时间：2023-06-06 15:36:57
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【关键词】CPPS；同步PMU；开放式通信；分布式控制
【Abstract】The construction of future smart grid became achievable due to the rapid development of embedded system， computing technology and communications technology. Modeling of Cyber-Physical Power System which based on CPS technology gave a new way to build the future smart grid. The platform of CPPS was studied and analyzed in a preliminary step. Synchronous PMU， open communication network， distributed control which was applied to CPPS was introduced.
【Key words】CPPS； Synchronous PMU； Open communication network； Distributed control
0 引言
受能源危机、环保压力的推动，以及用户对电能质量（QoS）要求的不断提高，当代电力系统不再符合社会的发展需求，智能电网（Smart Grid）成为未来电力系统的发展方向。智能电网的发展原因主要有以下几个方面：
1）分布式电源（Distributed Generation，DG）大量接入电网导致的系统稳定性问题。由于DG的大量接入使电网变成一个故障电流和运行功率双向流动的有源网络，增加了系统的复杂度和脆弱度，因此亟需发展智能电网以解决DG大量接入电网导致的系统稳定性问题。
2）电力用户对电能质量（QoS）要求的不断提高。现代社会短时间的停电也会给高科技产业带来巨额的经济损失，近年来发生的大停电事故更是给社会带来了难以估量的经济损失。因此，亟需建立坚强自愈的智能电网以提供优质的电力服务。
论文主体结构如下：第1部分介绍了近年来信息物理系统（Cyber Physical System ，CPS）技术的发展以及CPS与智能电网的相互关系；第2部分介绍了电力信息物理融合系统（Cyber-Physical Power System，CPPS）的硬件平台模型；第3部分介绍了同步相量测量装置（Phasor Measurement Units，PMU）技术；第4部分对CPPS中的开放式通信网络进行了初步分析；第5部分对CPPS的分布式控制技术进行了简单介绍；最后第6部分做出全文总结。
1 CPS与智能电网的相互关系
CPS技术的发展得益于近年来嵌入式系统技术、计算机技术以及网络通信技术等的高速发展，其最终目标是实现对物理世界随时随地的控制。CPS通过嵌入数量巨大、种类繁多的无线传感器而实现对物理世界的环境感知，通过高性能、开放式的通信网络实现系统内部安全、及时、可靠地通信，通过高精度、可靠的数据处理系统实现自主协调、远程精确控制的目标[1]。
CPS技术已经在仓储物流、自主导航汽车、无人飞机、智能交通管理、智能楼宇以及智能电网等领域得以初步研究应用[2]。
将CPS技术引入到智能电网中，可以得到电力信息物理融合系统（Cyber-Physical Power System，CPPS）的概念。为了分析CPPS与智能电网的相互关系，首先简单回顾一下智能电网的概念。目前关于智能电网的概念较多，并且未达成一致结论。IBM中国公司高级电力专家Martin Hauske认为智能电网有3个层面的含义：首先利用传感器对发电、输电、配电、供电等环节的关键设备的运行状况进行实时监控；然后把获得的数据通过网络系统进行传输、收集、整合；最后通过对实时数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行进行优化管理的目的[3-4]。
从上文关于CPS和智能电网的介绍中可以看出，CPS与智能电网在概念上有相通之处，它们均强调利用前沿通信技术和高端控制技术增强对系统的环境感知和控制能力。因此，在CPS基础上建立的CPPS为促进电力一次系统与电力信息系统的深度融合，最终实现构建完整的智能电网提供了新的思路和实现途径。
2 CPPS的硬件平台架构
基于分布式能源广泛接入电网所引起的系统稳定性问题以及建立坚强自愈智能电网的总体目标，建立安全、稳定、可靠的智能电网成为未来电力系统研究的重要方向，同时也是CPPS研究的主要内容。
传统的电力系统监测手段主要有基于电力系统稳态监测的SCADA/EMS系统和侧重于电磁暂态过程监测的各种故障录波仪，保护控制方式主要有基于SCADA主站的集中控制方式和基于保护控制装置安装处的就地控制方式[5]。就地控制方式易于实现，并且响应速度快，但是由于利用的信息有限，控制性能不够完善，不能预测和解决系统未知故障，对于电力系统多重反应故障更不能准确动作。集中控制方式利用系统全局信息，能够优化系统控制性能，但是计算数据庞大、通信环节多，系统响应速度慢，并且现有SCADA系统主要对电力系统进行稳态分析，不能对电力系统的动态运行进行有效地控制。
针对目前电力系统监测、控制手段的不足，要建立坚强自愈的未来智能电网，必须建立相应的广域保护的实时动态监控系统，CPPS的硬件平台就是在此基础上建立起来的。
CPPS的硬件平台6层体系架构如图1所示，主要包括：物理层（电力一次设备）、传感驱动层（同步PMU）、分布式控制层（智能终端单元STU、智能电子装置IED等）、过程控制层（控制子站PLC）、高级优化控制层（SCADA主站控制中心）和信息层（开放式通信网络）。
其中，底层的物理层是指电力系统的一次设备，如发电厂、输配电网等。传感驱动层主要用于对电力系统的动态运行参数进行实时监控，测量参数包括电流、电压、相角等，在CPPS中广泛使用的测量装置是同步PMU。分布式控制层主要包括各STU/IED，为广域保护的分布式就地控制提供反馈控制回路。过程控制层主要指枢纽发电厂和变电站的控制子站，是CPPS的重要组成部分，通过收集多个测量节点的数据信息，建立系统层面的控制回路，并做出相应的控制决策。高级优化控制层是指调度中心控制主站，主要为电力系统的动态运行提供人工辅助优化控制。顶层的信息层即智能电网的开放式通信网络，注意信息层并不是单独的一层，而是重叠搭接CPPS的各个分层，为CPPS内部各组件提供安全、及时、可靠的通信。
上文给出了CPPS的硬件平台模型，但要在电力系统中具体实现CPPS，涉及诸多方面的技术难题，下面对CPPS中的同步PMU、开放式通信网络以及分布式控制等分别加以简单介绍。
3 同步PMU测量技术
同步PMU是构建CPPS的基础，它为CPPS中广域保护的动态监测提供了丰富的测量数据。同步PMU装置主要对电力系统内部的同步相量进行测量和输出，装设点包括大型发电厂、联络线落点、重要负荷连接点以及HVDC、SVC等控制系统，测量数据包括线路的三相电压、三相电流、开关量以及发电机端的三相电压、三相电流、开关量、励磁电流、励磁电压、励磁信号、气门开度信号、AGC、AVC、PSS等控制信号[6]。利用测得的数据可以进行系统的稳定裕度分析，为电力系统的动态控制提供依据。
同步PMU的硬件结构框图如图2所示。
其中，GPS接收模块将精度在±1微秒之内的秒脉冲对时脉冲与标准时间信号送入A/D转换器和CPU单元，作为数据采集和向量计算的标准时间源。由电压、电流互感器测得的三相电流、电压经过滤波整形和A/D转换后，送到CPU单元进行离散傅里叶计算，求出同步相量后再进行输出。注意，发电机PMU除了测量机端电压、电流和励磁电压、电流以外，还需接入键相脉冲信号用以测量发电机功角[7]。
