電力系統(tǒng)自動(dòng)化-第一章ppt課件

1、上海交通大學(xué) 電氣工程系電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理自動(dòng)安裝需求哪些必需的模塊呢？自動(dòng)安裝需求哪些必需的模塊呢？v自動(dòng)安裝的作用：實(shí)時(shí)探測(cè)被丈量物理量與其自動(dòng)安裝的作用：實(shí)時(shí)探測(cè)被丈量物理量與其理想值的偏向，產(chǎn)生調(diào)整方案，將方案發(fā)給執(zhí)行理想值的偏向，產(chǎn)生調(diào)整方案，將方案發(fā)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。是包含自動(dòng)控制系統(tǒng)的安裝。機(jī)構(gòu)。是包含自動(dòng)控制系統(tǒng)的安裝。v生活中自動(dòng)控制系統(tǒng)的例子：根據(jù)氣候增減服生活中自動(dòng)控制系統(tǒng)的例子：根據(jù)氣候增減服裝；裝；losing weightv可以看出，自動(dòng)控制系統(tǒng)中需求丈量模塊、計(jì)可以看出，自動(dòng)控制系統(tǒng)中需求丈量模塊、計(jì)算分析模塊、輸出執(zhí)行模塊算分析模塊、輸出執(zhí)行模塊

2、v計(jì)算機(jī)的開展使得這些模塊具有快速、穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)的開展使得這些模塊具有快速、穩(wěn)定的特點(diǎn)特點(diǎn)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理自動(dòng)安裝的組成自動(dòng)安裝的組成 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)2.集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)FCS3.WAN系統(tǒng)等系統(tǒng)等4.v硬件構(gòu)成方式硬件構(gòu)成方式電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳感器的作用：將物理量變成計(jì)算機(jī)能識(shí)別電信號(hào)那么電力系統(tǒng)電壓電流信號(hào)用不用傳感器呢？A/D轉(zhuǎn)換器的作用模擬多路開關(guān)MUX)的作用圖示一下MUX +傳感 器電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自

3、動(dòng)裝置原理微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)v 含電源、機(jī)箱、總線板、鍵盤等v 專門的總線設(shè)計(jì)，優(yōu)化安排56根線，使其相互關(guān)擾更小v 合理的板極布置，每個(gè)板極功能獨(dú)立v 優(yōu)質(zhì)的電源機(jī)箱，適于戶外任務(wù)和長期任務(wù)of course, more $)總線電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理 微型計(jì)算機(jī)和工控計(jì)算機(jī)都是單機(jī)系統(tǒng)，控制的都是單個(gè)設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，變壓器分接頭調(diào)整等。 而有時(shí)候，需求對(duì)整個(gè)廠站進(jìn)展監(jiān)控，這時(shí)就需求局域網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。例如，變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理集散控制系統(tǒng)集散控制

4、系統(tǒng)(DCS) & 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FCS)DCSFCSv數(shù)據(jù)采集測(cè)控站數(shù)據(jù)采集測(cè)控站 v上位機(jī)上位機(jī) v現(xiàn)場(chǎng)總線主節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線主節(jié)點(diǎn)v現(xiàn)場(chǎng)總線從節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線從節(jié)點(diǎn)v路由器路由器 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)WAN 前述DCS&FBS均屬于LAN網(wǎng)絡(luò) LAN與WAN的區(qū)別：作用范圍分別為幾千米以下和幾十千米以上 電力系統(tǒng)哪些運(yùn)用需求LAN，哪些又需求用WAN呢？電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣、量化與編碼技術(shù)采樣、量化與編碼技術(shù)采樣采樣對(duì)延續(xù)的模擬信號(hào)對(duì)延續(xù)的模擬信號(hào)x(t)，按一定的時(shí)間，按一定的時(shí)間間隔間隔Ts，抽取相應(yīng)，抽取相

