电力系统远动原理课件

电电力系力系统远动统远动原理及技原理及技术术 四川大学四川大学电电气信息学院气信息学院陈实陈实1A电电力系力系统远动统远动原理及技原理及技术术第一章第一章 绪论绪论 远动远动：TeleControlTeleControl RemoteControl RemoteControl 从英文知道，从英文知道，实际实际上上远动远动就是遥控，只是就是遥控，只是电电力系力系统统的的习惯习惯叫法而已。叫法而已。问题问题：为为什么需要遥控，遥控如何理什么需要遥控，遥控如何理解？解？2A第一章第一章 绪论绪论 1.1 1.1 概述概述 1 1、复、复杂电杂电力系力系统统的主要管理的主要管理问题监监控控难难调调度度难难各种各种设备设备状状态态不一不一设备设备多多怎怎样样解决解决这这些些问题问题？距离距离远远管理困管理困难难3A调调度系度系统统的必要性的必要性n1、电电能能难难于大量于大量储储存存n2 2、实时实时生生产产=实时实时消消费费n3 3、消、消费费随随时时在在变变化（有一定化（有一定规规律，但是不能精确律，但是不能精确确定）确定）n4 4、生、生产产必必须须跟踪消跟踪消费费n5 5、还还要保要保证证消消费费的的质质量（供量（供电质电质量）量）n6 6、同、同时时重要的是要保重要的是要保证证安全性、安全性、经济经济性性n7 7、自、自动动装置装置+各各级调级调度系度系统统4A调调度系度系统统的作用的作用n1 1、制定运行方式、确定各、制定运行方式、确定各发电发电厂出力。厂出力。目的：保目的：保证证系系统统正常运行、安全、正常运行、安全、经济经济。n2 2、发发生故障生故障时时，迅速排除故障，尽快恢，迅速排除故障，尽快恢复正常运行。（复正常运行。（实时实时性更性更强强）怎怎样实现样实现？早期靠？早期靠电话联电话联系。系。5A远动远动系系统统的引入的引入n随着自随着自动动化通信控制技化通信控制技术术的的发发展，出展，出现现了一种了一种自自动动化装置化装置替代替代电话联电话联系的方式。系的方式。n位置：安装于位置：安装于调调度中心和厂站端，借助某种信度中心和厂站端，借助某种信道自道自动传输动传输信息。信息。n功能：向功能：向调调度端度端传递传递厂站端信息并厂站端信息并显显示，存示，存储储，处处理。根据需要由理。根据需要由调调度端操作度端操作调节调节厂站厂站设备设备，满满足前述的需要。足前述的需要。n远动远动技技术术可以可以发挥发挥哪些作用？哪些作用？6A2 2、电电力系力系统远动统远动技技术术的作用的作用提高自提高自动动化程度化程度节约节约运行运行费费用用建立真正的建立真正的调调度自度自动动化，能量管理系化，能量管理系统统减少停减少停电电缩缩短停短停电时间电时间及及时处时处理各种事故理各种事故如何如何实现实现？7A3 3、电电力系力系统远动统远动要完成的任要完成的任务务 任任务务：1、将将电电力系力系统统的运行状的运行状态态采集并采集并传传送到送到调调 度中心（度中心（监测监测）2、接受接受调调度中心下达的命令去度中心下达的命令去调调控控电电力系力系统统中的中的设备设备的运行状的运行状态态（控制）（控制）对远动对远动（遥控）的（遥控）的理解理解：实际实际上上应该应该理解理解为为监监控控更更为为合理，即控制一个合理，即控制一个设备设备的前提是我的前提是我们们能能够够清楚地清楚地监测监测到到这这个个设备设备的运行状的运行状态态，在此基，在此基础础上，再根据上，再根据实际实际需要需要对对其其进进行控制。行控制。8A4、相关学科与理相关学科与理论论技技术术（参考（参考资资料）料）电电力系力系统远动统远动技技术术涉及到的学科：涉及到的学科：电电力系力系统统、计计算机、通信、控制等学科。算机、通信、控制等学科。它的基本理它的基本理论论和技和技术术包括：包括：数据采集理数据采集理论论和和技技术术、计计算机原理、算机原理、编码编码理理论论、数据、数据传输传输原理、原理、信息信息论论以及以及电电力系力系统统运行状运行状态态的基本理的基本理论论。9A1.2 1.2 电电力系力系统远动统远动功能功能调度中心电电 力力 系系 统统远动设备YTYTYCYCYKYKYXYX1 1、调调度中心和度中心和远动设备远动设备之之间间的数据的数据传输传输示意示意图图 10A2 2、电电力系力系统远动统远动的功能的功能 由由图图可知其功能可知其功能为为：（1 1）、）、调调度中心通度中心通过对远动设备获过对远动设备获得得远远方的方的电电力系力系统统设备设备的运行状的运行状态态（图图中的虚中的虚线线）和）和设备设备的运行数据的运行数据（简简称称为为遥遥测测量，以量，以YCYC表示）以及表示）以及设备设备的状的状态态（简简称遥信量，以称遥信量，以YXYX表示）。表示）。（2 2）、）、调调度中心可以根据需要度中心可以根据需要对电对电力系力系统设备统设备进进行行远远方控制方控制（简简称称为为遥控，以遥控，以YKYK表示）和表示）和远远方方调节调节（简简称遥称遥调调，以，以YTYT表示）。表示）。11A3 3、远动远动信息的基本内容信息的基本内容 电电力系力系统远动实现统远动实现的功能通常又称的功能通常又称为为“四四遥遥”功能。功能。除了基本的四遥功能除了基本的四遥功能,还还包括包括SOE,SOE,事故追事故追忆忆、召、召唤时钟唤时钟、广播命令、广播命令等功能等功能.为为了了实现这实现这种种“四遥四遥”功能，功能，远动远动信息的信息的基本内容包括：基本内容包括：遥信信息、遥遥信信息、遥测测信息、遥控信息、遥控信息和遥信息和遥调调信息。信息。12A遥遥测测信息信息n各种运行参数，主要特点是随着各种运行参数，主要特点是随着时间连续变时间连续变化的模化的模拟拟量。量。n电电量参数：量参数：电压电压，电电流，流，频频率，功率。率，功率。n非非电电量参数：温度，水位，油位。