4 CPPS的开放式通信网络
建立CPPS的开放式通信网络，应该在保证安全、及时、可靠的通信的基础上，使系统具有高度的开放性，支持自动化设备与应用软件的即插即用，支持分布式控制与集中控制的结合。对于建立的开放式通信网络，需要进行通信实时性分析、网络安全性和可靠性分析。
4.1 IEC 61850标准的应用
IEC 61850标准作为新一代的网络通信标准而运用于智能变电站中，支持设备的即插即用和互操作，使智能变电站具有高度的开放性。IEC 61850标准是智能变电站的网络通信标准，同时正在进一步发展成为智能电网的通信标准[8]，因此，使用IEC 61850作为CPPS通信网路的通信标准是最佳选择。
IEC 61850的核心技术[9]包括面向对象建模技术、XML（可扩展标记语言）技术、软件复用技术、嵌入式操作系统技术以及高速以太网技术等。
4.2 通信网络配置与分析
对于CPPS开放式通信网络的网络配置，可参考智能变电站的三层二网式网络结构配置，构建CPPS的3层式通信网络，如图3所示。
其中，底层为位于发电厂、变电站和重要负荷处的大量PMU、STU/IED，分别负责采集实时信息和执行保护控制功能。中间层为控制子站（过程控制单元PLC），每个控制子站与多个PMU、STU/IED相连，以完成该分区系统层面的保护控制，并根据需要将数据上传到SCADA主站控制中心。SCADA主站控制中心接收各控制子站的上传数据，处理以后将控制信息下发到各控制子站，以实现CPPS的广域保护控制功能。注意，各层设备均嵌入GPS实现精确对时，保证全系统的同步数据采样。
5 CPPS的分布式控制机理
要建立坚强自愈的智能电网，必须利用新型控制机理建立可靠的电力控制系统。根据电力故障扩大的路径和范围以及故障的时间演变过程，文献[10-11]中提出建立时空协调的大停电防御框架，建立了电力系统的3道防线，为实现智能电网的广域动态保护控制奠定了良好的基础。
电力系统的分布式控制（Distributed Control，DC）是相对于传统的SCADA主站集中控制方式而言的，指的是多机系统，即用多台计算机（指嵌入式系统，包括PLC控制子站和STU/IED等）分别控制不同的设备和对象（如发电机、负荷、保护装置等），各自构成独立的子系统，各子系统之间通过通信网络互联，通过对任务的相互协调和分配而完成系统的整体控制目标[12]。分布式控制的核心特征就是“分散控制，集中管理”。在电力系统的3道防线的基础上，结合分布式控制技术，建立CPPS的3层控制架构，如图4所示。
其中，分布式控制层主要是在故障发生的起始阶段（缓慢开断阶段）采取的控制措施，其控制目标应该是保证系统在不严重故障下的稳定性，防止故障的蔓延。过程控制层是在系统已经发生严重故障时（级联崩溃开始阶段）所采取的广域紧急控制措施，需要付出较大的代价。通常针对可能会使系统失稳的特定故障，往往需要投切非故障设备以保证系统的稳定性。广域的紧急控制措施应该在故障被识别出的第一时间立即实施，控制措施实施越晚，控制效果越差。优化控制层是在前两层控制均拒动或欠控制而没有取得控制效果，同时在检测到各种不稳定现象后所采取的控制措施，通常需要进行多轮次的切负荷和振荡解列。在电力恢复阶段，要有自适应的黑启动和自痊愈的控制方案。
6 结语
将CPS方法引入到电力系统中，建立CPPS的模型平台，为建立坚强自愈的智能电网提供新的思路。文中对CPPS中的同步PMU测量技术、开放式通信网络技术、分布式控制技术分别进行了简单介绍。
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Abstract： In recent years， with the use of a large number of power electronic components and other nonlinear devices， the harmonic pollution has affected the serious deterioration， which has affects the electrical equipment. The harmonic problem has become the three major pollutions in the power system with electromagnetic interference and power factor reduction. As a three-phase electric energy meter measurement， ADE7878 is widely used in the power grid signal analysis because of its high precision and flexible method. However， due to the defects of the sampling interval， there are obvious deficiencies in harmonic analysis. Aimed at this problem， this paper proposes a rapid analysis method for power system harmonic based on the weighted interception and spline interpolation. It can ensure the accuracy and improve the efficiency. The final experiment proves that the harmonic analysis results are correct.
关键词： ADE7878；加权截取； 样条插值；FFT；谐波快速分析
Key words： ADE7878；weighted interception；spline interpolation；FFT；rapid analysis of harmonic
中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）02-0154-05
0 引言
近年来，随着大量电力电子元件及其它非线性设备的使用[1]，使得电网谐波污染严重恶化，已经影响到用电设备，谐波问题已经与电磁干扰、功率因数降低并列为电力系统中的三大公害。及时准确地掌握电网中的谐波分量参数[2]，才能为谐波治理提供良好的依据，维护电网的安全运行。
ADE7878作为三相电能测量IC，因其精度高、使用灵活而在电网信号分析中得到广泛应用[3]，但其在谐波分析中存在明显不足。ADE7878的采样间隔为125us，每个周波采样160个点，不是2的整数幂，因而无法进行常规基-2FFT运算，这也限制了其在电能质量分析中的应用。
在进行FFT变换时，通常要求采样点数N是2的整数幂，不满足这个条件时可以直接进行DFT运算，但是计算效率较低；也可以通过简单增添有限长的零取样序列来使N为2的整数幂，但对于ADE7878的应用，N=160，28=256，27=228，需补零96个点，频谱会发生很大变化，从计算的效率上看也不经济。本文提出一种针对ADE7878采样特点的快速精确计算电力系统谐波参数的方法和装置。
为克服ADE7878在谐波分析方面存在的上述不足，本文提供一种电力系统谐波快速分析方法及运行装置。本算法中采用汉宁窗对电压、电流采样数据进行加权截取，对截取的信号进行组合数FFT，先进行常规基-2FFT变换，再进行5点DFT变换，在保证计算精度的前提下，提高了效率。在此基础上通过插值修正，得到最终的准确的谐波分析结果。
1 基于ADE7878智能电表硬件设计
