第三章 變電站綜合自動化.ppt

1、變電站綜合自動化,主講 喬明,本章內容要點： 1、變電站綜合自動化能夠實現的功能 2、變電站綜合自動化的硬件結構 3、變電站綜合自動化數據通信 4、變電站綜合自動化VQC系統(tǒng),第一節(jié) 變電站綜合自動化,一、常規(guī)變電站的控制 1、常規(guī)變電站二次系統(tǒng)組成 按功能進行組屏， 按保護、遠動、 就地監(jiān)控、測量、 錄波等功能組織。 各功能見下圖：,線路控制屏、發(fā)變組控制屏、同期屏,保護屏,電度表屏,光字牌屏,直流充電屏,2、常規(guī)變電站存在的問題 安全性、可靠性不夠高 電能質量可控性不高 占地面積大 實時性和可控性差 維護工作量大 二、變電站綜合自動化 1、基本概念 將變電站的二次設備經過功能的組合和優(yōu)化,

2、三、變電站綜自的特點 參下圖結構分析,1、功能綜合化 2、結構分布、分層化 3、操作監(jiān)視屏幕化 4、通信系統(tǒng)網絡化、光纜化 5、運行管理智能化 6、測量顯示數字化 四、變電站綜自與無人值班變電站 1、無人值守變電站的發(fā)展歷程 20世紀50年代出現，技術條件落后，故障后由用戶通知供電局才出動檢修。 20世紀60年代，具備YC、YX,進入遠方監(jiān)視的無人值班階段。, 20世紀80年代，出現由CPU構成的RTU，具備四遙功能，實現遠方監(jiān)控 95年，要求35KV和110KV的變電站，具備條件時改造成無人值班，新建按無人值班設計。 2、無人職守與綜合自動化的關系,第二節(jié) 變電站綜自系統(tǒng)的功能,國際大電網會

3、議WG34.03工作組分析，變電站綜自系統(tǒng)完成的功能大約63種，按其功能分類可歸納為： 控制與監(jiān)視功能 自動控制功能 測量表計功能 繼電保護功能 與繼電保護相關的功能 接口功能 系統(tǒng)功能,一、監(jiān)控子系統(tǒng)功能 監(jiān)控子系統(tǒng)功能有： 1、數據采集 2、數據庫的建立與維護 3、SOE和事故追憶 4、故障記錄、錄波和測距 5、操作監(jiān)控功能 6、安全監(jiān)視功能 7、打印功能 8、人機聯系功能,9、數據處理與記錄功能 10、諧波的分析與監(jiān)視 11、報警處理 12、畫面生成及顯示 13、電能量處理 14、在線計算及制表功能 15、遠動（RTU）功能 16、運行管理功能 17、控制及安全操作閉鎖功能,二、微機繼電

4、保護功能 主設備和輸電線路的全套保護，包括： 1、高壓輸電線路保護和后備保護 2、變壓器的主保護和后備保護及非電量保護 3、母線保護 4、低壓配電線路保護 5、無功補償裝置保護 6、所用變保護 各保護單元，除應具備獨立、完整的保護功能外，還應具備以下附加功能：,具備事件記錄功能 具有與系統(tǒng)對時功能 具有儲存多種保護定值的功能 具備當地人機接口功能 具備通信功能 具備故障自診斷功能 三、自動裝置的功能 1、電壓無功綜合控制功能 2、低頻減載裝置功能 3、備用電源自動投入裝置,4、小電流接地選線裝置 中性點不接地系統(tǒng)的正常運行狀態(tài),單相接地故障時接地電流與零序電壓特點,分析： 結論： 不接地系統(tǒng)，

5、中性點位移電壓為Eph 非故障線路電容電流就是該線路零序電流 故障相首段零序電流等于系統(tǒng)所有非故障線路對地電容電流之和，方向由線路流向母線，與非故障相相反,經消弧線圈接地時的接地電流特點 結論： U0=-EA 零序電流的方向與補償度有關 五次諧波電流得不到補償,接地選線的原理 零序功率方向原理 諧波電流方向原理 五次諧波判別原理 微機型小電流接地 選線裝置的硬件構 成,自動化系統(tǒng)如何處理，主要有兩種思路： 一種思路：微機保護監(jiān)控裝置獨立計算出諧波電流的大小和方向或者計算零序功率有功方向/無功方向，送向監(jiān)控主機或通信單元集中比較，實現此功能； 另一種思路：選用專用的小電流接地選線裝置，原理較多，

6、需要比較：目前主要有-零序諧波電流方向原理，注入低頻交流信號原理，故障分量原理等； 兩種思路各有千秋,四、數據通信功能 1、現場級通信功能 2、遠方通信,第三節(jié) 變電站綜自的硬件結構形式,補充： 數字化變電站的主要特征是“一次設備智能化，二次設備網絡化”。在數字化變電站中，一次設備的信號輸出和控制輸入均被數字化，利用網絡通信技術進行傳輸，變電站二次回路設計中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程軟件代替，常規(guī)的模擬信號被數字信號代替，常規(guī)的控制電纜被光纜代替，節(jié)約了大量資源，簡潔的二次回路設計使變電站自動化系統(tǒng)的可靠性得到進一步提高。數字化變電站中信息統(tǒng)一建模，實現了信息共享，可以是變電站控制功能更