量参数：温度，水位，油位。n1 1采集方式：采集方式：电电量量-变变送器（直流，交流）送器（直流，交流）n 非非电电量量-传传感器（直流量、数字量）感器（直流量、数字量）n2 A/D2 A/Dn3 3 电电量采集（脉冲、数字量）量采集（脉冲、数字量）13A遥信信息遥信信息n状状态态信号信号n1 1、开关，刀、开关，刀闸闸的状的状态态信息信息n2 2、保、保护护、自、自动动装置的装置的动动作状作状态态n3 3、发电发电机的开停机信号机的开停机信号n4 4、其他的运行状、其他的运行状态态信号（如事故信号（如事故总总信号）信号）n特点：？（表示方式特点：？（表示方式0 0，1 1）14A遥控信息遥控信息n改改变设备变设备运行状运行状态态的命令，如的命令，如发电发电机的起停命机的起停命令，断路器的分合命令。令，断路器的分合命令。电电容器，容器，电电抗器的投抗器的投切命令。切命令。n特点：可靠性要求高。特点：可靠性要求高。n保保证证措施：措施：返校返校。15A遥遥调调信息信息n传传送改送改变设备变设备运行参数的命令，如改运行参数的命令，如改变变发电发电机有功出力机有功出力(调调速速)和励磁和励磁电电流流(调压调压)的的设设定定值值，改，改变变压变变压器分接器分接头头的位置。的位置。16A远动远动信息的信息的传输传输模式模式n循循环环数字数字传输传输模式（模式（CDTCDT）：厂站端将要）：厂站端将要发发送的送的远动远动信息按信息按照照规约规约（协议协议）的）的规规定定组组成各种成各种帧帧，再，再编编排好排好顺顺序，一序，一帧帧一一帧帧地循地循环环向向调调度端度端传传送。送。n特点：特点：n周期性周期性发发送送n不不论调论调度端是否需要度端是否需要n不需要不需要调调度端度端发问发问n逻辑逻辑上需要独占通道上需要独占通道n对对信道信道质质量要求量要求较较低低17A远动远动信息信息传输传输模式模式n问问答答传输传输模式（模式（POLLINGPOLLING）：若）：若调调度端要得到厂站端度端要得到厂站端的的监视监视信息，必信息，必须须向其向其发发送送查询查询命令命令报报文。文。厂站端按厂站端按照收到的不同照收到的不同类类型命令型命令报报文文发发送回答送回答报报文。文。n特点：特点：n有有问问才答才答n按需回答按需回答n可以共享通道（地址区可以共享通道（地址区别别）n对对信道要求高，且必信道要求高，且必须为须为双向通道（全双工或者半双双向通道（全双工或者半双工）工）18A远动远动信息的信息的编码编码n循循环环式（部式（部颁颁）：）：n以以帧帧为单为单位（位（帧长帧长度可度可变变）n帧帧由各由各类类字字组组成。包括信息字，控制字等成。包括信息字，控制字等n信息字由信息字由6 6个字个字节组节组成（成（48BIT48BIT），固定），固定长长度度功能功能码码（8）信息信息码码（32位）位）校校验码验码（8）19A远动远动信息的信息的编码编码n以以报报文文为单为单位位传输传输n报报文文格式如下：格式如下：报文头数据区校验码宽宽度度为为8位，位，长长度度为为3-4字字节节长长度可度可变变，字字节节数可数可变变20ADL451（部颁CDT）n帧结帧结构（构（帧长帧长度可度可变变体体现现在信息字个数可在信息字个数可变变）n字：不同于字：不同于计计算机中字的概念，算机中字的概念，为为4848位，是位，是码码字的字的意思。意思。同步字同步字控制字控制字信息字信息字。信息字信息字n各个字起什么作用？各个字起什么作用？21A串行通信串行通信n计计算机通信的基算机通信的基础础是是同步同步：发发送端送端时钟频时钟频率率=接收端接收端传输时钟频传输时钟频率、相位一致的运率、相位一致的运转转。可以理解。可以理解为为两端速率相同，两端速率相同，码码元起止元起止时时刻刻相同。相同。n串行通信：信息一位一位串行通信：信息一位一位传输传输。对应计对应计算机算机RS232RS232串口。串口。n异步通信：串行通信的一种方式，以字符异步通信：串行通信的一种方式，以字符为单为单位位进进行行传输传输，每个，每个字符均有起始位、数据位、校字符均有起始位、数据位、校验验位（可没有）、停止位。每个字位（可没有）、停止位。每个字符的起始位都起到符的起始位都起到对该对该字符的同步作用。是字符的同步作用。是位同步方式位同步方式。额额外花外花费费大，效率低。大，效率低。n同步通信：串行通信的一种方式，以同步字符作同步通信：串行通信的一种方式，以同步字符作为传为传送开始，字送开始，字符之符之间间不允不允许许有空隙，有空隙，线线路空路空闲时发闲时发同步字符。但是两端同步字符。但是两端频频率有率有一定一定误误差，造成差，造成码码元相位差，累元相位差，累积积后可能造成后可能造成错错位，位，导导致失步。致失步。是是帧帧同步方式。同步方式。22A同步字的作用同步字的作用nDL451DL451规约规约要求要求远动远动信息的信息的传传送采用送采用同步通信方式同步通信方式，即通信，即通信过过程以同步字的程以同步字的检测检测作作为为信息信息传输传输的开始。的开始。n检测检测到同步字后，到同步字后，进进入同步通信状入同步通信状态态，将接收信息，将接收信息按字按字节节划划分开分开。实现帧实现帧同步。同步。n但是但是为为了消除两端了消除两端时钟时钟的的频频差所差所产产生的相位差生的相位差，收端必，收端必须须同同时时采用采用位同步位同步措施（若不用异步通信的起始位措施（若不用异步通信的起始位检测检测作作为为位同位同步方式，步方式，则则用用数字数字锁锁相相环环，以，以发发送端送端发发来的数字序列中含有来的数字序列中含有的相位信息，的相位信息，调调整接收端相位）。整接收端相位）。n现场现场运行的运行的远动远动系系统统有些采用异步通信方式有些采用异步通信方式传传送送远动远动信息。信息。即只采用位同步。即只采用位同步。