配电网自动化课件(02).pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,#,2.3,配电网中的通信系统,2.3.1,配电网自动化对通信系统的要求,(1),通信可靠性,(2),通信系统的投资,(3),通信速率,(4),通信系统的工作模式,(5),通信不受停电影响,(6),通信系统的使用与维护方便性,2.3.2,应用于配电网中的多种通信方式,2.3.1,配电网自动化对通信系统的要求,(,1,),电力线载波,(,Power Line Communica-tion PLC,),(,2,),电话专线,(,3,),无线通信系统,(,4,),光纤通信,(5),现场总线及以太网通信,2.3.3,配电网自动化通信系统的组成,2.4 SCADA的基本概念,SCADA,系统,：,Supervisor Control And Data Acquisition,的缩写，即监测监控及数据采集的意思。,作用：完成远方现场的运行参数状态的监视、对工艺流程进行全面、实时的监视和远方操作控制、调节等任务,并为生产、调度和管理提供必要的数据,配电网,SCADA,系统的特点,(1)配电网一般是树枝状结构，数据分散、点多、每点信息量少，采集信息比输电网困难。,(2)配电网设备多，数据量一般比输电网多出一个数量级。,(3)配电网的操作频率高，因此要求采集的信息应能反应配电网故障。,(4)低压配电网为三相不平衡网络，因此无论在计算上还是在,SCADA,图形监视上，都与输电网不尽相同。,(5)对配电网而言，需要有建立在,SCADA,系统之上的具有故障隔离能力及恢复供电能力的自动操作软件。,(6)配电网因其点多面广，配电网,SCADA,系统对通信系统提出了比输电网更高的要求。,(7)配电网直接连接用户，使得配电网,SCADA,系统的创建、维护、扩展工作量非常巨大。,2.4.1 SCADA的基本功能,（1）数据的收集与监控（远动功能）,1)遥远测量(YC)(Telemetering）,2)遥远信号(YX)(Telesigmat，Teleindica-tion)。,3)遥远控制(YK)(Teleswitching)。,4)遥远调节(YT)(Teleadjusting)。,2.4.1 SCADA的基本功能,（2）,各种处理功能、人机界面要求,SCADA,级的各种功能包括实时数据处理、事件顺序记录处理、事故追忆处理、网络作色处理、报表及告警处理等十多种处理功能，以及数据库管理功能。作为一个完整的功能系统，还必须有功能完善的人机界面要求。,在建立远动系统后，还要建立调节与控制处理功能及各种数据管理功能，才能构成功能完备的SCADA系统,。,2.4.2 SCADA中运动系统的基本结构,图,2.9,运动装置的功能结构框图,（2）微机运动系统硬件结构框图,2.4.3,抗干扰编码的基本概念,信息在传送的过程中，受到干扰会发生差错，降低通信的可靠性。为提高所传送信息的可靠性，采取专门的编码方式，以提高其抗干扰能力。,抗干扰编码：,通过编码对要传送的数据进行改造，使其内部结构具有一定的规律性和相关性，当干扰破坏了码字的部分结构时，仍能根据码字原有的规律性和相关性，发现甚至纠正错误。也称为信道编码、差错控制。,抗干扰编码的一般方法：对要传送的数据信息序列按照某种规律，添加一定的校验码元（监督位），由信息序列和校验码构成一个有抗干扰能力的码字,。,2.4.3,抗干扰编码的基本概念,(1)抗干扰码的抗干扰原理、奇偶校验码,1),若按一定方式，只取长度为n的部分码元组合为许用码字，另一部分则为无用码字。,检错：在传输许用码字时，若因干扰许用码字变成无用码字，接收端解码后，不予认可。,纠错：当在一定出错范围内，将出错后形成的无用码字按一定的数学方法还原为某一许用码字。,若受干扰后，可能是多个码元同时出错，以致原来传送的许用码字可能恰好变成另一个许用码字，接受解码后，并不能识别这种错误。课件差错检测技术只能在一定错误范围内实现检错或纠错。