7、加優(yōu)化。一次設備智能化也節(jié)約了大量變電站建設用地。因此，建設數字化變電站無論從技術上還是經濟上都很有意義。,網絡通信技術是實現數字化變電站的關鍵技術，IEC61850為數字化變電站提供了完整的網絡通信解決方案。目前國內外數字化變電站都是遵循IEC61850標準進行設計的。IEC61850標準將變電站從網絡通信角度分為三層：變電站層、間隔層和過程層。,變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯接口國際電工委員會（IEC）TC 57技術委員會（電力系統(tǒng)控制和通信技術委員會）在制定IEC 61850（變電站通信網絡和系統(tǒng)）標準時，把變電站自動化系統(tǒng)的功能在邏輯上分配在3個層次（變電站層、間隔層或單元層、過程層），

8、這3個層次分別通過邏輯接口19建立通信，如下圖所示。,（1）過程層（Process level）功能 過程層的功能實際上是與變電站一次設備斷路器、隔離開關和電流互感器TA、電壓互感器TV接口的功能。 （2）間隔層（Bay level）功能 變電站自動化系統(tǒng)在間隔層的設備主要有各種微機保護裝置、自動控制裝置、數據采集裝置和RTU等等。 (3）變電站層（Station level） 變電站的功能有2類： 與過程有關的站層功能 與接口有關的站層功能,變電站的智能電子設備 變電站自動化系統(tǒng)的設備統(tǒng)稱為智能電子設備IED（Intelligent Electronic Devices）。IEC 61850

9、協議對智能電子設備IED的定義是：由一個或多個處理器組成，具有從外部源接收和傳送數據或控制外部源的任何設備（例如：電子多功能儀表、數字繼電器、控制器）的功能。這些IEDs在物理位置上，可安裝在3個不同的功能層（即變電站層、間隔層/單元層、過程層）上。,一、傳統(tǒng)變電站改造模式 構成：遠方終端，當地監(jiān)控系統(tǒng)，變送器，UPS 保護獨立配置，與RTU通信,二、集中式變電站綜自系統(tǒng) 1、概念：采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關量和數字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能。,集中式結構（1）,集中式結構（2）,2、優(yōu)缺點 優(yōu)點：結

10、構簡單，價格低廉 缺點：a.功能集中，須采用雙機并聯提高可靠性 b.軟件復雜，調試難度大，修改工作量大 c.組太不靈活，不利于推廣 d.容易產生數據瓶頸問題，可擴性及可維護性差 e.不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調試和維護不方便 3、適用：適合中小型變電站的新建或改造,三、分層分布結構集中組屏變電站綜自系統(tǒng) 分層分布式自動化系統(tǒng)的功能在邏輯上仍可分為過程層、間隔層和變電站層三層結構。分層分布式自動化系統(tǒng)的最大特點體現在“功能的分布化”上，即對智能電子設備的設計理念上由以前在集中式自動化系統(tǒng)中的面向廠、站轉變?yōu)槊嫦驅ο?，即面向一次設備的一個間隔。 分層（級）分布式系統(tǒng)集中組屏的結構模式實質

11、上是把這些面向間隔設計的變電站層和間隔層的智能電子設備，按它們的功能組裝成多個屏（柜），例如：主變保護屏（柜）、線路保護屏（柜）、數據采集屏等等，這些屏（柜）一般都集中安裝在主控室中，我們把這種結構模式簡稱為“分布集中式”結構模式。,1、分布式基本概念：結構上采用主從CPU協同工作方式，各功能模塊之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信,2、通信體系 3、中小型變電站的分層分布集中組屏結構 基本概念：把整套綜自系統(tǒng)按其功能組裝成多個屏（柜），一般情況下，這些屏安裝在主控室。 結構（參見下圖）,4、大型變電站分層分布式集中組屏結構,5、分層分布集中組屏式結構的特點 模塊化結構，可靠性高 繼電保護相

12、對獨立 功能盡可能的下放，可靠性高、組態(tài)靈活可擴性好 具有與調度通信的功能 需要大量二次電纜 四、分散分布與集中相結合的結構 1、概念：面向電氣一次回路或電氣間隔進行設計，間隔層中各數據采集、監(jiān)控單元和保護單元做在一起，并分散安裝在開關柜上或其它一次設備附近。,2、結構形式,3、優(yōu)越性 簡化二次部分的配置，縮小控制室的面積 減少施工和設備安裝工作量 簡化了二次設備之間的連線，節(jié)省電纜 可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便 五、完全分散式結構 1、基本概念：以一次設備為安裝單位，將保護、控制、輸入/輸出、閉鎖等單元就地分散地安裝在一次主設備的開關柜上，通過通信與監(jiān)控主機聯系.,2、結構形式 兩種模式：保

13、護相對獨立，測量和控制合二為一 保護、測量、控制完全合一,第四節(jié) 變電站電VQC子系統(tǒng) 一、電壓、無功綜合控制的重要性 二、電壓、無功綜合控制目標 （1）維持供電電壓在規(guī)定的范圍內 500kV(330kV)變電站的220kV母線正常時，0 +10%；事故時，-5%+10%。 220kV變電站的35 110kV母線正常時，-3% +7%；事故時， 10%。 配電網的10kV母線，電壓合格范圍：10.0 10.7kV,（2）保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡。無功分 區(qū)、就地平衡的原則 電壓、無功綜合控制的手段 調分接頭位置 控制無功補償設備 兩者綜合考慮 三、變電站電壓、無功綜合控制的原理 1、調

