电力系统调度自动化课件

第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化第五章 电力系统调度自动化1第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化学习目的：学习目的：通通通通过过过过本本本本章章章章学学学学习习习习，掌掌掌掌握握握握电电电电力力力力系系系系统统统统调调调调度度度度自自自自动动动动化化化化的的的的结结结结构构构构，掌掌掌掌握握握握调调调调度度度度自自自自动动动动化化化化各各各各部部部部分分分分的的的的功功功功能能能能以以以以及及及及实实实实现现现现方方方方法法法法；了了了了解解解解电电电电力力力力系系系系统远动通信的原理及其实现。统远动通信的原理及其实现。统远动通信的原理及其实现。统远动通信的原理及其实现。重点：重点：电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现；电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现；电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现；电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现；电力系统远动通信的原理及实现。电力系统远动通信的原理及实现。电力系统远动通信的原理及实现。电力系统远动通信的原理及实现。难点：难点：电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。第五章 电力系统调度自动化学习目的：2回顾：回顾：1 1、电力系统调度的任务、电力系统调度的任务 控制整个电力系统的运行方式。控制整个电力系统的运行方式。（1 1）保证供电的保证供电的 质量优良质量优良（2）保证系统运行的经济性保证系统运行的经济性（3）保证较高的安全水平保证较高的安全水平选用具有足够的承受事故冲击能选用具有足够的承受事故冲击能力的运行方式。力的运行方式。（4）保证提供强有力的事故处理措施）保证提供强有力的事故处理措施2 2、电力系统调度自动化的任务、电力系统调度自动化的任务 综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系统调度管理自动化，有效的帮助电力系统调度员完成调度任务。统调度管理自动化，有效的帮助电力系统调度员完成调度任务。第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化回顾：1、电力系统调度的任务第五章 电力系统调度自动化33 3、电力系统调度自动化的特点：、电力系统调度自动化的特点：“统一调度，分层管理统一调度，分层管理”第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化3、电力系统调度自动化的特点：“统一调度，分层管理”第五章 4二、电力系统调度自动化的功能概述二、电力系统调度自动化的功能概述l安全水平是电力系统调度的首要问题安全水平是电力系统调度的首要问题l在电力系统调度自动化的控制系统中，调度中心计算机必在电力系统调度自动化的控制系统中，调度中心计算机必须具有两个功能：须具有两个功能：l其一是其一是与所属电厂及省级调度等进行测量读值、状态信息与所属电厂及省级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离的可靠性高的双向交换，简称为电力及控制信号的远距离的可靠性高的双向交换，简称为电力系统监控系统，即系统监控系统，即SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）；）；l另一是另一是本身应具有的协调功能本身应具有的协调功能。l具有这两种功能的电力系统调度自动化系统称为能量管理具有这两种功能的电力系统调度自动化系统称为能量管理系统系统EMS（Energy ManagementSystem）。）。第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化二、电力系统调度自动化的功能概述安全水平是电力系统调度的首要5第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化l图图5-3表示了表示了EMS信信息流程的主线，还给息流程的主线，还给出了远方省级调度及出了远方省级调度及远方电厂与调度中心远方电厂与调度中心进行信息交换的功能进行信息交换的功能示意框图。示意框图。二、电力系统调度自动化的功能概述二、电力系统调度自动化的功能概述第五章 电力系统调度自动化图5-3表示了EMS信息流程的主6三、电力系统调度自动化的发展过程三、电力系统调度自动化的发展过程 电力系统调度自动化之前：通信方式电力系统调度自动化之前：通信方式-“-“电话电话”（1 1）电网调度自动化的初级阶段（电网调度自动化的初级阶段（2020世纪世纪5050年代中期）年代中期）布线逻辑式远动技术的采用。布线逻辑式远动技术的采用。“四遥四遥”（2 2）电网调度自动化的第二阶段（电网调度自动化的第二阶段（2020世纪世纪6060年代）年代）电子计算机在电力系统调度工作中的应用电子计算机在电力系统调度工作中的应用 出现了电网出现了电网SCADASCADA（Supervisory Control and Data Supervisory Control and Data Acquisition)Acquisition)系统。在系统。在SCADASCADA的基础上，又发展为包括许多高级功能的的基础上，又发展为包括许多高级功能的能量管理系统能量管理系统(Energy Management System(Energy Management System EMSEMS)。