自動化系統(tǒng)設計原則

經典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網絡整理，如有侵權，請聯(lián)系刪除，謝謝！自動化系統(tǒng)設計原則【摘理技術和通信技術等高科技對的繼電保護、測量、控制、故障濾波、信號處理、運動裝置和自動裝置等二次設備功能進行優(yōu)化組合，實現(xiàn)對所有設備運行情況的測量和控制。本文主要研究了綜合自動化系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，并對關鍵技術進行解剖分析?？刂乒こ蹋话踩a；安全管理；監(jiān)控系統(tǒng)；報警系統(tǒng)；氧氣濃度1綜合自動化系統(tǒng)簡述電氣綜合自動化系統(tǒng)（簡稱綜自系統(tǒng)）是指在各種硬件措施和自動化裝置的基礎上，利用數(shù)據(jù)分析、通信技術、控制技術和處理技術對的各類功能進行組合與優(yōu)化，取代了人工操作方式，在綜合管理方面實現(xiàn)了智能化管理，實現(xiàn)了低誤差率，提高了運行的可靠度。由于我國用電需求的增大，對電網運行的要求也越來越高，這便要求調度中心能夠獲得準確詳細的和電網運行數(shù)據(jù)，進行集中操作、集中控制和反事故措施等，通過無人值守的方式，不僅避免了人工操作的失誤，又能提高效率和電網運行的安全性。隨著通訊技術和微機技術等科技的運用，不僅改變以往的二次設備形式，也在縮減了的用地面積、減少電纜量、降低了成本、實現(xiàn)信息共享、簡化系統(tǒng)等方面改變了以往的運行風格。由于上述的優(yōu)勢，綜合自動化系統(tǒng)已被行業(yè)完全接納，用于提高電網的管理水平。不少廠家也陸續(xù)推出各種綜合自動化系統(tǒng)，作為自身競爭的籌碼，以滿足不同企業(yè)電網運行需求。從上世紀九十年代開始國外各大知名電氣公司，例如西門子公司、通用公司、ABB公司等都不斷推出各種成套的綜自系統(tǒng)，我國隨著數(shù)字化設備的不斷使用與發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)也被廣大的電網用戶所接受[3]。在電網中使用綜自系統(tǒng)有兩個主要優(yōu)勢：（1）可以實現(xiàn)無人值守，減少一定的人工成本。（2）在高中壓的中使用綜自系統(tǒng)可以綜合多種技術，采用更加可靠的控制系統(tǒng)，提高運行的安全性。2綜合自動化系統(tǒng)的構造隨著各種高科技技術的運用，綜自系統(tǒng)的結構體系也隨之發(fā)生改變，其功能、性能與可靠性等都得到提升，的綜合自動化系統(tǒng)結構主要有集中式的結構形式、集中式分布式的結構形式、分層分布式的結構形式[4]。2.1集中式的結構形式集中式是指用功能比較強大的計算機向外增加多個I/O接口，對的開關量和脈沖量等信息進行集中采集和處理，依次完成微機的監(jiān)控、自動控制及保護等功能。集中式系統(tǒng)并不是只有一臺微型計算機。大多數(shù)集中式系統(tǒng)是由不同的計算機完成微機的保護、監(jiān)控和調度等功能，只是不同的微型計算機承擔的任務有所不同。例如一臺微機保的計算機可能需要承擔多個回路的低壓線路微機保護計算；一臺監(jiān)控機需要負責人機聯(lián)系、數(shù)據(jù)的采集與處理等多個任務等，集中式系統(tǒng)的結構如圖2-1所示。圖集中式結構具有以下優(yōu)點：（1）可以對的數(shù)字量、開關量、模擬量等信息進行實時采集，完成的實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、打印、制表等功能；（2）可以對的進出線和主要設備進行保護；（3）體積小、結構緊湊，較大的減少了4）成本低，對于小規(guī)模的較為實用。集中式結構的缺點：（1）功能較為集中在少數(shù)幾臺計算上，如果一臺微型計算機出現(xiàn)差錯或故障，對電網和的運行影響較大。只有采取雙機并聯(lián)的運行方式可以提高集中式系統(tǒng)的可靠性；（2）組態(tài)太呆板，對于不同規(guī)模的或者不同的主接線，集中式系統(tǒng)的硬軟件都需要重新設計，造就工作量過大；（3）軟件設計較為復雜，修改和調試工作太繁瑣；（4）與常規(guī)的一對一保護方式相比，集中式系統(tǒng)不夠直觀，且與維護和運行人員的習慣不同，這種系統(tǒng)較適用于邏輯較為簡單的保護。集中式系統(tǒng)在許多方面的處理都不夠理想，在微機技術出現(xiàn)之后，綜自系統(tǒng)的結構也得不斷的改進。2.2分布式機構形式分布式系統(tǒng)的特點是根據(jù)功能進行設計，分散綜自系統(tǒng)的各個功能到多臺微型計算機。這種系統(tǒng)采取主從CPU,多個CPU并行處理多發(fā)事件的工作方式，更好的處理CPU瓶頸的運算處理問題。