电力系统数字化通讯规约分析研究

电力系统数字化通讯规约分析研究

孙巧珍

（国网临汾供电公司）

摘要：现今，电力系统逐渐向数字化通讯方面发展，一方面给我们带来某种程度上的便利，另一方面也提出了更高的要求，尤其是对电力系统的测量，及保护方面。传统的方式，即电磁感应式电流互感器，在实践中出现了很多缺点，为了顺应时代发展，势必要用新的设备进行替换。本文将针对怎样选择，以及设计过程层与间隔层保护测量二次设备之间的接口等关键问题进行探讨，使其能进行更好的数字化通讯管理。

关键词：电力系统；数字化通讯；通讯规约

引言

随着人们对电力系统的使用需求越来越高，使得传统的变电站难以满足，传统变电站造价高，为了保证安全性与经济运行水平，需要一定数量的值班人员，及专业技术人员进行各方面的运营维护。因此，研究和开发新型的高压设备，使其结合新型的数字化通讯手段（计算机技术和网络通讯技术），以及新的变电站数字自动化系统，是十分必要的。可以预见，未来的发展趋势将是用新型的光电数字化变电站系统逐渐取代传统变电站系统，同时减少对低压变电站人力值班的需求，解放人工。新型的数字化变电系统将电子式互感器，光纤通讯技术以及微机保护技术相互融合，是相关单位接下来努力的目标。

一、电流互感器的发展

传统的电力设备体积大，自动化程度低，操作稳定性差，已无法满足社会发展的需求。其中，传统电磁式结构的互感器更是暴露出很多缺点，例如，传输距离短，将强电信号转小，增加额外功耗，电缆用量大，易受电磁干扰等。

为解决这些问题，很多国家都开始致力于相关方面的研究，新型电流互感器应运而生。在本文中主要涉及两类：有源型电子式电流互感器以及无源型电子式电流互感器。目前国内只要致力于有源型的研究，因其具有结构简单，相对好维护，工作稳定，能实现稳定实用化的产品。然而无源型不需要供电，抗电磁干扰能力强，无二次开路危险，是发达国家研究的重点。虽有不少试验样本，但真正投入使用的并不多。

二、有源型电流互感器

电子式电流互感器分为有源型与无源型两种，主要的差别在于高压端传感电子元件。因为有源型并不是采用磁光晶体，所以高压端一定要有相应的供电源。有源型又可分为压频转换式和AnalogtoDigital两种。

压频式通过VoltagetoFrequency将电压的变化变成脉冲频率上的变化，在经过Electric-OpticTransform变成光信号，最后经过FrequencytoVoltageTransform进行显示。该种互感器结构简单，易维护，精确度、抗干扰能力都较好，非常适合远距离传输。但是该种方式需要大功率支持，需要更复杂的高压侧电源设计，同时也有系统测量范围小的缺点。

而AnalogtoDigital将电信号经过电光转换器转换为光信号，当经由光纤传输到低压端时再通过光电转换器转换成电信号。这种模式使其具有低功耗、高速度、高精度等优点。但是需要时序控制电路时，光电转换保持同步。

三、IEC60044-8规约（过程层通讯模块）

为了将抗干扰因素数字化处理，国际电工委员会制定了IEC60044-8这种点对点，点对多点的标准。过程层通讯模块通过采集数据，重新組帧将一系列数据送至间隔层接收设备。

IEC60044-8规约主要对数字化输出物理层面、链路层、应用层等相关方面进行解释说明。这里主要阐述对模拟输出及数字输出的相关规定。

首先对于模拟输出，该标准推荐4V有效值作为二次输出电压的标准值。同时为保护200毫伏的有效值，额定负载不能低于20千欧。而针对三相互感器，有效值为3.25伏，单相互感器，额定负载不能低于20千欧。为确保电压输出，连接电缆推荐使用带有Twin-BNC型连接器的双绞线屏蔽电缆。

其次对于数字输出，该规定认为需要一个合并单元将所有信号一次性转换成数字信号输出，并推荐单相的点对点连接方式。这样不仅可以降低成本，也能充分发挥其在数字电路处理方面的优势。规约分别对于数字输出传输系统，光驱动器，光接收器，数字输出链路层，数字输出应用层做出了相关规定。

四、过程层通讯模块的软件设计及实现

该软件设计在滤波器上主要选择数字低通滤波器和FIR低通滤波器，通讯部分使用DSP作为处理器，以数据抽取，CRC校验码，曼彻斯特编码为理论基础，找出一种能在DSP上运行的算法，用软件流程图进行说明，最后得出了滤波波形和存储区中的数据帧结构。

五、间隔层接收模块的电路设计

间隔层将接收到的光信号通过处理传送给间隔层的二次设备。设计时应对放在间隔层内的保护，测量以及控制设备做出如下要求：1.汇总间隔过程层中的数据信息；2.实施设备保护控制，间隔操作闭锁，同期其他控制功能；3.优先控制数据采集，统计运算和控制命令的发出；4.承上启下的实时完成过程层及站控层的通信功能。

由于间隔层的保护测量设备不具有可以接收曼彻斯特编码的标准接口，所以不能直接传递给二次设备。所以要先对高速的数据码流分析处理，使其兼容现有设备。通过间隔层串行通讯接收模块解码曼彻斯特编码数据，提取数据后再译回，校验无误后，再进行下一步处理。

在这里简单介绍一下曼彻斯特解码电路，译码时多采用中心采样法，采样时请避免在电平跳变时刻对输入码流采样和解码。根据每个码元中心都有电平跳变的特点，恢复时钟信号，从而恢复出原始的基带二进制数据。曼彻斯特译码电路有基于有效跳变沿的译码电路和基于数字锁相环法的译码电路两种。

第一种，因为每个数据比特之间都有一次跳变，所以包含了丰富的定时信息。跳变又分为有效和无效两种，码元之间的跳变称为有效跳变，可以被提取为时钟信号，然后再反向曼彻斯特码采样，就能恢复原始数据。其中主要难点是识别有效跳变并保留。

第二种，即DigitalPhaseLockedLoop，是一种以使本地估算时钟相位跟踪输入信号相位为目的的相位反馈控制系统。通常有三个模块组成：数字鉴相器，数字环路滤波器，数控振荡器。数字锁相环可根据模块的不同组态分出不同的类型。本系统采用超前滞后型DPPL，具有结构简单，参数调节方便，工作稳定的优势。本文所设计的解码电路完全用数字电路进行设计，并通过了MAX+PLUS软件的时序仿真，仿真波形表明所设计的电路完全符合设计的要求。

六、结论

电力系统数字化通讯，变的越发重要，尤其是电流互感器对电力系统的正常运行和精确计量都举足轻重。传统的电磁式电流互感器已经无法满足新的供电电压等级及系统的测量和保护精度的要求，必然将被电子式电流互感器所取代。但是由于其输出接口不同，下一步就要针对这种问题的特殊性，开发新的测量和保护接口，逐步将其设计细化分解加以实现。可以预见，如大规模投入使用，将会有更广阔的前景。

参考文献：

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