5、應(yīng)的瞬時(shí)值的瞬時(shí)值 將隨時(shí)間變化的物理量記錄在計(jì)算機(jī)中，都是采用采用離散化的方式。假設(shè)他看到聽到的回放很“延續(xù)，也只是由于采樣間隔小、外部延續(xù)化處置做得好。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣、量化與編碼技術(shù)采樣、量化與編碼技術(shù)量化量化把采樣信號(hào)的幅值把采樣信號(hào)的幅值與某個(gè)最小數(shù)量單與某個(gè)最小數(shù)量單位的一系列整數(shù)倍位的一系列整數(shù)倍比較，以最接近于比較，以最接近于采樣信號(hào)幅值的最采樣信號(hào)幅值的最小數(shù)量單位倍數(shù)來小數(shù)量單位倍數(shù)來表示該幅值。表示該幅值。 把量化信號(hào)的數(shù)值把量化信號(hào)的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示用二進(jìn)制代碼表示 假設(shè)一個(gè)最小單位是0.2v, 那么采樣測(cè)出來的0.82v的量化值是多少呢

6、？電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理量化量化設(shè)N為數(shù)字量的二進(jìn)制代碼位數(shù)，量化單位定義為量化器滿量程電壓值VFSRFull Scale Range與2N的比值，用q表示，即有舍有入12 NFSRVq將信號(hào)幅值分為假設(shè)干層，各層的間隔相等，且等于量化單位q。當(dāng)信號(hào)幅值小于量化單位q/2時(shí)，舍去；當(dāng)信號(hào)幅值大于等于量化單位q/2但小于量化單位q時(shí)，進(jìn)一個(gè)量化單位。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣、量化與編碼技術(shù)采樣、量化與編碼技術(shù)編碼編碼把量化信號(hào)的數(shù)值把量化信號(hào)的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示用二進(jìn)制代碼表示 l量化和編碼的全過程就是A/D轉(zhuǎn)換的過程，用到的設(shè)備就是A/D轉(zhuǎn)換器l剛剛的

7、采樣信號(hào)編碼值采用四位輸出是多少？l他覺得不太準(zhǔn)確嗎？怎樣改善呢？電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣、量化與編碼技術(shù)采樣、量化與編碼技術(shù)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣過程采樣過程)()()()()(sTssnTttxttxnTx 采樣過程可以看作是脈沖調(diào)制過程，采樣開關(guān)可以看作是調(diào)制器。輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的關(guān)系可以表達(dá)為采樣開關(guān)控制信號(hào)假設(shè)采樣脈沖為理想脈沖，且思索到時(shí)間為負(fù)值無物理意義 0)()()(nssssnTtnTxnTx單位脈沖函數(shù)t圖示一下電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣過程采樣過程 插播問題：采樣間隔越大越好還是越小越好？電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自

8、動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣定理采樣定理v采樣周期Ts決議了采樣信號(hào)的質(zhì)量和數(shù)量：v Ts太?。簲?shù)據(jù)劇增，占用大量的內(nèi)存單元v Ts太大：模擬信號(hào)的某些信息喪失，信號(hào)失真ms2v采樣定理：指出了重新恢復(fù)延續(xù)信號(hào)所必需的最低采樣頻率，以保證能不失真地恢復(fù)原信號(hào)x(t)v香農(nóng)Shannon采樣定理 采樣頻率 模擬信號(hào)頻譜中最高頻率 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣點(diǎn)數(shù)與諧波計(jì)算采樣點(diǎn)數(shù)與諧波計(jì)算v被采樣信號(hào)是頻率為50Hz的正弦交流信號(hào)，那么根據(jù)采樣定理，在該正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，至少多少點(diǎn)的采樣，才可以由采樣的點(diǎn)值確定正弦信號(hào)。v5次諧波計(jì)算需求的最小采樣點(diǎn)數(shù)？電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置

