电网监控技术复习提纲(新版)

电网监控技术复习提纲一、绪论（一）对电力系统运行的基本要求：安全、优质、经济电力系统包括一次系统和二次系统两大部分。一次系统是一个能量系统。其任务是电能的生产、输送和分配。其主要设备包括发电机、变压器、输电线路、母线、断路器和互感器等高压设备.。二次系统包括各种电力自动化设备。主要任务是监视、控制、调节、保护和辅助一次系统的安全、优质、经济运行。二次系统主要是信息系统，（二）电力系统自动化技术包括二大方面：1、 信息就地处理的自动化系统：继电保护、自动装置等；特点：a) 事后处理。事件没有发生前坚决不动作，事件发生后必须动作；b) 处理动作的依据基本是本地的局部信息；c) 判断处理（动作）速度快，反应时间短，几十毫秒级。2、 信息集中处理的自动化系统：电网监控技术（包括调度自动化系统、配电自动化系统、变电站自动化系统、负荷管理系统等）特点：a) 事前处理。事故发生前，早期发现问题苗头，及时地、预防性地处理。系统优化处理；。 b) 分析处理的依据是系统全局信息，从电网的各个节点采集各种信息传送到主站实现；c) 分析处理（动作）速度较慢。因为信息量大，且传输需要时间，故反应时间较长，秒级。调度自动化系统是应用最早，技术涉及面最多、最复杂，系统规模最大的电网监控技术应用系统。所以，本课程主要介绍调度自动化系统和变电站自动化系统。（三）我国电网调度的基本原则是：统一调度、分级管理、分层控制（四）电网调度自动化系统EMS的功能主要包括以下方面：1、 数据采集和监控功能（SCADA）SCADA是数据采集和监控的英文缩写，它是网、省调度自动化系统的基础功能，也是县级和地区级电网调度自动化系统的主要功能。它主要包括以下一些方面：1） 数据采集。包括状态量、模拟量、脉冲量和数字量等。其中i. 状态量又称开关量，简称遥信量：如断路器和隔离开关的分/合状态，发电机的运行/停止状态，继电保护的动作状态等；ii. 模拟量：如电压、电流、有功功率、无功功率等；看得见，省心iii. 脉冲量：主要指电能量脉冲iv. 数字量：如频率、水库水位、标准时钟、等模拟量、脉冲量和数字量统称遥测量，其特点是每一个测量量都可有多个取值，且不同取值之间有大小关系。每个遥信量只有两中状态，且这两种状态之间没有大小关系。2） 数据的显示、记录和打印。.3） 事件告警。记得住够得着4） 命令和控制。包括断路器和有载调压变压器分接头的远方操作，发电机有功和无功出力的远方调节等。对开关量的远方控制简称遥控，对数值量的远方调节简称遥调。5） 实时数据库和历史数据库的建立。6） 数据预处理。7） 事故追忆PDR和事件顺序记录SOE。2、 自动发电控制AGC和经济调度控制EDC1） 自动发电控制AGC有功平衡2） 经济调度控制EDC网损最小3、 电力分析系统软件（PAS）/高级应用软件靠得住用得熟算得准1） 网络拓扑与建模2） 状态估计3） 调度员潮流4） 电压无功优化5） 短路电流计算6） 短期负荷预测7） 故障分析8） 安全分析4、 调度员模拟培训DTS（五）调度自动化系统组成1) 电网的地域分布很广的特点，因此调度自动化系统由在调度控制中心的调度主站系统和分布在远方的多个厂站端设备（包括：远方终端设备RTU或变电站自动化系统等）以及连接主站与厂站端设备的通信通道（又称远动通道或简称信道）组成。2) 以计算机为核心的电网调度自动化系统的基本功能结构如下图所示。电网调度自动化系统按其功能可以划分如下四个子系统。电网调度自动化系统的基本功能结构图信息采集和命令执行子系统信息传输子系统信息的收集、处理和控制子系统人机联系子系统电网监控技术的特点:l 结构特点：由众多的远方终端设备和一个主控站，以及连接各个终端和主控站的数据通信通道构成。l 功能特点：远动四遥功能（遥测、遥信、遥控、遥调）人机交互功能数据处理功能数据存储功能l 技术特点：计算机技术的广泛应用数据通信和网络通信关键技术自动检测技术和二次回路二、电量变送器（电气信息测量设备）1. 电量变送器的作用电量变送器是将一种电气量信息变换成供测量用的另一种电信号或数据的仪器。2. 电量变送器分类.按照对电气信息的处理实现方法分：1）采用模拟电路实现的常规变送器2）采用微型计算机技术实现的微机变送器3. 