第四章遠動信息的信源編碼第一節遙信信息的采集和處理一、遙信對象狀態的采集二、遙信狀態的輸入電路三、提高遙信信息可靠性措施四、事件順序記錄1

遙信信息通常由電力設備的輔助接點提供，輔助接點的開合直接反映出該設備的工作狀態。

無源接點：即空接點，無論是在(開)狀態還是(合)狀態，接點兩端均無電位差。提供給遠動裝置的輔助接點大多為無源接點。斷路器和隔離開關提供的就是這一類輔助接點。

有源接點：在(開)狀態時兩端有一個直流電壓，是由系統蓄電池提供的110V或220V直流電壓。一些保護信號提供此類接點。一、遙信對象狀態的采集2

圖5-1給出了兩類觸點信號的例子。圖5-1(a)是斷路器動作機構原理圖。圖5-1(b)是斷路器事故跳閘音響回路的一部分。3不論無源還是有源觸點，由于它們來自強電系統，直接進入遠動裝置將會干擾甚至損壞遠動設備，因此必須加入信號隔離措施。通常采用繼電器和光電耦合器作為遙信信息的隔離器件，如圖5-2所示。圖5-2(a)采用繼電器隔離，圖5-2(b)采用的光電耦合器隔離。4圖5-3給出一適用于有源和無源接點的實用電路。當遙信信源連通（短路）時，輸出YX為高電平；當遙信信源懸空或帶有直流正電壓時，YX為低電平。遙信對象采集也有采用雙觸點的處理方法。雙觸點遙信就是一個遙信量由兩個狀態信號表示，一個來自開關的合閘接點，另一個來自開關的跳閘接點。因此雙觸點遙信需用二進制代碼的兩位來表示。“10”和“01”為有效代碼，分別表示合閘與跳閘；“00”與“11”為無效代碼。這種處理方法可以提高遙信信源的可靠性和準確性。5斷路器狀態輔助觸點狀態光耦狀態遙信碼合閘斷開截止1分閘閉合導通0斷路器狀態與遙信碼6二、遙信狀態的輸入電路經過上述信號處理后，遠動裝置內的遙信信息為符合TTL電平的“0”、“1”狀態信號。每一遙信對象映射到計算機中正好是二進制代碼的一位。大量散亂的遙信對象必須通過遙信狀態的輸入電路的有效組織，才能便于計算機處理。接收遙信量的輸入電路可以采用三態門芯片、并行接口芯片和數字多路開關芯片三類接口芯片實現。三態門芯片種類很多，如圖5-4以74LS244為例說明。7并行接口芯片同樣可以實現遙信量的采集，如圖5-5所示，以intel8255可編程I/O接口芯片為例說明。當遙信量較多時，可采用數字量多路開關。如圖5-6所示。8用數字量多路開關可實現遙信量輸入的擴展。圖5-7為采用1片SN74LS244和8片SN74151實現64路遙信量輸入的例子。9

遙信信息在采集和處理上有兩種不同的模式：定時掃查和變位觸發。1、定時掃查模式

圖5-8給出了一個8路遙信量采集的電路圖。將intel8255的A口設置為輸入方式，讀A口的狀態即可得到8路遙信量的狀態。10一般將遙信掃查置于實時時鐘中斷服務程序中，每一個等時間間隔，如1~10ms，都要對全部的遙信量進行一次掃查，這樣構成的掃查模式為定時掃查模式。遙信定時掃查的子程序框圖如圖5-9所示。11③并行接口電路8255A