ADE7878是Analog Device公司（ADI）设计生产的一款高精度多功能三相电能计量专用芯片，内置多个二阶型模数转换器、数字积分器、基准电压源电路和所必需的信号处理电路，可以实现对电网基本电参量的测量以及对电网电能质量进行监测的功能[4]。
ADE7878可以工作在三线制或四线制系统中[5]，而且对电路的接法也不受限制，可以对电网运行的电参量数据进行实时采集并发送到上层控制芯片，方便控制芯片对电参量数据进行后续处理。ADE7878的电压和电流通道[6]为24bit 型ADC，电压和电流有效值在动态范围为1000：1的动态下小于0.1%，电能在动态1000：1下小于0.1%，在动态3000：1下小于0.2%。ADE7878与上层控制芯片之间具有多种灵活的通信方式，如SPI、I2C和HSDC。ADE7878提供四种工作模式[7]，其中有一种正常模式和三种低功耗模式，这样可以保证系统在断电情况下能及时作出相应的处理，提高了系统整体的稳定性。
1.1 基于ADE7878智能电表硬件整体设计
由于ADE7878具有工作环境多样、测量精度高、通信接口灵活等优点，使得ADE7878在电力仪器仪表中的应用十分广泛。
智能电表的硬件电路设计包含以下几个部分：DSP最小系统设计、信号采样电路设计、实时时钟电路设计、数据存储电路设计、RS485通信电路设计、控制电路设计以及智能电表供电电源设计。ADE7878智能电表硬件整体设计如图1所示。
本文智能电表采用ADE7878电能计量芯片进行相关电参量数据的采集。ADE7878采用3.3V供电，外加16.384MHz石英晶体振荡器，待测电流信号采用差分形式输入，待测电压信号采用单端输入方式，电压、电流信号输入范围为-0.5V～0.5V。ADE7878的I/O最大耐压为±2V，因此需要添加相应的保护电路。ADE7878的电路设计如图2所示。
图2中，IAP/IAN、IBP/IBN、ICP/ICN、INP/INN分别对应A、B、C三相电流和零线电流经过转换后的差分电压输入信号。VAP、VBP、VCP、VN对应的是A、B、C三相电压输入信号和零线电压输入信号，这些信号输入口的最大电压变化范围是-0.5V～0.5V。REF为ADE7878基准电压的参考引脚，通过此引脚可以访问片内基准电压源。片内基准电压的标称值为1.2V，也可以在此引脚上连接1.2V±8%的外部基准电压源。这两种情况下，都需要外加一个4.7uF钽电容和一个0.1uF的陶瓷电容并联来对此引脚进行去耦。芯片复位后，使能片内1.2V基准电压源。
1.2 电压信号采样电路设计
电压信号采样电路的设计是信号采集电路的关键部分之一[8]。根据智能电表的需求分析，配电网一侧的设计参考电压范围为3×65V～465V。在第二章中，已经对电压信号采样的方案设计做出了说明，本文中电压信号采集选择高精度电压互感器完成。使用电压互感器进行电压信号采样电路设计，会产生一定的相位延迟，并且不同的设计方法产生的测量相位延迟也不同，但均可以在后续软件设计中进行修正。
本文选择的是电压互感器是山东力创公司设计生产的一款高精度电流型电压互感器LCTV31CE-2mA/2mA。这种电压互感器的一次侧和二次侧的电流比为1：1，环路额定电流值为2mA，互感器体积小，电路设计较为简单。
由于ADE7878的电压测量输入范围是-0.5V～0.5V，电流型电压互感器的二次侧额定回路电流为2mA，因此，选择249Ω（1%）精密电阻作为电压互感器二次侧取样电阻比较合适。由于电压互感器二次侧和一次侧的回路电流为1：1，因此选择249kΩ（1%）精密电阻作为电压互感器一次侧的限流电阻较为合适[9]。这样设计可以使得一次侧输入电压上限达到500V，完全可以满足配电网65V～465V的设计参考电压需求。
通过电压互感器、限流电阻、取样电阻，已经将配电网的交流大电压信号转换成了可测量交流小电压信号，但待测信号送入ADE7878芯片之前还要经过滤波电路和信号调理电路，使得输入信号便于测量。电压信号采样电路设计如图3所示。
由于电压互感器的使用，会使得测量的信号与实际信号之间存在较大的相位误差，图3中所示的电压采样电路，电压信号的相位延迟在30°左右。可以对这个电压信号采集电路进行改进，改进后的电压采样电路如图4所示。
按照改进后的电压采样电路进行电压测量，可将信号的相位延迟控制在5°左右。
1.3 电流信号采样电路设计
对于交流电流信号的测量，最后送入ADE7878的电流信号为差分电压信号的形式，因此需要将交流电流信号变换为差分电压信号的形式。根据智能电表的需求分析，配电网一侧的设计参考额定电流为5A～20A，并且有一定的过流过载要求。
为了给设计留有余量，取样电阻选择15Ω（1%）的高精度金属膜电阻。详细电路设计如图5所示。
图5中，电流互感器的二次总负载为30Ω，远远低于LCTA21CE-40A/20mA所要求的二次侧额定负载最大为100Ω，因此这样的电路设计可以获得较好的线性。
根据ADE7878元器件自身的特性，在ADE7878的信号输入端，还应该添加1kΩ和33nF的电容并联，进一步对输入信号进行滤波去耦。
由于ADE7878的模拟信号输入端有最大承受电压
±2V的限制，因此在信号输入端应该添加电压钳位电路，以免影响测量精度，甚至烧坏元器件。本项目中所选的电压钳位元件是BAV99。±2V电压产生电路如图6所示。采用的是电阻分压方式从±5V电源之间产生±2V电源。
2 基于加权截取及样条插值的智能电表谐波快速分析算法
2.1 加权截取
2.1.1 电压电流信号采样
利用微处理器设置定时器中断，每500us读取一次ADE7878寄存器VAWV、VBWV、VCWV、IAWV、IBWV以及ICWV，连续采样四个周期，获得电力系统三相电压、电流信号瞬时值序列vA（n）、vB（n）、vC（n）、iA（n）、iB（n）及iC（n），采样点数N=60，离散采样序号n∈[0，N-1]。
2.1.2 汉宁窗加窗截断
3 实验及分析
本文所设计的智能电表电能质量监测功能包括监测各相断相、失流、过负荷、全失压、电压电流逆相序次数、各相电压电流的2～19次谐波分析等。相对于其它电能质量指标来说，谐波含量是电能质量中较为重要的一个指标。本文在测试中重点对智能电表对电网谐波分析的功能进行了详细的测试。
本文中智能电表具备2～19次谐波分析功能。为了方便实验比对，选择美国福禄克公司设计生产的F434型三相谐波分析仪作为标准仪器用于实验数据对比。Fluke F434型三相谐波分析仪如图8所示。在本文的实验设计中，由于ADE7878的采样间隔为125us，每个周波采样160个点，不是2的整数幂，因而无法进行常规基-2FFT运算，故普通FFT采用的是以零补齐的方式，而本文提出的算法由于不受2的整数幂限制，没有零补齐。由表1及图9的实验结果可知，本文所提出的谐波分析算法经标准谐波测试分析仪Fluke F434验证，误差控制在0.2510%-1.9646%之间，且本文算法2～19次谐波分析测试结果均优于普通FFT结果，且在2次谐波处误差获得最大2.1%的降幅。
4 结论
本文方法解决了ADE7878电能计量芯片在谐波分析时无法进行常规FFT的问题。将160个采样数据份分成5组，分别进行32点的基-2FFT，充分利用基-2FFT算法的高效性，既保证数据处理的准确性，又提高了谐波分析的效率；采用汉宁窗截取采样序列，减少频谱泄漏；采用插值修正算法克服了非同步采样引起的栅栏效应。
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关键词：电力线；载波技术；通信技术
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 20-0000-02
一、引言
目前用于衡量一个国家信息技术发展程度的重要标志之一就是通信技术，这也是各个国家竞相发展的主要内容，很多具有现实意义的通信技术已经形成了具有规模化的生产和应用。而电力线载波通信和网络通信技术的结合又是通信领域内的一次巨大的飞跃，具有极大的现实意义[1]。