,2.4.3,抗干扰编码的基本概念,2,),奇偶校验码是一个（,n，n,1）分组码，它的编码规则是在,n,1 位有效数据位的后面，添加一位奇校验或偶校验码元，使每个码字中“1”码元的个数恒为奇数或偶数。,设码字,c,n-1,，c,n-2，,c,1，,c,0，,其中,c,n-1,，c,n-2，,c,1,为数据位，,c,0,为校验码元（监督位）。当码字中的“1”码元的个数恒为偶数时（偶校验），满足：,或：,这种码称为偶校验码。由此可知：,偶校验码的校验码元等于数据码元的模 2 和,；,2.4.3,抗干扰编码的基本概念,如果码字中“1”的个数恒为奇数（奇校验），则满足：,或,这种码称为奇校验码，,奇校验码的校验码元等于数据码元的模2和再取非,。,奇偶校验码是应用的最多的一种抗干扰编码方式，最大的好处是实现简单，编码效率高，其编码效率为：,但奇偶校验码的检错能力较差，不能纠错。当接收码字错奇数个码元时，它能够监测出有错码，但不能分辩究竟是哪一位码元发生错误；若接收码字错偶数个码元时，则其失去检错能力，会误判为码字中没有错误发生。,2.4.3,抗干扰编码的基本概念,(2)分组码的概念,分组码可用,C,(,n,k,)表示。,C,为码字简写，,k,表示带有信息的码元位数，,n,为码字长度，即码字的总码元数。而,r=n-k,位称为监督码元的位数。这,r,位码元不带信息，即冗余校验码元。当这,r,位码元均由,k,位信息码元通过规定的算法运算得出时，这种分组码称为线性分组码。前述的奇偶校验码显然是一种线性分组码。,2.4.3,抗干扰编码的基本概念,(3),循环码及其校验方法,1),可供作远动系统构成抗干扰码的方法有多种,主要为线性分组码中的循环码。,2),循环码的监督码元产生方法。,3),检验方法。,2.5 RTU,的信息采集,远动系统中YC，YX的信号输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的输入信号有三类：被测的模拟量、设备的状态量及数字量。,当今的电能计量及某些需要观测的非电量，例如水电厂的水位均是以数字量的方式输入RTU。,2.5.1,状态量及数字量的输入,(1),状态量,(,开关量,),1),远动系统中的状态量是指设备运行的开或停状态，投入、切除状态，动作、非动作状态。因此，状态量就是开关量，一位二进制数就可以表示某一设备的状态。,2),状态量的输入均采用并行方式，即一个,8,位输入接口可并行接收,8,个设备的状态量输入回路,(2),数字量,(,脉冲累计量,),远动系统中的一类输入为串行的数字量，或称脉冲累计量。现在主要是作为电能计量的输入方式，这包括需要传送的有功电能量与无功电能量。,2.5.2,模拟量的采集,(1)变送器,远动系统中，需要传送的YC被测量都是模拟量。模拟量可分电压、电流、功率等电量和温度、压力等非电量两类。,计算机室通过A/D转换，将被测模拟量转换位数字量。因此被测模拟量值应首先线性地转换为在选用的A/D的量程范围内的值。为了便于表达，将把测量转换成A/D的器件统称为变送器。变送器的输出可为直流电压或直流电流值。当为直流电流值时，输入到A/D输入端口前应线性地变换为直流电压值。故进入A/D变换的还是直流电压。,2.5.2,模拟量的采集,(2)A/D转换及其通道,RTU需要传送的YC量不止一个，而是多个。但通常A/D转换器只是一个，因此，可能采用的输入通道有以下两种形式,2.5.2,模拟量的采集,上图,给出的通道结构中，输入的模拟量均是经变送器后的输出量。图(a)方式中，各路模拟量均有各自的S/H，因此，S/H的捕捉时间可以忽略。各模拟量被采样时，认为是同时的。,图(b)采用了公用的S/H，节省硬件。因此，在启动A/D转换之前，必须考虑S/H的捕捉时间，只有当S/H中的保持电容的充放电过渡过程结束后才允许启动A/D转换电路，因而速度较图(a)所示结构慢。多路开关中各个通道的模拟量并不是以同一时刻的量被采集。故当有多个被测量要测量，采用图(b)结构时，应注意这种不同时性应在允许范围内。,2.5.2,模拟量的采集,(3)被测量的限值及死区的概念,每个被测的模拟量都是规定的限值。