②多路選擇開關①遙信信息采集電路122、變位觸發模式

在實時掃查模式的基礎上，增加一些硬件，占用一個CPU的外部中斷源，則可實現變位觸發模式。遙信變位中斷服務程序框圖如圖5-10所示。1314三、提高遙信信息可靠性措施電網調度自動化對遠動系統中遙信采集的可靠性和準確性的要求極高，要求在硬件和軟件兩個環節加以充分的保證。硬件方面：保證強電系統和弱電系統的信號隔離，通常采用繼電器隔離和光電耦合器隔離。以及YX防抖和消噪處理。軟件方面：不能以一次讀取的遙信狀態為準，必須連續多次讀取狀態，以其每次讀取均相同的狀態作為遙信狀態，這樣才能保證遙信信息的正確性和可靠性。防抖和消噪處理也可以用軟件實現。15四、事件順序記錄事件（event）指的是運行設備狀態的變化，如開關所處的閉合或斷開狀態的變化，保護所處的正常或告警狀態的變化。事件順序記錄是指開關或繼電保護動作時，按動作的時間先后順序進行的記錄。事件分辨率：指能正確區分事件發生順序的最小時間間隔。站內分辨率和站間分辨率：是指站內（或站間）發生的兩個事件能被分辨出來的最小時間間隔。規約中要求，站內分辨率應小于10ms，系統分辨率應小于20ms。它是事件順序記錄的主要技術指標。16

要完成事件順序記錄功能，遠動裝置中必須提供實時時鐘。

實時時鐘由CPU內部或外部的可編程定時/計數器電路產生的定時中斷請求信號，在定時中斷響應后，執行實時時鐘中斷服務程序而形成。

圖5-11給出一實時時鐘中斷服務程序框圖。1718

為了保證系統分辨率，全系統應該參照同一個時間標準，即必須建立全網的統一時鐘。

方法一：由主站周期性地向各RTU發送時鐘命令，各RTU以主站的實時時鐘為標準對本站實時時鐘的各計數單元進行修正，達到統一時鐘的目的。

圖5-12為主站向RTU發送校時命令、對時的示意圖。19

方法二：在主站和各RTU處分別裝配標準時鐘信號的接收裝置，接受天文臺發出的無線電校時信號或GPS（全球定位系統）提供的標準時鐘信號。這種方法能充分保證跨調度區域的系統分辨率的指標，減去了主站與子站之間的對時通信。20第二節遙測量的采集一、模/數轉換原理二、模/數轉換芯片三、模擬遙測量輸入的接口電路四、數字化的遙測量采集2122一、模/數轉換原理

模/數轉換是遙測量采集的核心部分。實現A/D轉換的方法很多,有逐位比較式、雙積分式、并行比較式以及U/F轉換式等。1、逐位比較式A/D轉換

逐位比較式A/D轉換是把待轉換的直流模擬電壓與一組呈二進制關系的標準電壓一位一位由高至低逐位進行比較，決定每位是去碼（為0）還是留碼（為1），從而實現模擬電壓到二進制數碼的轉換。它一般由邏輯控制與定時電路、電壓比較器、逐次逼近邏輯寄存器SAR、D/A轉換電路和三態輸出數據鎖存器等組成。23值得注意的是：此轉換過程是對某一固定的輸入電壓經多次比較后得出轉換結果。如果在轉換過程中輸入出現正常波動或受到干擾，會給轉換結果帶來嚴重誤差。因此在實際應用中需在A/D轉換器前加一采樣/保持器，以保證在A/D轉換期間輸入電壓不發生變化。242、雙積分式A/D轉換

雙積分式A/D轉換采用的是U/T（電壓/時間）的轉換方式，圖5-15給出它的電路原理框圖。其工作過程分三個階段完成：采樣階段、回積階段和復零階段。253、并行比較式A/D轉換

并行比較式A/D轉換又稱瞬時比較---編碼式A/D轉換，是一種轉換速度最快、轉換原理最直觀的轉換技術。

圖5-17給出了n位并行比較式A/D轉換的原理圖。26274、電荷平衡式U/f轉換

U/f轉換也是模/數轉換的一種實現方法。圖5-18(a)為電荷平衡式U/f轉換的原理框圖。28

圖5-18(b)為電荷平衡式U/f轉換的輸出波形。291、AD574A二、模/數轉換芯片介紹

AD574A是一種高性能的12位逐次逼進式A/D轉換器，轉換時間為25μs，線性誤差為±1LSB，內部有時鐘脈沖源和基準電壓源，單通道單極性或雙極性電壓輸入，采用28腳雙立直插式封裝。3031AD574A控制信號功能組合表AD574A片內有邏輯電路，它能根據CPU給出的控制信號進行轉換或讀出等操作