14、整分接頭位置，即改變變比Kn，使UL -ULN = min,2、改變無功補償，如上圖所示的網絡，高壓網絡上的損耗（包括變壓器損耗）為,投入無功補償Qc后： 在保證電壓滿足要求的前提下，根據無功功率 QB的大小，合理的控制投、切無功補償的容量Qc， 使變電站與系統(tǒng)所交換的無功（QB -Qc）最小，就可 以使高壓網絡損耗最小.,四、VQC綜合控制策略（九區(qū)圖法） （1）原則 調節(jié)一項時保證另一項趨于正常 單項越限調單項，不滿足要求時再調另一項 （2）原理,五、MVR-III型微機電壓、無功綜合控制裝置硬件結構,六、 電力系統(tǒng)的電壓、無功綜合控制的方式 1. 集中控制 2. 分散控制 3. 關聯分散

15、控制 4. 關聯分散控制的實現方法 （1）軟件實現的方法 （2）硬件實現的關聯分散控制,第六節(jié) 變電站微機故障錄波裝置,一、故障錄波裝置的主要作用 (1)正確分析事故原因并研究對策，同時可正確清楚地了解系統(tǒng)的情況，及時處理事故。 (2)根據所錄取的波形圖，可以正確評價繼電保護和自動裝置工作的正確性。 (3)根據錄波圖中示出的零序電流值，可正確地給出故障地點范圍，便于查找故障點。 (4)分析研究振蕩規(guī)律。 (5)分析錄波圖可發(fā)現繼電保護和自動裝置、一次設備缺陷，及時消除隱患。 (6)借助錄波裝置，可實測系統(tǒng)參數以及監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)。,利用故障錄波裝置可以正確地分析事故，評價保護，發(fā)現保護和斷路

16、器存在的問題，最大限度地減少原因不明事故。,微機故障錄波裝置主要包括前置機和主機兩大部分。一臺微機故障錄波裝置由一臺主機和多臺互為獨立的前置機組成分布式結構。 這種結構有兩大優(yōu)點：一是避免局部故障而引起整套錄波裝置退出工作，便于維護和管理；二是對任一臺前置機進行校驗和維修，不會影響整套錄波裝置的運行。 前置機的主要功能是交流數據采集。它對所接入的電流、電壓、開關量進行數據采樣，并同預先設置的定值進行比較，一旦發(fā)現越限、有增量或開關變位，立即發(fā)信給主機，啟動錄波裝置錄波。,二、微機故障錄波裝置的組成,主機主要由三大部分構成：工控機、半導體電子盤和接口系統(tǒng)。分析軟件全部用菜單制作，漢字提示，從而使

17、分析、打印事故波形及報告十分方便、直觀。計算機的串行口可實現數據的遠傳，它將故障錄波裝置的數據遠傳給所轄調度部門，供分析事故之用。 錄波裝置使用半導體電子盤，將操作系統(tǒng)及應用軟件固化。 主機中接口系統(tǒng)主要有以下功能：與前置機通信，向前置機發(fā)送定值、同步脈沖，檢查前置機工作狀態(tài)，讀取錄波裝置記錄的數據；對于裝置異常，裝置啟動信號通過繼電器輸出到中央信號屏上，提示值班人員注意。,二、微機故障錄波裝置的組成,1故障錄波裝置的啟動方式,微機故障錄波裝置正常情況下只作數據采集，只有當它的啟動元件動作時才進行錄波。除高頻信號外，所有信號均可作為啟動量，任一路輸入信號滿足定值給出的啟動條件，均可啟動錄波。為

18、了保證故障錄波裝置可靠動作，要求故障錄波裝置有良好的靈敏度。,三、微機故障錄波裝置的啟動方式,對故障錄波裝置通常采用如下的啟動方式：,(1)突變量啟動判據。突變量啟動的實質是故障分量啟動 (2)零序電流啟動判據 (3)正序、負序、零序電壓啟動判據。 (4)母線頻率變化啟動判據。故障時頻率下降且變化率較快。 (5)外部啟動判據。,為了清晰地反應故障發(fā)生、發(fā)展、切除以及重合閘的全過程，要求所記錄的模擬量的波形應從故障發(fā)生前的某個時刻開始，并在故障切除及重合閘動作后才能停止錄波。因此，模擬量的采樣方式隨著故障發(fā)生發(fā)展的不同階段而不同。,2錄波數據記錄方式,2錄波數據記錄方式,系統(tǒng)大擾動開始時刻t=0

19、s，各時段的記錄時間、采樣速率均可人工設定，按圖315所示順序執(zhí)行。采樣方式和記錄時間如表32所示，記錄方式如表33所示。,目前，我國電廠、變電站所使用的故障錄波裝置，通信部分主要包括：上下位機之間、上位機與遠方調度中心的故障數據和控制命令的傳輸。由于故障錄波裝置作為電網暫態(tài)過程的監(jiān)測系統(tǒng)，應該將故障信息傳送到有關部門，因此，故障錄波裝置與電力管理信息系統(tǒng)的互聯就成為必須解決的問題。 在上下位機之間，由于傳輸距離較近，且傳輸數據量較大，通常用10100M網卡及網線直接連接，以保證傳輸的快速性。在上位機可設定數據包檢測機制，一旦發(fā)現錯誤數據包即可要求下位機重新發(fā)送，這樣就可以提高向上位機傳輸數據