（3 3）电网调度自动化系统的快速发展阶段（电网调度自动化系统的快速发展阶段（2020世纪世纪8080年代）年代）随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADASCADAEMSEMS技技术进入了一个快速发展阶段。术进入了一个快速发展阶段。第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化三、电力系统调度自动化的发展过程 电力系统调度自动化之前：7四、四、SCADA/EMSSCADA/EMS系统的子系统划分系统的子系统划分1.支撑平台子系统支撑平台子系统l 支撑平台是整个系统的最重要基础，有一个好的支撑平台，才能真正地支撑平台是整个系统的最重要基础，有一个好的支撑平台，才能真正地实现全系统统一平台，数据共享。实现全系统统一平台，数据共享。l支撑平台子系统包括数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统支撑平台子系统包括数据库管理、网络管理、图形管理、报表管理、系统运行管理等。运行管理等。2.SCADA子系统子系统 包括数据采集，数据传输及处理，计算与控制，人机界面及告警处理等。包括数据采集，数据传输及处理，计算与控制，人机界面及告警处理等。3.AGC/EDC子系统子系统l自动发电控制和在线经济调度是对发电机出力的闭环自动控制系统，不仅自动发电控制和在线经济调度是对发电机出力的闭环自动控制系统，不仅能够保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率符合合同规定范围。能够保证系统频率合格，还能保证系统间联络线的功率符合合同规定范围。同时，还能使全系统发电成本最低。同时，还能使全系统发电成本最低。第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化四、SCADA/EMS系统的子系统划分第五章 电力系统调度84.高级应用软件高级应用软件PAS(Power system Application Software)子系统子系统 包括网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、无功优包括网络建模、网络拓扑、状态估计、在线潮流、静态安全分析、无功优化、故障分析及短期负荷预测等高级应用软件化、故障分析及短期负荷预测等高级应用软件。5.调度员仿真培训系统调度员仿真培训系统DTS（Dispatcher Training Simulator）l包括包括电网仿真电网仿真、SCADAEMS系统仿真系统仿真和和教员控制机教员控制机三部分。调度员三部分。调度员仿真培训与实时仿真培训与实时SCADAEMS系统共处于一个局域网上。系统共处于一个局域网上。lDTS本身由本身由2台工作站组成，一台充当电网仿真和教员机，另一台用来仿台工作站组成，一台充当电网仿真和教员机，另一台用来仿真真SCADA EMS和兼做学员机。和兼做学员机。6.调度管理信息子系统调度管理信息子系统DMIS(Dispatcher Management Information System)l调度管理信息系统属于办公自动化的一种业务管理系统，一般并不属于调度管理信息系统属于办公自动化的一种业务管理系统，一般并不属于SCADA/EMS系统的范围。它与具体电力公司的生产过程、工作方式、系统的范围。它与具体电力公司的生产过程、工作方式、管理模式有非常密切的联系管理模式有非常密切的联系,因此总是与某一特定的电力公司合作开发，因此总是与某一特定的电力公司合作开发，为其服务。当然，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。为其服务。当然，其中的设计思路和实现手段应当是共同的。第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化4.高级应用软件PAS(Power system Appl9第五章第五章 电力系统调度自动化电力系统调度自动化五、电力系统调度自动化基本结构五、电力系统调度自动化基本结构发电厂发电厂变电站变电站信息采集和信息采集和命令执行子命令执行子系统系统信息传信息传输子系输子系统统信息收集、信息收集、处理、控制处理、控制子系统子系统人机联人机联系子系系子系统统 厂站端厂站端（RTURTU）信息传信息传输通道输通道调度中心调度中心第五章 电力系统调度自动化五、电力系统调度自动化基本结构发10二、信息采集和命令执行子系统二、信息采集和命令执行子系统 （远动终端（远动终端RTURTU）l1 1、作用、作用 采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过信息传输通道实时信息，并根据运行需要将有关信息通过信息传输通道传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。执行相应的操作。二、信息采集和命令执行子系统 112 2、功能、功能 可以实现可以实现“四遥四遥”功能：功能：遥测遥测(YC)(YC)、遥信、遥信(YX)(YX)、遥控、遥控(YK)(YK)和和遥调遥调(YT).(YT).l遥测遥测:采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息；采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息；l遥信遥信:采集并传送电力系统中开关量的实时信息；采集并传送电力系统中开关量的实时信息；l遥控遥控:指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作；的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作；l遥调遥调:指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，如调整发电机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变如调整发电机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变压器的分接头等。