變電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)字化變電站概述

1、變電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)字化變電站概述 變電站概述變電站作為電力系統(tǒng)的基層部門，有必要發(fā)展成為全方位的自動化系統(tǒng)，其裝置的本身應具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理等裝置，及時地下達指標和執(zhí)行命令。其系統(tǒng)的緊急和異常情況應及時地就地處理，把數(shù)據(jù)、分析后的數(shù)據(jù)和執(zhí)行情況發(fā)送給調(diào)度中心，其數(shù)據(jù)再由調(diào)度中心分析處理，遠方操作與該問題相關(guān)其他部門的控制設備。 變電站的主要設備 變電站的主要設備是：一次的有線路、母線、斷路器、刀閘、變壓器、電容電抗器，二次的有微機保護、RTU,通訊設備、直流裝置和控制裝置。目前變電站大致有2種模式：對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的變電站終端為RTU，保護相對獨立。若為綜合自動化站，則保護和

2、數(shù)據(jù)采集同時進行，由通道上送到調(diào)度中心。數(shù)據(jù)采集的裝置 數(shù)據(jù)采集的裝置不僅僅只做數(shù)據(jù)采集的工作，同時包括數(shù)據(jù)的整理、分析處理、驅(qū)動電路執(zhí)行等功能，例如，電容器的投切、主變有載自動調(diào)壓（綜合裝置如VQC）、BZT的投切（備自投）、接地線的自動載入等控制可在當?shù)鼗蜻h方對此無人值守變電站進行操作。我們先說說RTU和保護分開，獨立完成數(shù)據(jù)采集功能的情況什么是RTURTU即為通訊遠動裝置，電力系統(tǒng)中使用主要為采集和處理通訊上“四遙”信息量和處理一些現(xiàn)場信息。(遙測，遙信，遙控，遙調(diào))采樣模式有兩種，一種是直流采樣，就是模擬量采集通過變送器；另一種是交流采樣，就是模擬量采集通過PT、CT隔離。目前大部分生

3、產(chǎn)商的RTU 產(chǎn)品為交流采樣遠動終端,指的是工頻交流電量直接輸入,經(jīng)過離散采樣后,通過計算得到電流I,電壓U,有功功率P,無功功率Q,功率因素COS 等值,并具有采集和發(fā)送狀態(tài)量,SOE(事件),DD(電能量)和控制等功能的綜合型的遠動裝置. 關(guān)于四遙功能即遙信( YX) , 遙測( YC) , 遙控( YK) 和遙調(diào)( YT) 的概念 四遙功能：四遙功能即遙信( YX) 遙測( YC) 遙控( YK) 遙調(diào)( YT) 遙信：要求采用無源接點方式,即某一路遙信量的輸入應是一對繼電器的觸點,或者是閉合,或者是斷開。 通過遙信端子板將繼電器觸點的閉合或斷開轉(zhuǎn)換成為低電平或高電平信號送入RTU 的Y

4、X 模塊。遙信功能通常用于測量下列信號,開關(guān)的位置信號、變壓器內(nèi)部故障綜合信號、保護裝置的動作信號、通信設備運行狀況信號、調(diào)壓變壓器抽頭位置信號。自動調(diào)節(jié)裝置的運行狀態(tài)信號和其它可提供繼電器方式輸出的信號;事故總信號及裝置主電源停電信號等。 遙測：遙測往往又分為重要遙測、次要遙測、一般遙測和總加遙測等。遙測功能常用于變壓器的有功和無功采集;線路的有功功率采集;母線電壓和線路電流采集;溫度、壓力、流量(流速) 等采集;周波頻率采集和其它模擬信號采集。遙控：采用無源接點方式,要求其正確動作率不小于99. 99 %. 所謂遙控的正確動作率是指其不誤動的概率,一般拒動不認為是不正確,遙控功能常用于斷路

