配電網(wǎng)自動化課件(02).ppt

2.3 配電網(wǎng)中的通信系統(tǒng),2.3.1 配電網(wǎng)自動化對通信系統(tǒng)的要求 (1)通信可靠性 (2)通信系統(tǒng)的投資 (3)通信速率 (4)通信系統(tǒng)的工作模式 (5)通信不受停電影響 (6)通信系統(tǒng)的使用與維護(hù)方便性,2.3.2 應(yīng)用于配電網(wǎng)中的多種通信方式,2.3.1 配電網(wǎng)自動化對通信系統(tǒng)的要求 (1)電力線載波(power line communica-tion plc) (2)電話專線 (3)無線通信系統(tǒng) (4)光纖通信 (5)現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)通信,2.3.3 配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)的組成,2.4 scada的基本概念,scada系統(tǒng)： supervisor control and data acquisition的縮寫，即監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集的意思。 作用：完成遠(yuǎn)方現(xiàn)場的運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)的監(jiān)視、對工藝流程進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)的監(jiān)視和遠(yuǎn)方操作控制、調(diào)節(jié)等任務(wù),并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù),配電網(wǎng)scada系統(tǒng)的特點(diǎn),(1)配電網(wǎng)一般是樹枝狀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)分散、點(diǎn)多、每點(diǎn)信息量少，采集信息比輸電網(wǎng)困難。 (2)配電網(wǎng)設(shè)備多，數(shù)據(jù)量一般比輸電網(wǎng)多出一個(gè)數(shù)量級。 (3)配電網(wǎng)的操作頻率高，因此要求采集的信息應(yīng)能反應(yīng)配電網(wǎng)故障。 (4)低壓配電網(wǎng)為三相不平衡網(wǎng)絡(luò)，因此無論在計(jì)算上還是在scada圖形監(jiān)視上，都與輸電網(wǎng)不盡相同。 (5)對配電網(wǎng)而言，需要有建立在scada系統(tǒng)之上的具有故障隔離能力及恢復(fù)供電能力的自動操作軟件。 (6)配電網(wǎng)因其點(diǎn)多面廣，配電網(wǎng)scada系統(tǒng)對通信系統(tǒng)提出了比輸電網(wǎng)更高的要求。 (7)配電網(wǎng)直接連接用戶，使得配電網(wǎng)scada系統(tǒng)的創(chuàng)建、維護(hù)、擴(kuò)展工作量非常巨大。,2.4.1 scada的基本功能,（1）數(shù)據(jù)的收集與監(jiān)控（遠(yuǎn)動功能） 1)遙遠(yuǎn)測量(yc )(telemetering） 2)遙遠(yuǎn)信號(yx )( telesigmat，teleindica-tion)。 3)遙遠(yuǎn)控制(yk )( teleswitching)。 4)遙遠(yuǎn)調(diào)節(jié)(yt)(teleadjusting)。,2.4.1 scada的基本功能,（2）各種處理功能、人機(jī)界面要求 scada級的各種功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、事件順序記錄處理、事故追憶處理、網(wǎng)絡(luò)作色處理、報(bào)表及告警處理等十多種處理功能，以及數(shù)據(jù)庫管理功能。作為一個(gè)完整的功能系統(tǒng)，還必須有功能完善的人機(jī)界面要求。 在建立遠(yuǎn)動系統(tǒng)后，還要建立調(diào)節(jié)與控制處理功能及各種數(shù)據(jù)管理功能，才能構(gòu)成功能完備的scada系統(tǒng)。