压器的分接头等。二、信息采集和命令执行子系统二、信息采集和命令执行子系统 （远动终端（远动终端RTURTU）2、功能二、信息采集和命令执行子系统 12三、信息传输子系统（信道）三、信息传输子系统（信道）l作用：作用：l信息传输子系统是调度中心和厂站端信息传输子系统是调度中心和厂站端(RTU)(RTU)信息沟通的信息沟通的桥梁桥梁。l将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与命令可靠、准确地传输。命令可靠、准确地传输。三、信息传输子系统（信道）作用：13信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。由于现代电力系统往往跨区域，由许多发电厂和变电所组成，由于现代电力系统往往跨区域，由许多发电厂和变电所组成，为了实现对整个电网的监视和控制，调度中心需要收集分散在为了实现对整个电网的监视和控制，调度中心需要收集分散在各个发电厂和变电所的实时信息。各个发电厂和变电所的实时信息。由于传输到调度中心的实时信息不可避免地包含各种误差，由于传输到调度中心的实时信息不可避免地包含各种误差，如测量误差、传输误差等，同时还由于设备条件的限制，有些如测量误差、传输误差等，同时还由于设备条件的限制，有些电力系统运行所需的参数无法收集到，为了减小误差，信息处电力系统运行所需的参数无法收集到，为了减小误差，信息处理子系统可以利用收集到的冗余信息，采用理子系统可以利用收集到的冗余信息，采用状态估计状态估计技术，对技术，对无法收集到的参数进行估计，从而得到精确而完整的运行参数。无法收集到的参数进行估计，从而得到精确而完整的运行参数。运行人员根据分析计算的结果，通过分析、综合、判断，从而运行人员根据分析计算的结果，通过分析、综合、判断，从而决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。该子系统是以计算机为主要组成部分。该子系统是以计算机为主要组成部分。四、四、信息收集处理与控制子系统（调度端）信息收集处理与控制子系统（调度端）信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。四14电网调度自动化系统的设备构成电网调度自动化系统的设备构成电网调度自动化系统的设备构成15第二节第二节 远方终端远方终端RTURTU一、一、RTURTU的任务的任务1 1数据采集数据采集（1 1）模拟量。）模拟量。采集电网重要测点的采集电网重要测点的P P、Q Q、U U、I I等运行参数，称为等运行参数，称为“遥测遥测”（2 2）开关量。）开关量。如断路器的开或关状态，自动装置或继电保护的工作状态，称如断路器的开或关状态，自动装置或继电保护的工作状态，称为为“遥信遥信”（3 3）数字量。）数字量。如水电厂坝前水位、坝后水位等（由数字式水位计输入），也如水电厂坝前水位、坝后水位等（由数字式水位计输入），也属于属于“遥测遥测”（4 4）脉冲量。）脉冲量。如脉冲电能表的输出脉冲等。如脉冲电能表的输出脉冲等。第二节 远方终端RTU一、RTU的任务16一、一、RTURTU的任务的任务2 2、数据通信、数据通信 按照预定通信规约的规定，自动循环（或按调度端要求）地向调度端发按照预定通信规约的规定，自动循环（或按调度端要求）地向调度端发送所采集的本厂站数据，并接收调度端下达的各种命令。送所采集的本厂站数据，并接收调度端下达的各种命令。3 3、执行命令、执行命令 根据接收到的调度命令，完成对指定对象的遥控、遥调等操作。根据接收到的调度命令，完成对指定对象的遥控、遥调等操作。4 4、其它功能、其它功能 (1)(1)当地功能：当地功能：对有人值班的较大站点，如果配有对有人值班的较大站点，如果配有CRTCRT、打印机等，可完成显示、打印功、打印机等，可完成显示、打印功能；越限告警功能；事件顺序记录功能等。能；越限告警功能；事件顺序记录功能等。(2)(2)自诊断功能：自诊断功能：程序出轨死机时自行恢复功能；自动监视主、备通信信道及切换功能；程序出轨死机时自行恢复功能；自动监视主、备通信信道及切换功能；个别插件损坏诊断报告等功能。个别插件损坏诊断报告等功能。一、RTU的任务2、数据通信17二、二、RTURTU的结构的结构1 1、RTURTU的硬件结构的硬件结构(1)(1)单单CPUCPU结构的结构的RTURTU硬件基本构成框图硬件基本构成框图适适用用于于小小型型的的发发电电厂厂或或变变电电站站！二、RTU的结构1、RTU的硬件结构适用于小型的发电厂或变电18多多CPU结构的结构的RTU硬件结构框图硬件结构框图(2)(2)多多CPUCPU结构的结构的RTURTU硬件基本构成框图硬件基本构成框图多CPU结构的RTU硬件结构框图(2)多CPU结构的RTU硬192 2、RTURTU的软件结构的软件结构多多CPU结构的结构的RTU软件结构框图软件结构框图以多以多CPUCPU结构的结构的RTURTU为例：为例：软件组成：由一个主管理系统程序和多个子系统程序组成软件组成：由一个主管理系统程序和多个子系统程序组成。