第三章-遠動終端

1、電力系統(tǒng)調(diào)度自動化,第三章 遠動終端,第三章 遠動終端,第一節(jié) 遠動終端的功能 第二節(jié) 遠動終端硬件和軟件配置 第三節(jié) 遙測信息采集電路 第四節(jié) 遙信信息采集原理 第五節(jié) 遙控輸入與輸出 第六節(jié) 遙調(diào)輸入與輸出,本章學習目標,RTU的定義、變電中的存在形態(tài)、基本功能 四遙的具體含義 開關量輸入/輸出原理及構造電路 遙測、遙信采集的具體措施 遙控與遙調(diào)的原理及過程 遙控的可靠性措施,遠動裝置的相關知識,基本概念,1.調(diào)度端、廠站端 遠動系統(tǒng)把調(diào)度控制中心與發(fā)電廠、變電站聯(lián)系了起來。一般我們稱調(diào)度控制中心為調(diào)度端，另一側為廠站端。 2.控制站、被控站 從遠動角度看，調(diào)度端為控制站，廠站端為被控站。

2、遠動系統(tǒng)由控制站，被控站及遠動信道等組成。,RTU定義,定義1：電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中安裝在發(fā)電廠、變電站的一種具有“四遙”遠動功能的自動化設備。 定義2：被控站內(nèi)按“規(guī)約”完成遠動數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送、接收以及輸出執(zhí)行等功能的設備，習慣上稱遠程終端。 遠動裝置=遠方終端=遠動終端=RTU（Remote Terminal Unit）。,1、描述性定義方法 （as description） 通過對事物內(nèi)在屬性的完整描述來定義的事物。 2、歸因化定義方法（as ascription） 用事物的外在行為和功能來說明事物的。 ,RTU在調(diào)度系統(tǒng)中的地位,上傳下達,變電站中的RTU使用方式遠動RTU方式,

3、該方式僅在原常規(guī)有人值班變電站的基礎上,在RTU中增加了遙控、遙調(diào)功能。站內(nèi)仍保留傳統(tǒng)的控制屏、指示儀表等設備。所有信息由RTU集中采集、遙控遙調(diào)指令通過RTU輸出。 在國內(nèi)，較早建成。實行無人值班的變電站由于受當時情況的限制往往采用這種方式。 在現(xiàn)階段新建的無人值班變電站已不再采用這種方式。,xyRTU產(chǎn)站遠動終端,采用微處理器和數(shù)字信號處理技術，連續(xù)對各母線電壓、主變壓器各側電流、各線路電流進行采樣，同時采集變電站內(nèi)相應開關和刀閘狀態(tài)、變壓器擋位、保護信號、電度量脈沖信號和數(shù)字量信號以及控制命令的狀態(tài)信息，實現(xiàn)遙測、遙信、電度量和BCD碼等的采樣接收并向上級傳送，同時接受上級的指令完成遙控

4、、遙調(diào)輸出的功能。,變電站中的RTU細部,變電站中的RTU使用方式監(jiān)控集成,全新的自動化方式 這種方式的最大特征是將站內(nèi)當?shù)乇O(jiān)視功能、信息采集、遠動功能以及保護信息結合為一個統(tǒng)一的整體，完全取消了傳統(tǒng)的集中控制屏，二次回路極為簡單，控制電纜大量減少，這是當今各種電壓等級變電站自動化技術的發(fā)展方向。RTU的采集、執(zhí)行功能分散化。 與變電站自動化技術相輔相成。,變電站中的RTU使用方式監(jiān)控集成,110kV變電站分層分布式綜合自動化系統(tǒng)結構示意圖,RTU發(fā)展過程-基于電量變送器的直流采樣RTU,第一階段RTU采用常規(guī)電量變送器方式，各待測模擬量通過變送器模擬運算轉換為直流信號，RTU采用直流采樣技術

5、，對來自變送器的直流信號采樣并進行簡單的標量/工程量轉換。,發(fā)展過程-基于交流采樣的微機型RTU,第二階段RTU采用了微機交流采樣技術，以微處理器為核心，對電網(wǎng)的電流、電壓進行直接交流采樣，經(jīng)軟件運算獲得各種電氣量，其特點是采樣中間環(huán)節(jié)少、精度高、穩(wěn)定性好，目前在電網(wǎng)中投運的RTU基本上都采用了這種技術。,發(fā)展過程-與變電站自動化技術結合,與變電站自動化技術結合的RTU方式（遠動服務器、通訊機）。,第二節(jié) 遠動終端的功能,電力系統(tǒng)的三種數(shù)據(jù)采集方式： 故障錄波，SCADA，PMU,一、遠動終端的功能,1、遠方功能 遠方功能：RTU與調(diào)度中心之間通過遠距離信息傳輸所完成的監(jiān)控功能。 2、本地功能