二、含义
电力线通信全称是电力线载波通信，是指利用高中压电力线或低压配电线（380/220V用户线）作为信息传输媒介进行语音或数据传输的一种特殊通信方式[2]。该技术的具体工作方式通常是把载有信息的信号加载到电流上然后用电力线进行传输，接受端的适配器把传送的信号从电流中分离出来并且传送到计算机或电话上进而实现信息的传递。该技术的关键和优势是不需要重新布线，利用现有的无处不在的电力线，只需要终端用户插上电源插头或接线就可以完成信息传送。通过电力线进行宽带上网进行网络IP数字信号的传输已经成为电力线传输信息的最普遍的应用。
三、现状
电力线通信技术出现于20世纪20年代初期，当时主要用于电话信号的传输，后来技术进展逐渐加快。已经出现了共同的家用电力线网络通讯技术标准。在中国，20世纪40年代开始逐步进行电力线通信应用。在2001年8月，第一个实验网络在沈阳建成；2001年12月国电通信中心在北京某居民区开展电力线通信应用试验；福建省电力试验研究院又研制成功了“数字化输电线路技术”的核心产品，并在北京某生活小区成功地进行了因特网接入试验，初步取得较理想效果。目前，高速电力线通信已经为宽带接入通信做出了巨大贡献。
中国的电力通信网络经过若干年的辛苦建设，已经初具规模，从通信电缆和电力线载波通信方式到包含光纤、微波、卫星等多种通信方式并用的覆盖全国30多个省（市、区）的交叉式立体通信网络。整个中国电力系统电力通信的发展，从无到有，从小到大，并且占据了越来越强大的地位。随着通信行业的成熟发展以及在社会中作用的不断提高，以电力线通信为基础的业务在各种信息的传输场合得到了巨大的应用。不但在电力系统的发电、送电、变电、配电、用电等部分的联合运转中卓有成效，而且在保证电力系统电网安全、经济、稳定、可靠的运行方面发挥了应有的作用。另外在各行各业如客户服务中心、营销系统、地理信息系统（GIS）、视频会议、人力资源管理系统、办公自动化系统（OA）、IP电话等多种数据业务方面和基建、行政、水库调度、防汛、燃料调度、电力调度、继电保护等场合得到发展。虽然电力线通信对于电力系统自身的经济效益的取得没有很直接的体现，但是它能够产生并隐含在电力系统管理及生产中的经济效益是极其巨大的。
四、电力线通信具体应用
电力线通信方式利用其独特的成熟的发展优势越来越被社会所重视，因为输电线路是架设电力特殊光缆的极好资源，经济、快速、安全、可靠；而遍布全国各大城市的电缆管道和电杆是建设光纤接入网的极好资源；电力线通信技术日益成熟，为用户接入提供了首选手段；其它具有电力特色的技术，如无源光纤接入、无线宽带、多点扩频系统等，使电力资源得到充分有效的利用和发挥。
（一）可以发挥自身优势促进本系统发展
目前国内外研究出来很多可供电力部门所使用的防盗设备或软件，但是这些设备或系统大部分是与目前电力部门所主要依靠的并且普遍使用的电力线没有任何的关系，是一套独立与电力线的设备，这就给电力部门造成了很大的压力。例如在防窃电方面，现在的窃电者越来越会采用高科技手段进行盗窃，对于使用普通GSM报警器对变压器设备进行防盗的场合，作用不大，因为盗窃者会利用GSM屏蔽器先把报警器屏蔽而不能报警，然后再对电力能源进行盗窃或对电表箱进行破坏，因此给电力系统带来很多的不安全因素。
电力系统本身最主要也是最基本的功能就是输配电，那么除了这个作用，电力系统还可以对本系统中其它功能的实现做出巨大贡献，比如电力系统的智能抄表、变压器防盗、电力系统电表箱防盗、远程电力防盗系统等均可以利用电力线来实现。我国在早期的实际电力应用中，由于电网环境比较恶劣，信道衰减大、干扰较强和波动范围大等特点，导致数据采集的准确率和实时性不能全面的满足用户对实际通信的需求。但是随着数字技术的不断改进和发展，改善并提高了电力线通信的可用性和可靠性，并且不需要大规模改造电力系统现有设备，只需增加相应装置，利用电力线实时传输信号和设备状态至集中的控制位置并采用专门的软件进行识别。电力线通信技术的应用前景变得越来越广阔，对于电力系统本身的发展会起到非常大的促进作用。
电力线通信和输配电线路具有等时性，只要电力输电线架通到哪里，电力通信就可以延伸到哪里，目前我国110kV输电线路上和35kV的农网上还有大量的电力线载波机在运行，庞大的电力线载波通信担负着电网内调度和远程信息的传输，对电力系统的安全、稳定、经济运行起着重要的作用，因此对这种廉价的电力系统具有的信道资源应该大力开发，加以合理的发展和利用，使之与高速信息传递技术长期并存，互为补充[3]。对电力系统的现代化电力管理提供传输通道，实现电力、数据和图像信息综合业务传输的通信技术。
（二）可以作为常规通信介质使用
在我国，电力系统已经普及，电力线几乎遍布城乡、四通八达，利用这种与用户直接相连的220W380V低压电力线进行高速传输信息，不但可以免除布线这个最麻烦的环节，而且具有覆盖范围广、连接方便的显著优点，电力线通信网络被认为是提供“最后一公里”通信解决方案中最具竞争力的技术之一[3]。与常规通信介质网络相比较，电力线通信基础设施完备，无需任何布线，避免了对建筑物的损坏，节约资源，节省资金、人力、物力和时间。
电力线通信这个传输媒介是全球覆盖最广阔的网络，无需新布线就可以将信号传输到任何有电的地方，不受地形、地貌的影响，投资少，施工期短，设备简单，可以同其他通信手段一起实现网络互联。如果使用高压输电线进行信息传送，那么这种通信方式可靠性会更高，因为高压输电线结构稳固，安全设计系数比光纤的安全设计系数还要高很多。
（三）现代生活智能管理的美好展望
实现现代家居的智能自动化管理的有效手段常采用低速的电力线通信网络，通过在住宅内遍布的电源插座，可对智能家用电器连网，并通过网关与外部连接。住宅主人在家可以享受数字化住宅设施的舒适和便利，在外可以通过接入的网络及时了解和设定住宅内设施。高速的电力线通信网络可以为人们提供Internet接入服务，并且可以享受居家视听一体化的服务。通过电力线通信实现网络浏览、网上购物、视频点播以及可视电话等[4]。利用电力线通信的永久连接在线，可构建住宅楼宇自动化系统，如防火、防盗、防有毒气体泄漏的保安监控系统让上班族倍感放心，医疗急救系统让住有老人、儿童或病人的家庭心里踏实。以上技术有些已经在国外成为现实，而其它甚至更好的未来正在探求之中。可以预测，电力线通信网络这一新技术对促进经济发展必将带来新的机遇。尤其对于中国这样的发展中国家，经济实力不够强大，要赶超发达国家的信息化水平，需要投入巨大的资金，而电力线通信网络提供了另一种可能的技术手段，这种技术手段可以帮助我们以较少的投入加快国家信息化的进程，加快脚步研究出适合中国电力网环境的电力线通信网络技术[5]。
五、总结
在现代社会，电力供应在人们的工作和生活中扮演着非常重要的角色。电力系统本身优势明显，不但可以为本系统做到最好的服务和管理，还可以发挥其它功效，从而使其优势进一步得到更大的发挥，可以有效解决自身的功耗问题，使电力系统的经济损失显著减少，并提高了电力使用的安全性和可靠性。基于电力线通信的系统研究可以使用的区域范围广泛，不仅用于分布集中的住宅区，更可以主要应用于大型工矿企业和自助变电站、储存仓库、金融的房间、停车场等，使电力系统发挥出巨大的作用。
电力线通信技术是一个刚刚兴起的研究课题，在国内外仍处于不成熟的初期研究阶段，需要我们从概念定义、理论研究、技术标准、工程试点以及管制政策等方面进行大量不懈的深入研究，才能够取得美好的前景。
参考文献：
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关键词：大数据分析；电力通信设备检修；自动分析平台
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.164
0 前言
电力通信网络是国家电网公司除电网外的实体网络，是国家电网公司在发展过程中的重要组成部分，是国家电网公司安全生产的保障，也是各类电力调度生态和信息管理业务的主要载体，只有做好电力通信设备检修工作，才能有效地促进电力行业快速发展，保证电力设备的使用安全。