9、原理自動(dòng)裝置原理采樣點(diǎn)數(shù)與諧波計(jì)算采樣點(diǎn)數(shù)與諧波計(jì)算被采樣信號(hào)是頻率為50Hz的正弦交流信號(hào)，在該正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，恣意多于兩點(diǎn)的采樣，就可以由采樣的兩點(diǎn)值確定正弦信號(hào)。是由于：50Hz對(duì)應(yīng)的周期是0.02S根據(jù)采樣定理，采樣頻率至少為100Hz，對(duì)應(yīng)的周期為0.01S在該正弦信號(hào)的一個(gè)周期0.02S內(nèi)要有兩個(gè)周期為0.01S的采樣點(diǎn)。就可保證采樣計(jì)算的不失真。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理采樣點(diǎn)數(shù)與諧波計(jì)算采樣點(diǎn)數(shù)與諧波計(jì)算v5次諧波計(jì)算需求的最小采樣點(diǎn)數(shù)？v在一個(gè)周期內(nèi)采樣至少10點(diǎn)。這是由于：v5次諧波的頻率是基波的5倍，采樣頻率也應(yīng)是基波的5倍。采樣的點(diǎn)數(shù)也應(yīng)是基波的5倍

10、。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理交流采樣的電量計(jì)算和前置算法交流采樣的電量計(jì)算和前置算法v交流采樣的電量計(jì)算交流采樣的電量計(jì)算v電壓電壓/電流量通常采用工頻周期內(nèi)電流量通常采用工頻周期內(nèi)12點(diǎn)采樣法點(diǎn)采樣法與香農(nóng)定理比；并板書簡(jiǎn)介傅里葉展開與香農(nóng)定理比；并板書簡(jiǎn)介傅里葉展開v有功功率和無功功率采用有功功率和無功功率采用“三表法和三表法和“兩表法兩表法 841027511160212361UUUUUUUUUUUR117511084293212361UUUUUUUUUUUI這里U是基波的實(shí)部、虛部電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理交流采樣的電量計(jì)算和前置算法交流采樣的電量計(jì)算和前置

11、算法v數(shù)據(jù)的前置處置數(shù)據(jù)的前置處置v標(biāo)度變換標(biāo)度變換 v數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn) v線性化處置線性化處置 消除傳感器、變送器的非線性消除傳感器、變送器的非線性丈量丈量v數(shù)字濾波數(shù)字濾波v 算術(shù)平均法算術(shù)平均法v 加權(quán)平均法加權(quán)平均法v 一階遞歸法一階遞歸法電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理標(biāo)度變換作用標(biāo)度變換作用v在被控系統(tǒng)中有各種不同的遙丈量，它們的數(shù)值不同，量綱相異。v但是經(jīng)過相應(yīng)的變送器后，即變成一致的05V直流模擬電壓送入遠(yuǎn)動(dòng)安裝。v經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，變換成幾位二進(jìn)制數(shù)。v為理處理用什么方法才干將遙丈量的絕對(duì)值顯示出來的問題，并能在接納端用同一數(shù)碼顯示器顯示不同的遙丈量值

12、，就要乘以不同的系數(shù)。v這個(gè)過程稱為標(biāo)度變換電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理標(biāo)度變換系數(shù)標(biāo)度變換系數(shù)v被丈量的滿量程與模/數(shù)轉(zhuǎn)換的輸出量,兩者呈線性比例關(guān)系,比例系數(shù)為K,稱為標(biāo)度變換系數(shù)。v設(shè)遙丈量的實(shí)踐值為S,模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的值為D,那么K=S/Dv由于S和D呈線性比例關(guān)系,所以可以以滿量程的對(duì)應(yīng)關(guān)系來求出標(biāo)度變換系數(shù)K。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理例子例子v 【例1】 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度12位，雙極性輸出，被測(cè)電流的滿量程為1500A和150A時(shí)，求標(biāo)度變換系數(shù)K？ v 先問個(gè)問題，哪個(gè)精度更高？v 解：雙極性輸出A/D變換后，當(dāng)被測(cè)值與滿量程相等時(shí),轉(zhuǎn)換結(jié)果為1