2、RTU的软件结构多CPU结构的RTU软件结构框图以多CP20三、三、模拟量输入通道模拟量输入通道“遥测遥测”模拟量采集的两种方法模拟量采集的两种方法A/DA/D转换方式转换方式电压电压-频率变换技术频率变换技术三、模拟量输入通道“遥测”模拟量采集的两种方法A/D转换21（一）基于（一）基于A/DA/D变换的模拟量输入电路变换的模拟量输入电路基于基于A/D转换的模拟量采集原理图转换的模拟量采集原理图（一）基于A/D变换的模拟量输入电路基于A/D转换的模拟量采221 1、电压形成电路的典型原理图、电压形成电路的典型原理图（1 1）电量采集的两种采样方式）电量采集的两种采样方式电量信号电量信号非电量信号非电量信号电量变送器电量变送器或传感器或传感器A/D转换转换计算机计算机标准电信号标准电信号直流采样直流采样交流采样交流采样基于基于A/DA/D变换的模拟量输入电路变换的模拟量输入电路1、电压形成电路的典型原理图（1）电量采集的两种采样方式电量231 1）直流采样）直流采样直流采样方式原理：直流采样方式原理：电量变送器电量变送器 交流电压变送器和交流电流变送器交流电压变送器和交流电流变送器 有功功率变送器和无功功率变送器有功功率变送器和无功功率变送器 有功电能变送器和无功电能变送器有功电能变送器和无功电能变送器 频率变送器频率变送器 功率因数变送器功率因数变送器 直流电压变送器和直流电流变送器直流电压变送器和直流电流变送器 微机电量变送器微机电量变送器电量信号电量信号非电量信号非电量信号电量变送器电量变送器/非电量变送器非电量变送器A/D转换转换计算机计算机直流直流电信号电信号非电量变送器非电量变送器 温度变送器温度变送器 压力变送器压力变送器 流量变送器流量变送器 水位变送器等水位变送器等1）直流采样直流采样方式原理：电量变送器电量信号非电量信号电24电量变送器电量变送器05V的直流输出电压的直流输出电压交流电压变送器交流电压变送器交流电流变送器交流电流变送器电量变送器05V的直流输出电压交流电压变送器交流电流变送器25直流采样的优点：直流采样的优点：软件设计简单，计算简便。软件设计简单，计算简便。对采样值只须作一次比例交换，即可得到被测量的数据，因而对采样值只须作一次比例交换，即可得到被测量的数据，因而采样周期短。在微机应用的初期，此方法得到了广泛的应用。采样周期短。在微机应用的初期，此方法得到了广泛的应用。直流采样的缺点：直流采样的缺点：l采样结果实时性较差；采样结果实时性较差；直流采样输入回路，因要滤去整流后的波纹，往往采用直流采样输入回路，因要滤去整流后的波纹，往往采用R-CR-C滤波回路，其时间常数较大，无法反映被测模拟量的波形，更滤波回路，其时间常数较大，无法反映被测模拟量的波形，更不能及时反映被测量的突变。不能及时反映被测量的突变。l测量精确度受直流变送器的精确度和稳定性的影响。测量精确度受直流变送器的精确度和稳定性的影响。l设备复杂，增加系统的造价。设备复杂，增加系统的造价。1 1）直流采样）直流采样直流采样的优点：1）直流采样262 2）交流采样）交流采样 交流采样是直接对交流电压和电流的波形进行采样，然后通交流采样是直接对交流电压和电流的波形进行采样，然后通过一定算法计算出其有效值，并计算出过一定算法计算出其有效值，并计算出P P、Q Q等值。等值。交流电压交流电压交流电流交流电流电压传感器电压传感器（TV）电流传感器电流传感器（TA）A/D转换转换计算机计算机交流交流电信号电信号2）交流采样 交流采样是直接对交流电压和电流的波形进行采样27交流采样的优点：交流采样的优点：A A、实时性好；、实时性好；它能避免直流采样中整流、滤波环节的时间常数大的影响。它能避免直流采样中整流、滤波环节的时间常数大的影响。B B、能反映原来电流、电压的实际波形、能反映原来电流、电压的实际波形，便于对所测量的结果便于对所测量的结果进行波形分析；进行波形分析；C C、设备简单，可以节约投资。、设备简单，可以节约投资。有功功率和无功功率是通过采样得到的有功功率和无功功率是通过采样得到的u u、i i计算出来的，因计算出来的，因此可以省去有功功率和无功功率变送器，可以节约投资并缩此可以省去有功功率和无功功率变送器，可以节约投资并缩小测量设备的体积。小测量设备的体积。2 2）交流采样）交流采样交流采样的优点：A、实时性好；2）交流采样28交流采样中电压形成电路的典型原理图交流采样中电压形成电路的典型原理图电压电流变换器的作用：电压电流变换器的作用：1 1、进一步降低电压或电流。、进一步降低电压或电流。2 2、将一次设备的电流互感器、将一次设备的电流互感器TATA、电压互感器、电压互感器TVTV的二次回路与微机的二次回路与微机A/DA/D转换系统完全转换系统完全隔离隔离，提高抗干扰能力。，提高抗干扰能力。交流采样中电压形成电路的典型原理图电压电流变换器的作用：29低通滤波（低通滤波（ALFALF）限制输入信号的最高频率，以降低采样频率。限制输入信号的最高频率，以降低采样频率。采样保持器（采样保持器（S/HS/H）采样保持器（采样保持器（S/HS/H）的基本原理：）的基本原理：A/DA/D转换器完成一次完整的转换器完成一次完整的转换需要的一段时间里，模拟量不能变化。，转换需要的一段时间里，模拟量不能变化。，S/HS/H可将瞬间采可将瞬间采集的模拟量保持一段时间，以保证集的模拟量保持一段时间，以保证A/DA/D转换的实时性。转换的实时性。2 2）交流采样）交流采样采样保持器的基本组成原理图采样保持器的基本组成原理图低通滤波（ALF）2）交流采样采样保持器的基本组成原理图30多路转换开关（多路转换开关（MUXMUX）2 2）交流采样）交流采样模模/数转换器（数转换器（A/DA/D）多路转换开关（MUX）2）交流采样模/数转换器（A/D）312 2）交流采样）交流采样模拟量的处理：模拟量的处理：A/D A/D转换后的数字量经接口送往计算机后，必须对转换后的数字量经接口送往计算机后，必须对数据进行滤波、标度变换等一系列处理方能内存的数数据进行滤波、标度变换等一系列处理方能内存的数据区。据区。交流采样的算法：交流采样的算法：U U、I I有效值，有效值，P P、Q Q等需要一定的算法来计算。等需要一定的算法来计算。一点采样算法；一点采样算法；多点算法；多点算法；全周傅里叶算法等全周傅里叶算法等。几种常用的算法几种常用的算法2）交流采样模拟量的处理：交流采样的算法：一点采样算法；几种32举例：举例：基于单片机的模拟量输入系统的设计：基于单片机的模拟量输入系统的设计：程控增益放大器程控增益放大器多路开关多路开关在系统可编程逻辑器件在系统可编程逻辑器件举例：基于单片机的模拟量输入系统的设计：程控增益放大器多路33（二）基于（二）基于V/FV/F转换的模拟量输入回路：转换的模拟量输入回路：原理：原理：将输入的电压模拟量线性地变换为数字脉冲式的频将输入的电压模拟量线性地变换为数字脉冲式的频率，使产生的脉冲频率正比于输入电压的大小，然后在固率，使产生的脉冲频率正比于输入电压的大小，然后在固定的时间内用计数器对脉冲数目进行计数，供定的时间内用计数器对脉冲数目进行计数，供CPUCPU读入。