第三章电力系统远动技术

第三章电力系统远动技术微机保护装置的构成1、模拟量输入部分2、数字量输入部分3、数字量输出部分4、计算机部分5、电源部分第三章电力系统远动技术模拟量输入部分开关量（数字量）输入回路（1）装置面板上的接点（2）从装置外部经端子排引入装置的接点第三章电力系统远动技术开关量（数字量）输出回路装置开关输出回路接线图第三章电力系统远动技术第三章电力系统远动技术第一节信息传输基础信息传输的过程称为通信，所有通信都是将消息变成与之对应的信号来传递。现代通信主要是以电信号来传递的，通常寄托在电信号的某一参量上，按电信号的参量承载的信号类型可分为连续的：模拟信号——普通的电话机离散的：数字信号——电报、传递的数据、遥控指令等第三章电力系统远动技术第三章电力系统远动技术第一节信息传输基础点与点之间建立的通信系统是通信的最基本形式，其如下框图所示。信源变换器信道反变换器信宿噪声源第三章电力系统远动技术模拟通信和数字通信(1)模拟通信一般指的是信源发出的、信宿接收的和信道传输的等都是模拟信号的通信过程或方式。(2)数字通信一般是指以数字信号的形式传输信号的系统。数字通信具有以下特点：(1)抗干扰能力强。(2)便于进行信号加工与处理(3)传输中出现的差错(误码)可以设法控制，提高了传输质量第三章电力系统远动技术(4)数字信息易于加密且保密性强(5)能够传输话音、电视和数据等多种信息，增加了通信系统的灵活性和通用性。缺点：信号带宽增加，频带的利用率低模拟电话信号带宽为4KHZ数字电话信号带宽为20KHZ~60KHZ第三章电力系统远动技术数字通信传输方式•串行传输，并行传输ABA0A1A2A3A0A1A2A3TABA0A1A2A30101T1010(a)(b)第三章电力系统远动技术•点到点通信、点到多点通信和多点到多点通信•单工方式、半双工方式和双工方式甲方发信端信道乙方收信端乙方发信端甲方收信端乙方收信端甲方发信端乙方发信端甲方收信端乙方收信端甲方发信端信道信道(a)单工方式(b)半双工方式(c)全双工方式直通方式和交换方式（需交换机）同步通信和异步通信第三章电力系统远动技术•信息传输速率与误码率•通信系统的性能指标：有效性（速度）、可靠性（质量）、适应性、经济性及维护使用1.信息传输速率数字信号由码元组成，定义单位时间传输的码元数为码元速率Rs，单位为码元／s，又称波特(baud)，简记为Bd，所以码元速率也称波特率。定义单位时间传输的信息量为信息速率Rb，单位为bit/s(比特／秒)，所以信息速率又称比特率。第三章电力系统远动技术码元可以是二进制的，也可以是多进制的，进制不同的码元携带的信息量不同。一个二进制码元的信息量为1bit，一个M进制码元的信息量为log2Mbit，所以码元速率Rs和信息速率Rb之间的关系为22()loglog(/)RbRsbaudMRbRsMbits如每秒钟传送2400个码元，则码元速率为2400baud；当采用二进制时，信息速率为2400bit/s；若采用四进制时，信息速率为4800bit/s。对于二进制，在数值上波特率和比特率是相等的，但其意义是不同的第三章电力系统远动技术2.误码率elimnP发生误码个数传输总码元数异步传输和同步传输1.异步通信第三章电力系统远动技术2.同步通信接收端的时钟严格保持与发送端一致，同步通信时一个数据帧中包含有如下几个部分：同步码、数据码、校验码。第二节电力系统远动通信系统简介远动系统的构成：厂站端远动装置、调度端远动装置和远动信道调度中心——主站（控制站），厂站——子站安装在主站和子站的远动装置分别称为前置机和远动终端装置RTU第三章电力系统远动技术二进制数字信号通信（数字信号的调制与解调）二进制数字调制中，包括三种形式：幅度键控(ASK)、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)smcR第三章电力系统远动技术数字信号的调制第三章电力系统远动技术数字信号解调•振幅键控非相干解调原理框图•振幅键控非相干解调过程各点波形图第三章电力系统远动技术2.频率键控(FSK)（非相干解调）第三章电力系统远动技术2.频率键控(FSK)（非相干解调）第三章电力系统远动技术相位键控相干解调原理相位键控相干解调过程各点波形图第三章电力系统远动技术第三节信息传输差错控制原理差错控制方式前向纠错(FEC)、检错重发(ARQ)和混合纠错(HEC)是常用的三种差错控制方式第三章电力系统远动技术几种常用的检错码有如下几种：(1)奇偶监督码(2)二维奇偶监督码(3)重复码(4)恒比码第三章电力系统远动技术重复码检错增加一位，即“11”表示开关闭合，“00”表示开关断开“11”“10”“01”丢弃纠错再增加一位，即“111”表示开关闭合，“000”表示开关断开“111”“110”“101”“011”根据多数表决法的判断原则应为闭合第三章电力系统远动技术奇偶校验在帧中每一个字末端附上一个奇或偶校验码。选择附加码是“1”或“0”的原则为：使得该字包括监督码元在内含有偶个“1”（偶校验）或奇数个“1”（奇校验）第三章电力系统远动技术二维奇偶监督码字符码字码字000011100001100000101000010000000110000111100001100000010100000100100000110校验字符00000110恒比码：从某确定码长的码组中挑选那些1和0的比例为恒定值的码组作为许用码，在检验时，只要计算接受码组中的1的数目是否正确，就可知道有无错误第三章电力系统远动技术现场总线通信方式•现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统•现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的控制网络•以现场总线为基础的现场控制层，其网段与工厂现场设备相连，是工厂信息网络集成系统的底层，是工厂底层网络第三章电力系统远动技术采用现场总线，实现了控制系统的综合管理和自律分散控制现场仪表具有综合管理功能系统控制功能的自律分散系统控制功能的下移现场总线通信方式第三章