5、器的合、分和電容器以及其它可以采用繼電器控制的場合。遙調(diào)：采用無源接點方式,要求其正確率大于99. 99 %. 遙調(diào)常用于有載調(diào)壓變壓器抽頭的升、降調(diào)節(jié)和其它可采用一組繼電器控制具有分級升降功能的場合 交流采樣和直流采樣 對于電力系統(tǒng)的發(fā)展至今，RTU裝置基本為交流采樣。圖1：RTU采集數(shù)據(jù)與監(jiān)控系統(tǒng) RTU 一般應具有的功能 基本功能如下：1.采集狀態(tài)量并向遠方傳送,遙信變位優(yōu)先發(fā)送;2.采集數(shù)字量并向遠方傳送;3.直接采集交流工頻電量,實現(xiàn)對I,U,P,Q,f, COS 的測量并向遠方傳送;4.采集脈沖量并向遠方傳送;5.采集直流輸入模擬量并向遠方傳送;6.接受并執(zhí)行遙控命令及反校;7.具

6、有當?shù)毓δ?CRT及打印制表);8.具有程序自恢復功能;9.具有設備自診斷(故障診斷到插件級)功能;10.具有設備自調(diào)功能;10.具有通道監(jiān)視功能;我們公司在變電站方面的產(chǎn)品PTC-8330數(shù)字電能表檢驗裝置和現(xiàn)場校驗儀HPU3001D交流采樣與變送器現(xiàn)場校驗儀PTC8300H交流采樣及變送器檢驗裝置IEC61850數(shù)字化變電站數(shù)字化變電站計量的主要特點提高了計量系統(tǒng)的精度提高了計量系統(tǒng)的可靠性計量精度更高 數(shù)字化變電站采用輸出數(shù)字信號的光電式、電子式互感器，數(shù)字化的電流、電壓信號在傳輸處理的過程中沒有附加誤差，提升了數(shù)據(jù)采集的精度。1,無需現(xiàn)場校驗；2,受外界環(huán)境（溫度，濕度等）影響小,誤差

7、穩(wěn)定性好.計量準確度、穩(wěn)定性、可靠性更高采樣信號無失真?zhèn)鬏斨帘碛?，新式電流互感器不飽和，頻響范圍寬，不存在開路危險等變電站設備之間通過光纖傳輸具有校驗信息的光數(shù)字信號，解決了傳統(tǒng)變電站強電場對模擬信號及模擬信號之間相互干擾的問題表計電源使用雙電源冗余供電，不從PT上取電，消除了表計功耗對計量信號的影響。表計信號輸入使用光纖輸入，接入簡單可靠，不容易出錯。表計計量準確度不受溫度、濕度等環(huán)境影響，且無任何附加誤差；避免二次電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地問題。數(shù)字化變電站計量系統(tǒng)組成IEC61850-9-1IEC61850-9-2什么叫合并單元用以對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和電壓數(shù)據(jù)進行時間相

8、關(guān)組合的物理單元，合并單元可以是互感器的一個組件，也可以是一個分立單元。采用一臺合并單元(MU)匯集多達12個二次轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)通道。一個數(shù)據(jù)通道傳送一臺電子式電流互感器或一臺電子式互感器采樣測量的單一數(shù)據(jù)流。在多相或組合單元時，多個數(shù)據(jù)通道可以通過一個物理接口從二次轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)胶喜卧?，合并單元對二次設備提供一組時間相關(guān)的電壓電流樣本。二次轉(zhuǎn)換器也可以從傳統(tǒng)電壓互感器或電流互感器獲取信號，并匯集到合并單元單相電子式電流互感器數(shù)字化變電站計量產(chǎn)品介紹目前的數(shù)字電能表產(chǎn)品威勝ME2 系列(數(shù)字流輸入) 許繼 - - - DSSD568 /DTSD568新寧光電 基于IEC61850的全數(shù)字電能表應用

