电力系统远动技术概述

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,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,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,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 。,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,(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20KHZ60KHZ,数字通信传输方式,串行传输，并行传输,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,直通方式和交换方式 （需交换机）,同步通信和异步通信,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,。,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log2M bit，所以码元速率Rs和信息速率Rb之间的关系为,如每秒钟传送2400个码元，则码元速率为2400 baud；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,2. 误码率,异步传输和同步传输,1. 异步通信,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,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),s,m,c,R,数字信号的调制,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,2. 频率键控(FSK)（非相干解调）,2. 频率键控(FSK)（非相干解调）,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,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,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,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）,二维奇偶监督码,字 符 码 字,码 字,0 0 0 0 1 1 1,0 0 0 0 1 1 0,0 0 0 0 1 0 1,0 0 0 0 1 0 0,0 0 0 0 0 1 1,0 0 0 0 1 1 1 1,0 0 0 0 1 1 0 0,0 0 0 0 1 0 1 0,0 0 0 0 1 0 0 1,0 0 0 0 0 1 1 0,校 验 字 符,0 0 0 0 0 1 1 0,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,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,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,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,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（World FIP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,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。,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,局域网信息传输,局域网(Local Area Networks，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,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,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(Energy Management System，EMS)。,远动终端(Remote Terminal Unit，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,电网监控系统简图,远动装置的基本构成,远动装置的软件结构,RTU原理框图,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）,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,3. 脉冲遥测量的采集,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；,应有指示断路器控制回路完好性的监视信号；,在满足以上基本要求的前提下，应力求简单、可靠,。,1.控制开关,控制开关又称为“万能转换开关”，是电气工作人员对断路器进行分、合闸控制的操作元件。,目前变电所多采用LW2型控制开关，它共有六个位置：,预备操作位置：,“预备合闸”和“预备跳闸”,操作位置：,“合闸”和“跳闸”,固定位置：,“合闸后”和“跳闸后”,合闸操作顺序：预备合闸合闸合闸后,跳闸操作顺序：预跳备闸跳闸跳闸后,LW2型控制开关的触点图表。,防跳回路,作用：防止运行人员手动合闸断路器于故障线路上，断路器又被继电保护装置动作于跳闸后，断路器会出现多次连续跳、合闸的跳跃现象。