读入。电压电压-频率转换模拟量采集原理图频率转换模拟量采集原理图（二）基于V/F转换的模拟量输入回路：原理：将输入的电压34四、模拟量输出通道四、模拟量输出通道“遥调遥调”量输出单元设量输出单元设计计遥调是一个连续作用的调节过程遥调是一个连续作用的调节过程。四、模拟量输出通道“遥调”量输出单元设计遥调是一个连续作35五、开关量输入通道（简称五、开关量输入通道（简称“开入开入”）“遥信遥信”量采集单元设计量采集单元设计1 1、遥信采集的量及其表示方法、遥信采集的量及其表示方法:（国际电工委员会（国际电工委员会IECIEC标准）标准）“1”“1”表示闭合或动作，表示闭合或动作，“0”“0”表示断开或未动作。表示断开或未动作。2 2、开关量输入子系统原理图、开关量输入子系统原理图 开关量输入子系统原理图开关量输入子系统原理图五、开关量输入通道（简称“开入”）361）信号隔离与电平转换电路）信号隔离与电平转换电路注意：注意：T型型RC网络构成低通滤波器，用来滤掉遥信回路的高频干扰，网络构成低通滤波器，用来滤掉遥信回路的高频干扰，电阻电阻R3还起到限流的作用，使进入发光二极管的电流限制在毫安级，还起到限流的作用，使进入发光二极管的电流限制在毫安级，两个二极管两个二极管V1、V2起保护光耦合器的作用。起保护光耦合器的作用。光电耦合器可以实现现场开关量与光电耦合器可以实现现场开关量与CPU总线之间的完全隔离，隔断它们之总线之间的完全隔离，隔断它们之间公共地的电气联系。间公共地的电气联系。1）信号隔离与电平转换电路注意：372）消颤除噪电路消颤除噪电路 有时断路器虽已合闸，但其辅助触点可能有一段时间会抖动，有时断路器虽已合闸，但其辅助触点可能有一段时间会抖动，或因其他干扰使输入信号上下波动，而输出也会跟着相应变或因其他干扰使输入信号上下波动，而输出也会跟着相应变化，造成计算机对断路器位置的错误判断。化，造成计算机对断路器位置的错误判断。加入消颤除噪电路，则能较好地抑制开关的抖动。加入消颤除噪电路，则能较好地抑制开关的抖动。(a)施密特触发器的图形符号施密特触发器的图形符号 (b)施密特触发器的工作波形施密特触发器的工作波形(a)施密特触发器的图形符号施密特触发器的图形符号 (b)施密特触发器的工作波施密特触发器的工作波形形2）消颤除噪电路 有时断路器虽已合闸，但其辅助触点可能有一38六、开关量输出通道（简称六、开关量输出通道（简称“开出开出”）“遥控遥控”量输出单元设计量输出单元设计l典型的遥控输出电路典型的遥控输出电路“0”“1”继电器的作用：继电器的作用：一方面可起到信号隔离作用；一方面可起到信号隔离作用；另一方面可以直接接入控制回路，控制回路中信号另一方面可以直接接入控制回路，控制回路中信号的通断。的通断。二极管的作用：二极管的作用：保护继电器的保护继电器的线圈。线圈。六、开关量输出通道（简称“开出”）39 断路器控制回路图断路器控制回路图YKH为遥控合触点为遥控合触点YKT为遥控跳触点为遥控跳触点 断路器控制回路图YKH为遥控合触点40一、一、信息传输基础信息传输基础（一）（一）模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信第三节第三节 电力系统远动通信电力系统远动通信2 2、通信的类型、通信的类型模拟通信模拟通信数字通信数字通信1 1、通信系统模型、通信系统模型一、信息传输基础第三节 电力系统远动通信2、通信的类型模拟413 3、数字通信的优点、数字通信的优点(1)(1)抗干扰能力强。抗干扰能力强。(2)(2)便于进行信号加工与处理。便于进行信号加工与处理。(3)(3)传输中出现的差错传输中出现的差错(误码误码)可以设法控制，提高了传输质量。可以设法控制，提高了传输质量。(4)(4)数字信息易于加密且保密性强。数字信息易于加密且保密性强。(5)(5)能够传输话音、电视和数据等多种信息，增加了通信系统能够传输话音、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。的灵活性和通用性。（一）（一）模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信3、数字通信的优点（一）模拟通信和数字通信42（二）数字通信传输方式（二）数字通信传输方式（2 2）串行传输）串行传输串行传输仅需要一回传输线（串行传输仅需要一回传输线（2 2根），是根根），是根据一个字节中码元的顺序一位一位地传过去。据一个字节中码元的顺序一位一位地传过去。并行传输特点：并行传输特点：传输速度快；传输距离短；传输速度快；传输距离短；软件及通信规约简单；软件及通信规约简单；成本高。成本高。串行传输特点：串行传输特点：传输速度较慢；传输距离长；传输速度较慢；传输距离长；软件及通信规约复杂；软件及通信规约复杂；成本低。成本低。（1 1）并行传输：）并行传输：如果用如果用8 8根线（另有根线（另有1 1根公共线）将数字根公共线）将数字通信双方连接起来，每根线传一位码元将这通信双方连接起来，每根线传一位码元将这组信息传送过去，这种方式就称为并行传输。组信息传送过去，这种方式就称为并行传输。（二）数字通信传输方式（2）串行传输并行传输特点：串行传输431 1、信息传输速率、信息传输速率（1 1）码元：）码元：数据通信中，传送的是一个个离散脉冲信号，把每个数据通信中，传送的是一个个离散脉冲信号，把每个信号脉冲称为一个码元。信号脉冲称为一个码元。（2 2）码元速率：）码元速率：每秒传送的码元数，以每秒传送的码元数，以BdBd（波特）为单位。（波特）为单位。（3 3）信息速率：）信息速率：系统每秒传送的信息量。单位是系统每秒传送的信息量。单位是bit/sbit/s（比特（比特/秒）秒）l 在信息用二进制表示时，每个码携带在信息用二进制表示时，每个码携带1bit1bit信息量，这时的数信息量，这时的数码率与信息速率是相同的。码率与信息速率是相同的。