23ADL451同步字同步字n采用固定48位：3组EB90nE:1110 B:1011 9:1001 0:0000n同步字：EB90EB90EB90EB9016位位EB9016位位EB9016位位24ADL451控制字控制字n控制字当然也是控制字当然也是4848位，由位，由6 6个字个字节组节组成，从前往后依次成，从前往后依次为为：n控制字控制字节节：ELSD0001ELSD0001n帧类别帧类别字字节节：重要遥：重要遥测测A A帧帧、次要遥、次要遥测测B B帧帧、一般遥、一般遥测测C C帧帧、遥信状遥信状态态D1D1、电电能量脉冲能量脉冲计计数数值值D2D2、顺顺序事件序事件记录记录E E、遥控、遥控（选择选择、执执行、撤行、撤销销）、升降（）、升降（选择选择、执执行、撤行、撤销销）、）、设设置置时钟时钟等。等。n信息字数字信息字数字节节：本：本帧帧包含的信息字数。包含的信息字数。n源站址字源站址字节节：n目的站址字目的站址字节节：n校校验码验码字字节节：监监督元督元同步字同步字控制字控制字信息字信息字。信息字信息字25ADL451信息字信息字功能功能码码：表示信息数据的作用。不同功能：表示信息数据的作用。不同功能码码代表不同功能。共代表不同功能。共256256个功能。个功能。代号代号00H-7FH00H-7FH：均：均为为遥遥测测数据（数据（128128个字，每个字装个字，每个字装载载两个遥两个遥测测数据，数据，总总共可以定共可以定义义256256个遥个遥测测量）量）代号代号F0H-FFHF0H-FFH：均：均为为遥信数据（遥信数据（1616个字，每个字装个字，每个字装载载3232路遥信，路遥信，总总共定共定义义了了512512个遥信量）个遥信量）代号代号E0H:E0H:遥控遥控选择选择命令命令代号代号E1H:E1H:遥控返校命令遥控返校命令代号代号E2H:E2H:遥控遥控执执行命令行命令功能功能码码8位位信息数据信息数据32位位校校验码验码8位位同步字同步字控制字控制字信息字信息字。信息字信息字26A帧帧的的组织组织方式方式n循循环环：在：在满满足足规规定的定的时间时间前提下（前提下（A A帧帧循循环时间为环时间为3 3秒，秒，B B为为6 6秒，秒，C C为为2020秒），秒），帧帧序列可以任意序列可以任意组织组织，固定各，固定各帧帧的排列的排列顺顺序循序循环传环传送。送。n插入插入：对对于特殊情况，于特殊情况，则则插入到循插入到循环顺环顺序中序中优优先先传传送。如送。如遥信遥信变变位（位（1 1秒内）、遥控、升降命令的返校（秒内）、遥控、升降命令的返校（长长度度为为字）。字）。n简简化：化：为为了了简简化化应应用，也可以用，也可以对帧结对帧结构构进进行行简简化（固定化（固定帧帧长长度，同步字度，同步字+信息字信息字+慢慢变变化字），降低出化字），降低出错错的概率。的概率。n典型典型传传送送顺顺序：序：nAB AC AB AC AB AD1 AB AC AB AC AB AD2 AB AC AB AC AB AD1 AB AC AB AC AB AD2 nE E帧帧在需要在需要时时，采用插入，采用插入传传送。送。27A常用常用远动远动信道信道n采用采用专专用有用有线线信道信道(近距离近距离)n电电力力载载波信道波信道(投投资资小小)n微波信道微波信道(高高频频率率)n光光纤纤信道信道n无无线电线电信道信道n卫卫星通信（特殊微波）星通信（特殊微波）28A专线通信n由由远动远动装置装置产产生生远动远动信号。信号。n直流信号：幅直流信号：幅值值、极性信号。、极性信号。n交流信号：交流信号：频频率率n介介质质：架空：架空线线、专专用用电缆电缆n缺点：近距离（缺点：近距离（经济经济，技，技术术原因：原因：损损耗耗大）大）29A载波通道n物理介物理介质质：高：高压电压电力力线线路路n载载波？用于装波？用于装载载基基带带信号的高信号的高频频正弦波或者周期性脉冲信号。（如正弦波或者周期性脉冲信号。（如飞飞机）机）n基基带带信号？由原始消息信号？由原始消息转换转换（信源（信源编码编码）得到的信号。（如旅客）注意区）得到的信号。（如旅客）注意区别别基波的概念。基波的概念。n为为什么要装什么要装载载（调调制）于制）于载载波信号上？基波信号上？基带带信号信号传输传输距离有限（噪声）。距离有限（噪声）。n一般形式：一般形式：远动远动信号与信号与载载波波电话电话复用复用载载波信道（波信道（0.33.4kHz）n人耳的理人耳的理论论听听觉觉范范围围20-20000赫赫兹兹。通常。通常对对太低或太高的太低或太高的频频率不敏感，率不敏感，频频率率损损失不会造成很大影响。所以通常失不会造成很大影响。所以通常语语音用音用0.32.3kHz范范围围，远动远动信信号用号用2.73.4kHz范范围围。（。（频频分复用）分复用）n怎怎样样装装载载？调调幅，幅，调频调频，调调相。相。n怎怎样样卸卸载载？解？解调调，反其道。，反其道。30A耦合电容器阻波器结合滤波器调制解调器电话 远动信号高频耦合31A微波通道微波通道n微波？微小的波，波微波？微小的波，波长长小，即小，即频频率高。率高。n频频率范率范围围：300M300GHz300M300GHz。n形式：无形式：无线传线传播，直播，直线传线传播，点播，点对对点点对对准。准。n传输传输距离：距离：3050km3050km（功率（功率损损耗，地球形状），耗，地球形状），远远距离距离用中用中继继（接收，放大，（接收，放大，传传出）出）n优优点：点：频带宽频带宽（相同（相同时间传输时间传输信号多），方向性信号多），方向性强强，保密性好。保密性好。32A卫卫星通信（特殊微波）星通信（特殊微波）n频频率更高（率更高（4G4G赫赫兹兹以上）以上）n以地球同步以地球同步卫卫星星为为中中继继站站进进行中行中继继通信通信n一个一个卫卫星的星的视视角角为为120120度左右，原度左右，原则则上三个上三个卫卫星沿星沿轨轨道均匀分布即可覆盖南北道均匀分布即可覆盖南北纬纬6060度以内的地球表度以内的地球表面。