0 前言
目前电力系统中广泛采用串行通信网络连接的多微机系统，构成保护、监控系统。随着电力系统及其基本单元（发电厂、变电所等）的容量日益增大及组成日趋复杂，对其保护监控的要求逐渐提高。但由于串行网络机组间是按位传送信息，其通信协议依靠软件实现，随着通信对象增多，网络的传输效率e将降低（e＜0.4）。 由于存在着通信瓶颈，往往采用多个不同功能的串行系统，以满足提高监控能力的要求。电力系统中事件的发生具有“同时性”，其对实时性的要求常常为串行系统力所不及。为提高计算机网络的综合功能，可采用提高机组间信息交换速度的方法，将“按位串行传递”改为“按位并行”，这种按“字节串行”传送的方式即所谓“并行网络”。例如，同一时钟下传送一个字节（8位）或多个字节（16位、32位等），依时钟次序串行传送字节。十分明显，并行传递字位越多，交换信息速度越快，网络功能越强。
1 基本监控单元结构及工作方式
并行网络系统结构见图1。
图1 系统结构
该系统为主从式，设一个主机、工作站及许多分机（PC）。主机管理网络、协调各PC机工作，各分机担负专门任务。分机通过并行接口卡与网络连接，只要适当改变接口卡，不同总线形式的微机均可联网，因而实用机型广。控制各接口卡的工作方式，就可控制信息的流向，这样各机可以独自同时工作，又可以通过总线交换信息。
并行总线主要分为双向数据线、信号线和控制线。双向数据线分时复用传送网络地址及数据，有8位、16位、32位等。控制线控制各微机信息流通时刻及流向，信号线指明双向数据总线上传递的是数据还是地址，以及各接口处于发送、接收或停机等工作状态。
并行通信网络具有如下特点：
(1)数据存取采用中断查询方式，速率高。
(2)网络使用权由主机控制，它根据需要任命任一PC为数据发送者或其他任何PC机为接收者，每次数据传送分三个阶段：①任命发送者、接收者，建立发送线路阶段；②通信阶段，发送者发送数据，接收者接收数据；③撤除阶段，把总线使用权交还给主机。保证正确发送与接收。
(3)总线安排了互锁线，保证任一接收者未准备好，不发送信息；任一接收者未接收完数据，数据不撤除，信息传送可靠。
(4)信息传送同步方式可靠、简便，不存在字同步、字节同步等问题，都由硬件完成。
(5)数据与地址线分时复用，网络寻址由指令完成，寻址迅速。
(6)差错控制简便。数据链路层不设差错检测，为保证可靠性，可在通信协议的高层，设差错控制。如在发送方数据块的最后一个字节发送数据累加和作为检验码，接收方作同样运算，与发送方数据相比较来判别是否重发。
目前，我们研究的8位并行通信网，最高传送速率可达1 Mbps。
由上述可知，并行网络比串行网具有通信速度快，传送数据可靠，通信方式灵活，扩址方便等优点，缺点是结构复杂。PC机间网络距离近，可采用高速电缆连接。若距离较远，可采用光纤通过光电互连技术，构成远程并行网络。
2 电力系统基本生产单元的二次系统基本内容
（1） 自控、调度的基本要求是收集全网的各种参数，对电力系统直接控制，或为运行人员提供决策依据，达到期望的最优运行状态，以减少设备事故及事故影响范围。基本内容包括：
系统调度自动化通常包括数据采集和实时监控功能的SCADA系统，及安全分析、调度管理和计划协调的综合系统——能源管理系统EMS；
火电厂自动化主要包括安全监控、正常调节、机组起停、事故处理等；
水电厂自动化主要包括全厂安全监控，自动发电控制及水利枢纽经济调度及自动控制等；
配电网自动控制主要功能是对配电网进行监控。
（2） 电力系统继电保护主要包括电力线路、发电机、变压器母线、电容器及电动机等基本元件的保护。要求具有速动性、选择性、灵敏性和可靠性，基本方法是监测其正常运行参数及事故状态参数特征，以进行保护。
（3） 此外，电力系统中还采用音响、图像的工业电视形成多媒体监控系统、实时仿真培训系统、生产管理系统等。
综上所述，二次系统中的多种功能监控系统均需要一个“数据采集”功能的基本单元。如果采用并行计算机网络，将其采集的实时数据，同时分别送到不同功能的上位机，进行不同处理，即可完成不同的功能。
3 变电站监控单元
对于大型变电站，地位重要，保护控制装置较多，且向无人及少人值守方向发展，所以计算机监控系统功能趋向综合化发展。假设变电站的占地面积大、设备分散，可采用分散式结构，且分散组屏以节约电缆(如图2)。若变电站设备较集中，如图3所示，
图2 分布分散式自动化系统结构图
图3 分布式结构集中式组屏的变电站自动化系统可采用集中式组屏方式。
其基本功能如下：
(1)监控系统功能有数据采集及处理、控制操作、在线自诊断；与保护装置通信、数据显示、正常及事故打印。
(2)保护功能包括变压器、母线、电容器等元件保护，及事件记录、故障录波、谐波分析。小电流接地系统接地自动选线。
(3)电压及无功综合控制与调度中心之间通信，实时仿真培训，对开关室、变压器等重要部位的工业电视信号构成多媒体监控系统等。
对于规模较小的变电站，可用最小的并行网络系统，由主机一台、采集前置机一台或两台构成。主机管理全站运行，兼有全厂监控、保护、通信调度、显示打印等多种功能。
4 大型水电厂综合监控系统
水电厂生产过程比变电站复杂，被监控对象除变压器、油开关、输电线外，还有发电厂、水轮机、阀门等，监测各种电量及非电量参数，监控点数多，工作状态复杂。大型水轮发电机组可按台设电量监控采集、继电保护采集、非电量采集前置机；大型水电站可按功能设置PC机，如设全厂监控主机、工作站，执行自动发电及经济运行、继电保护、事件记录、故障录波、事故分析、水库调度的PC，连接工业电视系统的图象、声响监控PC机，实时仿真培训PC机等。其连接方式与变电站相仿。
由于大型水电厂控制室与升压站（或开关站）相距较远，因而在开关站设监控PC机。它与主系统之间可通过光缆，用光电并行网络连接，其结构如图4所示。信号交换原理如下：厂房并行总线逻辑信号，经厂房端光电、电光转换控制器后，转为光信号，经光缆传至开关站端光电、电光转换控制器转换为电逻辑信号，经总线送至变电站监控PC机。反之亦然。
图4 光电并行网络示意图
5 结论
并行通信网络比串行网络速度快、可靠性高，应用于电力系统中，可增加其实时性。尽管并行网络目前比串行网络结构复杂，安装不便，价格高，但随着技术进步将会得到改善。如能将监控、保护、通信调度、管理、仿真、图像音响等连接成为综合能力强的多媒体监控系统，则其性能价格比更高。因此，微机并行网络作为监控单元应用于电力系统，具有很好的研究应用前景。
作者简介：张慧，女，硕士，讲师，从事电力电子技术的研究和教学。
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