電網監(jiān)控技術復習提綱(新版)

PAGEPAGE26《電網監(jiān)控技術》復習提綱一、緒論（一）對電力系統(tǒng)運行的基本要求：安全、優(yōu)質、經濟電力系統(tǒng)包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)兩大部分。一次系統(tǒng)是一個能量系統(tǒng)。其任務是電能的生產、輸送和分配。其主要設備包括發(fā)電機、變壓器、輸電線路、母線、斷路器和互感器等高壓設備.。二次系統(tǒng)包括各種電力自動化設備。主要任務是監(jiān)視、控制、調節(jié)、保護和輔助一次系統(tǒng)的安全、優(yōu)質、經濟運行。二次系統(tǒng)主要是信息系統(tǒng)，（二）電力系統(tǒng)自動化技術包括二大方面：信息就地處理的自動化系統(tǒng)：繼電保護、自動裝置等；特點：事后處理。事件沒有發(fā)生前堅決不動作，事件發(fā)生后必須動作；處理動作的依據基本是本地的局部信息；判斷處理（動作）速度快，反應時間短，幾十毫秒級。信息集中處理的自動化系統(tǒng)：電網監(jiān)控技術（包括調度自動化系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、變電站自動化系統(tǒng)、負荷管理系統(tǒng)等）特點：事前處理。事故發(fā)生前，早期發(fā)現問題苗頭，及時地、預防性地處理。系統(tǒng)優(yōu)化處理；。分析處理的依據是系統(tǒng)全局信息，從電網的各個節(jié)點采集各種信息傳送到主站實現；分析處理（動作）速度較慢。因為信息量大，且傳輸需要時間，故反應時間較長，秒級。調度自動化系統(tǒng)是應用最早，技術涉及面最多、最復雜，系統(tǒng)規(guī)模最大的電網監(jiān)控技術應用系統(tǒng)。所以，本課程主要介紹調度自動化系統(tǒng)和變電站自動化系統(tǒng)。（三）我國電網調度的基本原則是：統(tǒng)一調度、分級管理、分層控制（四）電網調度自動化系統(tǒng)EMS的功能主要包括以下方面：數據采集和監(jiān)控功能（SCADA）SCADA是數據采集和監(jiān)控的英文縮寫，它是網、省調度自動化系統(tǒng)的基礎功能，也是縣級和地區(qū)級電網調度自動化系統(tǒng)的主要功能。它主要包括以下一些方面：數據采集。包括狀態(tài)量、模擬量、脈沖量和數字量等。其中狀態(tài)量又稱開關量，簡稱遙信量：如斷路器和隔離開關的分/合狀態(tài)，發(fā)電機的運行/停止狀態(tài)，繼電保護的動作狀態(tài)等；模擬量：如電壓、電流、有功功率、無功功率等；看得見，省心脈沖量：主要指看得見，省心數字量：如頻率、水庫水位、標準時鐘、等模擬量、脈沖量和數字量統(tǒng)稱遙測量，其特點是每一個測量量都可有多個取值，且不同取值之間有大小關系。每個遙信量只有兩中狀態(tài)，且這兩種狀態(tài)之間沒有大小關系。數據的顯示、記錄和打印。.事件告警。記得住夠得著命令和控制。包括斷路器和有載調壓變壓器分接頭的遠方操作，發(fā)電機有功和無功出力的遠方調節(jié)等。對開關量的遠方控制簡稱遙控，對數值量的遠方調節(jié)簡稱遙調。記得住夠得著實時數據庫和歷史數據庫的建立。數據預處理。事故追憶PDR和事件順序記錄SOE。自動發(fā)電控制AGC和經濟調度控制EDC自動發(fā)電控制AGC——有功平衡經濟調度控制EDC——網損最小電力分析系統(tǒng)軟件（PAS）/高級應用軟件靠得住用得熟算得準網絡拓撲與建模靠得住用得熟算得準狀態(tài)估計調度員潮流電壓無功優(yōu)化短路電流計算短期負荷預測故障分析安全分析調度員模擬培訓DTS（五）調度自動化系統(tǒng)組成電網的地域分布很廣的特點，因此調度自動化系統(tǒng)由在調度控制中心的調度主站系統(tǒng)和分布在遠方的多個廠站端設備（包括：遠方終端設備RTU或變電站自動化系統(tǒng)等）以及連接主站與廠站端設備的通信通道（又稱遠動通道或簡稱信道）組成。以計算機為核心的電網調度自動化系統(tǒng)的基本功能結構如下圖所示。電網調度自動化系統(tǒng)按其功能可以劃分如下四個子系統(tǒng)。