6、,遙測（YC，Tele-measurement）,RTU將采集到的廠站運行參數(shù)按規(guī)約傳送給調(diào)度中心（上傳）。 P、Q、U、I、檔位、溫度等，容量達幾十到上百個（路）。 數(shù)字值（Digital Measured Value）：RTU以數(shù)字量的形式直接接收后上傳。如頻率、水庫水位等。 記數(shù)脈沖（Counter Pulse）：單獨的采集（電路）板。主要指RTU采集的反映電能量的脈沖記數(shù)。容量可達幾十路電度量。,遙信（YX,Tele-indication,Tele-signalization）,RTU將采集到的廠站設備運行狀態(tài)按規(guī)約傳送給調(diào)度中心（上傳）。 斷路器和隔離刀閘的位置信號 繼電保護和自動裝

7、置的位置信號 發(fā)電機和遠動設備的運行狀態(tài)等 容量達幾十到幾百個。,遙控（YK，Tele-command）,調(diào)度中心發(fā)給RTU的改變設備運行狀態(tài)的命令。 操作廠站各電壓回路的斷路器 投切補償電容器和電抗器 發(fā)電機組的啟停等 容量可達幾十個設備。,遙調(diào)（YT，Tele-adjusting）,調(diào)度中心發(fā)給RTU的調(diào)整設備運行參數(shù)的命令。 改變變壓器分接頭位置（調(diào)壓） 改變發(fā)電機組P或Q的整定值（調(diào)節(jié)出力） 自動裝置整定值的設定等 容量可達幾個到十幾個設備。,事故數(shù)據(jù)事件順序記錄,實時檢測遙信變位（YXBW）（帶時標的遙信）。 變位時刻、變位設備序號、變位狀態(tài)等組成SOE。,SOE：Sequence

8、Of Event recording,事故數(shù)據(jù)事故追憶,凍結某時刻全網(wǎng)的重要的遙測點、遙信點的畫面（如照相），每個這樣的畫面稱為一幀，其循環(huán)周期可為數(shù)秒到數(shù)分。典型的PDR記錄長度為：事故前10min，事故后5min。,PDR：Post Disturbance Review,時間斷面,統(tǒng)一時鐘,具有對時功能。接收調(diào)度中心的校時命令。統(tǒng)一時鐘為了不同廠站之間事故分析以及電度量凍結。 GPS對時系統(tǒng) 北斗對時系統(tǒng),轉發(fā),接收其它RTU送來的遠動信息，按規(guī)約組裝轉發(fā)給指定的調(diào)度中心。,適合多種規(guī)約的數(shù)據(jù)遠傳,基本遠動任務配套標準IEC 60870-5-101/104 (簡稱101/104規(guī)約) CD

9、T、Polling規(guī)約 IEC 61850系列,當?shù)毓δ?RTU自身或連接的顯示記錄設備的實現(xiàn)監(jiān)控功能。 CRT顯示：與RTU直接連接（或通過當?shù)毓ぷ髡荆┑腃RT可顯示RTU采集的四遙、YXBW等信息。 漢字報表打?。簩崿F(xiàn)三類打印：定時打印、事件記錄打印和召喚打印。,當?shù)毓δ? 本機鍵盤顯示器：RTU自帶的操作面板，實現(xiàn)循測、定測、選測和顯時功能。 RTU自檢、自調(diào)功能：反映RTU的自身的可維護能力。插件損壞診斷，程序“走飛”時的自恢復能力、主備通道監(jiān)視功能。,第二節(jié) 遠動終端硬件與軟件配置,1單CPU的RTU硬件、軟件構成 2. 多CPU的RTU硬件、軟件構成,單CPU的RTU硬件、軟件構成

10、, 系統(tǒng)部分：CPU、總線、RAM、EPROM、定時器/記數(shù)器、中斷控制器、串行通信接口等。 人機聯(lián)系：打印機、顯示器、鍵盤。 輸入/輸出電路（可編程接口芯片）：輸入電路包括：YC、YX、DI、DD；輸出包括：YK、YT 通過系統(tǒng)總線連接。,單CPU的RTU硬件、軟件構成,1集中式微機遠動裝置 集中式RTU采用的并行總線一般有三種： （1）796總線（Multibus）。 （2）STD總線。 （3）PCI總線。,單CPU的RTU硬件、軟件構成,單CPU的RTU硬件、軟件構成,單CPU的RTU硬件、軟件構成,軟件組成： 主程序：系統(tǒng)初試化、人機聯(lián)系等 中斷服務程序：完成RTU 輸入/輸出（時鐘、