面。n优优点：点：频带宽频带宽，传输传输容量大，通信距离容量大，通信距离长长，不易受，不易受干干扰扰。n发发展展趋势趋势：卫卫星上星上转发转发器增多，功能增器增多，功能增强强，发发射功射功率增率增强强；地面站天；地面站天线变线变小，地面站数量增多，均小，地面站数量增多，均摊摊成本降低。成本降低。33A光光纤纤通道通道n原理：原理：电电信号信号转换为转换为光信号光信号传输传输，到目的地再由光信号，到目的地再由光信号转换转换为电为电信号。信号。n光信号光信号传输传输：全反射原理，光：全反射原理，光纤纤芯芯对对光的折射率大，包光的折射率大，包层层折折射率小，在分界面射率小，在分界面处处全反射，理全反射，理论论上无上无损损耗。耗。n实际损实际损耗：光吸收（材料不耗：光吸收（材料不纯纯）光散射（材料不均匀）光散射（材料不均匀）n光光纤纤材料：石英光材料：石英光纤纤、玻璃光、玻璃光纤纤、塑料光、塑料光纤纤n传输传输模式：多模（多种模式：多模（多种电电磁磁场场分布模式）、分布模式）、单单模（模（带宽带宽极极宽宽、衰减少、适用大容量衰减少、适用大容量远远距离）距离）n光光缆缆：多路光：多路光纤纤（几十几百根）（几十几百根）+护护套套n介介质质：光：光纤维纤维-光光缆缆。n架架设设：单单独架独架设设、地、地线线复合光复合光纤纤（OPGWOPGW）。）。n优优点：点：带宽宽带宽宽，衰减小，抗干，衰减小，抗干扰扰能力能力强强，误码误码率低。率低。34A电端机电光转换光电转换电端机光端机光缆n电电光光转换转换：电电光二极管、激光二极管光二极管、激光二极管n光光电转换电转换：光：光电电二极管二极管n通信模式：模通信模式：模拟拟通信、数字通信通信、数字通信n模模拟拟通信：用模通信：用模拟电拟电信号信号调调制光制光强强度度n数字通信：用数字脉冲数字通信：用数字脉冲电电信号信号对对光光强强进进行行调调制。制。nPCM:脉冲脉冲编码调编码调制。制。35A无无线电线电信道信道n组组成：成：发发射机、射机、发发射天射天线线、自由空、自由空间间、接收天接收天线线、接收机。、接收机。类类似广播。似广播。n优优点：不需要点：不需要线线路，路，节节省材料，减少省材料，减少维维护护量。量。36A1.31.3远动远动系系统统的的结结构构n对对系系统统运行状运行状态态采集的数据不正确反映到采集的数据不正确反映到调调度中度中心，心，对调对调度人度人员员的抉的抉择择将会将会产产生促使生促使调调度人度人员员作作出出错误错误判断和抉判断和抉择择的影响。（的影响。（上行上行）n遥控、遥遥控、遥调调命令下达到系命令下达到系统统后信息不能保后信息不能保证证正确正确可靠，也将会可靠，也将会产产生十分生十分严严重的后果。（重的后果。（下行下行）n为为了保了保证电证电力系力系统远动统远动各种功能的可靠各种功能的可靠实现实现，远远动动系系统设备统设备的的结结构必构必须须合理合理。在各个。在各个环节环节上必上必须须要有一定的要有一定的技技术术措施做保障措施做保障。n远动远动系系统统的的准确性和可靠性准确性和可靠性十分重要，十分重要，远动远动技技术术事事实实上就是保上就是保证证“四遥四遥”准确可靠的技准确可靠的技术术。37A1 1、远动远动系系统统原理框原理框图图 YK/YTYK/YT信道编码调制解调器信道译码YC/YXYC/YX调制解调器信道编码信道译码YXYX采集采集YCYC采集采集YKYK执执行行YTYT执执行行调度端通道厂站端38A相关相关术语术语调调度中心：主站度中心：主站厂站：子站厂站：子站主站端的主站端的远动远动装置：前置机（装置：前置机（front-end prcessor）,作用：用来作用：用来缓缓冲和冲和处处理理输输入或入或输输出数据的出数据的处处理机。理机。一般需要有通信控制功能，并一般需要有通信控制功能，并应为应为双机配置。双机配置。厂站端的厂站端的远动远动装置：装置：远动终远动终端（端（RTU:remote terminal unit）39A远动远动系系统统配置的基本模式配置的基本模式点点对对点点(CDT.POLLING)(CDT.POLLING)多路点多路点对对点点多点星形多点星形(POLLING)(POLLING)多点共多点共线线多点多点环环形形40A远动远动系系统统基基础础上形成上形成调调度自度自动动化系化系统统基本功能：基本功能：SCADA系系统统。SC：监监控控DA：数据采集：数据采集AGC:自自动发电动发电控制控制EDC：经济调经济调度度高高级级功能：功能：PAS（电电力系力系统统高高级应级应用用软软件）件）拓扑分析拓扑分析状状态态估估计计负负荷荷预测预测在在线线潮流潮流安全分析安全分析DTS（调调度度员员培培训训模模拟拟）两者相加：两者相加：EMS41A分分级调级调度体制及度体制及优优点点我国采用国调、网调、省调、地调、县调五级分层调度体制。优点：减少信息传输量、减轻上级调度中心的负担。提高了响应速度和可靠性。减少设备投资。可扩展性好。42A分分级级的的调调度体制度体制国调：与网调控制中心相连，协调、确定大区网间的联络线潮流和运行方式，监视、统计全国电网运行情况。属于EMS。1、收集区网及有关省网的信息，监视大区电网的重要测点运行工况及全国电网运行概况。2、进行大区互联电网的潮流、短路、稳定、经济运行计算，并下达计算结果。3、做中长期安全、经济运行分析，提出对策。43A大区网调主要负责区内超高压网的安全运行，并按规定的发用电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。属于EMS。44A省调1 1、电电网数据的收集和网数据的收集和监监控，控，经济调经济调度、安全分析。