配電網(wǎng)自動化課件(02).

1、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SCADASCADA系統(tǒng)系統(tǒng)： Supervisor Control And Dat

2、a AcquisitionSupervisor Control And Data Acquisition的縮的縮寫，即監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集的意思。寫，即監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集的意思。 作用：完成遠方現(xiàn)場的運行參數(shù)狀態(tài)的監(jiān)視、對作用：完成遠方現(xiàn)場的運行參數(shù)狀態(tài)的監(jiān)視、對工藝流程進行全面、實時的監(jiān)視和遠方操作控制、工藝流程進行全面、實時的監(jiān)視和遠方操作控制、調(diào)節(jié)等任務(wù)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)并為生產(chǎn)、調(diào)度和管理提供必要的數(shù)據(jù)據(jù) 配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的特點(1)(1)配電網(wǎng)一般是樹枝狀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)分散、點多、每點信息量少，采配電網(wǎng)一般是樹枝狀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)分散、點多、每點信息量少，采集信

3、息比輸電網(wǎng)困難。集信息比輸電網(wǎng)困難。(2)(2)配電網(wǎng)設(shè)備多，數(shù)據(jù)量一般比輸電網(wǎng)多出一個數(shù)量級。配電網(wǎng)設(shè)備多，數(shù)據(jù)量一般比輸電網(wǎng)多出一個數(shù)量級。(3)(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。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)(4)低壓配電網(wǎng)為三相不平衡網(wǎng)絡(luò)，因此無論在計算上還是在低壓配電網(wǎng)為三相不平衡網(wǎng)絡(luò)，因此無論在計算上還是在SCADASCADA圖圖形監(jiān)視上，都與輸電網(wǎng)不盡相同。形監(jiān)視上，都與輸電網(wǎng)不盡相同。(5)(5)對配電網(wǎng)而言，需要有建立在對配電網(wǎng)而言，需要有建立在SCADASCADA系統(tǒng)之上的具有故障隔離能力系統(tǒng)之上的具有故障隔離

4、能力及恢復(fù)供電能力的自動操作軟件。及恢復(fù)供電能力的自動操作軟件。(6)(6)配電網(wǎng)因其點多面廣，配電網(wǎng)配電網(wǎng)因其點多面廣，配電網(wǎng)SCADASCADA系統(tǒng)對通信系統(tǒng)提出了比輸電系統(tǒng)對通信系統(tǒng)提出了比輸電網(wǎng)更高的要求。網(wǎng)更高的要求。(7)(7)配電網(wǎng)直接連接用戶，使得配電網(wǎng)配電網(wǎng)直接連接用戶，使得配電網(wǎng)SCADASCADA系統(tǒng)的創(chuàng)建、維護、擴展系統(tǒng)的創(chuàng)建、維護、擴展工作量非常巨大。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（遠動功能）數(shù)據(jù)的收集與監(jiān)控（遠動功能）1)遙遠測量(YC )(Telemetering）2)遙遠信號(YX )( Telesigmat，Telein

5、dica-tion)。3)遙遠控制(YK )( Teleswitching)。4)遙遠調(diào)節(jié)(YT)(Teleadjusting)。2.4.1 SCADA的基本功能（2）各種處理功能、人機界面要求 SCADA級的各種功能包括實時數(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。作為一個完整的功能系統(tǒng)，還必須有功能完善的人機界面要求。 在建立遠動系統(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中運動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖2.9 運動裝置的功能結(jié)構(gòu)框圖（2）微機運動系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖2.4

6、.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：抗干擾編碼：通過編碼對要傳送的數(shù)據(jù)進行改造，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，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，添加一定的校驗碼元（監(jiān)督位），由信息序列和校驗碼構(gòu)成一個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、奇偶校驗碼 1)若按一定方式，只取長度為n的部

7、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，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，可能是多個碼元同時出錯，以致原來傳送的許用碼字可能恰好變成另一個許用碼字，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) 奇偶校驗碼是一個（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，添加一位奇校驗或偶校驗碼元，使每個碼字中“1”碼元的個數(shù)恒為奇數(shù)或偶數(shù)。 設(shè)碼字cn-1，cn-2，

8、c1，c0，其中cn-1，cn-2，c1 為數(shù)據(jù)位， c0 為校驗碼元（監(jiān)督位）。當(dāng)碼字中的“1”碼元的個數(shù)恒為偶數(shù)時（偶校驗），滿足： 或： 這種碼稱為偶校驗碼。由此可知：偶校驗碼的校驗碼元等于數(shù)據(jù)碼元的模 2 和；0121.0nncccc0121.nncccc2.4.3 抗干擾編碼的基本概念 如果碼字中“1”的個數(shù)恒為奇數(shù)（奇校驗），則滿足： 或這種碼稱為奇校驗碼，奇校驗碼的校驗碼元等于數(shù)據(jù)碼元的模2和再取非。 奇偶校驗碼是應(yīng)用的最多的一種抗干擾編碼方式，最大的好處是實現(xiàn)簡單，編碼效率高，其編碼效率為： 但奇偶校驗碼的檢錯能力較差，不能糾錯。當(dāng)接收碼字錯奇數(shù)個碼元時，它能夠監(jiān)測出有錯碼，但