1 大数据下的电力通信概述
1.1 网络拓扑结构分析
随着社会不断的发展，大数据的时代已经到来，大数据被人们称作为一种巨量的资料信息，需要全新的处理模式才能保证数据信息处理过程中具有较强的决策力、观察力和流程优化能力，同时还可以在一定程度上增加数据信息的资产[1]。将大数据融入到电力通信设备检修工作中，可以有效的提高检修工作的质量与效率。现阶段，我国电力通信网络比较常见的网络组成方式主要有SDH网络，该系统在使用过程中主要以星型、链型、环型的形式出现，并以电力通信传送网网络的形式进行操作，如图一所示。使用大数据将其中的数据进行优化处理，只有这样才能将电力通道传输系统进行统一管理，从而促进电力行业快速发展。但是在实际应用过程中，常常会限制一些电力网路规模的建设，要想改变这一现状就需要采用混合的电力通信网络以组成的方式进行。对于电力通信网络来说，可以根据网络的主要形式将其制作成对应的双纤环网构架，从而提高电力通信设备的安全性与可靠性。
1.2 业务在通信网中的承载关系
大数据在分析电力通信设备影响业务自动分析平台时，常常将业务在通信网中的承载关系进行划分，主要包括了以下几点：（1）底层承载平面：如图1所示.使用专业的MSTP传输系统，将网络进行传输与重组；（2）业务网络平面：主要包括了相关数据网络、调度数据网络、行政交网络等部分。其中的数据网络主要包括了电力通信网络，通过数据网络将其中的数据信息进行传递[2]。不同网络系统所承载的网络业务都可以进行实时交换，提高数据的转换的准确性；（3）业务平面：该业务主要包括了语音业务、行政电话业务、数据调度业务等部分组成。并通过大数据将其中的业务数据进行分析，只有这样才能保证业务数据信息可以正常传递下去。
2 大数据下的电力通信SDH传送网络保护机制
2.1 SDH网络中的设备保护
要想通过大数据对电力通信设备的影响业务自动化进行分析，就需要使用SDJ网络设备保护系统，根据电力通信的现状为其制定有效的保护机制。在一般情况下，保护机制会在一些单独的网元设备中进行运行，并对网元设备中的电源盘、主控板卡、支路板进行保护，从而保证电力通信设备可以正常运行下去[3]。
2.2 SDH网络中的线路保护
SDH网络在对电力通信进行保护时，常常会以多元化的形式进行，只有这样才能保证电力通信设备可以正常进行传输工作。SDH网络下的相关线路主要由子网连接、复用段保护而形成的。其中的子网连接保护可以将其在各个网络通讯中进行应用，保证数据传输的稳定性。使用该网络还有这、传输数据较快，随意换转等作用；而复合段保护与子网连接的差距较大，主要体现在对电力通信终端口级的保护，保护设备可以正常运行，完成现对应的工作[4]。但是在使用过程中不适合将在电力通信通道中进行应用。同时还可以使用1+1的形式进行复合段的保护。
3 大数据下的电力通信设备检修影响业务分析系统实现
要想使用大数据对电力通信设备检修影响业务平台分析系统实现，就需要做到以下几点：（1）检修分析对象，了解分析对象，并将电力通信中的主板卡、网元、光缆纤芯、光缆段进行定期检修，只有这样才能保证电力通信设备的使用安全；（2）做好电力通信分析工作，并将其进行定期检修做好检修工作的记录，总结其中的数据信息，使用大数据对数据这些数据进行分析，找出电力通信设备中所在的问题；（3）分析步骤，在使用大数据对电力通信设备数据进行检修时，要对业务、板卡、线路板、支路板进行检测，并了解其中所承载的业务数据。在检查过程中，如果要对板卡进行检查的话就需要将原有的业务状态进行终端。如果的交叉版、时钟版的话就需要找出其中的网元承载业务。如果是一些备用卡板的话就需要将业务进行停止使用，将其中的相关线路进行日常检查，只有这样才能保证电力通信设备的使用安全。
4 总结
电力通信业务的主要核心内容与电力通信网络的运行稳定性有着非常重要的关系，同时也是保障人们用电安全的关键之一。随着社会不断的发展，我国电力网络规模不断扩大，这在一定程度上提高了电力运营的难度，对电力通信业务的需求也越来越高。因此，大数据融入到电力通信业务中去才能满足现代化社会的需求，并做好网络电力通信业务，从而促进电力企业快速发展，提高社会经济效益。
参考文献：
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对于高速铁路来说，电力系统的安全性涉及到整个铁路的运行平稳与否，在铁路运营繁荣发展的背后支持下，电力系统起到了很大的作用，目前，铁路运行速度非常快，工程规模的不断变化也对供电系统的安全性有了更高的需求，高速铁路电力系统成了决定铁路事业发展最直接的因素，一直以来，铁路都被认为是相对比较安全的运输方式，因此，铁路运输一旦出现安全事故，势必会给人们的身体与心理造成双重的打击，所以，加强电力系统的安全性，真正做到防患于，保证铁路运输的安全性势在必行。
二、电力系统可靠性分析
高速铁路电力系统的组成比较复杂，按照功能与作用主要可以分为牵引和电力两部分前者是为高速铁路行车提供电源系统，后者是承担牵引供电以外所有铁路负荷的供电任务，包括信号系统、生产、车站、供水系统以及生活等铁路用电负荷的高速铁路电力供电系统，其供电可靠性不仅直接影响铁路运输系统的正常安全运行，还关系到很多铁路职能部门的正常工作，铁路电力供电系统由于应用的特殊性，在系统构成和功能上都有一些有别于电力系统的特点，主要体现电压等级低、系统接线形式简单以及供电可靠性要求高这三方面：
第一，从电力系统的角度看，铁路负荷属于终端负荷，直接面对最终用户，所以，铁路供电系统中绝大多数为10kV和35kV变配电所，这取决于地方供电系统电源的情况和铁路就地负荷的要求；第二，铁路供电系统的接线就像铁路一样，是一个沿铁路敷设的单一辐射网，各变电所沿线基本均匀分布，并且互相连接，构成手拉手供电方式；连接线自闭线和贯通线两种，连接线除了实现相邻所之间的电气连接外，还为铁路供电最重要的负荷提供电源；第三，铁路供电系统虽然电压等级低，接线方式简单，但对供电可靠性的要求却很高，其负荷的供电中断时间不能超过150ms，否则，将会导致所有供电区间的自动闭塞信号灯变为红灯，影响铁路的正常运输。
三、提高电力系统可靠性的措施
铁路沿线分布着车站和通信基站，这些地面设施是保证铁路运输畅通和安全的基础设施，上述设施需要电力可靠供应，高速铁路对电力供电提出了更高的可靠性要求，全线供电安全、可靠性取决电力贯通线的运行水平，供电可靠性依赖于铁路供电设备配置水平，采用的可靠性措施主要有三方面：
第一，保证系统可靠备用，各配电所自国家电网接引两路电源；各配电所采用单母线分断接线型式；10kV配电网络采用双路环网电力电缆；变配电所、箱式变电站内配电变压器按双台配置；第二，提高设备可靠性，配电所选用SF6气体绝缘开关柜；箱式变电站选用SF6气体绝缘环网开关柜；变压器选用干式变压器；低压开关柜采用高可靠性、模数化、组合式柜型；第三，提高系统抵抗自然灾害能力，电线入地；设备进屋；备用发电机；从高压到低压全部采用远动。
四、高速铁路电力供电系统新技术的分析与研究
高速铁路全线设置了两回 10kV 电力贯通线，贯通线采用不锈钢铠装的单芯铜芯电缆沿路基、隧道、桥梁预留的电力电缆槽敷设， 由于高速铁路线路较长，如此长距离的电力贯通电缆线路是我国铁路建设史上从未有过的，必须进行技术创新；关于长距离10kV 电力贯通电缆线路电容电流的补偿，由于贯通线电缆线路对地存在电容，故在正常运行或单相接地时都有电容电流流过线路，又因为电缆线路相间及对地电容远大于架空线路，电缆线路的电容电流亦远大于架空线路的电容电流，可能造成相关危害，如：引起主变压器或调压器过载；单相接地时易造成电弧重燃，引起三倍以上的过电压，易损坏供电设备或发展成多相短路事故；贯通线电缆的分布电容产生的容性无功，会导致系统容性无功过剩，线路末端电压上升；因此，必须对线路电容电流进行补偿，补偿电缆电容电流较好的办法是设置专用的并联补偿电抗器，主要有如下两种方式：在配电所集中设置动态补偿电抗器 ；在区间贯通线上分散并联补偿电抗器；高铁中一般采用了方式二，在全线两回10kV 电力贯通电缆线路上每隔 10km左右分别分散设置了箱式电抗器，起到了补偿接地电容电流、补偿容性无功功率、降低线路容性电流、限制线路末端电压上升的综合作用，是一大技术创新。
