电力系统远动技术

1第三章电力系统远动技术第一节远动终端RTU概述一、RTU定义远动终端：电网调度自动化系统中安装在发电厂、变电站的一种具有四遥远动功能的自动化设备。远动装置=远方终端=远动终端=RTU（RemoteTerminalUnit）。RTU在电网调度自动化系统中具有重要的作用。（系统结构：调度端SCADA/EMS＋远动信道＋厂站端RTU）。二、RTU发展概述①60～70年代，硬件式远动装置：晶体管或集成电路构成的无触点远动装置WYZ或者数字式综合远动型远动装置SZY，均属于布线逻辑式远动装置，所有功能均由逻辑电路实现，现已经基本淘汰。②80年代后，软件式远动装置：基于微机原理构成的远动装置（微机远动装置），功能由软件程序实现，具有功能强、可扩充性好、结构简单、稳定可靠等优点，得到普及应用。2三、RTU的功能概述远方功能：RTU与调度中心之间通过远距离信息传输所完成的监控功能。①遥测（YC，Tele-measurement）：远程量测值。RTU将采集到的厂站运行参数按规约传送给调度中心（上传）。包括：P、Q、U、I、档位、温度等，容量达几十到上百个（路）。另外还包括2类特殊YC：a)数字值（DigitalMeasuredValue）：RTU以数字量的形式直接接收后上传。如频率、水库水位等。b)记数脉冲（CounterPulse）：单独的采集（电路）板。主要指RTU采集的反映电能量的脉冲记数。容量可达几十路电度量。②遥信（YX，Tele-indication,Tele-signalization）：远程状态信号。RTU将采集到的厂站设备运行状态按规约传送给调度中心（上传）。包括：断路器和隔离刀闸的位置信号、继电保护和自动装置的位置信号、发电机和远动设备的运行状态等。容量达几十到几百个。③遥控（YK，Tele-command）：远程命令。调度中心发给RTU的改变设备运行状态的命令。3包括：操作厂站各电压回路的断路器、投切补偿电容器和电抗器、发电机组的启停等。容量可达几十个设备。④遥调（YT，Tele-adjusting）：远程调节命令。调度中心发给RTU的调整设备运行参数的命令。包括：改变变压器分接头位置（调压）、改变发电机组P或Q的整定值（调节出力）、自动装置整定值的设定等。容量可达几个到十几个设备。⑤事故数据：a)事件顺序记录（SOE：SequenceOfEventrecording）：实时检测遥信变位（YXBW）（带时标的遥信），立即记录变位时刻、变位设备序号、变位状态等组成SOE优先传送（CDT下）。b)事故追忆（PDR：PostDisturbanceReview）：冻结某时刻全网的重要的遥测点、遥信点的画面（如照相），每个这样的画面称为一帧，其循环周期可为数秒到数分。典型的PDR记录长度为：事故前10min，事故后5min。⑥统一时钟：具有对时功能。接收调度中心的校4时命令。统一时钟为了不同厂站之间事故分析以及电度量冻结。⑦转发：接收其它RTU送来的远动信息，按规约组装转发给指定的调度中心。⑧适合多种规约的数据远传：基本远动任务配套标准IEC60870-5-101(简称101规约)或其它CDT、Polling规约。具有同步或异步远动通信接口。当地功能：RTU自身或连接的显示记录设备的实现监控功能。①CRT显示：与RTU直接连接（或通过当地工作站）的CRT可显示RTU采集的四遥、YXBW等信息。②汉字报表打印：实现三类打印：定时打印、事件记录打印和召唤打印。③本机键盘显示器：RTU自带的操作面板，实现循测、定测、选测和显时功能。④RTU自检、自调功能：反映RTU的自身的可维护能力。插件损坏诊断，程序“走飞”时的自恢复能力、主备通道监视功能。五、RTU基本结构5多输入多输出的微型计算机系统。1、单CPU结构的RTUCRTPC机RTU微机保护上级调度或监控中心模拟量开关量脉冲量控制量调节量硬件组成：①系统部分：CPU、总线、RAM、EPROM、定时器/记数器、中断控制器、串行通信接口等。