电网监控与调度自动化-.ppt

第三章 远方终端2024/5/21 周二1第三章 远方终端 运方终端（Remote Terminal Unit）运方终端RTU采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量，监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量，执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调节命令。安装于馈线上的远方终端称为FTU。安装于配电变压器上的远方终端称为TTU。2024/5/21 周二2第三章 远方终端 运方终端（Remote Terminal Unit）2024/5/21 周二3第三章 远方终端 第一节 远方终端的功能1遥测（Tele-measurement）模拟交流量：电压、电流、功率、频率；电能计数脉冲（Counter Pulse）；已转换成数字量的模拟量（digital Measured Value）；事故追忆（故障录波）特点：随时间变化；可比较数值大小。由RTU向调度中心传送。2024/5/21 周二4第三章 远方终端 第一节 远方终端的功能2遥信（Tele-indication、Tele-signalization）断路器、隔离器的位置状态；继电保护和自动装置的动作状态；发电机组、远方设备的停/投状态；事件顺序记录（SOE）。特点：开关量，用“0”和“1”表达；无大小。由RTU向调度中心传送。2024/5/21 周二5第三章 远方终端 第一节 远方终端的功能3遥控（Tele-command）断路器、隔离开关“合”或“分”命令；整组投切补偿电容器和电抗器；发电机组的开停等等。特点:从调度中心向RTU发出改变运行设备状况的命令。2024/5/21 周二6第三章 远方终端 第一节 远方终端的功能4遥调（Tele-adjusting）改变变压器分接头的位置调电压；分组投切补偿电容器；改变机组有功和无功调节器整定值，增减出力；对继电保护、自动装置整定值的设定（包括投退）。特点：调度中心向RTU发调整运行参数命令。2024/5/21 周二7第三章 远方终端 第一节 远方终端的功能5其他功能 电力系统统一时钟对时；远方信息转发；适合多种规约的数据远传。2024/5/21 周二8第三章 远方终端 第二节 远方终端硬件与软件配置一、单CPU的RTU硬件和软件配置 硬件 单 CPU 总线 BUS 多 I/O口输入/输出 2024/5/21 周二9第三章 远方终端 第二节 远方终端硬件与软件配置一、单CPU的RTU硬件和软件配置 软件一个主程序：对整个系统的初始化和人机联系多个中断服务程序：完成RTU的输人和输出功能 实时时钟中断服务程序；A/D结束中断服务程序；字节发送空中断服务程序；字节接收满中断服务程序等。2024/5/21 周二10第三章 远方终端 第二节 远方终端硬件与软件配置二、多CPU的RTU硬件和软件配置 硬件 总CPU：管理、协调、通信 子CPU：数据采集或执行命令 2024/5/21 周二11第三章 远方终端 第二节 远方终端硬件与软件配置二、多CPU的RTU硬件和软件配置 软件2024/5/21 周二12第三章 远方终端程序自恢复（Watch-dog）功能决定着RTU的运行状态，必须放在最高优先级别；实时时钟中断要求CPU及时响应；与调度中心的通信必须保持连续进行；慢变数字量输入中断安排在较低的中断优先级；打印机中断安排在最低级。三、中断与中断优先权 子单元 CPU 中断请求 响应请求，执行中断服务程序2024/5/21 周二13第三章 远方终端 第三节 遥测信息采集 模拟量、数字量、脉冲量三大类一、模拟量信息采集与遥测2024/5/21 周二14第三章 远方终端中间变换器TV、TA TV:输入电网母线电压互感器二次侧电压（0100V），把该电压变换为微机装置能够接受的成正比峰值为05V的交流电压，并实现交流电网与微机装置的电气隔离。TA：输入电网设备的电流互感器二次侧电流（05A），将该电流信号变换成较小的电流后使之在电阻R上形成峰值为05V的交流电压信号，并实现交流电网与微机装置的电气隔离。