度、安全分析。2 2、负负荷荷预测预测，制定开停机，制定开停机计计划和水火划和水火电经济调电经济调度度的日分配的日分配计计划、指划、指导导AGCAGC。3 3、地区、地区间间有关省网部分的供受有关省网部分的供受电电量的量的计计划划编编制和制和分析。分析。4 4、进进行管行管辖电辖电网的潮流、短路、网的潮流、短路、稳稳定、定、经济经济运行运行计计算，并下达算，并下达计计算算结结果。果。功能与网功能与网调调基本相同，基本相同，管管辖辖范范围缩围缩小小至本省高至本省高压压网，属于网，属于EMS。45A地区调度一般属于一般属于SCADA系系统统。1、本地区、本地区电电网的安全网的安全监监控。控。2、本地区有关站点的开关、本地区有关站点的开关远远方操作、方操作、变压变压器器分接分接头头的的调节调节、电电容器的投切。容器的投切。3、负负荷管理和自荷管理和自动动投切投切。46A县调1、数据采集、数据采集2、安全、安全监监控控3、功率、功率总总加加4、电电量量总总加加5、数据、数据转发转发6、负负荷管理荷管理47A第二章第二章 变变送器送器电力系统远动原理及技术48A为什么需要变送器？TRANSDUCERn一次系一次系统统：发发、变变、输输、配、用、配、用n特点：高特点：高电压电压、大、大电电流流n二次系二次系统统：为为了了测测量、保量、保护护、监视监视、控制一、控制一次系次系统统的各的各类类系系统统。n特点：低特点：低电压电压、小、小电电流（流（PT:100V CT:5APT:100V CT:5A）n现现代代远动远动系系统统一般一般为为数字数字计计算机系算机系统统，电压电压一般不超一般不超过过12V12V，功率不超，功率不超过过几百瓦。几百瓦。49A2.12.1概述概述将将电电力系力系统统的的电压电电压电流和有功无功等流和有功无功等电电气量气量线线性性的的转转化成化成05V05V等信号的器件称等信号的器件称为变为变送器。送器。1 1、变变送器的定送器的定义义一次系统（强电）二次系统（弱电）CT、PT（桥梁）变送器5A、100V到TTL电平的桥梁计算机系统（弱电）控制电缆220千伏：千伏：200m,330千伏：千伏：300m500千伏：千伏：500m总总长长：150-200kM50A变变送器性能指送器性能指标标-变变送器的送器的输输出出标标称称值值n国国标规标规定：按照不同定：按照不同输输出出类类型分型分为电为电流型、流型、电电压压型型n输输出出为电为电流的流的变变送器（送器（毫安毫安级级）：）：0-1mA 0-1mA、0-10mA 0-10mA、0-20mA 0-20mA、4-20mA 4-20mA、-1-0-1-0-1mA1mA、-5-0-5mA-5-0-5mA、-10-0-10mA-10-0-10mAn输输出出为电压为电压的的变压变压器（器（伏特伏特级级）：）：0-1V 0-1V、0-0-5V5V、0-10V 0-10V、-1-0-1V-1-0-1V、-5-0-5V-5-0-5V、-10-0-10-0-10V10V51A电压电压型型输输出与出与电电流型流型输输出的不同出的不同n在在传输传输距离很近距离很近的和的和干干扰扰微小微小的情况下，所引起的情况下，所引起的的误误差和信号差和信号稳稳定性上看，定性上看，电压电压型型输输出和出和电电流形流形输输出无明出无明显显差异。差异。n在在传输传输距离距离较远较远，并且，并且现场环现场环境境恶恶劣劣的情况下，的情况下，应优应优先先选选用用电电流型流型输输出，因出，因为电为电流型流型输输出的出的变变送送器相当于器相当于电电流源，流源，有有较较高的抑制分布在高的抑制分布在传输线传输线上上的外部磁的外部磁场场和静和静电场电场干干扰扰的能力的能力，并且，并且输输出出标标称称值值越大，抗干越大，抗干扰扰的能力越的能力越强强。52A2 2、变变送器技送器技术术分分类类变变送器技送器技术术包括两大包括两大类类：（1）直流）直流变变送器：送器：是指是指变变送器的送器的输输出出为为直流信号；直流信号；（2）交流）交流变变送器：送器：是指是指变变送器送器输输出出为为交流信号。交流信号。直流直流变变送器和交流送器和交流变变送器目前都在使用，但由于送器目前都在使用，但由于交流交流变变送器体送器体积积小、价格便宜，而且随着交流采小、价格便宜，而且随着交流采样样技技术术的不断的不断发发展展进进步，其精度越来越高，因此交流步，其精度越来越高，因此交流变变送器将逐送器将逐渐渐取代直流取代直流变变送器送器。53A直流直流变变送器送器54A交流交流变变送器送器55A2、变变送器性能指送器性能指标标-允允许过许过量量输输入入n分分为为连续过连续过量量输输入入和和短短时过时过量量输输入入。n连续过连续过量量输输入入为标为标称称值值或者上限或者上限值值的的120%120%n短短时过时过量量输输入，依据不同入，依据不同变变送器送器类类型、型、过过量量输输入持入持续时间续时间，过过量量输输入的入的间间隔隔时间时间不同而不同而不同，根据不同，根据实验实验确定。确定。n正常正常过过量量输输入情况下，精度入情况下，精度应该满应该满足要求。足要求。56A变变送器性能指送器性能指标标-输输出性能出性能n输输出出负载负载能力：能力：变变送器后需要送器后需要A/DA/D，采集等，采集等环节环节n输输出出纹纹波：有效波：有效值值不超不超过过输输出上限出上限的的0.3%0.3%，意味着意味着实际实际采集需要做平均。采集需要做平均。n输输出响出响应时间应时间：=400ms=400ms，0-90%0-90%（上升）或（上升）或者者100-10%100-10%（下降）（下降）57A变变送器性能指送器性能指标标-准确度、功耗准确度、功耗n等等级级：0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.50.