,KCF为防跳继电器，它有两个线圈：一个是电流启动线圈KCFI，接在跳闸回路中；另一个是电压保持线圈KCFU，通过本身的一个常开触点KCF1接入合闸回路。,继电保护回路,断路器控制回路图,遥信量采集单元,断路器、隔离开关的位置状态，传送继电保护、自动装置的动作状态，以及系统、设备等运行状态信号，如厂站端事故总信号，发电机组开、停状态信号以及远动终端、通道设备的运行和故障等,带时限电流速断保护原理图,遥调量输出单元,RTU“四遥”单元设计原理,遥测量采集单元,1.,模拟遥测量,（A/D转换型、电压-频率转换型）,2. 数字遥测量的采集,3. 脉冲遥测量的采集,遥信量采集单元,遥控量输出单元,遥调量输出单元,第六节 电力系统远动通信规约,定义:,收发两端需预先对数码传输速率、数据结构、同步方式等进行约定，两侧设备应符合并遵守这些约定，称为通信规约,RTU与调度中心通信的特点,距离远,实时性强（用允许传送时间来表示）,可靠性高,第六节 电力系统远动通信规约,远动规约主要有两种：循环式远动规约和问答式远动规约,循环式远动规约：,以厂站端RTU为主，不断循环向调度中心上报现场数据的远动数据传输规约。在厂站端与调度中心的远动通信中，RTU周而复始的按一定规则向调度中心传送各种信息。,循环式远动规约的特点,数据格式在发送端与接受端事先预定好，按时间顺序连续循环发送；,允许多个从站和多个主站间数据传送，但必须采用全双工方式，且只能采用点对点方式连接；,重要数据发送周期短，实时性强，一般数据发送周期长，主站对其响应慢；,数据传送以现场端为主，因此若发生暂时性通讯失败，当通讯恢复时，未发送的数据仍有机会上报,容量大，可传送152路遥信量，256路遥测量,第六节 电力系统远动通信规约,问答式远动规约：,以调度中心为主的远动数据传输规约。调度中心按一定规则向厂站端发出各种询问报文，RTU必须在规定的时间内应答，否则视为本次通信失败。,通信信道可以是双工或半双工、信息传输为异步传输方式,第六节 电力系统远动通信规约,循环式(Cyclic Digital ransmission，CDT),远动规约,(1) 同步字。同步字按通道传送顺序分为三组EB90H，即1110、1011、1001、0000、.。,(2) 控制字。控制字共有六个字节(6 B)，, 控制字节：,E扩展位，当E=0时，使用标准的定义帧类别；当E=1时，帧类别可另行定义，以便扩展功能。,L帧长定义位，当L=0时，表示本帧没有信息字；当L=1时，表示本帧有信息字。,S源站址定义位，S=1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。,D目的站址定义位。D=1表示目的站址字节有内容，即代表信息到达站的站号；D=0表示目的站址字节内容为FFH，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S=0，D=0，则表示源站址和目的站址无意义, 帧类别,帧类别代号,定,义,上行,E=0,下行,E=0,61H,重要遥测,(A,帧,),遥控选择,C2H,次要遥测,(B,帧,),遥控执行,B3H,一般遥测,(C,帧,),遥控撤销,F4H,遥信状态,(D1,帧,),升降选择,85H,电能脉冲计数值,(D2,帧,),升降执行,26H,事件顺序记录,(E,帧,),升降撤销,57H,设定命令,7AH,设置时钟,0BH,设置时钟校正值,4CH,召唤子站时钟,3DH,复归命令,9EH,广播命令, 信息字数,n,。表示该帧中所含信息字数量，,n,=0表示无信息字,(3) 信息字,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,功能码有256个(00HFFH)，分别代表不同的信息用途,功能码代号,字,数,用,途,信,息,位,数,容,量,00H,7FH,128,遥测,16,256,80H,81H,2,事件顺序记录,64,4096,82H,83H,(,备用,),84H,85H,2,子站时钟返回,64,1,86H,89h,4,总加遥测,16,8,8AH,1,频率,16,2,8BH,1,复归命令,(,下行,),16,16,8CH,1,广播命令,(,下行,),16,16,8DH,92H,6,水位,24,6,93H,9FH,(,备用,),A0H,DFH,64,电能脉冲计数器,32,64,E0H,1,遥控选择,(,下行,),32,256,E1H,1,遥控返校,32,256,E2H,1,遥控执行,(,下行,),32,256,E3H,1,遥控撤消,(,下行,),32,256,E4H,1,遥控选择,(,下行,),32,256,E5H,1,升降返校,32,256,E6H,1,升降执行,(,下行,),32,256,E7H,1,升降撤销,(,下行,),32,256,E8H,1,设定命令,(,下行,),32,256,E9H,1,(,备用,),32,256,EAH,1,(,备用,),32,256,EBH,1,(,备用,),ECH,1,子站状态信息,8,1,EDH,1,设置时钟校正值,(,下行,),32,1,EEH,EFH,2,设置时钟,(,下行,),64,1,F0H,FFH,16,遥信,32,512,2. 问答式(polling)远动规约简介,按照问答式远动规约DL/T 63497要求，其帧格式有两种：可变帧长帧格式和固定帧长帧格式,可变帧长帧格式,其中控制域：,问答式远动规约功能码：,功能码序号,帧,类,型,业,务,功,能,帧计数有效位,FCV,0,发送,/,确认帧,复位远方链路,0,1,发送,/,确认帧,复位远动终端的用户进程,(,撤销命令,),0,2,发送,/,确认帧,用于平衡式传输过程测试链路功能,3,发送,/,确认帧,传送数据,1,4,发送,/,无回答帧,传送数据,0,5,(,备用,),6,、,7,制造厂和用户协商后定义,8,请求,/,响应帧,响应帧应说明访问要求,0,9,请求,/,响应帧,召唤链路状态,0,10,请求,/,响应帧,召唤用户一级数据,1,11,请求,/,响应帧,召唤用户二级数据,1,