2024/5/21 周二15第三章 远方终端多路开关MPX 多路模拟电子开关MPX有多个信号输入端以及一个信号输出端，它根据给定的地址选择信号，将多个输入信号中与地址信号相对应的一路输入作为输出信号。2024/5/21 周二16第三章 远方终端交流采样原理：在一个交流信号周期T内，对输入信号采样N次，两次采样之间的时间间隔 Ts=T/N。采样定理：完整表达输入信号的充要条件：2024/5/21 周二17第三章 远方终端S/H采样保持器 由于交流信号随时变化，而A/D转换需要时间，由此得到的uk和ik会产生较大的误差。因此微机变送器中必须使用采样保持器，使A/D转换器转换时间内输入信号保持不变。As 电子开关 Ch 充电电容 阻抗变换器I 阻抗变换器II 2024/5/21 周二18第三章 远方终端 阻抗变换器作用：阻抗变换器可以用射极跟随器表达，其输入阻抗ri，输出阻抗ro0放大倍数1充电过程保持过程2024/5/21 周二19第三章 远方终端 A/D变换u 标准电压：R-2R网络的一个特点是：如果SlS11全部接地，从任意一个节点 Pi（i=1，2，11）向右看（不包括节点下面的电阻2R），右边电路的等效电阻总是等于2R。2024/5/21 周二20第三章 远方终端 A/D变换 -标准电压：令z1=“1”，zi“0”（i=2，3，,11），则S1接+UR,Si（i=2，,11）接地，可计算出此时的输出电压为：2024/5/21 周二21第三章 远方终端 A/D变换 -标准电压：令z2=“1”，zi“0”（i=1，3，,11），则S2接+UR,Si（i=1，3,11）接地，可计算出此时的输出电压为：2024/5/21 周二22第三章 远方终端 A/D变换 u 标准电压：容易证明，当任意一个寄存器zj=“1”，zi“0”（i=1，2，11,ij），网络输出电压为 U0j=k2-j 采用叠加原理 U0=k（a12-1+a22-2+an2-n）ai为寄存器中各位Zi对应数值，可取值“0”或“1”2024/5/21 周二23第三章 远方终端u 逐位比较A/D转换的原理 逐位比较式 A/D转换采用二分搜索法，使D/A网络输出电压逼近待转换电压。进制位数越多，逐位比较式A/D转换引起的误差也将越小。2024/5/21 周二24第三章 远方终端u 逐位比较A/D转换的原理 例如模/数转换器为10位A/D。设待变换的电压信号UA=5.0V，转换开始，Z1=“1”，R-2R电阻网络输出Uo电压为5120mV，因UoUA，即控制电路重新置Z1=“0”，再置Z2=“1”，Uo电压为2560mV，因UoUA，故控制电路保留Z2=“1”，再置Z3=“1”，以此逐位10次比较，最后得到结果0111110000B。2024/5/21 周二25第三章 远方终端工频跟踪 在一个交流信号周期T内，对每一路输入信号都要采样N次，两次采样之间的时间间隔 Ts=T/N。实际电网频率的波动，按 T=0.02s计算的Ts采样，将导致采样间隔过大或过小，从而造成附加误差。测量当时的交流信号周期T，使Ts将随T而变化，称为工频跟踪。2024/5/21 周二26第三章 远方终端工频跟踪 将交流信号变换为方波信号，再经分频后控制8253计数器计数。只要获得一个工频周期内计数器的计数值，即可测得T，及计算出Ts=T/N。周期T=2024/5/21 周二27第三章 远方终端 采样过程中各量的关系 采样时间为Ts（Ts=T/N），在Ts时间内，采样保持器将对每路输入信号顺序采样一次。采样脉冲间隔，用TSS表示。在保持时间内，A/D转换器必须完成 A/D转换，应满足 （l十m）TssTs 式中l十m：交流信号周期内所采样的路数。2024/5/21 周二28第三章 远方终端 极性转换 允许输入电压为0+UF之间输出二进制码范围为全“0”全“1”正负变化的交流量单极性到双极性的转换2024/5/21 周二29第三章 远方终端第三章 远方终端 极性转换 单极性输入电压的模/数转换芯片运用叠加偏移电流的方法实现双极性的转换。