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5n对应误对应误差差为为：+-+-等等级级/100/100n功耗：一般与其他功耗：一般与其他电电气气测测量量仪仪表表公用一个公用一个PT,CTPT,CT，这这些互感器的准确度与其二次些互感器的准确度与其二次负载负载有关，因此，有关，因此，为为防止互感器防止互感器过载过载，降低，降低测测量量综综合合误误差，差，应应尽量降低尽量降低变变送器的功耗。送器的功耗。58A变变送器性能指送器性能指标标-绝缘绝缘性能性能n对对象：多个象：多个输输入回路、外壳、入回路、外壳、输输出回路出回路n绝缘电绝缘电阻阻：各：各输输入回路与外壳之入回路与外壳之间间、各、各输输入入回路与回路与输输出回路之出回路之间间、各、各输输入回路之入回路之间间。用。用直流直流摇摇表表500V500V，持，持续续1 1分分钟钟，测测得的得的绝缘电绝缘电阻阻不不应应小于小于5M5M欧姆。欧姆。n耐耐压试验压试验：输输入回路与外壳、入回路与外壳、输输入回路之入回路之间间加交流加交流2000V2000V电压电压，1 1分分钟钟。输输出回路出回路对对外壳、外壳、输输入回路入回路对输对输出回路加交流出回路加交流500V500V电压电压，持，持续续1 1分分钟钟。59A2.22.2电电流流变变送器和送器和电压变电压变送器送器直流直流变变送器：互感器送器：互感器T T、整流、整流、滤滤波、波、输输出、出、补偿补偿电电流流变变送器并送器并联联分流分流电电阻将阻将电电流流转转化化为电压为电压信号（信号（下下图图中虚中虚线线部分部分）电电流流变变送器的送器的T T为电为电流互感器、流互感器、电压变电压变送器的送器的T T为电压为电压互感器互感器60A61A2 2、电电流流变变送器的作用送器的作用电电流流变变送器的作用送器的作用是将来自是将来自电电流互感器次流互感器次级级的的交流交流电电流流变换变换成成RTU RTU 可以可以处处理的交流或直流理的交流或直流信号。信号。电电流互感器流互感器CTCT的次的次级输级输出的交流出的交流电电流流经过变经过变送器中送器中的的电电流互感器（流互感器（变压变压器）器）LHLH。LH LH 的作用主要有两的作用主要有两个：一是降低个：一是降低输输入的交流入的交流电电流；另一方面就是将流；另一方面就是将输输入回路与入回路与变变送器回路在送器回路在电电气上隔离。气上隔离。62A硅硅钢钢片磁化曲片磁化曲线线（补偿补偿的作用）的作用）nH为为磁磁场场强强度，与原度，与原边边励磁励磁电电流流对应对应nB为为磁感磁感应应强强度，与副度，与副边电压边电压相相对应对应n原原边边与副与副边边不是不是线线性关系性关系63A5、变变送器的工作范送器的工作范围围n特点：特点：OAOA段是非段是非线线性、性、ABAB段基本上呈段基本上呈线线性、性、B B点以后点以后呈呈饱饱和状和状态态n即：即：当当输输入的被入的被测测交流交流电电流在零流在零值值附近或附近或较较小小时时，电电流互感器的流互感器的输输入入电电流和流和输输出出电压电压呈非呈非线线性关系；性关系；当当电电流流过过大大时时，使得，使得LHLH进进入入饱饱和区和区时时，也无法，也无法满满足足线线性关性关系。系。n处处理措施：理措施：零点附近的非零点附近的非线线性关系可以通性关系可以通过过一定的非一定的非线线性性补偿电补偿电路路进进行行补偿补偿，以保，以保证证其其线线性关系；性关系；对饱对饱和和区的区的处处理一般是通理一般是通过过限制限制变变送器的工作范送器的工作范围围，使其运，使其运行点不行点不进进入磁化曲入磁化曲线线的的饱饱和区。和区。64A6 6、交流、交流变变送器与直流送器与直流变变送器的比送器的比较较n上上图图中的中的红红色虚色虚线线将将变变送器送器电电路分成了两个部分。路分成了两个部分。n虚虚线线的右的右边边是是对对信号信号进进行整流、行整流、滤滤波波处处理的。如果我理的。如果我们们不是需要直流不是需要直流输输出，而只需要交流出，而只需要交流输输出，只需要将出，只需要将电电路路虚虚线线左左边边的部分适当加上一些的部分适当加上一些补偿电补偿电路即可。路即可。n由此看出，交流由此看出，交流变变送器比直流送器比直流变变送器的送器的电电路要路要简单简单得多得多。65A2 2、电压变电压变送器的作用送器的作用电压变电压变送器的作用送器的作用是将来自是将来自电压电压互感器（互感器（PTPT）次）次级级的交流的交流电压变换电压变换成成RTURTU可以可以处处理的信号（交流的或直理的信号（交流的或直流的，流的，电压电压或或电电流信号）。流信号）。电压变电压变送器是有一个送器是有一个电压电压互感器互感器YH和整流和整流电电路路组组的。的。电压电压互感器的作用也是两个方面：一是降低互感器的作用也是两个方面：一是降低输输入入电压电压，另一个是将，另一个是将变变送器回路和送器回路和输输入回路在入回路在电电气气上隔离开来。上隔离开来。66A3 3、电压变电压变送器的工作范送器的工作范围围如果需要的是交流如果需要的是交流输输出，将不需要后面的整出，将不需要后面的整流流电电路路。另另外外，一一般般情情况况下下，电电压压的的变变化化在在20%20%左右，不会左右，不会进进入零点附近的非入零点附近的非线线性区，性区，因此，在因此，在电压变电压变送器中不需要非送器中不需要非线线性性补偿电补偿电路。路。67A2.32.3功率功率变变送器送器单单相有功相有功变变送器送器n功能：功能：实现电压电实现电压电流乘流乘积积的平均的平均值值（直流分量）（直流分量）n部件：主要由乘法器、低通部件：主要由乘法器、低通滤滤波构成波构成n推推导导：u=1.414 U sin(u=1.414 U sin(t+)t+)，i=1.414 I sin(t)i=1.414 I sin(t)n所以，瞬所以，瞬时电时电流流电压电压乘乘积积的的平均的的平均值为值为：n 1/Tuidt=UIcos=1/Tuidt=UIcos=有功功率有功功率n所以：所以：单单相有功相有功测测量只要将瞬量只要将瞬时电时电流流电压电压乘乘积积（乘法器）（乘法器）后后取平均（低通取平均（低通滤滤波）波）值值即可。