2 2、误码率、误码率 数据经传输后发生错误的码元数与总传输码元之比。数据经传输后发生错误的码元数与总传输码元之比。（三）信息传输的质量指标（三）信息传输的质量指标1、信息传输速率（三）信息传输的质量指标44单工、半双工、双工通信单工、半双工、双工通信（四）数字通信的工作方式（四）数字通信的工作方式单工、半双工、双工通信（四）数字通信的工作方式45二、二、远距离数据通信系统的基本模型远距离数据通信系统的基本模型第三节第三节 电力系统远动通信电力系统远动通信远距离数据通信系统的基本模型远距离数据通信系统的基本模型二、远距离数据通信系统的基本模型第三节 电力系统远动通信46（1）信源信源是电网中的各种信息源。是电网中的各种信息源。（2）信源编码：信源编码：把各种信源转换成易于数字传输的器件把各种信源转换成易于数字传输的器件（3）信道编码器：信道编码器：其作用是为了保护所传送的信息内容，增加保护码元。其作用是为了保护所传送的信息内容，增加保护码元。（4）调制解调器调制解调器(MODEM)：信道编码器输出的信号都是二进制的脉冲序列，：信道编码器输出的信号都是二进制的脉冲序列，即基带数字信号。这种信号传输距离较近，在长距离传输时往往因电平即基带数字信号。这种信号传输距离较近，在长距离传输时往往因电平干扰和衰减而发生失真。为增加传输距离，将基带信号进行调制传送，干扰和衰减而发生失真。为增加传输距离，将基带信号进行调制传送，这样即可减弱干扰信号。这样即可减弱干扰信号。（5）信道信道。它是信号远距离传输的载体，如专用电缆、架空线、光纤、微。它是信号远距离传输的载体，如专用电缆、架空线、光纤、微波空间等。波空间等。（6）解调器解调器。它是调制器的逆过程，用以恢复基带信号。它是调制器的逆过程，用以恢复基带信号。（7）信道译码器信道译码器。它是编码器的逆过程，除去保护码元，获得发送侧的二。它是编码器的逆过程，除去保护码元，获得发送侧的二进制数字序列。进制数字序列。（8）信源译码器信源译码器。它是将二进制信号恢复到模拟信号的过程，例如。它是将二进制信号恢复到模拟信号的过程，例如DA转换器。转换器。（9）信宿信宿。它是信息的接收地或接收入员能观察的设备，如电网调度自动。它是信息的接收地或接收入员能观察的设备，如电网调度自动化系统中的模拟屏、显示器化系统中的模拟屏、显示器(cRT)等，均为信宿。等，均为信宿。第三节第三节 数据通信的通信规约数据通信的通信规约（1）信源是电网中的各种信息源。第三节 数据通信的通信规约47（一）电力载波通信（一）电力载波通信 PLC（Power Line Carrier）电力载波通信是利用电力线作为高频信号的传输介质，用于电力载波通信是利用电力线作为高频信号的传输介质，用于调度中心与厂站端的通信，它是电力系统特有的，应用最广调度中心与厂站端的通信，它是电力系统特有的，应用最广泛的一种通信方式泛的一种通信方式。三、远动信息传输通道三、远动信息传输通道利用高压输电线路传输高频电流具有以下特点：利用高压输电线路传输高频电流具有以下特点：线路衰减小；线路衰减小；输电线路机械强度很高，具有较高的传输可靠性；输电线路机械强度很高，具有较高的传输可靠性；不需要另建通信线路的投资和日常维护费用等。不需要另建通信线路的投资和日常维护费用等。（一）电力载波通信 PLC（Power Line Carri48电力载波通信的基本原理电力载波通信的基本原理电力载波通信的基本原理49l图中图中M是远动装置或数据传输装置的外接调制解调器是远动装置或数据传输装置的外接调制解调器，它是将数字信号调，它是将数字信号调制成音频信号，然后再经电力载波终端设备调制成高频信号。制成音频信号，然后再经电力载波终端设备调制成高频信号。l电力线载波通信两端电力线载波通信两端(A端和端和B端端)均具有远动和数据信号发送和接收功能。均具有远动和数据信号发送和接收功能。l 耦合电容器和结合滤波器耦合电容器和结合滤波器的作用：两者共同构成高频信号的通路，并将的作用：两者共同构成高频信号的通路，并将电力线上的工频高电压和大电流与通信设备隔开，以保证人身和设备的安电力线上的工频高电压和大电流与通信设备隔开，以保证人身和设备的安全。全。l结合滤波器结合滤波器主要用来抵消耦合电容器的高频容抗，减小高频电流在结合滤主要用来抵消耦合电容器的高频容抗，减小高频电流在结合滤波器通带内的衰减；另外，还具有对高频电流起阻抗变换作用。使高频电波器通带内的衰减；另外，还具有对高频电流起阻抗变换作用。使高频电流与电力线的阻抗得到良好的匹配。流与电力线的阻抗得到良好的匹配。l线路阻波器线路阻波器主要用来阻止高频信号进入电力设备。主要用来阻止高频信号进入电力设备。电力载波通信的基本原理电力载波通信的基本原理图中M是远动装置或数据传输装置的外接调制解调器，它是将数字信50（二）光纤通信（二）光纤通信光纤通信是目前认为最有前途的一种有线通信方式光纤通信是目前认为最有前途的一种有线通信方式优点：优点：具有很好的抗电磁干扰能力；具有很好的抗电磁干扰能力；光纤的通信容量大、功能价格比高；光纤的通信容量大、功能价格比高；安装维护简单；安装维护简单；光纤是非导体，可以很容易地与导线捆在一起敷设于地下光纤是非导体，可以很容易地与导线捆在一起敷设于地下管道内；也可固定在不导电的导体上，例如电力线架空地线管道内；也可固定在不导电的导体上，例如电力线架空地线复合光纤；还可以采用与电力线向杆架设的自承式光缆。复合光纤；还可以采用与电力线向杆架设的自承式光缆。缺点缺点:强度不如金属线；强度不如金属线；连接比较困难；连接比较困难；（二）光纤通信光纤通信是目前认为最有前途的一种有线通信方式优51光纤通信的原理光纤通信的原理目前光纤通信技术已经成熟，在电力系统得到了广泛应用。目前光纤通信技术已经成熟，在电力系统得到了广泛应用。光纤通信的原理目前光纤通信技术已经成熟，在电力系统得到了广泛52（三）微波中继通信与卫星通信（三）微波中继通信与卫星通信波长为波长为0.0011.0m0.0011.0m，频率为，频率为300MHZ300GHZ300MHZ300GHZ的无线电波称为微的无线电波称为微波，微波基本上沿直线传播。波，微波基本上沿直线传播。