关键词：高次谐波；电容器；抑制
随着社会经济的不断发展，安全用电在社会的各个方面越来越重要，一方面供电企业不断地完善自身的设备为用电客户提供优质的服务，另一方面广大的用电客户也在不断地要求供电部门提供更多高效的设备保障其用电，随着更多的设备进入电力行业，电能的应用形式也在发生着不断的变化。但随着电子技术应用的深度和广度的出现，电力系统中的波形失真日益增大，电力系统中产生的高次谐波却危害着电力系统的稳定运行，高次谐波能使得电力系统运行时电压波形产生畸形，使电网瘫痪，对一些电容器也会造成巨大的损害。
电力系统中的三相交流电电压产生的波形基本上是正弦波，正常的波形基本上是无直流和高次谐波之分。但随着电力设备的发展和运用产生的谐波对电网造成的污染，有些用电器产生的非线性负荷及冲击负荷对电力系统发、供、用电设备的安全经济运行造成不良影响和危害。因此，防止和治理电力系统中的高次谐波成为目前电力系统中重要的问题。
1 高次谐波的定义及其产生原因分析
目前对于谐波的定义的说法较多，而国际上普遍认为谐波是一个有周期的正弦波的分量，其频率是基波的整数倍。当电力系统的频率为额定频率50Hz, 则基波频率为50Hz、2次谐波频率为100Hz、3次谐波频率为150Hz等。而目前在电力系统中存在危害的谐波较多，高次谐波的危害越来越大，这也是今后电力系统改革中首要解决的问题。
由于各种非线性的电子元件日益应用到电力系统中，使得原本能产生正弦波的电源由于非线性元件的存在使在系统中和用户处的线路中总会产生高次谐波的电流和电压，产生高次谐波的元件比较多，例如一些交流电动机、电焊机、电石炉、变压器和感应电炉等, 化工行业的高频炉、电解设备, 钢铁行业的大型轧钢机，铁道部门的电气机车、电车公司的整流站等, 家用电器如电视机等。最为严重的是大型的整流装置和电弧炉, 它们产生的高次谐波电流最为突出, 是造成电力系统中谐波污染的最主要的因素。
在电力系统中运用的电气设备都能产生高次谐波，并对电力系统的安全运行产生很大的影响，在这里可通过以下设备进行分析：整流装置是电力系统中最重要的谐波源，例如在很多的设备中都是用整流装置，例如电视机、电池充电器、电力机车等；电弧炉因为在燃烧方面不够稳定，容易产生三相谐波电流；变压器则由于铁芯处于饱和状态，磁化的曲线呈非线性，电流畸变也会变大，这是一种稳态的谐波源。在某些电网中，由于供电线路较长，负荷较轻，充电功率大，并且没有电抗器作为补充装置等因素会造成电网的电压过高，使得电流波形畸变严重。电力机车主要是采用工频单向全波整流电路系统，因此它与整流装置一样会产生谐波也会污染电网的安全运行；而家用电器中的电视机被称为是产生谐波电流的罪魁祸首，原因是电视机的回路一般是采用二级管桥式全波整流，在使用时会产生较强的奇次谐波电流，尤其是目前广大用户普遍使用的彩色电视机较为严重，奇次波具有负序特性，在电网中能够引起电压产生畸变的现象。随着家用电器的越来越普及的运用，一些家用电器，例如电冰箱、洗衣机、空调、吸尘器等电器也在走进千家万户，但这些用电设备会有绕组设备的不平衡电流的变化，也对电网的波形产生影响。此外。交流发电机也会在电力系统中产生高次谐波，原因是交流同步发电机定子绕组在布置上不可能做到完全的对称，总会导致转子磁极不对称情况的出现，结果会造成转子和定子铁芯之间有不均匀的空隙，同时会造成发电机定子、转子间气隙磁通分布不均匀，也会存在有非工频正弦波分量产生，但由于隐极发电机采用的是比较短的绕组以及分布绕组，并采用了三相定子绕组星形接线的方式，降低了5、7次以及3次谐波量，因此使得交流发电机的谐波分量较小。
2 高次谐波的危害
随着越来越多的设备在电力系统中的应用，以及大功率的整流器和变频调速装置的普及，这些设备所产生的高次谐波对电力系统的各个方面都产生了重大的影响甚至是危害。
2.1 对用电户用电质量的影响
由于电力系统中注入了谐波电流会在电网上产生谐波压降，从而会导致电压以及电流的波形发生畸变的现象，从而影响了电能的质量，使电力系统受到干扰。
2.2 对配电网的危害
电力系统中产生的高次谐波在有色金属中可以把基波的电流近似的认为是均匀分布的，由于肌肤效应而导致的电流往往是积聚在导体的表层，同时使得电流回路中的电阻增大，这样的情况下导体的有效电阻会逐渐增加，在电阻增加的情况下会使得电网内部功率的损耗以及能量的损失增加，与此同时，高次谐波还可能引起电压谐振，从而在线路上出现局部的高电压。众所周知，过高的电压有可能会击穿线路中电力设备的绝缘层，导致电路的用电的不安全或者是对周围的人群以及建筑产生不利影响。
2.3 降低用电设备的使用寿命
电力系统是由众多的电力设备组成的，这些用电设备在维护电力系统的稳定方面起到了重要的作用，因此，切实维护好电力设备的安全是保障电力供应的一个有效的途径。
图 1 非线性负荷的电流波形
在电力供应过程当中，由于谐波的增大会导致电压的增大，在并联中对电容器的危害更为严重，通过图1分析计算得出，当电压升高10%时，电容器的温升将会提高7%左右，在不考虑局部介质损耗的情况下，电容器的寿命将会减小到原来的70%左右，可见对用电设备的危害是如此严重
2.4 对电阻、电感负荷的影晌
在电力系统中，谐波对电动机也能产生影响，尤其是能够引起电动机附加的损耗的产生，尤其是当电动机中的谐波电流的频率和零部件的固有的频率相等或者相近时就会引起机械共振的产生，或者是使电压产生畸变。如果畸变的系数较大而没有得到及时的调整则会引起灯泡的寿命缩短或者导致电动器发生故障。
2.5 对测表计的影响
对于电能表来说，理论上相同频率的电压和电流能构成功率，假设输入的电流或者电压有一方含有谐波，即使电流中该次谐波的真实的功率为零，在电能表内任由输入的纯正弦工频电流因畸变而引起的同频率谐波会相互作用，也会形成虚假的谐波功率, 使电能测量出现随机的或正或负的误差。所产生的这种误差虽有可能部分相互抵消, 也有可能存在, 致使电能计量的准确度大大地降低。
2.6 干扰通信系统
在电力系统中，输电线路上流过的3、5、7、11等幅值较大的奇次低频谐波电流在通过磁场耦合时, 在邻近电力线的通信线路中会产生相应的干扰电压, 这些干扰电压会影响通信系统的工作, 主要是影响通信线路通话的清晰度。此外, 由高压直流（HVDC）换流站换相过程中所产生的电磁噪声（3~10kHz）也会影响电力载波通信, 对于电力设备的安全运行也带来了极大的隐患。
2.7 对计算机和其它精密电子控制设备的影晌
几乎所有的数字线路的逻辑元件都会有自己的阀电平和干扰线号的容限，假如谐波的干扰超过容限，就可能会破坏触发器和存储器所保存的信息，排除干扰后, 它仍会在系统内部的存储器件里留下痕迹, 系统也不会再恢复到原来的工作状态。即使含有微处理器系统里的程序没遭到破坏, 若地址总线受到强烈的干扰, 也会有程序失控的危险, 使系统进人预想不到的状态, 甚至陷人意外停机状态。
3 对高次谐波的抑制的相关对策分析
3.1 增加整流变压器装置
目前比较传统的抑制谐波的方法就是增加整流变压器，由于整流变压器具有的二次侧向数较多，并且波形脉动次数也多，因此次数较低的谐波被消去的也越多。例如当整流相数为12相时，5次谐波电流为基波电流的5%左右，但6相时的谐波电流则是基波电流的18.5%。
3.2 增加无源滤波器装置
无源滤波器是利用电路中谐振的原理对谐波形成低阻的电路，从而达到一定的滤波的目的，它由电容器、电抗器以及电阻组合而成，采用与谐波源并联的方式，一方面有滤波的功能，一方面还有无功补偿的需要。一般其投资成本较低，效率较高，结构也极为简单，并且在运行方面也比较稳定。但目前由于这种方式要耗费大量的材料成本，况且对谐波的抑制效果并不是很明显，目前基本上不是很采用这种方式。