11、A/D 服務程序、通信發(fā)送/接收中斷等）,多CPU的RTU硬件、軟件構成,多CPU的RTU硬件組成, 主控系統(tǒng)：管理各個子系統(tǒng)、人機聯(lián)系、調(diào)度通信 若干子系統(tǒng)：每個子系統(tǒng)單獨CPU，包括YC、YX、YC、YT、DI、DD 等子系統(tǒng)。 I/O 總線連接主控系統(tǒng)和各個子系統(tǒng) ,多CPU的RTU軟件構成,單獨子系統(tǒng)： 主程序若干中斷服務程序組成 主控程序：與子系統(tǒng)的通信程序、調(diào)度通信程序、數(shù)據(jù)處理、人機聯(lián)系程序 功能子系統(tǒng)：與主系統(tǒng)通信發(fā)送/接收、輸入/ 輸出程序等。,第三節(jié) 遙測信息采集,1、模擬量遙測信息及其來源 1）模擬量、數(shù)字量、脈沖量 （對應的實際物理量） 2）采集系統(tǒng)一般電路 具體實現(xiàn)電

12、路,模擬量越閾傳送,1）要解決的問題：減少數(shù)據(jù)傳送量，提高裝置效率和信道利用率 2）“變化值”，“閾值”“相對區(qū)間”概念。,3、電能量信息的采集,（1）脈沖累計 計數(shù)器實現(xiàn) （2）讀取計數(shù)值 讀取中需要注意的問題： 計數(shù)器讀取中存在變化的問題 解決方案： 雙計數(shù)器：主計數(shù)器 副計數(shù)器 主計數(shù)器負責對輸入的電能進行累計計數(shù)；副計數(shù)器平時隨著主計數(shù)器更新，兩者數(shù)據(jù)保持一致。,檢測脈沖跳變的脈沖輸入電路,調(diào)度系統(tǒng)讀取電度的方法,（1）向全系統(tǒng)發(fā)出統(tǒng)一“電度凍結”命令。 （2）RTU的反應 副計數(shù)器停止工作 主計數(shù)器繼續(xù)計時 （3）調(diào)度端依次讀取各RTU電度 （4）調(diào)度端向全系統(tǒng)發(fā)出“電度解凍”命令

13、（5）RTU副計數(shù)器使用主計數(shù)器的電能數(shù)據(jù)進行更新，保持與主計數(shù)器同步。,數(shù)字量輸入,為什么會出現(xiàn)數(shù)字量？ 需要解決的關鍵問題 信號隔離 信號電平匹配 衍生出輔助控制,數(shù)字量輸入,事故追憶,為了分析事故，要求在一些影響較大的開關發(fā)生事故跳閘，不僅把事故瞬間及事故以后，而且包括事故發(fā)生前一段時間的有關遙測量記錄下來送往調(diào)度端。,事故追憶,事故前2個遙測數(shù)據(jù)，事故后3個遙測數(shù)據(jù)，采用”FIFO“方式存放。0號存儲當前數(shù)據(jù)。 方案1：整體移動 方案2：構造環(huán)形緩沖區(qū),第四節(jié) 遙信信息采集原理,1、遙信信息的來源,位置狀態(tài) 動作狀態(tài) 運行狀態(tài) 其他狀態(tài)： 如大門 防護欄狀態(tài),2、遙信采集電路,狀態(tài)值可

14、以轉換成輔助觸點或是信號繼電器觸點的位置信號。 遙信采集電路考慮因素 抗干擾（隔離 濾波） 電平轉化（滿足采集系統(tǒng)要求）,2、遙信采集電路(開關量輸入回路),2、遙信采集,返回本節(jié),2、遙信采集,1處理原理 （1）異或運算判斷變位開關號。 （2）判變位后的狀態(tài)。 （3）以新代舊。 （4）保存變位信息（或顯示），記錄變位時刻。,3、遙信處理,遙信傳送策略 變位傳送 遙信檢測的策略 定時采集（實時性低，耗費系統(tǒng)資源） 中斷觸發(fā)（實時性高，占用系統(tǒng)資源（中斷向量有限）易受干擾 中斷觸發(fā)掃查方式：揚棄二者缺點 中斷檢測遙信變位、掃查方式讀取遙信狀態(tài),4、事件順序記錄（遙信 SOE）,（1）目的：分析系