②人机联系：打印机、显示器、键盘。③输入/输出电路（可编程接口芯片）：输入电路包括：YC、YX、DI、DD；输出包括：YK、YT④通过系统总线连接。软件组成：①主程序：系统初试化、人机联系等②中断服务程序：完成RTU输入/输出（时钟、A/D服务程序、通信发送/接收中断等）62、多CPU结构的RTU多个CPU分工协作共同完成RTU功能。总控单元监控主机显示、打印上级调度或监控中心RS-232、RS-422、RS-485高压微机保护中压微机保护遥测单元电能单元遥控单元交、直流单元VQC单元时钟单元硬件组成：①主控系统：管理各个子系统、人机联系、调度通信②若干子系统：每个子系统单独CPU，包括YC、YX、YC、YT、DI、DD等子系统。③I/O总线连接主控系统和各个子系统软件组成：单独子系统：主程序＋若干中断服务程序组成①主控程序：与子系统的通信程序、调度通信程序、数据处理、人机联系程序②功能子系统：与主系统通信发送/接收、输入/输出程序等。7第二节四遥电路基本原理一、遥测量采集1）直流采样原理直流变送器→多路模拟开关→A/D转换→数字信号①电量变送器（电工测量变送器）：将一种电量变换为供测量用的另一种电量的仪器。包括：交流电流（电压）变送器、有（无）功功率变送器、有（无）功电能变送器、频率变送器、功率因数变送器、直流电压（电流）变送器、微机变送器等。二次侧的交流信号：TA（0~5A）、TV（0~100V）经直流变送器成为直流信号：电压为－5（或0）~＋5V，电流为：－1（或0）～1mA（或4~20mA）。②多路转换开关：受CPU控制的多选1的高速电子开关（如16路）。多路模拟量共用1套模数转换器A/D，同时只有1路的数据被转换。③模/数转换器（A/D）：将模拟量直接转换成二进制的数字量，一般用基于逐次逼近法的电压比较器实现。直流变送器方式的缺点：①误差大（功耗大、环境引起）②稳定性差8③相应时间慢（滤波时间常数达几百毫秒）。2)交流采样原理交流信号输入回路→低通滤波→采样保持器→多路转换开关→A/D转换→数字信号，还有工频跟踪和采样时序电路等组成。还有数字滤波以及交流幅值的计算等软件计算任务。①交流信号输入回路：电量变换、隔离抗干扰、电压限幅。②采样保持：A/D采样需要1个时间（如AD574A需25微妙），因此需要冻结模拟量瞬时值，保证精度。③工频跟踪：为保证每个周期均匀采样，需要跟踪电网频率变化以产生恰当的采样脉冲。二、遥信量采集定时扫描方式：遥信采集电路→多路选择开关→并9行接口电路以下为遥信采集电路：①S为常闭辅助触点，R限流作用，虚线为光敏三级管用于隔离作用，为防止触点接触不良超成差错，UD电压一般为24V或48V直流（单独电源），UC为输出提供电源（单独），U01输出。②过程：DL合闸、S断开、光藕截止、U01输出高电平“1”，反之类似。③抗干扰措施有：单独电源、光藕、高电压、RC滤波。三、遥控量输出10①过程：当（PB0，PB1）=（0,1）时，H1输出0，光敏三级管导通，继电器K吸合，跳合闸回路接通，动作于断路器。反之类似（PB0，PB1）=（1,0）。②设置与非门原因：并行口的负载能力有限，不足以直接驱动发光二级管，还有是增加2个条件以抗干扰能力。四、遥调量输出基于D/A转换实现，锁存器是在D/A转换期间保持输出数字量的稳定。转换后的模拟信号可用低通滤波来平滑输出波形。11第三节数据通信基本概念一、并行传输与串行传输①并行传输：用8根线（另1根公共线）将数字通信双方连接起来，每1次可以同时传送8位码元，这种方式称为并行传输。优点：速度快（高达百兆字节）；缺点：信号线多，不适于远距离传输（10m）。②串行传输：用1回线将数字通信双方连接起来，每1次传送1位码元，这种方式称为串行传输。优点：信号线少，适于远距离传输；缺点：速度慢，适于少量数据的传送。目前电网调度自动化中大量使用的是串行传输（上行2根，下行2根）。