优点：优点：微波频段的频带很宽，可以容纳数量很多的无线电频道且不微波频段的频带很宽，可以容纳数量很多的无线电频道且不致互相干扰；致互相干扰；微波收发信机的通频带可以做的很宽，用一套设备可做多路微波收发信机的通频带可以做的很宽，用一套设备可做多路通信；通信；不易受工业的干扰，通信稳定；不易受工业的干扰，通信稳定；方向性强，保密性好；方向性强，保密性好；每公里话路成本比有线通信低。每公里话路成本比有线通信低。缺点：缺点：中继设备复杂，技术水平要求较高。中继设备复杂，技术水平要求较高。（1 1）微波通信）微波通信（三）微波中继通信与卫星通信波长为0.0011.0m，频率53微波通信系统的构成微波通信系统的构成微波通信系统的构成54特点：特点：与一般微波通信相比，卫星通信不受距离和地形的与一般微波通信相比，卫星通信不受距离和地形的 限制，容量大，可靠性高。限制，容量大，可靠性高。目前使用的频率：目前使用的频率：上行（地球到卫星）：上行（地球到卫星）：59256425MHZ;下行（卫星到地球）：下行（卫星到地球）：37004200MHZ;适用：偏远的发电厂或变电站。适用：偏远的发电厂或变电站。（2）卫星通信（）卫星通信（中继站设在同步卫星上中继站设在同步卫星上）特点：与一般微波通信相比，卫星通信不受距离和地形的（2）卫55四、现场总线四、现场总线（2020世纪世纪8080年代中期提出）年代中期提出）现场总线现场总线RTURTU现场总线（双绞线）现场总线（双绞线）上位机上位机目前几种有影响的现场总线有：目前几种有影响的现场总线有：基金会、基金会、LonWorksLonWorks、PROFIBUSPROFIBUS、CANCAN、HARTHART等。等。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、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。多点通信的控制网络。四、现场总线（20世纪80年代中期提出）现场总线打印机RTU56 是是一一种种在在较较小小的的区区域域内内使使各各种种数数据据通通信信设设备备互互联联在在一起的通信网络。一起的通信网络。五、局域网（五、局域网（Local Area Networks)Local Area Networks)(1)覆盖的地理范围覆盖的地理范围可以在一幢大楼或可以在一幢大楼或一个建筑群里一个建筑群里.(2)数据传输速率高数据传输速率高.(3)误码率很低误码率很低.是一种在较小的区域内使各种数据通信设备互联在一起的通信网57(1)(1)距离远距离远(2)(2)实时性强实时性强(3)(3)可靠性高可靠性高。国际电工委员会国际电工委员会(IEC)(IEC)建议的最大允许时延是：建议的最大允许时延是：命令信息：命令信息：0.1s0.1s2s2s；状态变化、事件信息：状态变化、事件信息：1s1s5s5s；正常遥测遥信：正常遥测遥信：2s2s10s10s；存储数据：存储数据：1min1min5min5min。在我国地区电网数据采集与监控系统中：在我国地区电网数据采集与监控系统中：最最大大允允许许时时延延指指标标要要求求是是变变位位信信息息、厂厂站站端端工工作作状状态态变变化化信息必须在信息必须在1s1s内送到调度中心；内送到调度中心；厂厂站站端端遥遥测测信信息息按按重重要要程程度度分分别别在在3s3s20s20s内内在在调调度度中中心心实现更新；实现更新；电能等存储信息允许电能等存储信息允许几分或几十分钟几分或几十分钟传送一次。传送一次。（一）（一）RTURTU与调度中心通信的特点与调度中心通信的特点六、电力系统通信规约六、电力系统通信规约(1)距离远国际电工委员会(IEC)建议的最大允许时延是：58（二）（二）RTU与调度中心的通信规约与调度中心的通信规约1 1、通信规约的定义、通信规约的定义 在在电电力力系系统统远远动动中中，主主站站与与远远方方终终端端之之间间进进行行实实时时数数据据通通信信时时必必须须事事先先做做出出约约定定，制制订订必必须须遵遵守守的的通通信信规规则则，并并共共同同遵遵守守。这必须共同遵守的规则与约定，即通信规约。这必须共同遵守的规则与约定，即通信规约。（二）RTU与调度中心的通信规约1、通信规约的定义592 2、我国电网调度自动化的两大通信规约、我国电网调度自动化的两大通信规约（二）电力系统远动通信规约（二）电力系统远动通信规约循环式通信规约（循环式通信规约（CDTCDT）问答式通信规约问答式通信规约（PollingPolling）2、我国电网调度自动化的两大通信规约（二）电力系统远动通信规601 1、CDTCDT规约的特点：规约的特点：厂站厂站RTURTU按预先约定，周期不断的向调度端发送信息，享有发按预先约定，周期不断的向调度端发送信息，享有发送信息的送信息的主动权主动权。信息以帧为单位，按信息重要程度不同，分为信息以帧为单位，按信息重要程度不同，分为A A、B B、C C、D D、E E帧帧5 5种帧类别；种帧类别；每帧长度可变；多种帧类别循环传送；上帧与下帧相连，信道每帧长度可变；多种帧类别循环传送；上帧与下帧相连，信道永无休闲的循环传送；永无休闲的循环传送；信息按重要性和实时性不同，规定有不同的优先级和循环更新信息按重要性和实时性不同，规定有不同的优先级和循环更新时间。遥信变位优先传送，重要遥测量更新时间较短。时间。遥信变位优先传送，重要遥测量更新时间较短。由调度中心发给由调度中心发给RTURTU的各种遥控、遥调或其它命令，由上行通的各种遥控、遥调或其它命令，由上行通道随时传送（全双工方式，上、下行通信可同时进行），不是道随时传送（全双工方式，上、下行通信可同时进行），不是循环的。循环的。