13、1位全1碼,滿量程結(jié)果為 11111111111B=2047。 v 被測(cè)電流的滿量程為1500A時(shí)v K=S/D=1500/2047=0.732779677 =0.101110111001011Bv 被測(cè)電流的滿量程為150A時(shí)v K=S/D=150/2047=0.0732779677 =0.00010010110Bv 為保證有效位數(shù)，1500A標(biāo)度變換系數(shù)比150A的放大10倍電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理v今測(cè)得A/D值為06F6H,被測(cè)電流的滿量程為1500A和150A時(shí)，分別計(jì)算其對(duì)應(yīng)的被測(cè)電流值？v首先將所測(cè)值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制值。v06F6H0011011110110B1782

14、Dv滿量程為1500A時(shí)，被測(cè)電流值=v1782 K=1782 0.732779677=1305.8132Av滿量程為150A時(shí)，v被測(cè)電流值=1782 Kv= 1782 0.0732779677=130.58132A電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理v直流變換采樣的電量計(jì)算v【例2】采用電壓變送器丈量電網(wǎng)電壓值，AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度12位，單極性輸出，電網(wǎng)為110kV，今測(cè)得A/D值為0CF6H，計(jì)算其原電壓值。v解：首先將所測(cè)值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制值。v0CF6H0110011110110B3318Dv12位A/D轉(zhuǎn)換的最大值為111111111111B，即0FFFH代表直流5V電壓。電力系

15、統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理111111111111B轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制為4095。根據(jù)A/D的線性關(guān)系有：4095：3318=5V：xx=33185/40954.05(V)變送器的直流5V代表交流側(cè)110kV電壓那么110kV：y=5：4.05y=4.05110/5=89.1(kV)這樣經(jīng)過標(biāo)量計(jì)算后得被測(cè)電壓值為89.1kV。這道題的解法也可以不涉及5v,這里主要是為了讓大家了解有兩級(jí)變換電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理死區(qū)死區(qū)v由于廠站端的一些參數(shù)例如母線電壓等，平常變化不大，遠(yuǎn)動(dòng)安裝在搜集后要傳送到調(diào)度中心去。假設(shè)它變比不太大，甚至無變化，也向調(diào)度中心傳是不用要的，反而添加了安

16、裝處置數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。v為了提高安裝效率和信道利用率，在處置這類模擬量時(shí)，采用“閾值方法，只需變化量超越這個(gè)閾值時(shí)才傳送，小于或等于閾值就不傳送，這個(gè)閾值稱為“死區(qū)。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理遠(yuǎn)動(dòng)終端概念遠(yuǎn)動(dòng)終端概念v 遠(yuǎn)動(dòng)終端(Remote Terminal Unit)是電網(wǎng)監(jiān)視和控制系統(tǒng)中安裝在發(fā)電廠或變電站的一種遠(yuǎn)動(dòng)安裝，簡(jiǎn)稱RTU。vRTU采集所在發(fā)電廠或變電站表征電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)形狀的模擬量和形狀量v監(jiān)視并向發(fā)電廠變電站值班室、調(diào)度中心傳送這些模擬量和形狀量v執(zhí)行調(diào)度中心發(fā)往所在發(fā)電廠或變電站的控制和調(diào)理命令。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理

17、自動(dòng)裝置原理RTU在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的表示圖在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的表示圖電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理一種典型的遠(yuǎn)動(dòng)終端一種典型的遠(yuǎn)動(dòng)終端 機(jī)柜機(jī)柜機(jī)箱機(jī)箱各種插件板各種插件板電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理 RTU的主要功能的主要功能 1采集形狀量信息2采集模擬量丈量值3與調(diào)度端進(jìn)展通訊4被丈量越死區(qū)傳送5事件順序記錄SOE6執(zhí)行遙控命令7系統(tǒng)對(duì)時(shí)8自恢復(fù)和自檢測(cè)功能前往本章首頁電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理自動(dòng)裝置原理lOUTlA3lA2lA1lA0lIN0l0l0l0l0lIN2l0l0l0l1lIN4l0l0l1l0lIN6l0l0l1l1lIN1l0l1l0l0lIN3l0l1l0l1lIN5l0l1l1l0lIN7l0l1l1l1 RTU模擬量輸入電路原理圖模擬量輸入電路原理圖CD406*:采樣堅(jiān)持電路AD92*:A/D轉(zhuǎn)換器電力