电力系统远动技术双向数字通信方式的特点一根双绞线可连接多台设备，从而减少导线数量，降低配线成本由于采用数字传输方式，可以实现高精度的信息处理，提高控制质量由于实现了多重通信，除了可以传送过程变量、控制变量外，还传送大量的现场设备管理信息现场仪表之间可以通信，实现了现场仪表自律分散控制由于现场总线仪表具有互操作性，不同厂家的仪表可以自由组合，为用户提供了更为广泛的选择余地实现了测量仪表、电气仪表、分析仪表的综合化在控制室就可以对现场仪表进行调试、校验、诊断和维护现场总线通信方式第三章电力系统远动技术目前几种有影响的现场总线有：基金会、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等现场总线基金会现场总线:以美国Fisher-Rosemount（ISP协议）公司为首，联合ABB、西门子等80多家公司和以Honeywell（WorldFIP协议）公司为首，联合欧洲等地的150多家公司于1994年9月合并成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层LonWorks：由美国EchelonI公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，与1990年正式公布而形成，采用ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把通信设计简化为参数设置，其通信速率从300bps至1.5bps不等，直接通信距离可达2700m；支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质。它已被广泛的应用于楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。另外，在开发智能通信接口、智能传感器方面，LonWorks神经元芯片业具有独特的优势第三章电力系统远动技术PROFIBUS：是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。由PROFIBUS-DP，PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-PA组成了PROFIBUS系列。DP型用于分散外设间的高速数据传输，适用于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型。第三章电力系统远动技术CAN：是控制局域网络的简称，最早由德国的BOSCH公司推出，用于汽车内部检测与执行部件之间的数据通信。其总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准。由于得到了Motorola,Inter,Philip,NEC等公司的支持，他广泛应用于离散控制领域。HART被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品。不同的现场总线，具有不同的体系结构，一般都分为不同的层次，每个层次具有不同的具体含义，如基金会现场总线定义了三个层次：(1)物理层(2)通信层(3)用户层第三章电力系统远动技术局域网信息传输•局域网(LocalAreaNetworks，LAN)是把多台小型、微型计算机以及外围设备用通信线路互连起来，并按一定的网络通信协议实现通信的系统第三章电力系统远动技术局域网信息传输LAN的标准主要由IEEE802委员会制定，并得到国际标准化组织ISO的采纳。相对于广域网，LAN的基本特征由下列三方面：•覆盖的地理范围可以在一幢大楼或一个建筑群•数据传输速率高，如10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s的以太网已得到广泛的应用•误码率很低电力公司中应用LAN主要从办公自动化(OA)和工厂自动化(FA)两个方面展开第三章电力系统远动技术第四节电力系统远动装置功能与结构远动装置概述•远动是电网调度自动化系统的重要组成部分。•远动系统的主要任务是将厂站的实时运行信息送给调度控制中心；把调度的控制、调节等命令送给厂站执行。•遥信、遥测、遥控和遥调是远动的基本功能第三章电力系统远动技术•电网调度自动化的基本组成部分是数据采集和监控系统，即SCADA系统•在其基础上配以自动发电控制、经济调度控制以及其他如安全监视、安全分析等功能构成能量管理系统(EnergyManagementSystem，EMS)。•远动终端(RemoteTerminalUnit，RTU)是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置，简称RTU第三章电力系统远动技术电网监控系统简图第三章电力系统远动技术远动装置的基本构成第三章电力系统远动技术远动装置的软件结构第三章电力系统远动技术RTU原理框图第三章电力系统远动技术第五节RTU“四遥”单元遥测量采集单元（模拟遥测量、数字遥测量、脉冲遥测量的采集）1.模拟遥测量（A/D转换型）变换器电压形成回路滤波采样保持多路转换开关传感器采样保持传感器采样保持......电压形成回路滤波采样保持.........电压形成回路滤波采样保持TATVA/DCPU存储器第三章电力系统远动技术•电压-频率转换型2.数字遥测量的采集对于数字式仪表(如数字式水位计、数字式频率计等)，经必要的电平匹配和隔离等以后，用三态门或并行口直接取入数据第三章电力系统远动技术3.脉冲遥测量的采集脉冲电度表双绞线脉冲量输入+5V第三章电力系统远动技术遥控量输出单元（通常以继电器触点方式提供）断路器控制回路对断路器控制回路的基本要求•既可由控制开关进行手动跳、合闸，又可由继电保护和自动装置自动跳、合闸；•断路器跳闸或合闸完成后，应能自动切断跳闸或合闸回路，防止因通电时间过长而烧坏线圈；•应有指示断路器状态的位置信号，而且能够区分自动跳、合闸与手动跳、合闸的位置信号；应有防止断路器多次连续跳、合闸的跳跃闭锁装置；•应有指示断路