,2.4.2 scada中運(yùn)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),圖2.9 運(yùn)動裝置的功能結(jié)構(gòu)框圖,（2）微機(jī)運(yùn)動系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖,2.4.3 抗干擾編碼的基本概念,信息在傳送的過程中，受到干擾會發(fā)生差錯，降低通信的可靠性。為提高所傳送信息的可靠性，采取專門的編碼方式，以提高其抗干擾能力。 抗干擾編碼：通過編碼對要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行改造，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有一定的規(guī)律性和相關(guān)性，當(dāng)干擾破壞了碼字的部分結(jié)構(gòu)時(shí)，仍能根據(jù)碼字原有的規(guī)律性和相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)甚至糾正錯誤。也稱為信道編碼、差錯控制。 抗干擾編碼的一般方法：對要傳送的數(shù)據(jù)信息序列按照某種規(guī)律，添加一定的校驗(yàn)碼元（監(jiān)督位），由信息序列和校驗(yàn)碼構(gòu)成一個(gè)有抗干擾能力的碼字。,2.4.3 抗干擾編碼的基本概念,(1)抗干擾碼的抗干擾原理、奇偶校驗(yàn)碼 1)若按一定方式，只取長度為n的部分碼元組合為許用碼字，另一部分則為無用碼字。 檢錯：在傳輸許用碼字時(shí)，若因干擾許用碼字變成無用碼字，接收端解碼后，不予認(rèn)可。 糾錯：當(dāng)在一定出錯范圍內(nèi)，將出錯后形成的無用碼字按一定的數(shù)學(xué)方法還原為某一許用碼字。 若受干擾后，可能是多個(gè)碼元同時(shí)出錯，以致原來傳送的許用碼字可能恰好變成另一個(gè)許用碼字，接受解碼后，并不能識別這種錯誤。課件差錯檢測技術(shù)只能在一定錯誤范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)檢錯或糾錯。,2.4.3 抗干擾編碼的基本概念,2) 奇偶校驗(yàn)碼是一個(gè)（n，n1）分組碼，它的編碼規(guī)則是在 n1 位有效數(shù)據(jù)位的后面，添加一位奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)碼元，使每個(gè)碼字中“1”碼元的個(gè)數(shù)恒為奇數(shù)或偶數(shù)。 設(shè)碼字cn-1，cn-2，c1，c0，其中cn-1，cn-2，c1 為數(shù)據(jù)位， c0 為校驗(yàn)碼元（監(jiān)督位）。當(dāng)碼字中的“1”碼元的個(gè)數(shù)恒為偶數(shù)時(shí)（偶校驗(yàn)），滿足： 或： 這種碼稱為偶校驗(yàn)碼。由此可知：偶校驗(yàn)碼的校驗(yàn)碼元等于數(shù)據(jù)碼元的模 2 和；,2.4.3 抗干擾編碼的基本概念,如果碼字中“1”的個(gè)數(shù)恒為奇數(shù)（奇校驗(yàn)），則滿足： 或 這種碼稱為奇校驗(yàn)碼，奇校驗(yàn)碼的校驗(yàn)碼元等于數(shù)據(jù)碼元的模2和再取非。 奇偶校驗(yàn)碼是應(yīng)用的最多的一種抗干擾編碼方式，最大的好處是實(shí)現(xiàn)簡單，編碼效率高，其編碼效率為： 但奇偶校驗(yàn)碼的檢錯能力較差，不能糾錯。當(dāng)接收碼字錯奇數(shù)個(gè)碼元時(shí)，它能夠監(jiān)測出有錯碼，但不能分辯究竟是哪一位碼元發(fā)生錯誤；若接收碼字錯偶數(shù)個(gè)碼元時(shí)，則其失去檢錯能力，會誤判為碼字中沒有錯誤發(fā)生。,2.4.3 抗干擾編碼的基本概念,(2)分組碼的概念 分組碼可用c(n,k)表示。c為碼字簡寫，k表示帶有信息的碼元位數(shù)，n為碼字長度，即碼字的總碼元數(shù)。而r=n-k位稱為監(jiān)督碼元的位數(shù)。這r位碼元不帶信息，即冗余校驗(yàn)碼元。當(dāng)這r位碼元均由k位信息碼元通過規(guī)定的算法運(yùn)算得出時(shí)，這種分組碼稱為線性分組碼。前述的奇偶校驗(yàn)碼顯然是一種線性分組碼。