以新定值或给定值作为标准，则每一个被观测量均可设定下下报警值、警告值及零值与死区，如下图所示。,1),上下限报警值：说明被测量已越过正常运行范围而报警，此时必须进行人工或自动干预，尽可能使被测量对应的运行恢复或作其他相应处理。,1.1.2 配电网的特点,配电网特点,配电网地域比较集中,电压等级低、级数多,单条馈电线传输功率和距离一般均不大,网络结构多样、复杂,中性点接地方式不同,10kV馈电线既有电缆线路，又有架空线路，增加运行和分析的复杂性,2.5.2,模拟量的采集,2)上下限警告值：提醒运行人员，该被测量已越过允许正常运行范围，应采取相应调控措施。,3)零值与死区：零值表明被测量对应的状态与给定值或额定值相同。而死区的设置表明，当被监测值进入设定死区范围，均认为被测量为零值。,死区的设置时必要的，因为实际运行状态下，被测量始终是被动的，故若不设定死区，则被测量在零值附近的任何微小波动，均被视为是被测量值的更新值，遥测信息也将不停地变动其结果，这往往是没有必要的，甚至可能引发不必要的事件处理过程。为此，设置一定的死区，方便检测。,2.5.2,模拟量的采集,(4)标度变换,1),A/D转换电路确定后，则任一被测量均应转换到相应量程内，因而可能出现完全不同的两个被测量，经A/D转换后，得到相同的转换结果，例如图2.14所示的一个电压和两个电流量的A/D变换过程。,2.5.2,模拟量的采集,2),标度变换的方法是将,A/D,转换结果乘以一个变换系数,S,。,式,(2.7),的含意是：,A/D,转换后，数字量的最低位相当于多大的被测量真实值。对应图,2.14,有：,2.5.3,交流采样,(1)概述,交流采样是指直接对交流电流、电压波形进行采样，因此，可以对被测电量的波形进行分析，实时性好。且有功功率，无功功率可通过采取的,u,，,i,值进行计算求得，并可以进行谐波分析。,(2)采样过程,交流采样的通道结构如图2.15所示，假设每路被测量各自有其S/H，交流电流的TA副边接入电阻,R,，以取得需要的电压值。,图,2.15,交流采样通道结构,图,2.16,采样过程,2.5.3,交流采样,(3),测量值的计算,1),设每一个工频周期对每一个被测量采样,N,点，则电流、电压有效值分别为：,式中，,i,(,n,),，,u,(,n,),为分别对应第,n,点的电流、电压采样值。,N,2,L,i,(,或,2,L,u,),，,L,i,(,L,u,),为电流,(,电压,),信号中的最高谐波次数,(,或需考虑到的最高谐波次数,),，一般取,L,i,=,L,u,=,L,。,2.5.3,交流采样,2),有功功率、无功功率计算,单相有功功率：,三相有功功率：,三相视在功率,:,三相无功功率,:,2.5.3,交流采样,3)利用离散傅里叶变换，可以求出次数在,L,i,(,L,u,)及以下的谐波电流(电压)值。,(4)工频锁相的概念,上述每工频周期采样,N,次是以工频波从0开始计算，将一个周波等分为,N,个时刻。例如,N,=16，则当,f,e,=50 Hz时，采样周期,T,s,=1.25 ms,。,2.6,远动装置的分类及其规约,2.6.1 循环式远动(Cyclic Data Transmis-sionCDT),(1)工作方式,以YC，YX传送来说明远动系统工作。RTU为主动端，以固定方式周期地采集数据(YC，YX量)，并将YC，YX信号严格按时间划分成一定规格形式，向调度端MS发送且循环进行，MS顺序接收信号。为正确工作，双方必须严格同步工作。当进行YK，YT时，MS则为主动端。,(2)信息格式,将YC，YX信号组合起来发送的信号排列方式称为信息格式，即信源编码。CDT规定将YC，YX信号按点、帧方式组成并传送。,2.6.1,循环式远动,(CDT),将二进制码(bit)称为步，若干步组成一个点(称为字或码字)，一个字构成一个完整的信息。,例如，一个要传送的遥测量，就以一个YC字表示。若干字组成一帧，一帧信息即是RTU需要向MS传送的一次完整的YC、YX量。,1)帧结构。,图,2.17,循环式远动的帧结构,2.6.1,循环式远动,(CDT),2),帧结构的说明。