20、的可靠性。 由于上位機與遠方調度中心之間的距離較遠，通常可利用電力系統(tǒng)內部微波電話網絡采用調制解調器點對點(Point to Point)協議進行通信。 我國各電廠都有自己的內部局域網，因此可以將故障錄波裝置上位機接入電廠內部局域網，從而實現與電力MIS的互聯。,四、故障錄波裝置通信網絡,第七節(jié) 變電站綜自系統(tǒng)的數據通信,變電站自動化系統(tǒng)的通信分兩大部分： 1) 變電站內的信息傳輸。 2) 變電站自動化系統(tǒng)與調度中心或控制中心的通信。,一、變電站的信息傳輸內容 在具有變電站層間隔層（單元層）過程層（設備層）的分層分布式自動化系統(tǒng)中，需傳輸的信息有以下幾部分: 1、過程層與間隔層的信息交換 過程

21、層提供的信息主要有兩種： 模擬量 狀態(tài)信息，主要為斷路器或間隔刀閘的輔助觸點。 2、間隔層內設備間的通信 間隔層設備間內部通信，主要解決兩個問題： 數據共享 互相閉鎖,3、間隔層與變電站層的通信 間隔層和變電站層的通信內容很豐富，概括起來有以下4類： 測量信息 狀態(tài)信息 操作信息 參數信息 4、變電站層的內部通信 變電站層不同設備間的通信，根據各設備任務和功能的特點，傳輸所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作信息等。,二、綜自系統(tǒng)與控制中心的通信內容 1、遙測信息 變電站遙測信息很多，主要包括下列部分： （1）三繞組變壓器兩側有功功率、有功電能、電流及第三側電流，二繞組變壓器一側有功功率、有功電能、電

22、流。 （2）35KV及以上線路及旁路開關的有功（或電流）及有功電能量；35KV以上聯絡線的雙向有功電能量，必要時測無功。 （3）各級母線電壓；所用變低壓側電壓；直流母線電壓。 （4）10KV線路電流；母線分段、母聯開關電流；并聯補償裝置的三相電流；消弧線圈電流。 （5）用遙測處理的主變有載分接開關位置；計量分界點的變壓器增測無功功率。 （6）主變溫度；保護設備的室溫。,2、遙信信息 （1）所有開關位置信號；開關控制回路斷線總信號；開關操作機構故障總信號。 （2）35KV及以上線路及旁路主保護信號和重合閘信號；母線保護動作信號；主變保護動作信號；輕瓦斯動作信號；距離保護閉鎖總信號；高頻保護收信信

23、號。 （3）調節(jié)主變分接開關的位置信號；反映運行方式的刀閘位置信號 （4）電站事故總信號；變壓器冷卻系統(tǒng)故障信號；繼保、故障錄波裝置故障總信號；直流系統(tǒng)異常信號；低頻減負荷動作信號。 （5）小電流系統(tǒng)接地信號；變壓器油溫過高信號；TV斷線信號。 （6）繼保及自動裝置的電源中斷信號；遙控操作電源消失信號；遠動及自動裝置用UPS交流電源消失信號；通信系統(tǒng)電源中斷信號。,3、遙控信息 （1）變電站全部開關及能遙控的隔離開關 （2）可進行電控的主變中性點接地開關 （3）高頻自發(fā)信啟動 （4）距離保護閉鎖復歸 4、遙調信息 （1）有載調壓主變分接頭位置調節(jié) （2）消弧線圈抽頭位置調節(jié),三、變電站自動化系

24、統(tǒng)通信的要求 1、變電站自動化系統(tǒng)通信網絡的要求 （1）快速的實時響應能力 （2）高的可靠性 （3）優(yōu)良的電磁兼容性能 （4）分層式結構 2、信息傳輸響應速度的要求 （1）經常傳輸的監(jiān)視信息 （2）突發(fā)事件產生的信息,3、各層次之間和每層內部傳輸信息時間的要求 （1）設備層和間隔層，1100ms （2）間隔層各模塊之間， 1100ms （3）間隔層的各個間隔單元之間， 1100ms （4）間隔層和變電站層之間， 101000ms （5）變電站層的各個設備及電站與調度之間，1000ms 四、數據通信的傳輸方式 1、并行數據通信與串行數據通信 并行數據通信指數據的各位同時傳送 特點：速度快；數據線

25、多，成本高； 線間干擾大；傳輸距離短。 適用：集中組屏的綜自內部通信。,串行數據通信指數據一位一位順序地傳送 特點：速度慢；數據線少，成本低； 軟件復雜；傳輸距離長。 適用：繼?；蜃詣友b置與監(jiān)控系統(tǒng)間。 2、異步數據傳輸和同步數據傳輸 串行數據通信中，有異步和同步兩種基本的通信方式 (1) 異步通信方式 在異步通信方式中，發(fā)送的每一個字符均帶有起始位、停止位和可選擇的奇偶校驗位。幀格式如下圖,(2)同步通信方式 在同步通信方式中，數據的開始處使用同步字符來作傳送的指示。幀格式如下圖 我國1991年發(fā)布的電力行業(yè)標準的循環(huán)式遠動傳輸規(guī)約（簡稱CDT）是采用同步傳輸方式，同步字符為EB90H。同步