③串行数据的发送和接收计算机并行方式处理数据，而数据传送用串行方式，故需要进行并/串转换。发送端：并/串转换器：CPU控制→发送缓冲器→移位寄存器→在发送脉冲控制下字节的低位先发。发空后用中断提示。发送时钟控制发送速度。接收端：串/并转换器：类似同上。12二、数据通信的工作方式按数据传输方向分为三种方式：①单工方式（Simplex）：固定单向②半双工方式（HalfDuplex）：同时仅一方向③全双工方式（FullDuplex）：同时二个方向三、码元、速率、误码①码元：每个信号脉冲称为1个码元。注意每个码元占据相同的时间T。二元制代码用逻辑高电平表示“1”,低电平表示“0”。而多元制代码用多个电平表示。②码元速率（波特率）：每秒传送的码元数（Baud/s）③信息速率：每秒传送的信息量。信息量的单位是比特（bit），二进制时，码元速率=信息速率。④误码率：数据传输后发生的错误码元数与总传输码元数的之比，称为误码率。电网远动要求误码13率小于10E-5,计算机通信要求误码率小于10E-6。误码与线路质量、干扰及其传输速度有关。⑤差错控制：指能在接收端发现数据错误的控制措施和方法。如奇偶效验。四、异步通信和同步通信1）异步通信由于通信收、发两端的时钟很难完全同步，为了满足这种条件下的通信，提出异步通信的方式。发送1个字节的信息构成（在空闲时发高电平）：①起始位（低）②数据位（6~9位）③效验位（1位）④停止位（1位，1.5或2）。接收基本原理：首先确认起始位，接收端用速率N倍的测试脉冲检测线路状态，一旦发现连续N/2个测试都为低电平，认为起始位开始，开始接收后面数据位，再接收效验位，最后接收停止位。如果起始位、效验位、停止位中有一个不对，则放弃该字节的接收。14只要一个数据接收时间内的接收时钟引起的误差量不超过半个码元，就能正确接收该字节（下个字节接收时误差不会累计）。异步通信的意义：指两端时钟不需要精确同步，最多是标称值相同而已（16倍、32倍）。优点：设备要求低，广泛应用缺点：附加码导致传输效率降低。2)同步通信特点：收发二端的时钟要严格保持同步，发送的每个数据字节不需要特殊的附加位了，形成真正的数据流（有效数据位紧密排列）。采用数据帧方式：数据流被分成数据帧发送，一帧数据组成：同步码＋数据码（N*8）＋效验码。好处：区分数据类型、保证数据正确（效验）、减少对时钟的严格同步要求。码元同步：从接收信息码的脉冲串中提取发送时钟信息，用于调整接收端时钟。可用数字锁相电路原理实现。15第四节数据通信系统的构成一、通信系统的重要性数据通信系统是电网调度自动化以及配电网自动化系统的重要部分，现代电力系统离开了通信系统是不可能正常运行的。电力系统自动化对通信系统的基本要求：1)通信可靠性：远距离传输、误码低、纠错能力；2)建设费用低：较高的性价比。3)满足目前和将来数据传输的要求：4)通信方式具有实用性和灵活性：5)信道不受电网故障的影响。电网故障时的强烈电磁干扰对通信设备和线路影响。6)易操作与维护。二、通信系统的构成数据终端调制解调器通信处理机……………通信处理机调制解调器主计算机①数据终端：厂站端RTU设备。②调制解调器：二进制数据与模拟信号的转换设备，模拟信号适于远传。近距离传输可直接采用数字通信。③通信线路：传送数据信号的线路。公网或专网。16直接连接或经通信处理机网络连接。④通信处理机：承担通信控制任务（缓冲匹配、误码检测、故障检测、路由选择、信道建立等）⑤主计算机：类似于数据终端，指调度计算机系统。三、信道简介信道：指进行通信的通道。信道种类多：电力系统通信的信道种类非常多，囊括了现有所有的信道种类。目前尚没有任何一种单一的通信手段能全面满足各种规模和层次的电力系统自动化的需要。按传输媒介分为有线信道和无线信道二类，有线信道包括：电力线载波、通信电缆、光纤、现场总线等。无线信道包括有：无线电广播、微波、卫星通信等1.电力线载波通信（PLC，PowerLineCarrier）20世纪20年代开始，PL