請(qǐng)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(duì)USART工作狀態(tài)加以明確，選擇UBRR端口設(shè)置波特率，然后開(kāi)放中斷請(qǐng)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(jì)量芯片ATT7022連接，便能夠使數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步傳輸。其中，SPI由2個(gè)移位寄存器及1個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器共同組成。為了實(shí)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(jiǎn)稱RDRB）及端口數(shù)據(jù)寄存器（英文簡(jiǎn)稱PORTB）實(shí)現(xiàn)設(shè)置MOSI、SS、SCK及MISO，進(jìn)一步對(duì)SPCR進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)對(duì)MSTR進(jìn)行設(shè)置，使主機(jī)模式得到有效實(shí)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(hào)無(wú)法脫離中斷信號(hào)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(shí)鐘初始化等）完全依賴初始化寄存器。由此可見(jiàn)，初始化設(shè)置效果與系統(tǒng)外部設(shè)備是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)存在著密切聯(lián)系，對(duì)于實(shí)現(xiàn)基本功能具有不可比擬的積極作用。同時(shí)，單片機(jī)接口數(shù)量繁多，以ATT7022單片機(jī)為例，其訪問(wèn)接口是外部存儲(chǔ)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(chǔ)器接口，規(guī)避操作失誤等問(wèn)題。其中，外部設(shè)備接口可分為鎖存信號(hào)、讀鎖存信號(hào)、寫使能信號(hào)及地址總線兼數(shù)據(jù)總線。

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

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(wú)法脫離計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，對(duì)于實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)管理自動(dòng)化及控制自動(dòng)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(dòng)操作模式為基礎(chǔ)，基本實(shí)現(xiàn)管理區(qū)域內(nèi)全面監(jiān)控電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，能幫助技術(shù)人員監(jiān)測(cè)處理電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)所出現(xiàn)的安全隱患、安全事故及相關(guān)問(wèn)題，大大提高電力系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)及控制的能力。由此可見(jiàn)，智能化理念逐漸被應(yīng)用于變電管理及電力自動(dòng)化等領(lǐng)域，一定程度上有效控制人力成本投入。同時(shí)，智能化電網(wǎng)建設(shè)無(wú)法脫離計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，尤其是智能電網(wǎng)中實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)，有助于建設(shè)電力通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

3.2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)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(duì)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(wú)法脫離計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持。同時(shí)，傳統(tǒng)人工分析法已無(wú)法滿足電力系統(tǒng)檢測(cè)復(fù)雜圖像數(shù)據(jù)的要求，并且信息分析處理時(shí)間要求相對(duì)短暫，極個(gè)別圖像收集后1 μ s內(nèi)必須完成分析過(guò)程。一旦出現(xiàn)電力系統(tǒng)問(wèn)題則必須于1 μ s內(nèi)完成處理，而處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則存在引發(fā)不可預(yù)估性電力事故的可能性。由此可見(jiàn)，電力系統(tǒng)中應(yīng)用圖像識(shí)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(yùn)行速度，有利于保證電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行效果。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文探究，認(rèn)識(shí)到將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合，能夠推動(dòng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程，更明顯提高電力系統(tǒng)運(yùn)行作業(yè)效率，對(duì)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(guó)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(shì)?？偠灾?，構(gòu)建智能化電力網(wǎng)絡(luò)無(wú)法脫離計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大大提高電力系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化程度，對(duì)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。