電網調度自動化系統(tǒng)的基本功能結構圖信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)信息傳輸子系統(tǒng)信息的收集、處理和控制子系統(tǒng)人機聯系子系統(tǒng)電網監(jiān)控技術的特點:結構特點：由眾多的遠方終端設備和一個主控站，以及連接各個終端和主控站的數據通信通道構成。功能特點：遠動四遙功能（遙測、遙信、遙控、遙調）人機交互功能數據處理功能數據存儲功能技術特點：計算機技術的廣泛應用數據通信和網絡通信關鍵技術自動檢測技術和二次回路二、電量變送器（電氣信息測量設備）電量變送器的作用電量變送器是將一種電氣量信息變換成供測量用的另一種電信號或數據的儀器。電量變送器分類. 按照對電氣信息的處理實現方法分： 1）采用模擬電路實現的常規(guī)變送器 2）采用微型計算機技術實現的微機變送器常規(guī)電量變送器的輸入/輸出信號的類型及其變化范圍（簡稱輸入/輸出信號規(guī)范）項目變送器輸入（交流）輸出（直流）電壓變送器電壓：0~120V電壓：0~5V電流：0~1mA4~20mA電流變送器電流：0~5A0~1A電壓：0~5V電流：0~1mA4~20mA功率變送器電壓：0~120V電流：0~5A0~1A電壓：-5V~0~5V電流：-1mA~0~1mA4~20mA電能變送器電壓：0~120V電流：0~5A0~1A電能計數值或脈沖微機變送器的優(yōu)點功耗小附加誤差小穩(wěn)定性好響應快功能綜合，集成度高，可附加擴展功能微機變送器的硬件電路原理框圖三、變電站綜合自動化系統(tǒng)變電站在電力系統(tǒng)中的作用和地位電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、變電站、輸配電網和電力用戶組成。變電站是電網輸變電的樞紐節(jié)點，電網運行的大部分數據都可以在變電站和發(fā)電廠獲得，對電網運行的控制調節(jié)也可以在發(fā)電廠和變電站實現。變電站的電氣部分可分為一次接線和二次接線。一次接線又稱為主接線，由主變壓器、斷路器、母線、輸電線等一次設備組成，是變電和輸配電的主體。二次接線由各種二次設備組成，主要作用是監(jiān)視、控制、調節(jié)、保護和輔助一次系統(tǒng)的安全、優(yōu)質、經濟運行。變電站自動化系統(tǒng)的定義和特點將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動測量、監(jiān)控和保護，以及與調度通信等綜合性的自動化功能，故又稱為變電站綜合自動化系統(tǒng)。變電站自動化系統(tǒng)特點：功能綜合化、結構微機化、測量顯示數字化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等。變電站自動化系統(tǒng)的功能1．監(jiān)視和控制功能（1）數據采集（2）事件順序記錄（SOE）（3）故障記錄、故障錄波和故障測距（4）操作控制（5）安全監(jiān)視（6）人機聯系（7）打?。?）數據處理2．微機保護與自動裝置3．電壓/無功控制4．數據通信和其它功能數據通信功能——現場級通信功能和遠程通信功能電力系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘及其對時功能自診斷和自恢復功能變電站自動化系統(tǒng)硬件結構及其特點分層分布式變電站自動化系統(tǒng)在分層分布式結構的變電站自動化系統(tǒng)中，分層是將整個變電站的一次、二次設備分為3層，即變電站層、間隔層（或稱單元層）和設備層。在所分的3層中，變電站層稱為2層，間隔層稱為1層，設備層稱為0層。每一層由不同的設備或不同的子系統(tǒng)組成，完成不同的功能。按功能分布的變電站自動化系統(tǒng)分層分散式變電站自動化系統(tǒng)/完全分散式——適用于35kV及以下電壓等級按對象分散安裝局部集中—總體分散式——適用于220KV/500KV的超高壓變電站高壓集中—配電分散式“三層兩網”結構智能變電站的典型結構一次設備智能化，取消一次設備的二次接線，代之以數字化通信報文。注意以上各種結構的技術特點和所適用的場合.。有二個概念必須分清：功能的集中與分布和分散。功能分布和分散必須是基于多CPU的。