9、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)個碼元時，則其失去檢錯能力，會誤判為碼字中沒有錯誤發(fā)生。0121.1nncccc0121.1nncccc11knkRnnk2.4.3 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)定的算法運算得出時，這種分組碼稱為線性分組碼。前述的奇偶校驗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)碼及其校驗方法 1)可供作遠動系統(tǒng)構(gòu)成抗干

10、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)檢驗方法。2.5 RTU的信息采集 遠動系統(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)量狀態(tài)量(開關(guān)量開關(guān)量) 1)遠動系統(tǒng)中的狀態(tài)量是指設(shè)備運行的開或停狀態(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，一位二進制數(shù)就可以表示某一設(shè)備的狀態(tài)。 2)狀態(tài)量的

11、輸入均采用并行方式，即一個8位輸入接口可并行接收8個設(shè)備的狀態(tài)量輸入回路 (2)數(shù)字量數(shù)字量(脈沖累計量脈沖累計量) 遠動系統(tǒng)中的一類輸入為串行的數(shù)字量，或稱脈沖累計量?，F(xiàn)在主要是作為電能計量的輸入方式，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。 計算機室通過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，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)

12、為直流電流值時，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，而是多個。但通常A/D轉(zhuǎn)換器只是一個，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的捕捉時間可以忽略。各模擬量被采樣時，認(rèn)為是同時的。 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

13、/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)中各個通道的模擬量并不是以同一時刻的量被采集。故當(dāng)有多個被測量要測量，采用圖(b)結(jié)構(gòu)時，應(yīng)注意這種不同時性應(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)，則每一個被觀測量均可設(shè)定下下報警值、警告值及零值與死區(qū)，如下圖所示。1)上下限報警值：說明被測量已越過正常運行范圍而報警，此時必須進行人工或自動干預(yù)，盡可能使被測量對應(yīng)的運行恢復(fù)或作其他相應(yīng)處理。1.1.2 配電網(wǎng)的特點 配電網(wǎng)特點 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

14、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣、復(fù)雜 中性點接地方式不同 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：提醒運行人員，該被測量已越過允許正常運行范圍，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)置時必要的，因為實際運行狀態(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

15、.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所示的一個電壓和兩個電流量的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、電壓波形進行采樣，因此，可以對被測電量的波形進行分析，實時性好。且有功功率，無功功率可通過采取的u，i值進行計算求得，并可以進行諧波分

16、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)測量值的計算 1)設(shè)每一個工頻周期對每一個被測量采樣N點，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

17、.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開始計算，將一個周波等分為N個時刻。例如N=16，則當(dāng)fe=50 Hz時，采樣周期 Ts=1.25 ms。2.6 遠動裝置的分類及其規(guī)約2.6.1 循環(huán)式遠動(Cyclic Data Transmis-sionCDT) (1)工作方式 以YC，YX傳送來說明遠動系統(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)進行，MS順序接收信號。為正確工作，雙方必須嚴(yán)

18、格同步工作。當(dāng)進行YK，YT時，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、幀方式組成并傳送。2.6.1 循環(huán)式遠動(CDT) 將二進制碼(bit)稱為步，若干步組成一個點(稱為字或碼字)，一個字構(gòu)成一個完整的信息。例如，一個要傳送的遙測量，就以一個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)式遠動的幀結(jié)構(gòu)2.6.1 循環(huán)式遠動(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)式遠動(CD

19、T) 同步字：標(biāo)明一幀信息的開始，以此字來實現(xiàn)幀同步。當(dāng)今都選用EB90H作為同步字。現(xiàn)在多數(shù)遠動均以六個字節(jié)表示一個字，則同步字就是連續(xù)傳送3次EB90H。每一個EB90H占兩個字節(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，其6個字節(jié)表述一下內(nèi)容：a.控制字節(jié)，b.幀類別，c.校驗碼。 信息字：包括上行時的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)式遠動(CDT)圖2.20 YC信息字格

20、式 圖2.21 YX信息字格式2.6.1 循環(huán)式遠動(CDT) (3)CDT遠動的特點 1)RTU不斷循環(huán)上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)，實時性強。 2)CDT規(guī)約采用信息字校驗方式，將整幀信息化為若干個信息字。 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RTU和多個主站間進行數(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之間采用點對點方式連接。2.6.2 問答式運動(1)工作方式 問答式遠動中，MS是主動端，RTU端是從動端，每個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，不向MS主動上報信息。(2)報文格式第一類：校驗碼占用兩個字節(jié)，這類型是問答式的主要報文類型第二類：校驗碼占用一個字節(jié)，這類型只有MS-RTU方向。第三類：無校驗碼，只有RTU對MS的應(yīng)答，形式下圖（d）圖2.22 三種報文形式2.6.2 問答式運動 三類報文形式按上行、下行方式劃分為兩大類。 1)MS至RTU的報文類型及格式。 MS對RTU的報文有兩種類型，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的報文類型及格式 RTU對MS的應(yīng)答也有多種報文。具體地回答某個或某些