322、ICL7109333、LMx3134三、模擬遙測量輸入的接口電路

為了進一步了解遙測量采集的各環節，這里給出32路遙測量采集的實用電路，如圖5-24所示。該電路主要包括三個部分：①CPU、譯碼、程序/數據存儲，如圖5-24(a)所示；②多路模擬開關、采樣/保持、A/D轉換，如圖5-24(b)所示；③以及光電隔離，如圖5-24(c)所示。353637四、數字化的遙測量采集

上面講的遙測量采集其輸入量均為直流模擬電壓信號的處理和上送。另外還有一類送入遠動裝置的遙測量不是模擬信號，而是數字信號。這類信號主要來源為一些指示儀表設備，這些設備將待測量通過內部電路轉換成數字信號（如BCD碼），數字值代表了待測量的大小，即為有名值。一方面用于數碼管顯示，另一方面用并行口輸出提供給遠動裝置或其他裝置使用。這類遙測量稱為數字化的遙測量。

數字化的遙測量采集電路類似于遙信采集電路，利用并行口或三態門直接對數字化的遙測量進行讀數。38第三節遙測信息的處理一、數字濾波二、死區計算三、越限比較四、標度轉換和二—十轉換五、事故追憶39一、數字濾波

輸入到遙測量采集系統的模擬直流電壓都是來自各類變送器和傳感器，這些有用的信號中常混雜有各種頻率的干擾信號。因此在遙測量采集的輸入端通常加入RC低通濾波器，用以抑制某些干擾信號。RC濾波器易實現對高頻干擾信號的抑制，但欲抑制低頻干擾信號（如頻率為0.01Hz的干擾信號）要求的C值太大，不易實現。而數字濾波器可以對極低頻率的干擾信號進行濾波，彌補了RC濾波器的不足。40

數字濾波就是在計算機中用一定的計算方法對輸入信號的量化數據進行數學處理，減少干擾在有用信號中的比重，提高信號的真實性。這是一種軟件方法，對濾波算法的選擇、濾波系數的調整都有極大的靈活性，因此在遙測量的處理上廣泛采用。

在問答式遠動規約中建議采用一階遞歸濾波，濾波公式如下：

Yk=Xk+A(Yk-1-Xk)式中Xk-----------新采樣數據；

Yk-1-----------前一次的濾波輸出；

Yk------------這一次的濾波輸出；

A---------濾波系數。41算術平均濾波法：式中Yk——第k次濾波輸出值；Xi——第i次采樣值；N——采樣次數。遞推平均濾波法：中位值濾波法：N個采樣數據按大小順序排列，取中間的值作為濾波輸出值。42二、死區計算

遠動裝置中遙測量的采集工作是不間斷地循環進行著，如果要將微小的變化也不停地送往調度中心，會增加各個環節的負擔，在遙測量處理中加入死區計算，則可有效地解決上述問題。

死區計算是對連續變化的模擬量規定一個較小的變化范圍。當模擬量在這個規定的范圍內變化時，認為該模擬量沒有變化，這期間模擬量的值用原值表示，這個規定的范圍稱為死區。當模擬量連續變化超出死區時，則以此刻的模擬量值代替舊值。43三、越限比較

對電力系統中每一個運行參數量用上限值和下限值來規定其允許的運行范圍，用這些量的實時運行值與其限值作比較，一旦發現某一量超出允許范圍即判為越限，可能是越上限或越下限。