3.3 有源电力滤波器的普遍使用
有源电力滤波器是目前采用的一种全型的、并且能够从动态方面去抑制谐波的电力电子装置。它是先从补偿对象中检测出谐波电流, 再利用可控的功率半导体器件（补偿装置）向电网注入与谐波源谐波分量（电流或电压幅值相等、相位相反的谐波分量（电流或电压）, 使电源的总谐波为0, 达到实时补偿谐波的目的, 其原理构成如图2所示。
图2 并联有源滤波器的结构图
目前有源滤波器按其接入电网的方式, 可分为串联和并联两种方式。直到目前运用到电力系统中的AFP装置, 绝大多数采用的是电压逆变器的并联型结构。近年来, 为了发挥有源滤波器的优势, 提高性能, 减少容量, 降低成本, 增强适用性, 又设计出采用变流装置专门去减少谐波的装置。
4 结论及展望
随着经济和社会的发展，越来越多的电子元件被用在了电力系统中，尤其是大量的线性负荷的出现，使得电力系统中产生了大量谐波，一些比较传统常规的抑制谐波产生的措施不能有效的使用，在这样的情况之下，一些新型的的抑制谐波产生的措施和手段也被普及，在今后如何抑制减少谐波的产生方面应更加积极地找寻方法使今后的电力系统更加的安全稳定，保障电力运行的安全。
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【关键词】电力；自动化；通信网络；分析
1 电力自动化的通信方式
通信系统是实现电力自动化系统的基础，电力系统自动化对通信系统的要求取决于计划实现的自动化水平、电力系统自动化的规模和复杂程度等因素。针对电力自动化系统及其特点，通信系统应具有以下特性：
（1）保证通信可靠性；
（2）满足目前和适应将来的数据传输速率；
（3）双工通信（个别情况下可用单工）；
（4）通信不能受停电和故障的影响；
（5）易于操作且维护工作量小
（6）保证建设费用。
下面对目前新兴的几种通信方式作相应介绍：
1.1 扩频通信方式
扩频通信是一种先进的信息传输方式，其信号占用的带宽远大于一般常规通信方式所需的最小带宽。频带的展宽是通过编码及调制的方法来实现的，与所传送的信息数据无关。接收端则用相同的扩频码进行相关解调来解扩并恢复信息数据。
在无线电通信中射频信号的带宽与所传信息的带宽是相比拟的。如用调幅信号来传送语声信息，其带宽为语声信息带宽的两倍。现今使用的电话、广播系统中，无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式，处理增益值一般都在十多倍范围内，统称为“窄带通信”。而扩频通信的处理增益值高达数百、上千，称为“宽带通信”。一般说来，扩频通信最初是在军事、公安通信中应用，后又发展到个人业余通信、体育竞赛通信、证卷交易所通信和数字立体声广播等。扩频通信应用于电力部门是在该技术解密以后，是在地调或县调通信中最具发展潜力的一种新型通信方式。这是人们在电力自动化系统中的实际应用方面正在努力探索的一种通信方式，重点在于组网技术。扩频通信可组织综合通信业务，同时传输话音、数据和图像信号，有丰富的接口终端，可接电话机、交换机和调度总机，以及配电自动化系统终端设备等。
1.2 光纤通信
自光纤通信问世以来的短短一二十年间，其发展异常迅速，光纤通信的传输速率不断提高，无中继传输距离逐步加长。许多国家已建立了不同规模的光纤通信网络，一般是首先应用于市内局间中继、长途干线，继而广泛应用于电力、铁道、公路、化工、公安等部门的专用网。光纤局部区域网、用户网系统发展也很迅速。随着波分复用技术的日趋成熟，光纤巨大的带宽资源得以充分利用，使得一根光纤的传输容量很快地扩大几倍至几十倍。
光纤通信的主要特点有：频带宽、通信容量大；损耗低、中继距离长；可靠性高、抗电磁干扰能力强；通信网络具有自愈功能；无串话干扰、保密性好；线径细、重量轻、柔软；节约有色金属，原材料资源丰富；随着光纤成本不断下降，其经济效益也越来越显著，光纤通信也逐渐成为电力自动化通信的主力军。
1.3 电力线载波通信（PLC）
用电力线实现可靠的通信一直是电力工业界致力研究的课题之一。经过几十年的努力，输电线上的电力线载波通信已由过去专门提供话音业务发展到传输继电保护、远动、计算机控制信息等综合业务，逐渐接近了实用化和商业化阶段。
在配电网电力线上实现通信与在输电网电力线上实现通信其基本原理相同，但两者的环境条件有很大不同。首先，在设计通信系统时的最基本要求是保证有足够大的信噪比，相比之下配电网电力线上的噪声与干扰是非常严重的。其次还有配电网络的阻抗随之发生变化引发的问题以及信号的失真问题。
随着远程自动化抄表、电力负荷管理、配电网络信息管理、智能住宅小区等技术市场的迅猛发展，各国电力部门对开发以中低压配电网电力线为媒介的电力通信系统表现出极大的兴趣。美国的PLC产品已经越来越多的用于公共事业和商业服务，预计到2002年销售额可达10亿美元。韩国将投资1780万美元开发研制2～10Mbps的电力线路调制解调器，并将在今后5年内为韩国带来50亿美元的收益。利用配电线传输高速数据信息可以使电网管理更加规范合理，对实现电能和高速数据的双重传输具有重要的实际意义。此外，电力公司本身即具有网络遍及所有家庭和单位的先天优势，由此带来的网络投资费用的节省极为可观，而且随着互连网的发展，可以为用户提供更广泛、更全面的服务。
2 电力自动化通信网络的建议模式
从目前来看，国内在电力自动化的通信方式方面还没有一个具体的标准，不仅如此，从科研和开发阶段来说基本上是属于起步阶段，因此，在实际应用方面往往会缺少一些现成的可供参考的标准模式。对于本文前面部分所讲的几种通信方式，可以说各有优缺点，但还没有一种通信方式能够完全满足这种网络复杂、点数多、可靠性要求高的电力系统自动化通信。为了让这个问题逐渐得以解决，可以在现场的实际应用中多设置一些试点，对每种通信方式的性能、可靠性和价格等方面做详细比较，根据比较结果选择合适的通信方式作为将来电力系统自动化通信的主要模式并加以推广应用，以下将提出一套电力自动化通信网络的建议模式，该模式的指导思想在于：在没有一个完全满足和适合电力系统自动化的通信方式之前，应当综合利用现阶段这些通信方式的各自优点来组织一个分区分层的配电自动化通信网络。
第一层：市区的电力系统自动化分站和配电管理中心之间的通信可以通过目前规划的光纤网络来完成，而外县市电力自动化分站与配电管理中心之间的通信则通过目前规划的SDH微波通信进入市区光纤网络后送到配电管理中心。
第二层：每一个电力自动化分站负责本区的电力自动化信息的处理并负责与配电管理中心的联系，对于本区所在的如变电所、大用户、主要线路开关站等主要站点与配电自动化分站之间的通信可以采用光纤通信或一点多址无线通信方式来完成。
第三层：对于每个变电所所带的一些小的配电站和线路开关等与变电所之间可以采用扩频通信、800MHz窄带无线通信方式或电力线载波的通信方式。
第四层：对于居民区内部读表、负荷控制、自动供电和调节电表等一些服务，可以通过前面所述的电力线调制解调器利用已经布好的低压电力线进行通信。这一层的实现属于将来配电自动化的发展相对成熟以后的事务范畴，在此基础上进一步实现用户端的自动控制和抄表等，或者目前新建小区需要和提前考虑的部分，它属于自动化发展的方向和最终目的。
3 结语
通信技术与计算机技术的飞速发展为电力系统运行、维护、控制和管理实现自动化提供了先进的工具和技术基础，庞大而复杂的电力系统要组成综合自动化系统，必须有先进、可靠的通信网络系统支撑，同时也要求通信系统能抵御来自于闪电、电晕、开关操作等产生的强电磁干扰。在设计和选择电力自动化网络系统的结构和产品时应当根据配电站的实际需求、地理位置和规模进行综合的考虑，只有这样才能够让电力系统安全、稳定、有效运行。
参考文献：
[1]张莘茸.探讨电力自动化系统的网络安全[J].科技资讯，2011（02）.