綜自系統(tǒng)的各個功能之間采取串行或網絡技術的方式更好的完成了數(shù)據(jù)通信，同時網絡系統(tǒng)采用優(yōu)先級的方式也處理了數(shù)據(jù)傳輸問題。分布式系統(tǒng)如果局部發(fā)生故障不會對其他功能造成影響，且方便系統(tǒng)的維護與擴張，這種模式在中低壓的中較常使用，其模式結構可見如2-2所示。圖2.3分層分布式結構形式從邏輯方面來看，該系統(tǒng)可以將綜自系統(tǒng)劃分為站控臺和間隔層的兩層結構，或者是站控臺、間隔層和通信層的三層結構。這種結構是按照斷路器間隔和元件進行設計的，由一個或多個智能控制單元負責單個斷路器間隔的數(shù)據(jù)采集、控制、保護等功能。測控單元相互之間是用特殊電纜或光纜連接，安裝在斷路器的器柜或間隔附近。這種系統(tǒng)能夠較大程度的減少電纜的連接量和電磁干擾，具有較強的可靠性，實現(xiàn)了故障之間互不影響，且利于系統(tǒng)的擴展與維護，是目前綜自系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。該系統(tǒng)可見圖2-3所示。分層分布式系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）對的二次設備進行簡化，減少了控2）間隔控制單元實現(xiàn)了標準化、自動化系統(tǒng)；（3）所有的間隔控制單元的功能都設置在間隔層中；（4）軟件控制所有的邏輯組態(tài)指圖3綜自系統(tǒng)的功能綜自系統(tǒng)主要有檢測、監(jiān)控、遠傳和保護四個主要部分。3.1綜自系統(tǒng)監(jiān)測功能檢測功能是通過綜自系統(tǒng)對運行數(shù)據(jù)進行收集、顯示、處理及打印等，使工作人員能夠全面準確的了解電網運行情況，能夠及時采取應急措施，系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)可以分為開關量信號、脈沖量信號、模擬量信號。3.2綜自系統(tǒng)監(jiān)控功能系統(tǒng)可以檢測統(tǒng)計手動跳閘和事故跳閘的次數(shù)。當電網單相接地出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)可以根據(jù)零序電流電壓增量、功率方法和相電壓降等方法來判斷接地相別和線路；同時可以通過電流電壓的計算來判斷投切電容器或者調節(jié)分接頭的位置。3.3綜自系統(tǒng)遠傳功能遠傳規(guī)約一般分為三種類型：PoIlink規(guī)約、CDT規(guī)約、和特殊規(guī)約。當處于正常運轉或出現(xiàn)事故和報警事件時，遠傳就會立即向上級傳送該信息，方便調度人員及時掌控該站的運轉情況。3.4綜自系統(tǒng)保護功能綜自系統(tǒng)的保護功能主要是利用微機保護裝置，不僅在使用方面較為方便，并且具備較強的靈敏性及可靠性。其主要具備以下特點：（1）具備實時自檢功能。它能針對保護柜，其中包括主機在內的各個組件在線進行檢查。（2）可通過使用顯示器和鍵盤顯示出電壓、電流和開關的狀態(tài)，以及整定值，并可對其進行修改。（3）具備事故追憶功能。它能準確的記錄事故發(fā)生前后的母線電壓及線路電流。保護可選擇使用以下幾種類型:（1）變壓器保護：包括本體保護(輕瓦斯、有載輕瓦斯、重瓦斯、有載重瓦斯等)、低壓側備電源自投、高壓側備用電源自投和、過負荷保護、過流保護(包括復合電壓啟動、低壓啟動)、零序保護、帶二次諧波制動的比例差動保護、差電流速斷保護。（2）線路保護：包括零序電流、電壓和方向保護、定時限過電流保護、反時限過流保護、電流速斷保護、距離保護、方向性電流保護、雙回線方向橫差保護、高頻保護和低周減載保護。（3）母線保護：包括電流比相式母線保護和完全電流差動母線保護。（4）電容器保護：包括相間低電壓保護、相間過電壓保護、零序過電壓保護、過流保護、電流速斷保護、反時限過流保護。4微機保護PT與電流互感器CT模擬信號準確及時轉換成計算機可以識別的數(shù)字信息。同CPU系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的DSP技術，保護裝置更新很快，但是其硬件結構基本相同，如圖2-4PTCT瓦斯等信號通過保護裝置A/D轉換、低通濾波、電平轉換、隔離等處理，使保號輸入處理過的信號進行計算分析，通過與定值的比較，產生“是”或“非”的相應的保護動作時，還將進行電平轉換和隔離及信息反饋等任務。圖4.1微機保護的硬件結構微機保護裝置[5]通常是將功能不同的插件組合成完整的保護裝置，不同的插件為不同功能的模塊。如果按照功能進行劃分插件可分為：保護CPU和監(jiān)控CPU//輸出插件等。微機保護裝置結構原理如圖2-5所示。