9、系統(tǒng) 采樣值傳輸協(xié)議采樣值（SMV）傳輸是在間隔過程層將高壓電流、電流通過合并單元對每個采樣點均以離散數(shù)字形式向間隔層IED按IEC61850-9-1/9-2標準傳輸信息，報文中包含各相電壓、保護電流、測量電流、零序電壓、零序電流等。SMV傳輸采用發(fā)布者/訂戶方法，信息量比較大，且需要高實時，因此傳輸速度是主要矛盾。為了加快發(fā)送和接收速度，采用直接在以太網(wǎng)鏈路層上傳輸報文的方法，省去了高層協(xié)議（如TCP/IP）編解碼造成的延時。在過程層通過網(wǎng)絡傳輸采樣值將大大節(jié)省電纜，節(jié)約投資，同時還有提高數(shù)據(jù)共享程度、提高測量精度。SMV幀格式主體部分示意圖 IEC61850-9-1定義：采用單路傳播的采樣

10、值傳輸協(xié)議特點：數(shù)據(jù)集兼容IEC60044-7/8規(guī)定，即每個ASDU（應用服務數(shù)據(jù)單元）包含12個通道的數(shù)據(jù)（3相電壓、3相保護電流、3相測量電流、母線電壓、零序電壓、零序電流），每個通道數(shù)據(jù)的長度為16位；傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是經(jīng)過標準化的數(shù)據(jù)，象測量數(shù)據(jù)在額定時固定為0 x2D41（有效值）。接收方在接收到數(shù)據(jù)后還要將該值轉(zhuǎn)換為實際值，具體轉(zhuǎn)換為多少可由雙方商定，也可在9-1數(shù)據(jù)幀中規(guī)定。傳輸數(shù)據(jù)中沒有時標，只有采樣序號。每次采樣序號加1，同時在GPS秒脈沖來時翻轉(zhuǎn)為0。因此接收方可通過序號計算秒以下的時間，并補充秒以上的日歷時間形成時標。采用點對點通信，因此通信鏈路不接交換機優(yōu)點：報文簡單且格式

11、固定，同時采用點對點通信，因此傳輸速度及可靠性較高，且投資較小（主要少了交換機）缺點：由于格式固定，因此缺乏靈活性。此外，由于不能采用交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，因此其物理接線多且復雜。不太符合未來的發(fā)展需要。 IEC61850-9-2定義：采用多路傳播的采樣值傳輸協(xié)議特點：數(shù)據(jù)集和數(shù)據(jù)格式由數(shù)據(jù)模型（SCL文件）定義，可配置。數(shù)據(jù)集的內(nèi)容相當靈活，可靈活配置成各種測量值組合。數(shù)據(jù)格式也是多種多樣，可傳輸浮點、整數(shù)、布爾類型等多種數(shù)據(jù)。因此，9-2幀中可以同時包含采樣值和狀態(tài)值信息。支持MMS服務，接收方可通過MMS服務從發(fā)送方獲取數(shù)據(jù)集列表及數(shù)據(jù)格式等信息，也可設置采樣率的參數(shù)或使能或禁止采樣值傳輸

12、。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是經(jīng)過縮放的實際值，通過一定的比例縮放即可獲得實際值（縮放系數(shù)包含在數(shù)據(jù)幀中）數(shù)據(jù)自帶時標，接收方可直接獲得采樣數(shù)據(jù)的絕對時刻。采用多播方式傳輸，因此通信鏈路中應包含專用的交換機（非普通交換機）。優(yōu)點：數(shù)據(jù)集可以配置，靈活性高。由于采用多播方式傳輸數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)共享性好，符合未來發(fā)展需要。缺點：由于數(shù)據(jù)集和格式太靈活，因此接收方理解上較困難。同時由于幀格式較復雜，且數(shù)據(jù)要通過交換機進行傳輸，因此傳輸延時和解碼時間較大，實時性不是很好。 IEC61850-9-2 LE9-2 LE是UCA組織為解決9-2實施過程出現(xiàn)的相關(guān)問題而聯(lián)合國際知名廠商共同制定的一個9-2實施導則。9-2 LE