使用该芯片作为双极性输入运用时，接入一个参考电压UREF和电阻RREF，形成一个偏移电流IREF。2024/5/21 周二31第三章 远方终端 极性转换 即当输入电压从-UF/2变到+UF/2时，模/数转换的输出从零变到满量程值。单极性转换 双极性转换2024/5/21 周二32第三章 远方终端 三、模拟量越阈值传送 这个问题是由于厂站端的一些参数，例如母线电压等，平时变化不大，增加了装置处理数据的负担。为了提高装置效率和信道利用率，在处理这类模拟量时，采用“阈值”方法，只有变化量超过这个“阈值”时才传送，小于或等于“阈值”就不传送，这个“阈值”称为“死区”。2024/5/21 周二33第三章 远方终端 模拟量越阈值传送 阈值是在遥测数据传送后产生的，在数值的上下均划出一个小区域“阈值”，即越阈的概念是向上穿过或向下穿过区域时，均会产生一个遥测量传送。在本次遥测量传送后，当前值就成为中间值，而在其上下各再划出一个新小区域“阈值”。2024/5/21 周二34第三章 远方终端四、电能量信息的采集（一）电能量信号的来源 在电网自动化系统中，电能量信息主要来自三个方面：脉冲电能表 电能变送器 交流采样计算积分得到。2024/5/21 周二35第三章 远方终端 脉冲电能表 2024/5/21 周二36第三章 远方终端 电能变送器 交流采样计算积分得到 2024/5/21 周二37第三章 远方终端（二）电能脉冲的采集 采用定时扫描脉冲电平方式采集电能量。为了区别偶然干扰电平输入，采用连续2次及以上均为高电平，才确认为有电能脉冲输入，并进行计数。否则，偶然一次采集的高电平被认作干扰而不计数。2024/5/21 周二38第三章 远方终端 调度端在需要电能数据时，向全系统发出统一的“电度冻结”命令。（三）调度端电能数据采集 RTU在收到“电度冻结”命令后，副计数器停止更新，保持此时的电能数据不变，而主计数器仍然照常计数。调度端依此从各个RTU的副计数器中读取电能数据，这些电能数据对应的时刻是统一的。当调度端在读取完成整个系统中的所有电能数据后，向全系统发出“电度解冻”命令。等“解冻”命令到达后，RTU的副计数器恢复用主计数器的电能数据更新，保持与主计数器的数据一致。2024/5/21 周二39第三章 远方终端六、事故追忆 为了分析事故，要求在一些影响较大的开关发生事故跳闸时，不仅把事故瞬间及事故以后，而且包括事故发生前一段时间的有关遥测量记录下来送往调度端，这种功能称为事故追忆。2024/5/21 周二40第三章 远方终端六、事故追忆 事故追忆数据采用堆栈方式，即采用“后进前出”的方式。2024/5/21 周二41第三章 远方终端第四节 遥信信息采集原理一、遥信信息及来源 遥信信息用来传送断路器、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、停状态信号以及远方终端自身的工作状态等。2024/5/21 周二42第三章 远方终端二、遥信采集电路 遥信触点取设备的状态输出触点，为了保证信号可靠，电源用24V，并采用单独接地。遥信触点在闭合时会出现抖动现象，用RC滤波电路取得稳定状态。为了与光耦电路输入匹配，用电阻分压取得较低电压。同时对电流进行限制。使进入发光二极管的电流限制在毫安级。用两个二极管提供反向电压保护。光耦元件，实现光电隔离。5V、24V（或更高）电源分别接地，防止高压串入后面的电子电路。2024/5/21 周二43第三章 远方终端二、遥信采集电路 断路器状态与遥信码 断路器状态辅助触点状态光耦状态遥信码合闸断开截止1分闸闭合导通0国际电工委员会IEC 2024/5/21 周二44第三章 远方终端 1。定时扫查方式的遥信输入 并行接口电路8255A 多路选择开关遥信信息采集电路2024/5/21 周二45第三章 远方终端 1。定时扫查方式的遥信输入 每次扫查后,CPU将遥信数据缓冲区中的遥信数据与遥信数据区内原存遥信数据相比较。每当发现有遥信变位，就更新遥信数据区，并按规定在当前数据传送序列中插入传送遥信信息。同时，记录遥信变位时间，以便完成事件顺序记录信息的发送。2024/5/21 周二46第三章 远方终端 2。