圖圖4.1.3開關量輸入/輸出模塊圖圖圖4.2微機保護的軟件設置計中需要注意系統(tǒng)的準確性、可靠性、繼承性、可讀性、易修改和維護等。獨立，且模塊均使用單入口/出口的結構，易于進行程序的調試、維護和維護。目前絕大數(shù)的微機保護都是雙CPU的結構，即由保護和監(jiān)控構成的雙CPU系統(tǒng)。這兩類CPU系統(tǒng)都是由采樣中斷服務和主程序構成，只是兩者在采樣中端服務系統(tǒng)中功能不同，下面以保護CUP系統(tǒng)為研究對象分析其程序。4.2.1保護CPU系統(tǒng)護CPU系統(tǒng)顯示圖2-11所示，該系統(tǒng)主要包括上電復位和自檢循環(huán)兩個程序。行接口，寄存器、計數(shù)器、整定值的加載和換算以及各種標志的設置，并進行初始化自檢。系統(tǒng)元器件以及工作完好。在自檢過程中可以及時發(fā)現(xiàn)保護裝置中出現(xiàn)的問題，并發(fā)出報警信號，及時閉鎖保護出口，再由技術人員排除故障。因此，自檢功能是微機保護裝置中獨有的智能技術。主要內容包括：程序、定值、輸出通道、ROM、以及FLASH等，確保微機保護在投入使用時是完好的。啟動，到此為止上電復位流程全部走完，隨后將進入自檢循環(huán)的流程。圖自檢循環(huán)程序[7]為實現(xiàn)保護裝置的軟件和硬件的自檢，其采用了分時的辦2s124.2.2采樣中斷服務程序的功能圖采樣中斷服務程序[9]的數(shù)據(jù)采集以及處理主要是對模擬量的采集，并進行①啟動元件可將計算處理量較大的故障處理程序不投入運行，從而提升了CPU故障處理程序成功獲取故障發(fā)生前后的數(shù)據(jù)，確保計算的準確以及故障的判別。高了出口回路的可靠性。程序。5常用的微機保護算法與比較點數(shù)，與此同時還需將算法的數(shù)字濾波功能納入考慮范圍之內。5.1正弦函數(shù)算法這類微機保護算法是利用正弦函數(shù)[12][13]的特性，假定電流電壓的基波是相位、電流電壓的幅值等，再根據(jù)數(shù)據(jù)的比較和判斷，完成微機保護動作。以減少誤差的出現(xiàn)[14]。這種算法可以分為采樣值計算法、導數(shù)算法和半周積分算法這三種類型。電壓有效值。這種計算方法可以規(guī)避系統(tǒng)頻率對正弦電流電壓有效值計算的影響。以正弦電壓有效值計算為例，分別采樣兩個相同時間間隔（t的時刻電壓u、u21θω2ωθu[t+ΔU+)））1n=1uθω2Uθu+tU=1unmuθ其中是電壓的初相角；ω是角頻率；t是采集時刻相角；U是電壓電幅；unmU是電壓的有效值；將（2.1）和（2.2）整合可得到：uus）212U=2212））sin（）2同理可得到正弦電流的有效值如下所示：iis）222I=21212sin）2在采樣值積算法[15]中時間間隔Δt導數(shù)算法是由澳大利亞著名科學家Morrison與Mann于1971年提出，這種算法基于正弦函數(shù)與余弦函數(shù)之間的關系，計算出電流電壓的測量阻抗等。以正弦電壓有效值計算為例：2sint）U=U）））正弦電壓的導數(shù)為：2cost）=U將（2-52-6）代入（2-3）式中可以得到：uU=（+u222這種算法只需要采樣一個時間間隔，因此在所需要的用到的數(shù)據(jù)窗比較短。一種是來自電流和電壓平均值替代產生的誤差。該算法是根據(jù)隨意半個周期中正弦量的絕對值積分是常量S初相角與積分常量S無關。以正弦電壓有效值計算為例，半個周期積積分值S計算如下：2S=Ut)dt））0TUsint=dt2011N/2-1|U|+|U|+|U|Ts≈）220kN/2K=1不高。因而，這種算法具有一定濾波的作用，但是并不能濾除所有的濾波分量，在使用的過程中仍需要搭配濾波器一同使用。5.2傅氏算法作為周期性函數(shù)或者近視周期函數(shù)的基礎，把輸入信號分解成一系列函數(shù)之和。傅氏算法[17]是微機保護最常用的一種運算方法，它可以分解周期函數(shù)為正量。U（t=Usin（nt+）））mn1n0（asint+bcost）=n1n1n=02a=u(t)sinntdtT））nT102b=u(t)cosntdtTnT1012NS0usinusin.......usin(N1)uNsinN）1N2NN1NNN1sin=IK）NNkK1其中第n次相量實部：UUsinRnmnnn虛部：UUcosInmntg(U)相位角：1UnIn式中U為第n次的電壓分量幅值；為基波角頻率；為0時刻分量相mn1nab角；和是第n此諧波正弦和余弦分量幅值。nn常用的傅氏算法有以下幾種類型：（1）半波傅氏算法對基波分量第n個采集值的半波傅氏算法的公式如下所示：4NU(NKl)cos(l)NK/2URn））l14K/2UU(NKl)sin(l)NNInl1（2）全波傅氏算法對基波分量第n個采集值的全波傅氏算