,2.4.3 抗干擾編碼的基本概念,(3)循環(huán)碼及其校驗(yàn)方法 1)可供作遠(yuǎn)動系統(tǒng)構(gòu)成抗干擾碼的方法有多種,主要為線性分組碼中的循環(huán)碼。 2)循環(huán)碼的監(jiān)督碼元產(chǎn)生方法。 3)檢驗(yàn)方法。,2.5 rtu的信息采集,遠(yuǎn)動系統(tǒng)中yc，yx的信號輸入回路即其信息采集回路，有其共通性：yc，yx 的信息采集在rtu端完成。 yc，yx的輸入信號有三類：被測的模擬量、設(shè)備的狀態(tài)量及數(shù)字量。當(dāng)今的電能計(jì)量及某些需要觀測的非電量，例如水電廠的水位均是以數(shù)字量的方式輸入rtu。,2.5.1 狀態(tài)量及數(shù)字量的輸入,(1)狀態(tài)量(開關(guān)量) 1)遠(yuǎn)動系統(tǒng)中的狀態(tài)量是指設(shè)備運(yùn)行的開或停狀態(tài)，投入、切除狀態(tài)，動作、非動作狀態(tài)。因此，狀態(tài)量就是開關(guān)量，一位二進(jìn)制數(shù)就可以表示某一設(shè)備的狀態(tài)。 2)狀態(tài)量的輸入均采用并行方式，即一個(gè)8位輸入接口可并行接收8個(gè)設(shè)備的狀態(tài)量輸入回路 (2)數(shù)字量(脈沖累計(jì)量) 遠(yuǎn)動系統(tǒng)中的一類輸入為串行的數(shù)字量，或稱脈沖累計(jì)量?，F(xiàn)在主要是作為電能計(jì)量的輸入方式，這包括需要傳送的有功電能量與無功電能量。,2.5.2 模擬量的采集,(1) 變送器 遠(yuǎn)動系統(tǒng)中，需要傳送的yc被測量都是模擬量。模擬量可分電壓、電流、功率等電量和溫度、壓力等非電量兩類。 計(jì)算機(jī)室通過a/d轉(zhuǎn)換，將被測模擬量轉(zhuǎn)換位數(shù)字量。因此被測模擬量值應(yīng)首先線性地轉(zhuǎn)換為在選用的a/d的量程范圍內(nèi)的值。為了便于表達(dá)，將把測量轉(zhuǎn)換成a/d的器件統(tǒng)稱為變送器。變送器的輸出可為直流電壓或直流電流值。當(dāng)為直流電流值時(shí)，輸入到a/d輸入端口前應(yīng)線性地變換為直流電壓值。故進(jìn)入a/d變換的還是直流電壓。,2.5.2 模擬量的采集,(2)a/d轉(zhuǎn)換及其通道 rtu需要傳送的yc量不止一個(gè)，而是多個(gè)。但通常a/d轉(zhuǎn)換器只是一個(gè)，因此，可能采用的輸入通道有以下兩種形式,2.5.2 模擬量的采集,上圖給出的通道結(jié)構(gòu)中，輸入的模擬量均是經(jīng)變送器后的輸出量。圖(a)方式中，各路模擬量均有各自的s/h，因此，s/h的捕捉時(shí)間可以忽略。各模擬量被采樣時(shí)，認(rèn)為是同時(shí)的。 圖(b)采用了公用的s/h，節(jié)省硬件。因此，在啟動a/d轉(zhuǎn)換之前，必須考慮s/h的捕捉時(shí)間，只有當(dāng)s/h中的保持電容的充放電過渡過程結(jié)束后才允許啟動a/d轉(zhuǎn)換電路，因而速度較圖(a)所示結(jié)構(gòu)慢。多路開關(guān)中各個(gè)通道的模擬量并不是以同一時(shí)刻的量被采集。故當(dāng)有多個(gè)被測量要測量，采用圖(b)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)注意這種不同時(shí)性應(yīng)在允許范圍內(nèi)。,2.5.2 模擬量的采集,(3)被測量的限值及死區(qū)的概念 每個(gè)被測的模擬量都是規(guī)定的限值。以新定值或給定值作為標(biāo)準(zhǔn)，則每一個(gè)被觀測量均可設(shè)定下下報(bào)警值、警告值及零值與死區(qū)，如下圖所示。,1)上下限報(bào)警值：說明被測量已越過正常運(yùn)行范圍而報(bào)警，此時(shí)必須進(jìn)行人工或自動干預(yù)，盡可能使被測量對應(yīng)的運(yùn)行恢復(fù)或作其他相應(yīng)處理。