【关键词】 电力自动化 配电自动化 现状 展望
自从20世纪90年代到现在，随着计算机技术、通信技术、控制技术和功率电子技术的发展，这些技术渐渐由理论转入实验阶段，并且已经进入应用领域，这些技术的出现对电力自动化产生了巨大的影响，电力自动化技术也随着迎来了新的时代。因此，提高电力系统自动化程度显得尤为必要。然而，目前电力系统自动化仍然存在诸多问题，如何很好地解决这些问题，使电力系统自动化更好地为我国电力发展乃至经济的发展服务，已经成为摆在广大电力工作者面前的一大难题。
本文主要结合笔者多年的实际一线工作经验，首先阐述了配电自动化的基本概念，并且从不同的角度对电力系统自动化的相关技术进行阐述，旨在为我国电力自动化发展提供理论依据，对推动我国电力事业的发展具有重要的现实意义。
1 配电自动化的基本涵义
我们所说的配电自动化，就是指采用先进的科学技术，将配电用户的数据、配电网数据以及配电网的结构、地理位置、图形特点以及离线数据等进行集成，进而构成一个完整的自动化网络系统，保证配电设备以及网络的正常运行，而且还要保证事故状态下对配电网络的保护、监测和控制，实现配电网络的现代化管理。通过实现配电网络的自动化管理，不但可以有效地提高电能质量，而且可以成本较低，满足多样化的用户需求，还可以使得企业管理效率得到一定的提高。
（1）馈线自动化。所谓馈线自动化，就是指对馈线电路进行监测、控制和保护。对馈电路出现的故障进行诊断，进行故障隔离和重构网络等。还可以实现对馈电路各项指标的远程监控，供电和调压等。
（2）配电管理系统。电力系统自动化的核心环节是配电管理系统，其也是整个配电自动化系统的管理中心、监控中心以及需求侧管理。需求侧管理可以采取一系列的经济手段和技术措施，使用户和供电方一起参与进行供电管理。因为需求侧管理关系到供需双方的利益，而且关联到电力管理体制，因此，需要通过相关法律法规来进行制约，让电力市场进行宏观调控。我们可以看出，电力供需双方不但是买卖关系，更是合作伙伴，需求侧管理必将受到电力市场的重视。
2 电力自动化相关技术研究
2.1 功能分布技术研究
电力系统自动化与通信网络息息相关，为达到功能的逐步下发分布，对系统功能结构进行分层分布配网自动化已经成为了一种必然，我们将电力系统功能部分分为三层：主站、子站和馈线，这样可以使得事故能够迅速响应。层与层之间主要是通过光纤太网、光纤以太网及环网、多线网以及无线网和电力载波等信道形式进行通信。综合考虑，目前较为良好的通信方式为电力载波，相比于先前的电力载波方式，那些都是高频信号与语音信号共同构建的，主要通过线路端点之间的阻波器进行服务通信。由于电力系统网络节点较多，实际情况下还不能解决电力电子自动化实际客观需要，因此淘汰了阻波器。然而现在最新的通信技术，使得载波技术扩展运用范围，尤其是开发了扩频原理的处理器芯片（DSP）并且加以利用，理论结合实践，就初步来看，相关实验数据表明其运用前景很好，具有很强大的发展前途。
2.2 配电网系统保护技术研究
对配电网的保护实际上就是对馈电线路的保护，而且主要是维护配电网存在不稳定的因素，随着时代性的经济发展需要，电力服务用户的不断追求质量，进而提升了电力系统的故障排除能力。也就是说当用电需求不断变大的情况下，电力系统的可靠性和供电质量也有了大幅度提高。我们要重点抓配电网的维护工作，在配电网管理保护工作中，我们要做到馈线故障排除、隔离故障以及对供电电力管理系统的恢复等工作。馈电核心工作的基础上基于通信技术，是对配电网整体数据的优化，进而加以控制。对其整体优化促使了配电SCADA、配电高级应用（PAS）等技术的不断改进与完善。
2.3 主站一体化技术研究
随着用户生活水平的不断提高，这就使得用户对供电的可靠性提出了更高的要求。由于电力企业是一个相对比较大的整体，其内部各个部门相对独立，各个系统和部门很难快速地实现信息互联和共享，这也是摆在广大电力工作者面前的一大难题，也是今后广大电力工作者需要协力解决的问题。在今后的电力工作中，我们可以将功能相对独立的部门综合集中起来，组成信息共享一体化系统。也就是将各个部门的地理信息、数据信息、配电管理系统以及监控系统等自动化系统结合起来，构成一个信息互联和共享的通讯平台。
3 结语
综上所述，电力自动化的发展是电力系统的一场技术革命，作为一名电力系统工作者，我们要不断学习新的电力技术知识，不断充实自己，保持电力系统自动化技术的先进性，不断提高电力系统的自动化程度，只有这样，才能不断地提高电能质量，减少电力设备维护费用和运营成本，提高电力设备利用率，带来比较可观的经济效益和社会效益，对推动我国电力事业发展具有重要的现实意义。
参考文献
[1]李延娜.电力自动化发展现状及展望[J].科技资讯，2011（34）：12-13.
[2]高明.阐述电力自动化技术[J].城市建设理论研究（电子版），2011（27）：90-91.
关键词：火电厂空冷技术、直接空冷、间接空冷。
中图分类号：TM621文献标识码： A
1、空冷系统概述
我国空冷技术研究工作开始于上世纪 60年代，1964年由哈尔滨空调机厂、兰洲石油机械研究所、北京石油设计院共同开发研制的首台空气冷却器装在锦西石油五厂投入运行。1966年在哈尔滨工业大学试验电站的 50kW机组上，首次进行了直接空冷系统的试验。1967年在山西侯马电厂 1.5MW机组上进行了直接空冷系统的工业性试验。20世纪80年代庆阳石化总厂自备电站 3MW机组的直接空冷系统投运。我国应用的大型空冷技术项目是在20世纪80年代末期，1987年采用引进混凝式间接空冷系统，同时引进混凝式间接空冷技术的2×200MW混凝式间接空冷机组在山西大同第二发电厂投产，这为国产化大型空冷机组的运行提供了工程实践经验。
我国从1990年开始了200MW级机组混凝式空冷系统的设计工作。1993年在内蒙丰镇电厂投产的 4×200MW混凝式间接空冷机组以及1993年在山西太原第二热电厂投产 的2×200MW表凝式间接空冷系统（采用黄铜管HSn70-1A表面式凝汽器，散热器是引进德国GEA公司技术生产的钢管钢翅片散热器）是国家“八五”攻关的两个课题，两个项目的第一台机组均在1993年投入生产运行。 2004年10月华能山西榆社投产了 2×300MW亚临界直接空冷机组，是当时我国单机容量为最大的直接空冷机组； 2005年4月在山西大同二电厂投产了 2×600MW亚临界直接空冷机组，是当时我国单机容量为最大的直接空冷机组。截止到2009年底，国家发改委核准的空冷机组容量已经达到了近85000MW，我国空冷机组的总装机容量达到了近78000 MW，订货超过了100000MW。在建或准备建设的1000MW超超临界空冷机组超过10台，可以说无论在数量上还是在单机容量上我国的空冷机组都走在了世界前列。
2、电厂空冷系统的分类
（1）直接空冷系统:
直接空冷技术的发展主要是围绕直接空冷凝汽器管束进行的，汽轮机排汽将几乎全部在凝汽器中冷凝成冷凝水。汽轮机排出的蒸汽在凝汽器翅片管束内流动，空气的流动也对蒸汽起到了直接冷却的作用。此外，由于直接空冷凝汽器的突出特点，已经逐渐在世界各国进行了技术研究并得到了广泛的推广。在现有运行的机组中，强制的通风方式其可调控性能较好，因此也被应用到各领域中去。由于间接空冷凝汽器系统相对于直接空冷凝汽器系统设备多、维修量大、运行的难度也大。所以只能是水冷凝汽器系统和直接空冷凝汽器系统之间的一个过渡，而直接空冷凝汽器则是今后发电系统的发展方向。
（2）混合式（海勒式）间接空冷机组：
汽轮机排汽进入混合式凝汽器通过大量循环水混合冷却（循环水水质和凝结水水质相同），少部分水进入正常的回热系统，大部分水进入布置在空冷塔的散热管束，被空气冷却。
（3）表面式（哈蒙式）间接空冷系统：汽轮机排汽进入表面式凝汽器通过大量循环水将其冷却，循环水再进入布置在空冷塔周围的管束，被空气冷却。
由于我国空冷机组多建在北方缺水地区，冬季寒冷对防冻要求较高，凝结水温和背压不能过低；夏季高温天气历时较短，因此在新建工程中，大多数采用了直接空冷系统。
直接空冷系统受环境风的风向及风速等气象因素的影响也较明显。国内已发生过因强对流气象条件导致汽轮机跳闸的事故。不利风向将影响进风、排风条件，产生热回流，直接影响机组效率。间接空冷系统对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响变化较小。
空冷系统技术比较（以两台330MW为例）
2×330MW机组的配置方案
表面式间接空冷系统按对环境风敏感程度较低的散热器在塔内水平布置方案考虑，如采用立式布置散热器，冷却塔尺寸与混合式间接空冷系统基本相当。
3.1投资费用比较
3.2 耗水量运行费用比较（以两台330MW为例）
3.3 耗电量运行费用比较（以两台330MW为例）
3.4 年总费用差比较
4．结论
我国是一个严重缺水的国家，人均淡水资源只有世界平均值得1/5,我国东北、华北、西北地区缺水更为严重。随着人口的增长，人均淡水资源占有率不断地下降，对水的需求量却不断地增加，节水已成为我国国计民生的大事，水资源的可持续利用是社会可持续发展的先决条件，各行各业节约用水、合理用水已成为国家的一项战略国策。我国的工业用水中，湿冷机组冷却用水构成占较大比重，一台1000MW的湿冷机组日耗水量11万吨之多，如果机组建设大量湿冷机组，水资源的矛盾将日趋激烈，水资源的平衡将被打破，将会严重威胁社会发展和人类生存，而空冷机组尽管煤耗稍高，但无废水排放和水的蒸发，故在我国富煤缺水的地区建设空冷发电机组，变输煤为输电，节约大量的淡水资源符合我国发展的战略方针、政策。
参考文献：