即可。68A单单相无功相无功变变送器送器n与与单单相有功相有功变变送器送器类类似，似，多一个多一个电电流移相流移相电电路路n功能：功能：实现电压实现电压与超前与超前9090电电流乘流乘积积的平均的平均值值（直流分量）（直流分量）n部件：主要由乘法器、低通部件：主要由乘法器、低通滤滤波、移相波、移相电电路路n推推导导：u=1.414 U sin(u=1.414 U sin(t+)t+)，i=1.414 I sin(ti=1.414 I sin(t+90+90)n所以，瞬所以，瞬时电时电流流电压电压乘乘积积的的平均的的平均值为值为：n 1/Tuidt=UIsin 1/Tuidt=UIsin=无功功率无功功率n所以：所以：单单相无功相无功测测量只要将瞬量只要将瞬时电时电流流移相移相后与后与电压电压乘乘积积再取再取平均平均值值即可即可n需要注意：移相需要注意：移相电电路在路在频频率不率不为为5050赫赫兹时兹时会有会有误误差。差。69A三相功率的三相功率的测测量量n三相三相总总功率各相功率之和。因此功率各相功率之和。因此对对于三于三相功率的相功率的测测量最量最简单简单的方法就是用三的方法就是用三组组合式，即用合式，即用三个三个单单相相功率功率变变送器的送器的测测量量值值用加法器相加即可以得到三相功率。用加法器相加即可以得到三相功率。n有没有更加有没有更加节节省元件的省元件的测测量方法？量方法？70A电电路接路接线线方式方式n三相三三相三线线制：制：abcabc三相端三相端线线。主要用于。主要用于输电输电系系统统，输电输电系系统统一般三相平衡，中性一般三相平衡，中性线线中没中没有有电电流，流，节节省省线线路材料。路材料。n三相四三相四线线制：制：abcabc三相端三相端线线+中性中性线线。配。配电电系系统统如果不能做到三相平衡，中性如果不能做到三相平衡，中性线线中有中有电电流流流流过过，因此必，因此必须须用中性用中性线线。n结论结论：三相四：三相四线线制制时时，三相，三相电电流之和一般不流之和一般不为为0.0.71A2.3.12.3.1三相有功功率三相有功功率测测量量 当供当供电电方式方式为为三相三三相三线时线时，可以用两元件法，可以用两元件法测测量，量，节节省一个元件。省一个元件。两元件法两元件法测测量有功功率量有功功率这这种接种接线线法是指三相功率法是指三相功率变变送器中，一个功率送器中，一个功率测测量元件的量元件的输输入交流入交流电压电压UABUAB，输输入交流入交流电电流流为为IAIA。另一个功率。另一个功率测测量元件量元件的的输输入交流入交流电压为线电压电压为线电压UCBUCB，输输入交流入交流电电流流为为ICIC。72A1 1、三相有功功率、三相有功功率测测量接量接线图线图2.42.4W1W2ABC73A2 2、三相有功功率、三相有功功率测测量向量量向量图图2.42.4ICUCBUCIBUBIAUAUAB233030174A设设两个功率两个功率测测量元件量元件测测得的功率得的功率为为P1P1、P2P2，则则由向量由向量图图可得：可得：因此：因此：3 3、有功、有功测测量公式推量公式推导导（1 1）75A3、有功测量公式推公式推导导（2 2）变变送器所送器所测测得的三相有功功率得的三相有功功率值值P P，为为两个两个测测量量元件元件测测得的有功功率得的有功功率值值P1P1和和P2P2的代数和，即：的代数和，即：P=P1+P2 P=P1+P2 如果三相如果三相电压对电压对称，称，则则：U UABAB=U=UCBCB=1.732*U=1.732*UA A=1.732*U=1.732*UB B=1.732*U=1.732*UC C =1.732*U=1.732*U 书书上印刷上印刷错误错误2-176A3、有功有功测测量公式推量公式推导导（3 3）由此可将（由此可将（2-12-1）式）式进进一步运算，可得：一步运算，可得：当三相当三相电电流不流不对对称称时时，根据三相三，根据三相三线线制制电电路的特路的特点，点，I IA A、I IB B、I IC C之和之和为为0 0，在向量，在向量图图上反映上反映为电为电流流I IA A、I IB B、I IC C对电压对电压U UB B的投影之和的投影之和为为0 0（任意投影也（任意投影也为为0 0），），即：即：I IA A cos(60+1)+I cos(60+1)+IC C cos(60-3)-I cos(60-3)-IB Bcos2=0cos2=077A3、有功有功测测量公式推量公式推导导（4 4）经经数学数学计计算后，可得（算后，可得（2-42-4）式：）式：将（将（2-32-3）代入（）代入（2-22-2）可得：）可得：（2-42-4）78A4 4、有功、有功测测量公式推量公式推导结论导结论式式(2-4)(2-4)表示，用以上的两元件法表示，用以上的两元件法测测量有功量有功功率，功率，在在负载负载端的端的电电流流对对称或不称或不对对称的情称的情况下，况下，均不会均不会产产生生测测量量误误差。同差。同样样可以可以证证明，明，在在电压电压不不对对称的情况下称的情况下，用两元件法，用两元件法测测量三相功率量三相功率时时，也不会，也不会产产生生测测量量误误差。差。79A2.3.22.3.2 三相无功功率的三相无功功率的测测量量移相法移相法测测量：量：根据根据1 1：三相无功等于：三相无功等于单单相无功之和（无功是相无功之和（无功是标标量）量）根据根据2 2：单单相无功可以用相无功可以用单单相有功的相有功的测测量接量接线线加加电电流超前移流超前移相相9090度。