26、字符連續(xù)發(fā)3個，共占6個字節(jié)，按照低位先發(fā)、高位后發(fā)，每字的低編號字節(jié)先發(fā)你、高字節(jié)后發(fā)的原則順序發(fā)送。,3、數據通信的工作方式 （1）單工方式 （2）半雙工方式 （3）全雙工方式,4、網絡的拓撲結構 （1）點對點 （2）星形 星型拓撲結構也稱“集中式拓撲結構”， 是因集線器或交換機連接的各連接節(jié)點 呈星狀分布而得名。,星型結構主要優(yōu)點 （1）網絡傳輸數據快 （2）實現容易，成本低 （3）節(jié)點擴展、移動方便 （4）維護容易 星型結構主要缺點（1）核心交換機工作負荷重（2）網絡布線較復雜（3）廣播傳輸，影響網絡性能,（3）環(huán)形 環(huán)型網絡拓撲結構主要應用于采用同軸電纜（也可以是光纖）作為傳輸介質的

27、令牌網中，是由連接成封閉回路的網絡節(jié)點組成的。,環(huán)型結構的主要優(yōu)點 （1）網絡路徑選擇和網絡組建簡單 （2）投資成本低 環(huán)型結構的主要缺點 （1）傳輸速度慢 （2）連接用戶數非常少 （3）傳輸效率低 （4）擴展性能差 （5）維護困難,（4）總線形 總線型拓撲結構網絡中所有設備通過連接器并行連接到一個傳輸電纜（通常稱之為“中繼線”，“總線”“母線”或“干線”）上，并在兩端加裝一個稱之為“終接器”的組件 。,令牌總線的主要優(yōu)點 （1）網絡結構簡單，易于布線 （2）擴展較容易 （3）維護容易 令牌總線的主要缺點 （1）傳輸速率低（2）故障診斷困難（3）故障隔離比較困難（4）網絡效率和傳輸性能不高（5

28、）難以實現大規(guī)模擴展,5、常用通信介質 （1）雙絞線 （2）同軸電纜,（3）光纖,五、串行數據通信及接口 綜自系統(tǒng)中，特別是微機保護、自動裝置與監(jiān)控系統(tǒng)相互通信電路中，主要是使用串行通信。 1、EIA-RS-232C接口標準 EIA-RS-232接口標準是早期串行通信接口標準。是美國電子工業(yè)協會（EIA）于1973年制定的數據傳輸標準接口。因接口簡單，因此也廣泛應用于變電站綜合自動化系統(tǒng)內部的通信，但其主要缺點是易受干擾，故傳輸距離短，速率低，最大傳輸距離為15米。而在距離15米時，最大傳輸速率為20Kbps。,RS-232C的特性 （1）功能特性 （2）機械特性 （3）電氣特性,2、EIA-

29、RS422/485 接口標準 RS422對RS232C的電路進行改進，采用了平衡差分的電氣接口，RS422加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比RS232有很大的提高。由RS422標準變形為RS485。RS422用4根傳輸線，工作于全雙工，RS485只有兩根傳輸線，工作于半雙工，它們的傳輸距離可到1200M，傳輸速度100K。,RS422/485的優(yōu)點： 接口簡單，僅需一根信號電纜（雙絞線、同軸電纜），便可實現多節(jié)點互聯。 可采用標準傳輸規(guī)約，例如：IEC60870-5-103協議（我國行標為DL/T 667-1999） 由于以上優(yōu)點，間隔層設備間的通信常采用RS-232或RS-485串行接口。

30、 RS422/485缺點： 能連接的通信點數32個。 通信多為查詢方式,4.3.3幾種常用的串行通信標準接口的主要性能,六、以太網（Ethernet） 以太網（Ethernet）的名稱是由加利福尼亞Xenx公司于1973年5月首次提出的。 以太網是當今使用最廣泛的局域網，在所有的網絡連接中，80%都是基于以太網的。 1、以太網的優(yōu)越性 (1) 傳輸速度快，可擴展性好 以太網的傳輸速度有10Mbps系統(tǒng)、 100Mbps系統(tǒng)和1000Mbps系統(tǒng)。 (2) 可靠性高 (3) 成本低 (4) 網絡管理 由于以上原因，以太網應用于變電站自動化系統(tǒng)已成為發(fā)展的趨勢。,2、以太網的結構,七、現場總線通信

31、網絡 1、現場總線定義 根據國際電工委員會IEC（International Electro-technical Commission）標準和現場總線基金會FF（Fieldbus Foundation）的定義：現場總線是連接智能現場設備和自動化系統(tǒng)的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。 以現場總線構成的控制系統(tǒng)，結構上是分散的。從而徹底改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的體系結構，提高了控制系統(tǒng)的安全、可靠和經濟性能。,2、現場總線的優(yōu)點 現場總線按ISO的OSI標準提供了網絡服務，可靠性高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，通信速率快，造價低，維護成本低。 具體有以下幾方面特點： (1) 現場設備互連網絡化 (