13、的特點將基于9-2傳輸?shù)臄?shù)據(jù)模型進行了實例化，即將其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容及名稱進行了固定數(shù)據(jù)的格式統(tǒng)一用32位有符號整數(shù)表示將測量和保護的采樣率等指標進行了固定時間表示采用和9-1相同的方法，即用采樣序號獲取時標總體上，9-2LE相當于9-1和9-2的一個結(jié)合體，在保留兩者主要優(yōu)點的同時，做了相應的折中目前，國內(nèi)、外廠商在9-2實施方面主要采用9-2 LE方案PTC8330校驗系統(tǒng)主要功能IEC61850協(xié)議的符合性測試(61850-9-1,61850-9-2)通訊鏈路測試計量精度測試(GB/T17883,GB/T17882)表計功能檢驗（DL614功能符合性測試）IEC61850容錯性測試數(shù)字功率

14、源的一致性測試我們的HPU3008數(shù)字功率源已經(jīng)通過了開普實驗室的一致性測試，輸出的IEC61850 9-1，IEC61850 9-2LE完全符合規(guī)約要求。PTC8330數(shù)字檢驗臺工作原理IEC61850數(shù)字功率源標準脈沖發(fā)生器多路網(wǎng)絡交換機數(shù)字數(shù)據(jù)流61850 9-19-2光纖轉(zhuǎn)換器光纖轉(zhuǎn)換器光纖轉(zhuǎn)換器0101001010001數(shù)字電能表數(shù)字電能表數(shù)字電能表誤差計算器誤差計算器誤差計算器數(shù)字功率源的特點PTC8330數(shù)字電能表校驗裝置的主要部件是HPU3008數(shù)字電能表現(xiàn)場校驗儀。它是有數(shù)字功率發(fā)生源和標準脈沖發(fā)生器組成。采用了ARM+DSP的結(jié)構(gòu)方式。ARM負責IEC61850數(shù)字功率的發(fā)

15、生。DSP負責標準脈沖頻率的產(chǎn)生。HPU3001D交流采樣與變送器現(xiàn)場校驗儀概述PTC-8300C交流采樣與變送器檢驗裝置（包括PTC-8300C三相程控源和HPU-3001D交流采樣與變送器現(xiàn)場校驗儀）是采用國際最新數(shù)字電子技術(shù)，以DSP高速處理器為核心的智能型檢驗裝置。該裝置中，HPU-3001D交流采樣與變送器現(xiàn)場校驗儀配以便攜式工控電腦、11.3”大屏幕彩色圖形顯示器，PTC-8300C三相程控源配以圖形液晶顯示器，兩者操作全漢字菜單提示。 HPU-3001D交流采樣與變送器現(xiàn)場校驗儀能同時測量三相電壓、電流、功率、電能、頻率等電量，能在現(xiàn)場在線測試或離線測試各種類型的模擬量輸出變送器

16、和各種交流采樣模塊（微機變送器），進行遙測信號測試，多種規(guī)約的RTU測試、仿真及通訊線路誤碼率測試。所有校驗和測試結(jié)果可存盤，并能長期保存、打印測試報告以及計算機數(shù)據(jù)庫管理 ;并可通過 RS-232接口與計算機連機通訊， 將校驗結(jié)果存放到另外的計算機磁盤中。 PTC-8300C三相程控源的所有操作既可通過鍵盤操作，也可通過 RS-232接口與計算機連機通訊聯(lián)機操作。本裝置精度高、穩(wěn)定性好、使用方便，是目前電力部門交流采樣與變送器等遠動遙測數(shù)據(jù)及配網(wǎng)終端理想的在線測試和離線檢定理想設備。 技術(shù)指標1、準確度等級：或2、輸出電壓：3X100V/220V/380V 15VA/相3、輸出電流：3 X