度。做法：与前述三相有功做法：与前述三相有功测测量接量接线线一致。三元件（一致。三元件（4 4线线制）或制）或者两元件（者两元件（3 3线线制）法都可以。制）法都可以。优优点：不点：不论负载电压论负载电压、电电流是否流是否对对称，此方法均不会有称，此方法均不会有误误差。差。缺点：缺点：频频率偏离率偏离额额定定值时值时，有，有误误差。差。对应书对应书上上“我国我国电电网网的的频频率波率波动动比比较较大大”。1 1、三相无功的、三相无功的测测量方法量方法80A2.3.22.3.2 三相无功功率的三相无功功率的测测量量不移相不移相测测量的方法：量的方法：n一元件跨相一元件跨相n二元件跨相二元件跨相n三元件跨相三元件跨相n跨相：跨相：电电流相与流相与电压电压相不相关相不相关n优优点：与点：与频频率是否偏差无关率是否偏差无关1 1、三相无功的、三相无功的测测量方法量方法81A2.3.22.3.2 三相无功功率的三相无功功率的测测量量1 1、单单元件法元件法W1ABCn跨相：跨相：A相相电电流与流与BC相相电压电压82A2.3.22.3.2 三相无功功率的三相无功功率的测测量量ICUCIBUBIAUA231UBC83A单单元件元件n前提：前提：电电流流电压电压完全完全对对称（称（90-）(UBC*IA=UI)（UI为线电压为线电压、电电流）流）nP1=UBC*IA*COS(90-)=UI*SIN (根根据前述据前述单单相有功的推相有功的推导导)nQ=1.732*UI*SIN =1.732*P1n两者之两者之间间只差一个常系数，可以用只差一个常系数，可以用单单元件元件测测量的量的值值描述三相无功的描述三相无功的值值。n系数：真系数：真实实物理量与数字量之物理量与数字量之间间的的对应对应关系由多个关系由多个系数的乘系数的乘积积构成。此系数是其中一个。构成。此系数是其中一个。84A2.3.22.3.2 三相无功功率的三相无功功率的测测量量1 1、两元件法、两元件法(书书上上)W1ABCW285A2.3.22.3.2 三相无功功率的三相无功功率的测测量量ICUCIBUBIAUA231UBCn前提：前提：电电流流电压电压完全完全对对称称nP1=UBC*IA*COS(90-P1=UBC*IA*COS(90-)=UI*SIN)=UI*SIN nP2=UAB*IC*COS(90-P2=UAB*IC*COS(90-)=UI*SIN)=UI*SIN nQ=1.732*UI*SIN Q=1.732*UI*SIN n两者之两者之间间只差一个常系数。只差一个常系数。UAB86A3 3、无功、无功测测量公式推量公式推导结论导结论负载负载不不对对称称误误差差：当系：当系统统不不对对称称时时，这这种种测测量方法量方法会会产产生生较较大的大的误误差。差。相位相位误误差：差：n电压电压互感器互感器绕组绕组的的交流阻抗交流阻抗会使初会使初级绕组级绕组的的输输入入电压电压与次与次级绕组级绕组的的输输出出电压电压之之间产间产生相位差，从生相位差，从而出而出现现角角误误差。差。n在在电电流互感器的初流互感器的初级输级输入和次入和次级输级输出之出之间间，也同，也同样样有角有角误误差存在。差存在。因此，一般在因此，一般在变变送器前送器前应进应进行相位行相位补偿调节补偿调节。87A三元件法三元件法n元件接法元件接法类类似似n推推导过导过程程类类似似n精确程度：精确程度：仅仅需要需要电压对电压对称称或者或者电电流流对对称称88A功率功率变变送器的送器的电电路原理路原理n乘法器乘法器:P=UIcos=(P=UIcos=(ui dt)/T Q=ui dt)/T Q=n加法器加法器:P=Pa+Pb+Pc Q=P=Pa+Pb+Pc Q=n整流整流滤滤波波电电路路:获获得平均得平均值值(直流直流)89A有功有功测测量方法量方法n三相三三相三线时线时：三元件三元件（三个（三个单单相有功相有功测测量，量，没有没有误误差、但是多一个元件）、差、但是多一个元件）、两元件两元件法法（没有（没有误误差，差，书书上的介上的介绍绍、且省一个元件）、且省一个元件）都可以。都可以。n三相四三相四线时线时：三元件法可以，两元件法不成：三元件法可以，两元件法不成（三相（三相电电流之和不再流之和不再为为0 0，推，推导导前提不存在）前提不存在）n对对于于输电输电系系统统而言，有功而言，有功测测量可以用两元件量可以用两元件法最法最优优。90A无功测量方法n三元件（移相：三元件（移相：电电流超前流超前9090度，适用三相三度，适用三相三线线或四或四线线）、两元件（移相，适用于三、两元件（移相，适用于三线线制）、制）、均可以均可以测测量量-频频率率误误差差(没有没有电电路路对对称要求称要求)n此外，此外，还还有：有：n单单元件跨相：元件跨相：电电路完全路完全对对称称n两元件跨相：两元件跨相：电电路完全路完全对对称（称（书书上）上）n三元件跨相：三元件跨相：电电路路电压对电压对称称或者或者电电流流对对称称n注意：注意：电电路路对对称称时时，三相三，三相三线线和三相四和三相四线线是等是等价的。价的。91A变变送器送器总结总结n必要性：必要性：强强电电（100V、5A）与与弱弱电电（TTL）的的结结合部合部n作用：降低作用：降低输输入量（入量（电压电压、电电流），流），电电气隔离气隔离n分分类类：直流、交流直流、交流n共同部分：互感器共同部分：互感器n互感器重点：磁化曲互感器重点：磁化曲线线（线线性、非性、非线线性）性）n功率功率变变送器：同送器：同时时引入引入电电流流电压电压，经过经过不同接不同接线线方式方式n跨向：跨向：电电流、流、电压电压不同相不同相n无功无功测测量的量的误误差：系差：系统统不不对对称称解决：移相（解决：移相（频频率）率）n发发展展趋势趋势、原因？、原因？92A