越限告警功能可以對系統運行狀態提供。。。44四、標度變換和二—十轉換

要將A/D轉換結果變為表遙測量的實際值就必須進行標度變換。1、標度變換

標度變換又稱為乘系數，是將A/D轉換結果的無量綱數字量還原成有量綱的實際值的換算方法。2、二—十轉換

標度變換后的數據已經代表了遙測量的實際值，但此數據是以二進制數表示的。在某些場合，還希望再轉換為十進制數，這就需要進行二—十轉換。45五、事故追憶

為了分析事故，要求在一些影響較大的開關發生事故跳閘時，不僅把事故瞬間及事故以后，而且包括事故發生前一段時間的有關遙測量記錄下來送往調度端，這種功能稱為事故追憶。

事故追憶數據采用堆棧方式，即采用“后進前出”的方式。46第四節脈沖量的采集和處理一、脈沖量的采集二、脈沖量的處理47脈沖電能表48一、脈沖量的采集

脈沖電能表發出的脈沖是經光電隔離采用集電極開路形式輸出，因此信號的提取需外加電源。圖5-26給出脈沖量輸入電路的兩種方式。脈沖量采集常采用兩種方法：硬件計數法和軟件計數法。491、硬件計數法

硬件計數法是利用定時/計數器實現對脈沖量的計。以8253為例說明這種方法的實現。圖為8253介紹。50圖5-29為以8253為例實現脈沖量采集的電路。51圖5-30為實現脈沖量采集的中斷服務程序。522、軟件計數法

脈沖量脈寬一般大于10ms，如果采用類似于遙信變位判別的方法，可以用軟件測出脈沖量的正跳變（或負跳變），每一個正跳變，脈沖數加1。只要正跳變判別周期小于脈沖量的最小脈寬，則可正確地對脈沖計數。脈沖量軟件計數法程序框圖如圖5-31所示。53軟件計數法程序框圖54二、脈沖量的處理

遠動裝置對脈沖電能量計數后，還需將計數值發送到主站，計數值長度為24位二進制數。發送電能量的數據格式如圖5-32所示。55

調度端在需要電能數據時，向全系統發出統一的“電度凍結”命令。調度端電能數據采集

RTU在收到“電度凍結”命令后，副計數器停止更新，保持此時的電能數據不變，而主計數器仍然照常計數。

調度端依此從各個RTU的副計數器中讀取電能數據，這些電能數據對應的時刻是統一的。

當調度端在讀取完成整個系統中的所有電能數據后，向全系統發出“電度解凍”命令。

等“解凍”命令到達后，RTU的副計數器恢復用主計數器的電能數據更新，保持與主計數器的數據一致。

56第五節遙控和遙調一、遙控二、遙調三、遙控和遙調的可靠性57一、遙控1、遙控輸出接口電路

遙控輸出通常以繼電器襂點方式提供。繼電器一方面可起到信號隔離作用；另一方面可以直接接入控制回路，控制回路中信號的通斷。若提供的繼電器觸點容量不夠時，還可再接入一級中間繼電器。圖5-33為8路遙控輸出接口電路。582、遙控實現

遙控輸出提供的是空觸點，將這對空觸點串入某一回路，其作用類似于一個開關，只是其接通和斷開的狀態受RTU輸出信號的控制。

在電力系統中，遙控的主要對象為斷路器，分別由合閘回路和跳閘回路控制。因此，對斷路器的操作需要兩路遙控輸出實現，一路負責合閘控制，另一路負責跳閘控制。59圖5-34給出斷路器遙控回路簡圖，圖中略去斷路器手動控制回路部分。60613、遠動規約中的遙控命令

遙控全過程分四個步驟完成，如圖5-36(a)所示。第一步，主站子站發送遙控選擇命令；第二步，子站向主站返送遙控返校信息；第三步，根據實現情況，主站向子站下達遙控執行命令或遙控撤消命令；第四步，如果是遙控執行則RTU改變遙控輸出狀態，如果是遙控撤消則遙控狀態保持不變。62遙控命令幀均由五個碼字構成，其幀結構如圖5-36(b)所示。同步字為三組D709H。控制字的格式如圖5-37所示。63遙控信息字格式：64二、遙調權電阻輸入網絡R-2R電阻網絡D/A轉換電路651、遙調輸出接口電路

在廠站端遙調輸出的直流電壓、電流模擬量通常是由數/模轉換器加電壓放大