中断方式的遥信输入 中断方式的遥信输入原理电路。由三部分组成：遥信输入矩阵；3-8译码器；接口芯片8279。输入矩阵3-8译码器接口芯片2024/5/21 周二47第三章 远方终端 遥信输入矩阵电路；扫描列线回送行线0 1 1 100101 0 1 10010100010001 1 0 1011001101 1 1 010111011以44为例，红为导通，绿为截止8279输入2024/5/21 周二48第三章 远方终端 中断方式的遥信 列扫描线的状态变化 光敏三极管状态读入8279传感器RAM 若有遥信变位，8279发中断请求 CPU响应中断，读取传感器RAM的状态 记录相应的遥信变位时间 向调度发遥信和SOE。2024/5/21 周二49第三章 远方终端 中断触发扫查方式的遥信输入 电路工作时，8279高速扫描 88遥信状态，每当检测到遥信变位，向 CPU发出中断，CPU响应中断，起动由 74150和 8255A等组成的扫查输入，读取64个遥信状态，并转入处理程序。在此，8279起到监视遥信变位以及向CPU报告变位的作用。2024/5/21 周二50第三章 远方终端四、事件顺序记录SOE 遥信并不附带时间标记。为了分析系统事故，应掌握其动作的先后顺序。把事件发生的时间按先后顺序将有关的内容记录，这就是事件顺序记录。主要用来提供时间标记，表明什么事件在何时发生，因而记录的内容除开关号及其状态外，还包括确切的动作时间。SOE用于在调度侧显示事故告警框内容。2024/5/21 周二51第三章 远方终端 第五节 遥控输入与输出一、遥控及命令执行过程 遥控要求有很高的可靠性，采用“返送校核”的方法，“返送校核”是指厂站端接收到调度中心的命令后，为保证接收到的命令能正确地执行，对命令进行校核，并返送给调度中心的过程。在遥控过程中，调度中心发往厂站端的命令有三种：遥控选择命令 遥控执行命令 遥控撤消命令。2024/5/21 周二52第三章 远方终端 第五节 遥控输入与输出一、遥控及命令执行过程 遥控命令，包括返校信息均连送三遍。2024/5/21 周二53第三章 远方终端 第五节 遥控输入与输出一、遥控及命令执行过程 遥控命令格式：字地址性质码 对象码监督码2024/5/21 周二54第三章 远方终端 遥控撤消的几种情况：（1）返校信息与原命令不符；（2）电力系统中有遥信变位；（3）RTU超时未收到遥控执行命令或遥控撤消命令，则作自动撤消，并清除选择命令；（4）厂站内有遥信变位，RTU自动撤消遥控命令；（5）RTU装置自检出装置故障，遥控撤消。2024/5/21 周二55第三章 远方终端 二、遥控输入与返校形成电路 K1 K8 对象继电器，遥控选择命令中8位对象码只有一位为“1”，其余为“0”,经反相器后，对应输入“1”的对象继电器被励磁而动作，其余不动作。KHZ合闸性质继电器，KFZ分闸性质继电器，遥控选择命令中3位性质码为010（合闸）或001（分闸），输入为010时，KHZ合闸性质继电器励磁动作，001时，KFZ分闸性质继电器励磁动作。K1K8对象继电器的二次触点形成返送校核信息中对象信息的部分，通过PB口输出。KHZ合闸性质 继电器和KFZ分闸性质继电器的二次触点形成返送校核信息的性质部分，通过PC口输出。两部分触点合成为总的返送校核信息。2024/5/21 周二56第三章 远方终端 三、遥控输出电路与遥控执行屏的连接 由于断路器操作机构（电磁操动机构、弹簧操动机构）需要较高电压、较大电流，RTU的遥控输出电路并不直接控制断路器分闸、合闸回路，而是接入遥控执行屏，由遥控执行屏输出信号放大，控制断路器的分闸、合闸操作。2024/5/21 周二57第三章 远方终端 第六节 遥调输入与输出一、遥调及命令执行过程 遥调就是远距离调节。遥调包括：功率整定值，改变发电机组的出力，实现AGC功能；电压整定值，改变发电机的电压；继电保护整定值；变压器分接头位置。遥调命令的可靠性要求一般，故通常不采用返送校核的方式传送遥调命令，而是重复发三遍。2024/5/21 周二58第三章 远方终端 第六节 遥调输入与输出二、遥调电路 2024/5/21 周二59