,图,2.18,同步字排列格式 图,2.19,控制字结构,2.6.1,循环式远动,(CDT),同步字：,标明一帧信息的开始，以此字来实现帧同步。当今都选用EB90H作为同步字。现在多数远动均以六个字节表示一个字，则同步字就是连续传送3次EB90H。每一个EB90H占两个字节，通道中串行发送。由于串行接口SIO发送码字是字节的低位先发，高位后发，且两个字节是先发低编号字节，后发编号高字节。,控制字：,是用来说明本帧的特点，其6个字节表述一下内容：,a.控制字节，b.帧类别，c.校验码,。,信息字：,包括上行时的YC、YX字。除各种被测量及状态外，还包括事件顺序记录，电能脉冲计数、RTU站内工作状态等信息。下行则是各种YK命令，YT命令。,2.6.1,循环式远动,(CDT),图,2.20 YC,信息字格式 图,2.21 YX,信息字格式,2.6.1,循环式远动,(CDT),(3)CDT,远动的特点,1)RTU,不断循环上报现场数据，实时性强。,2)CDT,规约采用信息字校验方式，将整帧信息化为若干个信息字。,3)CDT,采用,YX,优先传送、大大提高了事故、事件传送的相应速度。,4),允许多个,RTU,和多个主站间进行数据传送。,5),因循环传送信息，主站对一般遥测量变化的响应速度慢，且通道必须采用全双工方式。,6),一般不允许多台,RTU,共线连接，,RTU,与,MS,之间采用点对点方式连接。,2.,6,.,2,问答式运动,(1)工作方式,问答式远动中，MS是主动端，RTU端是从动端，每个RTU有一站号，MS对RTU询问，对应RTU在接收到MS的命令后，必须在规定时间内应答，否则认为本次通信失约。RTU没有收到MS的询问时，不向MS主动上报信息。,(2)报文格式,第一类：校验码占用两个字节，这类型是问答式的主要报文类型,第二类：校验码占用一个字节，这类型只有MS-RTU方向。,第三类：无校验码，只有RTU对MS的应答，形式下图（d）,图,2.22,三种报文形式,2.,6,.,2,问答式运动,三类报文形式按上行、下行方式划分为两大类。,1)MS至RTU的报文类型及格式。,MS对RTU的报文有两种类型，一类是要RTU执行某种命令任务，另一种则是对RTU询问。,2)RTU至MS的报文类型及格式,RTU对MS的应答也有多种报文。具体地回答某个或某些状态或数据变化时，用图2-22（b）形式；另一种为图2-22（d）形式，用来回答主站的询问或回答一些不需要从RTU得到具体的信息的应答信号。由于无具体的数据传送，故连校验码都省略。,2.,6,.,2,问答式运动,(3),回答式远动的特点,1),各,RTU,均有自己的站名编号，故可以允许多台,RTU,复用一个通信道，节省了通道，并能适应任意电网结构，且询问应答不同时，可以采用半双工的通道。,2),采用变化信息传送方式，压缩了数据块长度，提高了信息传送速度。,3),由于不允许,RTU,主动上报信息，问答式对事故的响应速度慢。,4),问答式的校验码是在整幅报文传送的末端才加入，一次通信失败则整幅报文丢失，故对通信质量要求较高。,2.,6,.3 分布网络远动(Distributed Network ProtocolDNP)的概念,DNP,规约支持问答式和自动上报数据传输方式，并支持分布式网络中应用的通信冲突碰撞避免,/,检测协议。可以认为它具有循环式与问答式远动的优点。,DNP,具有比,CDT,，,Polling,更多的优点，近年，在配电网内得到重视并开始推出应用。其工作原理简介如下：,DNP,规约的文本由物理层、数据链层、传输层和应用层四部分组成。,2.,6,.3 分布网络远动(DNP)的概念,物理层规定其通信方式采用异步通信接口及,FSK,调制方式。数据链层即指一帧信息的组成形式。图,2.24,给出,DNP3.0,版本中的帧格式结构示意图。,图,2.24 DNP,的帧结构,光纤通信具有以下优点,：,1),因为是以光速传输信息，载波频率高，通信容量大。,2),损耗低、中继距离远，现使用的二氧化硅玻璃构成的光纤损耗极低。,3),抗电磁干扰能力强、无串话。,4),容易均衡。,