32、2) 信號傳輸數字化 (3) 系統(tǒng)和功能分散化 (4) 現場總線設備有互操作性 (5) 現場總線的通信網絡為開放式互連網絡,3、幾種常用的現場總線 (1) LONWorks 現場總線 它的核心部件是Neuron神經元通信處理芯片，收發(fā)器模塊和LONtalk通信協議。 LONWorks的節(jié)點相互獨立，從硬件結構上保證當任何一節(jié)點出現故障，不會影響整個網絡的工作。 LONWorks的技術特點： 高可靠性 支持多種傳輸介質 響應時間塊 安全性好 互換性,(2) CAN現場總線 CAN（Controller Area Network）控制局域網是一種具有很高可靠性、支持分布式控制。 CANbus的技術

33、特點是： 技術多主結構。 可以與各種微處理機連接。 提供優(yōu)先級控制、實時性強。 具有很強的錯誤識別和處理能力。 支持點對點發(fā)送和廣播發(fā)送功能。 CAN主要用于 小型、實時性要求比較高的過程控制系統(tǒng)。 LONWorks主要適用于 大型的、對響應時間要求不太高的分布式控制系統(tǒng)。,4、綜自系統(tǒng)采用LONWorks網絡的通信系統(tǒng) CSC2000型變電站綜合自動化系統(tǒng) （1）變電站層、主站通信功能,（2）主站總線網卡原理,八、變電站信息傳輸規(guī)約 1、IEC 60870-5系列國際標準 IEC60870-5系列國際標準, 是為變電站和調度中心之間傳輸遠動信息的傳輸規(guī)約。 2、調度中心之間的計算機網絡通信標

34、準 IEC 60870-6 TASE.2,它適用于調度中心之間的計算機網絡通信。,IEC 60870-5 系列國際標準,3、當前IEC TC57已有協議存在的問題 IEC TC57為電力系統(tǒng)通信已制定許多協議,常用的有以下幾類： （1）用于變電站內繼電保護信息傳輸標準：IEC 60870-5-103 （2）用于變電站到調度中心間的遠距離通信協議有:IEC 60870-5-101和IEC 60870-5-102 （3）變電站和調度中心通過網絡傳輸標準：IEC 60870-5-104 （4）調度中心通過網絡傳輸的協議有：IEC 60870-6 TASE.1和IEC 60870-6 TASE.2 以

35、上協議不能兼容或不能完全兼容。,第八節(jié) 變電站綜合自動化系統(tǒng)的組態(tài)軟件,智能化電氣設備、現場總線和組態(tài)軟件三者的緊密結合，使具備通信功能的、傳輸信號全數字化的智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)的出現成為可能。,1組態(tài)軟件的概念 “組態(tài)”有設置、配置等含義，一般是指通過對軟件采用非編程的操作方式，使得軟件乃至整個系統(tǒng)具有某種指定的功能。即具有一定通用性的軟件開發(fā)平臺、硬件模塊，然后再根據用戶的要求在軟件開發(fā)平臺上進行二次開發(fā)，以及進行硬件模塊的連接，這種軟件的二次開發(fā)工作就稱為組態(tài)。相應的軟件開發(fā)平臺就稱為組態(tài)軟件。,一、組態(tài)軟件的概念與現狀,2、組態(tài)軟件的設計思想,主要目的是即滿足需要又最少編制源代碼。要解決

36、以下問題：1)如何與采集、控制設備間進行數據交換。2)使來自設備的數據與計算機圖形畫面上的各元素關聯起來。3)處理數據報警及系統(tǒng)報警。4)存儲歷史數據并支持歷史數據的查詢。5)各類報表的生成和打印。 6)為使用者提供靈活、多變的組態(tài)_工具，可適應不同領域的要求。7)最終生成的應用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。8)具有與第三方程序的接口，方便數據共享。,3.組態(tài)軟件的構成：,圖形界面系統(tǒng) 構成現場各過程圖形的畫面被劃分成3類簡單的對象，即線、色、填充顏色、高度、寬度、取向、位置移動等。這些屬性可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。 實時數據庫系統(tǒng) 第三方程序接口組件 是開放系統(tǒng)的標志，是組態(tài)軟件與第三方程序交互及實

37、現遠程數據訪問的重要手段之一。它有下面三個主要作用： 1)用于雙機冗余系統(tǒng)中，主機與從機間的通信。2)用于構建分布式HMISCADA應用時多機間的通信。3)在基于Internet或BrowerServer(BS)應用中實現通信功能。 控制功能組件 以基于PC的策略編輯生成組件(也有人稱之為軟邏輯或軟PLC)為代表，是組態(tài)軟件的主要組成部分。,4幾種典型的組態(tài)軟件,(1)Fix組態(tài)軟件。美國Intellution 的工業(yè)控制組態(tài)軟件FIX32 DMACS是一個真正模塊的工控軟件，它提供了10多個基本功能模塊和擴展功能模塊，支持多種軟件平臺，如Windows2000、WindowsNT、OpenV