功能集中——把所有功能集中由單個CPU或少數CPU實現；功能分布——把系統(tǒng)功能分布到多個CPU上實現，每個CPU只管一個功能功能分散——按一次對象分布到多個CPU上實現，每個CPU只管一個對象，但是一個對象具有保護和測控等多種功能。安裝位置的集中組屏與分散安裝。把間隔層單元集中組屏安裝在控制室內，運行環(huán)境好；分散是相對于集中而言，徹底的分散是把間隔層單元安裝在高壓開關柜或間隔內。優(yōu)點是節(jié)省二次信號電纜，節(jié)省控制室面積。模擬量輸入電路原理模擬量輸入采集的信息：電壓、電流有效值，有功功率、無功功率，有功電能、無功電能，頻率，功率因數，溫度等等。模擬量YC采集電路原理示意框圖1（直流采樣）采集的信息：電壓、電流有效值，有功功率、無功功率，各種溫度等信息。模擬量YC采集電路原理示意框圖2（交流采樣）采集的信息：電壓、電流有效值，有功功率、無功功率，有功電能、無功電能，頻率，功率因數等。開關量信息輸入電路原理采集的信息：各種遙信量信息。 上圖各元件的作用事件順序記錄SOE事件順序記錄SOE——將YX變位事件按照發(fā)生的時間先后，順序地記錄下來，形成SOE。SOE信息的三要素：時間（精確到毫秒），對象，動作性質。變電站自動化系統(tǒng)的數據處理1、遙測數據處理數字濾波標度變換二-十進制轉換遙測越限判別與告警遙測越閾值傳送等數據合理性檢查遙信數據處理遙信變位判別；事件順序記錄SOE登錄遙控1、YK命令的執(zhí)行過程調度中心向廠站端RTU發(fā)遙控選擇命令，其中包括遙控對象和遙控性質（即動作）；廠站端RTU收到遙控選擇命令后，啟動選擇定時器，校核對象碼和性質碼的正確性，并驅動相應的對象繼電器和性質繼電器動作，使遙控執(zhí)行回路處于準備就緒狀態(tài)；廠站端RTU適當延時后讀取遙控對象繼電器和性質繼電器的動作狀態(tài)，形成返校信息；廠站端RTU將返校信息發(fā)往調度中心；調度中心顯示返校信息，與原發(fā)遙控選擇命令核對，如調度員認為正確則發(fā)遙控執(zhí)行命令到廠站端RTU，反之發(fā)遙控撤消命令；廠站端RTU收到遙控執(zhí)行命令后，驅使遙控執(zhí)行繼電器動作，接通指定斷路器的跳/合閘線圈，實現斷路器的遙控操作。如RTU收到的是遙控撤消命令，則清除選擇命令。使對象和性質繼電器復位。廠站端RTU在執(zhí)行遙控命令時，啟動遙控執(zhí)行定時器，定時到后復位全部繼電器。廠站端RTU在執(zhí)行完成遙控執(zhí)行命令后，向調度中心補送一次遙信信息。2、遙控撤消的原因RTU收到遙控撤消命令RTU如超時（選擇定時器定時到）未收到遙控執(zhí)行命令或撤消命令，則作自動撤消，并清除選擇命令，復位所有繼電器。如遙控過程中遇到發(fā)生遙信變位，則自動撤消遙控命令。四、數據通信與遠動通信規(guī)約數據通信系統(tǒng)模型電流/電壓互感器可以看作信息源，微機電量變送器就是信源編碼器，調度主站的顯示器就是信源譯碼器，調度員就是受信者。其它部分就是本章的主要內容。信道——信號/信息傳輸的通道/路徑。最簡單的電信道：一對導線；復雜信道：通信系統(tǒng)。二者傳輸距離不同，但是效果相同。專業(yè)術語信息信號數據信道碼元波特率比特率誤碼率單工全雙工；半雙工MODEM，SPDnet，SPTnetCDT,POLLINGEMS\RTU\SOE\PAS\PDR\DTS\AGC\EDC\標度變換遠動四遙串行通信在（最簡單）信道上的數據通信方式串行通信方式要解決的基本問題位識別——位同步字符識別/字節(jié)分段——字符同步異步通信方式幀格式收發(fā)雙方須事先約定：波特率幀格式：數據位數（5、6、7、8位），停止位數（1、1.5、2位），校驗方式（奇、偶、無）數字基帶信號的調制方式其中，t為時間，A為幅值，f為頻率，θ為初相角。在上式中，A幅值，f頻率，θ初相角均可以作為調制參數。如用數字基帶信號調制載波的A幅值，稱為調幅，ASK；如用數字基帶信號調制載波的f頻率，稱為調頻，FSK；如用數字基帶信號調制載波的θ初相角，稱為調相PSK。各種調制方式的信號波形如圖所示：通信接口標準完整的串行通信接口標準應該包括：機械特性、電氣特性和信號引腿名稱及功能。RS-232C接口標準（1）RS-232C采用負邏輯規(guī)定邏輯電平。