17、1A/5A 15VA/相4、調(diào)節(jié)范圍：0120% 細度0.01% 可分相調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)偏差率：02%（即輸出準確度）5、輸出頻率：45Hz65Hz 調(diào)節(jié)細度6、相位：0.00359.99 調(diào)節(jié)細度0.017、電壓、電流負載調(diào)整率：0.5%(綜合考慮空載、滿載、感性、阻性、容性)8、失真度：0.2%9、負載特性：感性、阻性、容性（）10、電壓、電流、功率穩(wěn)定度：0.01%/3分鐘11、諧波輸出：221次諧波，各次波含量10%；12、變送器模擬信號輸入：電壓：DC 0 10V 電流：DC 0 20mA測量準確度： 0.01% 或 測量準確度： 功能介紹1、PTC-8300C交流采樣與變送器檢驗裝置由PT

18、C-8300C三相程控源和HPU-3001D交流采樣與變送器現(xiàn)場校驗儀組成。2、HPU-3001D交流采樣與變送器現(xiàn)場校驗儀校驗儀內(nèi)部配有級三相電能、功率以及電壓、電流、頻率、相位基準電能基準，檢驗各種型號的交流采樣與變送器，可通過面板按鍵操作設定，操作使用十分方便；3、大屏幕彩色圖形顯示器” TFT彩色顯示器)，顯示畫面清晰、直觀， 并可同時顯示三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、視在功率、功因、分元功率、頻率、相角等所有電量參數(shù),一目了然；4、向量圖動態(tài)顯示及相序/接線判別：可測量顯示電壓相序， 動態(tài)顯示向量圖， 并對三相三線方式進行接線判別，能判別正逆相序及48種基本接線；5、諧波分

19、析：能進行諧波分析(最高可達80次諧波)及失真度測試，并可動態(tài)顯示6個被測量中任意一路電量的實時波形，具有示波器的功能；6、電流輸入鉗表、端子可切換；7、工控便攜式電腦卡：主 CPU：5X86 鍵 盤：標準鍵盤(86鍵)電子盤：1G 顯示器：11.3” TFT(彩色)內(nèi) 存：128m8、操作系統(tǒng)：中文WINDOWS 98，所有操作全部漢字提示， 并采用功能鍵方式， 根據(jù)顯示界面提示進行相應的操作即可，操作和校驗步驟相當簡單9、數(shù)據(jù)報告存儲并管理，校驗結(jié)果可保存，也可通過RS232接口與外部PC機通信；10、供電電源：現(xiàn)場校驗儀：AC/DC 85-265V 寬范圍的輔助電源（外電源/內(nèi)電源AC）

20、，適用于多種環(huán)境系統(tǒng)；三相程控源：AC 220V20%11、通訊接口：COMA（RS232），COMB（RS485）12、重量:現(xiàn)場校驗儀：6 kg / 三相程控源：15kg交流采樣在線測試HPU3001進行在線測試交流采樣變送器的連接方法如下圖所示。交流采樣變送器測試的方法，是按所測試交流采樣變送器線路為單元進行測試，把所測試的線路電壓和電流接入HPU3001現(xiàn)場校驗儀，當現(xiàn)場交流采樣變送器無電壓或電流輸入時，須外加電壓或電流值至變送器（如采用PTC-8300C） 線路電量接入HPU3001所測得的值作為標準量。另外，把HPU3001的RS-232通訊口，接入RTU的當?shù)毓δ芡ㄓ嵖?，當RTU

21、無當?shù)赝ㄓ嵐δ芸跁r，則需RTU暫時與主站通訊中斷，利用RTU與主站通訊功能口，使HPU3001與RTU進行通訊，并選擇相應的通訊規(guī)約，如SC-1801、部頒CDT、N4F等。這樣與RTU進行通訊所讀取相應線路的遙測量作為被測量，被測量與HPU-3001D所測得的標準量進行比較就可進行誤差計算，計算交流采樣變送器的精度。 HPU3001 RTU交流采樣變送器通訊口線路電量直接接入或鉗表測試線路或PTC8300C注：接線時必需注意防止電壓短路或電流開路廠站通訊RS232 三相電壓 讀取遙測量 三相電流交流采樣變送器在線測試示意圖離線測試HPU3001離線進行交流采樣變送器測試的連接方法如下圖所示。