,1.1.2 配電網(wǎng)的特點(diǎn),配電網(wǎng)特點(diǎn) 配電網(wǎng)地域比較集中 電壓等級低、級數(shù)多 單條饋電線傳輸功率和距離一般均不大 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣、復(fù)雜 中性點(diǎn)接地方式不同 10kv饋電線既有電纜線路，又有架空線路，增加運(yùn)行和分析的復(fù)雜性,2.5.2 模擬量的采集,2)上下限警告值：提醒運(yùn)行人員，該被測量已越過允許正常運(yùn)行范圍，應(yīng)采取相應(yīng)調(diào)控措施。 3)零值與死區(qū)：零值表明被測量對應(yīng)的狀態(tài)與給定值或額定值相同。而死區(qū)的設(shè)置表明，當(dāng)被監(jiān)測值進(jìn)入設(shè)定死區(qū)范圍，均認(rèn)為被測量為零值。死區(qū)的設(shè)置時(shí)必要的，因?yàn)閷?shí)際運(yùn)行狀態(tài)下，被測量始終是被動的，故若不設(shè)定死區(qū)，則被測量在零值附近的任何微小波動，均被視為是被測量值的更新值，遙測信息也將不停地變動其結(jié)果，這往往是沒有必要的，甚至可能引發(fā)不必要的事件處理過程。為此，設(shè)置一定的死區(qū)，方便檢測。,2.5.2 模擬量的采集,(4)標(biāo)度變換 1) a/d轉(zhuǎn)換電路確定后，則任一被測量均應(yīng)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)量程內(nèi)，因而可能出現(xiàn)完全不同的兩個(gè)被測量，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后，得到相同的轉(zhuǎn)換結(jié)果，例如圖2.14所示的一個(gè)電壓和兩個(gè)電流量的a/d變換過程。,2.5.2 模擬量的采集,2)標(biāo)度變換的方法是將a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果乘以一個(gè)變換系數(shù)s。 式(2.7)的含意是：a/d轉(zhuǎn)換后，數(shù)字量的最低位相當(dāng)于多大的被測量真實(shí)值。對應(yīng)圖2.14有：,2.5.3 交流采樣,(1)概述 交流采樣是指直接對交流電流、電壓波形進(jìn)行采樣，因此，可以對被測電量的波形進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)性好。且有功功率，無功功率可通過采取的u，i值進(jìn)行計(jì)算求得，并可以進(jìn)行諧波分析。 (2)采樣過程 交流采樣的通道結(jié)構(gòu)如圖2.15所示，假設(shè)每路被測量各自有其s/h，交流電流的ta副邊接入電阻r，以取得需要的電壓值。,圖2.15 交流采樣通道結(jié)構(gòu),圖2.16 采樣過程,2.5.3 交流采樣,(3)測量值的計(jì)算 1)設(shè)每一個(gè)工頻周期對每一個(gè)被測量采樣n點(diǎn)，則電流、電壓有效值分別為： 式中，i(n)，u(n)為分別對應(yīng)第n點(diǎn)的電流、電壓采樣值。 n2li(或2lu)，li(lu)為電流(電壓)信號中的最高諧波次數(shù)(或需考慮到的最高諧波次數(shù))，一般取li=lu=l。,2.5.3 交流采樣,2)有功功率、無功功率計(jì)算 單相有功功率： 三相有功功率： 三相視在功率: 三相無功功率:,2.5.3 交流采樣,3)利用離散傅里葉變換，可以求出次數(shù)在li(lu)及以下的諧波電流(電壓)值。 (4)工頻鎖相的概念 上述每工頻周期采樣n次是以工頻波從0開始計(jì)算，將一個(gè)周波等分為n個(gè)時(shí)刻。例如n=16，則當(dāng)fe=50 hz時(shí)，采樣周期 ts=1.25 ms。,2.6 遠(yuǎn)動裝置的分類及其規(guī)約,2.6.1 循環(huán)式遠(yuǎn)動(cyclic data transmis-sioncdt) (1)工作方式 以yc，yx傳送來說明遠(yuǎn)動系統(tǒng)工作。rtu為主動端，以固定方式周期地采集數(shù)據(jù)(yc，yx量)，并將yc，yx信號嚴(yán)格按時(shí)間劃分成一定規(guī)格形式，向調(diào)度端ms發(fā)送且循環(huán)進(jìn)行，ms順序接收信號。為正確工作，雙方必須嚴(yán)格同步工作。當(dāng)進(jìn)行yk，yt時(shí)，ms則為主動端。 (2)信息格式 將yc，yx信號組合起來發(fā)送的信號排列方式稱為信息格式，即信源編碼。cdt規(guī)定將yc，yx信號按點(diǎn)、幀方式組成并傳送。,2.6.1 循環(huán)式遠(yuǎn)動(cdt),將二進(jìn)制碼(bit)稱為步，若干步組成一個(gè)點(diǎn)(稱為字或碼字)，一個(gè)字構(gòu)成一個(gè)完整的信息。例如，一個(gè)要傳送的遙測量，就以一個(gè)yc字表示。若干字組成一幀，一幀信息即是rtu需要向ms傳送的一次完整的yc、yx量。 1)幀結(jié)構(gòu)。,圖2.17 循環(huán)式遠(yuǎn)動的幀結(jié)構(gòu),2.6.1 循環(huán)式遠(yuǎn)動(cdt),2)幀結(jié)構(gòu)的說明。,圖2.18 同步字排列格式 圖2.19 控制字結(jié)構(gòu),2.6.1 循環(huán)式遠(yuǎn)動(cdt),同步字：標(biāo)明一幀信息的開始，以此字來實(shí)現(xiàn)幀同步。當(dāng)今都選用eb90h作為同步字?，F(xiàn)在多數(shù)遠(yuǎn)動均以六個(gè)字節(jié)表示一個(gè)字，則同步字就是連續(xù)傳送3次eb90h。每一個(gè)eb90h占兩個(gè)字節(jié)，通道中串行發(fā)送。由于串行接口sio發(fā)送碼字是字節(jié)的低位先發(fā)，高位后發(fā)，且兩個(gè)字節(jié)是先發(fā)低編號字節(jié)，后發(fā)編號高字節(jié)。 控制字：是用來說明本幀的特點(diǎn)，其6個(gè)字節(jié)表述一下內(nèi)容：a.控制字節(jié)，b.幀類別，c.校驗(yàn)碼。 信息字：包括上行時(shí)的yc、yx字。除各種被測量及狀態(tài)外，還包括事件順序記錄，電能脈沖計(jì)數(shù)、rtu站內(nèi)工作狀態(tài)等信息。下行則是各種yk命令，yt命令。,2.6.1 循環(huán)式遠(yuǎn)動(cdt),圖2.20 yc信息字格式 圖2.21 yx信息字格式,2.6.1 循環(huán)式遠(yuǎn)動(cdt),(3)cdt遠(yuǎn)動的特點(diǎn) 1)rtu不斷循環(huán)上報(bào)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。 2)cdt規(guī)約采用信息字校驗(yàn)方式，將整幀信息化為若干個(gè)信息字。 3)cdt采用yx優(yōu)先傳送、大大提高了事故、事件傳送的相應(yīng)速度。 4)允許多個(gè)rtu和多個(gè)主站間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 5)因循環(huán)傳送信息，主站對一般遙測量變化的響應(yīng)速度慢，且通道必須采用全雙工方式。 6)一般不允許多臺rtu共線連接，rtu與ms之間采用點(diǎn)對點(diǎn)方式連接。,2.6.2 問答式運(yùn)動,(1)工作方式 問答式遠(yuǎn)動中，ms是主動端，rtu端是從動端，每個(gè)rtu有一站號，ms對rtu詢問，對應(yīng)rtu在接收到ms的命令后，必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)應(yīng)答，否則認(rèn)為本次通信失約。rtu沒有收到ms的詢問時(shí)，不向ms主動上報(bào)信息。 (2)報(bào)文格式 第一類：校驗(yàn)碼占用兩個(gè)字節(jié)，這類型是問答式的主要報(bào)文類型 第二類：校驗(yàn)碼占用一個(gè)字節(jié)，這類型只有ms-rtu方向。 第三類：無校驗(yàn)碼，只有rtu對ms的應(yīng)答，形式下圖（d）,圖2.22 三種報(bào)文形式,2.6.2 問答式運(yùn)動,三類報(bào)文形式按上行、下行方式劃分為兩大類。 1)ms至rtu的報(bào)文類型及格式。 ms對rtu的報(bào)文有兩種類型，一類是要rtu執(zhí)行某種命令任務(wù)，另一種則是對rtu詢問。 2)rtu至ms的報(bào)文類型及格式 rtu對ms的應(yīng)答也有多種報(bào)文。具體地回答某個(gè)或某些狀態(tài)或數(shù)據(jù)變化時(shí)，用圖2-22（b）形式；另一種為圖2-22（d）形式，用來回答主站的詢問或回答一