38、MS os2等。 (2)INtouch組態(tài)軟件。Wonderware公司的Intoueh組態(tài)應用軟件提供了面向對象的圖形開發(fā)功能、動畫鏈接功能、分布式報警功能、分布式歷史數據存儲功能，支持ActiveX、ODBC、DDE、NETDDE等開放技術。,4幾種典型的組態(tài)軟件,(3)Synall組態(tài)軟件。Synall組態(tài)軟件是一種比較優(yōu)秀的國產組態(tài)軟件，適用于從單一設備的生產運營管理和故障診斷，到網狀結構的分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開發(fā)，可以在Windows 98、Windows 2000、WindowsXP等多種操作系統(tǒng)上運行。 Synall組態(tài)軟件特點：1)基于IE風格的窗口管理的可視化組態(tài)開發(fā)

39、環(huán)境。2)豐富的設備庫和圖庫管理功能。3)按設備管理的變量詞典，可進行快速的變量查找和分類管理。4)分布式的組態(tài)、集中編譯，使得多個系統(tǒng)組態(tài)人員可以分別工作在一個子系統(tǒng)的不同部分。5)獨特的AetiveX控件使組態(tài)和運行系統(tǒng)的使用更為簡單和可靠。6)過程控制模塊。7)開放的數據接口，可與常用的MIS數據庫系統(tǒng)等直接接口。 除此外，國內較為流行的組態(tài)軟件還有：組態(tài)王、世紀星、MCGS等。,技術要求如下： (1)信息采集量大：要求廠站自動化系統(tǒng)有足夠的信息吞吐量。 (2)電能量的采集：管理要求電能量的數據采集必須準確無誤，。 (3)采集數據的實時性要求非常高：網絡拓撲、狀態(tài)估計、安全監(jiān)控、網絡分析

40、、自動發(fā)電控制等。 (4)模擬培訓等能量管理功能對數據的實時性要求非常高，只有保證實時性，才能保證安全性。,二、電力監(jiān)控組態(tài)軟件,北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王60電力版為用戶提供了大量的電力專用控件、電力圖庫、電力通信規(guī)約驅動等，并支持數百種硬件設備、各種常用電力通信規(guī)約以及Windows操作系統(tǒng)。組態(tài)王60電力版軟件由開發(fā)系統(tǒng)、運行系統(tǒng)、工程管理器和信息窗口等組成。開發(fā)系統(tǒng)用于設備的配置、畫面的組合、報警配置、數據庫服務器和報警服務器等。運行系統(tǒng)根據用戶在開發(fā)系統(tǒng)中的定義和配置運行，自動采集用戶現場設備信息，響應用戶的操作命令并向現場設備發(fā)布控制命令，對傳送上來的數據進行報警判別，并將采

41、集到的數據送到數據庫服務器中。,三、基于組態(tài)軟件的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),1監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能,利用組態(tài)軟件實現的變電站監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)包括以下幾個界面窗口： 1)系統(tǒng)主接線。 2)報警窗口。 3)通信窗口。 4)實時曲線、歷史曲線。 5)操作記錄、事件記錄。 6)數據瀏覽、歷史報表及打印。,系統(tǒng)實現的主要功能有： 1)實時數據采集功能。 2)實時監(jiān)控功能。實時顯示變電站運行工況圖，可直觀看到各電氣設備的運行狀態(tài)、異常情況，實時顯示當前通信工作狀態(tài)、開關狀態(tài)等。 3)實時報警處理。 4)記錄功能。 5)實時曲線顯示。 6)歷史曲線顯示。 7)報表顯示。,本系統(tǒng)采用后臺PC機、單片機及總線構成分布式監(jiān)控系統(tǒng)，

42、硬件構成如圖324所示。,2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構成,采用小型單片機作為下位機，完成現場數據采集任務，采集的數據通過RS-485總線按一定協議傳送給苗片機主機。單片機主機承擔數據采集與處理任務，并將下位單片機組成主從形式的通信網絡。單片機主機再通過接口電路連接到后臺PC機的RS-232口，將數據傳送到后臺PC機。后臺PC機利用組態(tài)軟件對數據進行二次處理，實現監(jiān)測監(jiān)控功能。 單片機主機與后臺PC機的通信可采用CDT循環(huán)式遠動規(guī)約。組態(tài)王60電力版支持該通信規(guī)約，利用組態(tài)王的驅動程序開發(fā)包開發(fā)通信驅動程序，可直接實現單片機主機與組態(tài)王60串行通信。,后臺PC機利用組態(tài)軟件實現對變電站的監(jiān)控，顯示斷路器

43、等設備的運行狀態(tài)，記錄有關參數，通過鼠標對斷路器進行開合控制，具有人機界面友好、操作直觀等特點。 (1)圖形組態(tài)：需要組態(tài)的圖形有一次圖、潮流圖等，一次圖中有斷路器、隔離開關、電容器等，需要通過組態(tài)軟件把這些器件圖形化。組態(tài)王60電力版專用的電力圖庫控件，可方便地實現器件圖形化。 (2)報表組態(tài)：按時間統(tǒng)計故障、操作內容、查詢歷史數據等。 (3)通信組態(tài)：通信組態(tài)可設定串口的波特率、每一幀數據中各個字節(jié)代表的物理意義等。 (4)實時運行：實時運行部分是為操作人員設計的，用已經組好的文件和從單片機傳來的實時數據對畫面進行更新，并負責查詢數據、打印報表等。用戶需要時可通過鼠標點擊某個單元，即可顯示