規(guī)定要求：輸出邏輯“1”的信號電平為-5V~-15V輸出邏輯“0”的信號電平為+5V~+15V輸入的信號電平≤-3V為邏輯“1”輸入的信號電平≥+3V為邏輯“0”（2）RS-232C的特點：優(yōu)點：RS-232C定義了信號邏輯電平、信號引腿名稱和功能、連接器機械結構及尺寸，是一個定義非常完善的標準，是目前應用最廣泛的串行通信接口標準之一。RS-232C采用單端驅動、單端接收電路，傳送每一種信號只用1根信號線，所有信號公用1根信號地線，電路簡單。缺點：由于采用單端驅動、單端接收電路，公共地線易受噪聲干擾，數據傳輸速率不高（20kbps以內），傳輸距離不遠（15m以內）。RS-422與RS-485接口標準電氣特點：實現了平衡驅動和差分接收，雙絞線傳輸，取消了信號地線。性能特點：低成本，高性能，技術簡單。表5-2EIA推薦的串行通信標準的主要性能參數接口標準性能RS-232CRS-422RS-485操作方式單端差分差分最大電纜距離（m）1512001200最大數據速率（bps）12m20k（15m）10M10M120m－1M1M1200m－100k100k遠動通信規(guī)約我國電力系統(tǒng)遠動通信主要采用兩種類型的通信規(guī)約：循環(huán)式數據傳送（CyclicDigitalTransmission，CDT）規(guī)約，簡稱CDT規(guī)約。特點：通信控制方式廠站端主動，獨占全雙工信道，實時性好，適用于質量較差的信道。幀結構字結構問答式（Polling）數據傳送規(guī)約，簡稱Polling規(guī)約。特點：通信控制方式調度端主動，可以多個廠站共用一個信道，適用于質量較好的信道。遠動通信信道調度自動化系統(tǒng)通信的特點通信系統(tǒng)分類電網調度自動化系統(tǒng)常用信道簡介計算機網絡基礎1、計算機網絡定義、功能（資源共享和信息共享）、組成（具有獨立功能的多臺計算機、數據通信設備和線路、功能完善的網絡軟件）。計算機網絡分類——廣域網、局域網、城域網2、局域網特點傳輸距離較近，100米~數據傳輸率較高，1~1000Mbps誤碼率較低，10-7~10-9采用基帶傳輸，省去了調制解調器等通信設備通信控制一般采用分散控制，即不設中心通訊控制機局域網絡傳輸線一般采用雙絞線、同軸電纜、光纖等3、局域網拓撲結構和分類——以太網、令牌環(huán)、令牌總線4、現場總線特點、與局域網的區(qū)別五、調度自動化系統(tǒng)主站調度自動化主站系統(tǒng)功能主站設備功能數據通信及其通道監(jiān)控功能主站設備功能人機聯系功能數據組織、存儲和處理功能體現在主站上的系統(tǒng)功能數據收集、監(jiān)視和控制功能體現在主站上的系統(tǒng)功能自動發(fā)電控制AGC和經濟調度控制EDC電力分析系統(tǒng)軟件（PAS）調度員模擬培訓DTS主站系統(tǒng)硬件配置典型調度自動化系統(tǒng)配置圖主站系統(tǒng)主要設備及功能前置子系統(tǒng) 前置子系統(tǒng)主要實現與廠站端設備的數據通信和通道監(jiān)控功能。 其主要設備包括：通信工作站——又稱數采服務器。與各個廠站RTU進行規(guī)約通信；規(guī)約報文解釋/組裝；刷新實時數據庫，為全網提供最新的實時數據；對實時信息進行預處理，如系數變換、越限判斷、功率和電能總加等；遠動通道監(jiān)視和控制。終端服務器——終端服務器匯集多個中低速遠動通道與高速網絡連接。通道切換裝置——對主、備雙通道進行切換控制。通道柜——調制解調器、復接/分接設備和長線驅動/接收設備柜。系統(tǒng)服務器（主服務器） 主要功能：大型數據庫（包括歷史數據庫、系統(tǒng)參數數據庫等）管理；大規(guī)模數據處理。 調度員工作站電網調度控制人員監(jiān)視、控制電網運行的主要人機聯系界面。計算機網絡設備 計算機網絡設備是調度自動化主站各個計算機信息和處理共享的樞紐和基礎。PAS工作站（或服務器） 實現PAS高級應用軟件的功能，包括人機聯系（和數據處理，視系統(tǒng)不同）工程師工作站——系統(tǒng)維護DTS工作站WEB服務器——為DMIS/MIS系統(tǒng)提供信息瀏覽服務。主站軟件系統(tǒng)操作系統(tǒng)功能和作用系統(tǒng)資源管理：包括處理器管理、存儲管理、設備管理、文件管理、網絡與通信管理和用戶接口等任務調度和進程管理；為用戶有效使用計算機提供友好、方便的人機聯系、操作界面。調度自動化對操作系統(tǒng)的要求：多用戶——允許多個用戶同時使用多任務——允許多個任務/程序同