（三）循环式通信规约（三）循环式通信规约1、CDT规约的特点：（三）循环式通信规约61对时的子站信息及遥控命令的返送控核信息均随时插入传送；对时的子站信息及遥控命令的返送控核信息均随时插入传送；遥信变位信息及子站工作状态变化信息均随时插入传送，并要求遥信变位信息及子站工作状态变化信息均随时插入传送，并要求1s1s内送达主站；内送达主站；重要遥测量安排在重要遥测量安排在A A帧传送，循环更新时间帧传送，循环更新时间3S3S；次要遥测量安排在次要遥测量安排在B B帧传送，循环更新时间帧传送，循环更新时间6S6S；一般遥测量安排在一般遥测量安排在C C帧传送，循环更新时间帧传送，循环更新时间20S20S；一般遥信量安排在一般遥信量安排在D D1 1帧传送，循环时间为几分钟至几十分钟；帧传送，循环时间为几分钟至几十分钟；电能脉冲量安排在电能脉冲量安排在D D2 2帧传送，循环时间为几分钟至几十分钟；帧传送，循环时间为几分钟至几十分钟；事件顺序记录信息安排在事件顺序记录信息安排在E E帧传送，以帧插入方式传送。帧传送，以帧插入方式传送。上行信息的优先级：上行信息的优先级：2 2、CDTCDT中信息的优先级顺序中信息的优先级顺序对时的子站信息及遥控命令的返送控核信息均随时插入传送；上行62下行信息的优先级：下行信息的优先级：召唤子站时钟，设置子站时钟校正值，设置子站召唤子站时钟，设置子站时钟校正值，设置子站时钟。时钟。遥控选择、执行、撤销命令，设定命令。遥控选择、执行、撤销命令，设定命令。广播命令广播命令复归命令。复归命令。2 2、CDTCDT中信息的优先级顺序中信息的优先级顺序下行信息的优先级：2、CDT中信息的优先级顺序633 3、CDTCDT规约的帧格式及字格式规约的帧格式及字格式(1)(1)同步字。同步字。(2)(2)一帧开始的标志，应当很特殊。一帧开始的标志，应当很特殊。同步字按通道传送顺序分为三组同步字按通道传送顺序分为三组EB90HEB90H，即，即11101110、10111011、10011001、00000000共共4848位。位。(2)(2)控制字。控制字。控制字用来说明本帧信息的有关情况，共有六个字节控制字用来说明本帧信息的有关情况，共有六个字节4848位。位。如图如图3.273.27所示所示。图图3.26 循环式远动规约帧结构循环式远动规约帧结构3、CDT规约的帧格式及字格式同步字。图3.26 循环式远64图图3.27 循环式远动规约控制字结构循环式远动规约控制字结构 控制字节：控制字节：EE扩展位扩展位，当，当E=0E=0时，使用标准的定义帧类别；当时，使用标准的定义帧类别；当E=1E=1时，帧类别可另时，帧类别可另行定义，以便扩展功能。行定义，以便扩展功能。LL帧长定义位帧长定义位，当，当L=0L=0时，表示本帧没有信息字；当时，表示本帧没有信息字；当L=1L=1时，表示本帧时，表示本帧有信息字。有信息字。SS源站址定义位源站址定义位，S=1S=1表示控制字中源站址有内容，源站址字节即代表表示控制字中源站址有内容，源站址字节即代表信息始发站的站号。信息始发站的站号。DD目的站址定义位目的站址定义位。D=1D=1表示目的站址字节有内容，即代表信息到达站的站号；表示目的站址字节有内容，即代表信息到达站的站号；D=0D=0表示目的站表示目的站址字节内容为址字节内容为FFHFFH，即代表广播命令，所有站同时接收并执行此命令。，即代表广播命令，所有站同时接收并执行此命令。以上所述的上行信息和下行信息中若同时以上所述的上行信息和下行信息中若同时S=0S=0，D=0D=0，则表示源站址和目的，则表示源站址和目的站址无意义。站址无意义。图3.27 循环式远动规约控制字结构 控制字节：65 帧类别帧类别本规约定义的帧类别码及其含义见表本规约定义的帧类别码及其含义见表3-43-4。信息字数信息字数n n表示该帧中所含信息字数量，表示该帧中所含信息字数量，n=0n=0表示无信息字。表示无信息字。帧类别 信息字数n66(3)(3)信息字信息字 每个信息字由六个字节构成：每个信息字由六个字节构成：功能码一个字节，信息、数据码四个字节和校验码一个字节功能码一个字节，信息、数据码四个字节和校验码一个字节，其通用格式如图其通用格式如图3.283.28所示。所示。图图3.28 循环式远动规约信息字结构循环式远动规约信息字结构其中功能码有其中功能码有256256个个(00HFFH)(00HFFH)，分别代表不同的信息用途，分别代表不同的信息用途，具体分配见表具体分配见表3-53-5：(3)信息字 每个信息字由六个字节构成：图3.28 67电力系统调度自动化课件68l重重要要数数据据发发送送周周期期短短，实实时时性性强强；一一般般数数据据发发送送周周期期长长，主主站对其响应慢。站对其响应慢。l采采用用信信息息字字校校验验方方式式，当当某某个个字字符符出出错错时时，只只需需丢丢弃弃相相应应的的字，其他可以正常接收；字，其他可以正常接收；l数数据据传传送送以以现现场场端端为为主主，因因此此若若发发生生暂暂时时性性通通信信失失败败，当当通通信信恢恢复复时时，未未发发出出的的数数据据仍仍有有机机会会上上报报，而而不不至至于于造造成成显显著著危害；危害；l循循环环式式较较应应答答式式规规约约容容量量大大，可可传传送送512512路路遥遥信信量量，256256路路遥遥测量。测量。循环式通信规约的特点：循环式通信规约的特点：重要数据发送周期短，实时性强；一般数据发送周期长，主站对其响69问答通信方式由调度中心掌握遥测、遥信通信的主动权。问答通信方式由调度中心掌握遥测、遥信通信的主动权。问答式规约特点是：问答式规约特点是：RTU RTU有问必答有问必答：RTURTU收到主机查询命令时，必须在规定的时间内应收到主机查询命令时，必须在规定的时间内应答，否则视为通信失败；答，否则视为通信失败；RTU RTU无问不答无问不答：当当RTURTU未收到主机查询命令时，决不允许上报信息。未收到主机查询命令时，决不允许上报信息。（四）问答式通信规约（四）问答式通信规约问答通信方式由调度中心掌握遥测、遥信通信的主动权。（四）问答70问答规约的优点：问答规约的优点：允许多台允许多台RTURTU以共线的方式共用一个通道。以共线的方式共用一个通道。采用变化信息传送策略，压缩了数据块的长度，提高了数据采用变化信息传送策略，压缩了数据块的长度，提高了数据传送速度；传送速度；通道适应性强。通道适应性强。问答规约的缺点：问答规约的缺点：由于需要询问，因此主站对数据的采集由于需要询问，因此主站对数据的采集速度较慢；速度较慢；由由于于采