44、出設備的基本數據。,3監(jiān)控組態(tài)軟件的構成,第九節(jié) 變電站綜自系統(tǒng)實例北京四方 CSC-2000變電站綜合自動化系統(tǒng)（V2）許繼電氣股份有限公司CBZ-8000變電站綜合自動化系統(tǒng),CSC-2000變電站綜合自動化系統(tǒng)（V2） CSC2000綜合自動化系統(tǒng)是四方公司自1994年起研制和應用于變電站保護和控制的綜合自動化系統(tǒng)。 CSC-2000變電站自動化系統(tǒng)2002年榮獲國家科技進步二等獎。 CSC-2000是四方公司推出的中國第一個分布式變電站自動化系統(tǒng)。在獲得國家級科技進步二等獎后，公司繼續(xù)對其進行再開發(fā)和升級，使該系統(tǒng)在國內率先達到了國際IEC61850標準，成功與國際該領域產品系列接軌。

45、,新一代CSC-2000變電站自動化(V2)系統(tǒng)特點 全面支持IEC61850，具有良好的互操作性，還可以兼容現有通信技術; 當地SCADA適用于多操作系統(tǒng)、多硬件系統(tǒng)的混合平臺； 率先在UNIX系統(tǒng)上支持IEC61850標準，也可以在Windows/UNIX混合系統(tǒng)上應用，具有良好兼容性 變電站層使用了通用嵌入式通信平臺，實現了電站層通信平臺的通用化和裝置化； 間隔層使用了可靈活組態(tài)的網絡化硬件平臺； 監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式實時庫設計，可靈活進行功能組態(tài)； 監(jiān)控系統(tǒng)采用圖庫一體化設計，實現了智能化報警系統(tǒng)； 監(jiān)控系統(tǒng)集成五防操作票專家系統(tǒng)功能。,一、適用范圍 該系統(tǒng)適用于各種電壓等級的變電站，滿

46、足35kV1000kV各種電壓等級變電站自動化的需要，也可以用作發(fā)電廠的網控自動化系統(tǒng)。 二、系統(tǒng)結構 V2系統(tǒng)為兩層式結構，由變電站層和間隔層兩部分組成。變電站層和間隔層間采用雙網冗余以太網連接，傳輸速率100Mbps。,系統(tǒng)結構如下圖,變電站層 變電站層主要包括遠動裝置與當地監(jiān)控系統(tǒng)。 獨立設置的遠動裝置從網絡上采集變電站的數據，并通過各種介質和協議與上級調度中心通信，遠動信息直采直送。 當地監(jiān)控系統(tǒng)實現的功能包括數據采集與監(jiān)視（SCADA）、自動電壓無功調節(jié)（AVQC）、五防與操作票等，各種功能可以根據客戶的不同需求，在計算機上靈活配置。 當地監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的可裁剪性，對于110kV及

47、以下的變電站，所有功能均可采用一臺計算機實現。,間隔層 V2系統(tǒng)的間隔層包括測控裝置和各種保護裝置。所有裝置均支持雙以太網，并直接連接到站控層網絡。 在間隔層還可設置保護管理機（CSM-320E）用于接入其他廠家的保護信息。推薦接入協議為DL/T667-1999(idt IEC60870-5-103)，也支持其他的國際/國內標準協議和國內主要設備廠家的各種私有協議。,構成特點： （1）分布式間隔層設備 （2）站內通信網 （3）變電站層的監(jiān)控及通信體系 （4）監(jiān)控工作站 （5）遠動工作站,監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成 （1）監(jiān)控計算機（采用工控機） （2）PCLTA/PCNSI卡 （3）PCL725卡（8

48、路智能I/O卡） （4）以太網卡 （5）其它外設（顯示器、打印機、音箱）,軟件結構 （1）通信層 （2）數據庫層 （3）應用層,后臺監(jiān)控主畫面,三、系統(tǒng)功能,四、系統(tǒng)主要特點 1)采用分層分布、面向對象的設計思想。 2)支持IEC61850標準，間隔層裝置全面通過中國電科院RTU檢測中心IEC61850一致性測試和荷蘭KEMA公司IEC61850一致性測試及認證。 3)具備很高的安全級別，通過了國家電網公司信息安全實驗室的安全性測試。 4)當地監(jiān)控系統(tǒng)適用于多操作系統(tǒng)(Windows/UNIX),多硬件系統(tǒng)（32位/64位）的混合平臺。 5)當地監(jiān)控系統(tǒng)采用圖庫一體化設計，并內嵌了AVQC、操作票和一體化五防等功能。 6)采用嵌入式軟/硬件設計技術，實現了變電站層通信平臺的通用化和裝置化，可以方便地滿足不同應用場合的需要。 7)間隔層測控/保護裝置采用了網絡化硬件平臺，實現了硬件的標準化、模塊化，方便配置和擴展。 8)間隔層測控/保護裝置全面支持IRIG-B碼對時方式。,五、CSC-2000的通信網絡 系統(tǒng)的網絡分兩層，即間隔層和主站通信層。間隔層采用ECHLON公司的LonWorks網絡構成，它是全站的實時數據交換通道。 220 kV及主變部分為增加通信的可靠性采用雙網絡配置，而110 kV及10