22、交流采樣變送器測試的方法時，先把PTC-8300C的輸出電量連接至所測試的變送器，即電壓并接至變送器和HPU3001，當HPU3001采用端子接入時，PTC-8300C的電流輸出串接至變送器和HPU3001，當HPU3001采用鉗型表測試電流時，PTC-8300C的電流輸出串接至交流采樣HPU3001的鉗型表鉗于測試電流線。PTC-8300C輸出電量接入HPU3001所測得的值作為標準量；另外，把HPU3001與交流采樣變送器用RS232通訊線連接起來，HPU3001通過通訊口可與交流采樣變器進行通訊，讀取交流采樣變送器所測試的電量，進行通訊所讀取的電量作為被測量，被測量與HPU-3001D所

23、測得的標準量進行比較就可進行誤差計算，計算交流采樣變送器的精度。值得注意的是，不同廠家所生產(chǎn)的交流采樣變送器的通訊規(guī)約各不相同，所以，測試交流采樣變送器，須定制軟件。 把變送器的模擬量輸出接入HPU3001的模擬量輸入口（AI），HPU3001測得的變送器模擬量作為被測量。被測量與標準量進行比較就可進行誤差計算，計算變送器的精度，整個過程自動實現(xiàn)。 HPU3001 PTC-8300C 交流采樣 變送器通訊口RS232三相電壓三相電流交流采樣變送器離線測試示意手工設置RTU仿真 當綜合自動化系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，確定不了問題是出在主站系統(tǒng)，通訊線路，還是RTU系統(tǒng)時，可利用HPU-3001D的RTU仿

24、真功能，仿真一套RTU排除問題是否出在RTU系統(tǒng)，同時仿真RTU功能測試主站系統(tǒng)是否正常，仿真RTU測試主站RTU的框圖如下圖所示：通訊線路誤碼率測試 HPU-3001D進行通訊線路誤碼率的測試有兩種方法,一種是把HPU-3001D放在主站端，另外一種是把HPU-3001D放在廠站端，均可進行通訊線路的試。在進行通訊線路測試時，應在放HPU-3001D的另一端把通訊端口的接收信號腳與發(fā)送信號腳短接，這樣，在完全正常的情況下，HPU-3001D接收的數(shù)據(jù)應與發(fā)送的數(shù)據(jù)完全相同，若有不同數(shù)據(jù)出現(xiàn)時，即在通訊過程中有誤碼出現(xiàn)，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)量和出現(xiàn)誤碼的數(shù)量即可計算誤碼率，也就可判斷通訊線路的線況

25、。通訊線路測試的原理框圖如下圖所示：自動化測試軟件 在系統(tǒng)主畫面按F4則進入綜合自動化測試畫面： 在此畫面中選擇需要測試的通訊規(guī)約，現(xiàn)可使用的規(guī)約有新部頒CDT規(guī)約、部頒CDT85規(guī)約、SC1801規(guī)約，XT9702規(guī)約, IEC101規(guī)約, DISA規(guī)約,我們將不斷地增加新的測試規(guī)約，并完善其功能。按下回車確認，進入下一畫面。以新部頒CDT通訊規(guī)約為例選擇測試規(guī)約后，進入測試功能選擇，其畫面如左：每個規(guī)約都有三個功能：RTU測試功能，仿主站；RTU仿真功能，仿RTU；通訊線路誤碼率測試，測試通訊線路的誤碼率。選中單選框后按回車鍵進入相應的功能測試界面。在RTU測試畫面按按F7進行線路設置，將光標移止上述畫面相應的單元格，輸入線路名稱、線路系數(shù)，當光標移到“對應電量”單元格上時將顯示所有的電量，然后用電量前面的字符如1、2、3、P加以選擇。線路系數(shù)算法：線路系數(shù)=電量滿度值/信息字中滿度值所對應的二進制值，假如電流的