15、統(tǒng)事故除知道開關和保護的狀態(tài)還要掌握其動作的先后順序及確切的相位。遙信并不附帶時間標志。 （2）內(nèi)容：開關號 狀態(tài) 動作時間 （3）事件時間的層次： 廠站級 廠站間,4、事件順序記錄（遙信）,廠站級： 需解決的問題 時間戳如何形成。需要和遙信量采集方案有關 立即記時法 、最終記時法 誤差分析（定時掃查，中斷方式誤差小很多） 不考慮掃描時間花費 掃描間隔Ts 事件分辨率 Ts，如果考慮掃描時間 最大可能2Ts 情況,4、事件順序記錄（遙信）,廠站間事件順序記錄 絕對同步時鐘法 相對同步時鐘法 保留自己值 和系統(tǒng)時鐘值,4、事件順序記錄,事件記錄內(nèi)存分配,第五節(jié) 遙控輸入與輸出,一、遙控及命令執(zhí)行

16、過程 遙控命令的目的：控制斷路器分合或其他設備。 方法：通過信息傳輸通道將命令下達給RTU執(zhí)行 約束：假設條件：信道是一個不值得信賴的系統(tǒng)，保證命令的可靠執(zhí)行 實際處理方法： 直控 選控 “遙控校核”的方法。 遙控命令： 遙控選擇 遙控返校 遙控執(zhí)行 遙控撤銷,一、遙控及命令執(zhí)行過程,具體實現(xiàn)的命令字： 字地址 性質(zhì)碼 對象碼 監(jiān)督碼,具體執(zhí)行整體過程,一、遙控及命令執(zhí)行過程,1、調(diào)度端發(fā)遙控選擇 命令 2、RTU 啟動選擇定時器，校核性質(zhì)碼和對象碼正確性，并使響應的性質(zhì)繼電器和對象繼電器動作，使遙控執(zhí)行回路處于準備就緒狀態(tài)。 3、RTU適當延時后，采集對象繼電器和性質(zhì)繼電器的動作狀態(tài)，形成返

17、校信息。 4、RTU回送返校信息 5、調(diào)度中心顯示返校信息，與原發(fā)遙控選擇命令校對。若調(diào)度員認為正確，則發(fā)送遙控執(zhí)行命令，反之，發(fā)遙控撤銷命令。,注意正常處理流程，異常流程,一、遙控及命令執(zhí)行過程,6、RTU接收到命令，根據(jù)命令類型進行處理。 7、如RTU超時未收到遙控執(zhí)行或是撤銷命令，則自動撤銷，并清除選擇命令。 8、遙控過程中遇有遙信變位，則自動撤銷遙控命令。 9、當RTU執(zhí)行遙控命令時，啟動遙控執(zhí)行定時器，定時到后，則復歸全部繼電器。 10、RTU在執(zhí)行遙控執(zhí)行命令后，向調(diào)度中心補送一次遙信信息。,注意正常處理流程，異常流程,遙控操作過程舉例,（1）由調(diào)度端向RTU發(fā)送一個遙控對象、性質(zhì)

18、的選擇命令，用報文類型(1EH)發(fā)送。,遙控選擇報文,（2）RTU收到報文后，校核成功，向主站（調(diào)度端）發(fā)送一個返送校驗碼，報文類型為1CH。返送報文中，R1-R8，G1-G6，P，Q都取反。,返送校核報文,遙控操作過程舉例,（3）調(diào)度端收到返送校驗碼后，進行校驗，若無誤則發(fā)送一個執(zhí)行命令。 （4）RTU收到執(zhí)行命令后，即進行執(zhí)行，執(zhí)行時根據(jù)命令尋找到對應的I/O口地址，進行開關量輸出。RTU然后向調(diào)度端報告一個正確接收的確認信號。,遙控操作過程舉例,遙控輸出的典型回路（開關量輸出回路）,繼電器輸出接口,遙控輸入與返校形成電路,1、以8255擴展I/O口，通過8255輸入或輸出信號 2、性質(zhì)繼電器信號輸入 3、對象繼電器信號輸入 4、輸出控制電路 5、信號輸出電路 6、信號輸入電路,遙控輸入與返校形成電路,7、KFZ