常规电量变送器的输入/输出信号的类型及其变化范围（简称输入/输出信号规范）项目变送器输入（交流）输出（直流）电压变送器电压：0120V电压：05V电流：01mA420 mA电流变送器电流：05A01A电压：05V电流：01mA420 mA功率变送器电压：0120V电流：05A01A电压：-5V05V电流：-1 mA 01 mA420 mA电能变送器电压：0120V电流：05A01A电能计数值或脉冲4. 微机变送器的优点a) 功耗小b) 附加误差小c) 稳定性好d) 响应快e) 功能综合，集成度高，可附加扩展功能5. 微机变送器的硬件电路原理框图三、变电站综合自动化系统变电站在电力系统中的作用和地位电力系统由发电厂、变电站、输配电网和电力用户组成。变电站是电网输变电的枢纽节点，电网运行的大部分数据都可以在变电站和发电厂获得，对电网运行的控制调节也可以在发电厂和变电站实现。变电站的电气部分可分为一次接线和二次接线。一次接线又称为主接线，由主变压器、断路器、母线、输电线等一次设备组成，是变电和输配电的主体。二次接线由各种二次设备组成，主要作用是监视、控制、调节、保护和辅助一次系统的安全、优质、经济运行。(一) 变电站自动化系统的定义和特点将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现全变电站的主要设备和输、配电线路的自动测量、监控和保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能，故又称为变电站综合自动化系统。变电站自动化系统特点：功能综合化、结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等。(二) 变电站自动化系统的功能1监视和控制功能（1）数据采集（2）事件顺序记录（SOE） （3）故障记录、故障录波和故障测距（4）操作控制（5）安全监视（6）人机联系（7）打印（8）数据处理2微机保护与自动装置3电压/无功控制4数据通信和其它功能1） 数据通信功能现场级通信功能和远程通信功能2） 电力系统统一时钟及其对时功能3） 自诊断和自恢复功能(三) 变电站自动化系统硬件结构及其特点1. 分层分布式变电站自动化系统在分层分布式结构的变电站自动化系统中，分层是将整个变电站的一次、二次设备分为3层，即变电站层、间隔层（或称单元层）和设备层。在所分的3层中，变电站层称为2层，间隔层称为1层，设备层称为0层。每一层由不同的设备或不同的子系统组成，完成不同的功能。按功能分布的变电站自动化系统2. 分层分散式变电站自动化系统/完全分散式适用于35kV及以下电压等级按对象分散安装3. 局部集中总体分散式适用于220KV/500KV的超高压变电站4. 高压集中配电分散式5. “三层两网”结构智能变电站的典型结构一次设备智能化，取消一次设备的二次接线，代之以数字化通信报文。注意以上各种结构的技术特点和所适用的场合.。有二个概念必须分清：l 功能的集中与分布和分散。功能分布和分散必须是基于多CPU的。 功能集中把所有功能集中由单个CPU或少数CPU实现； 功能分布把系统功能分布到多个CPU上实现，每个CPU只管一个功能 功能分散按一次对象分布到多个CPU上实现，每个CPU只管一个对象，但是一个对象具有保护和测控等多种功能。l 安装位置的集中组屏与分散安装。 把间隔层单元集中组屏安装在控制室内，运行环境好； 分散是相对于集中而言，彻底的分散是把间隔层单元安装在高压开关柜或间隔内。优点是节省二次信号电缆，节省控制室面积。(四) 模拟量输入电路原理模拟量输入采集的信息：电压、电流有效值，有功功率、无功功率，有功电能、无功电能，频率，功率因数，温度等等。1、 模拟量YC采集电路原理示意框图1（直流采样）采集的信息：电压、电流有效值，有功功率、无功功率，各种温度等信息。2、 模拟量YC采集电路原理示意框图2（交流采样）采集的信息：电压、电流有效值，有功功率、无功功率，有功电能、无功电能，频率，功率因数等。(五) 开关量信息输入电路原理采集的信息：各种遥信量信息。上图各元件的作用(六) 事件顺序记录SOE事件顺序记录SOE将YX变位事件按照发生的时间先后，顺序地记录下来，形成SOE。SOE信息的三要素：时间（精确到毫秒），对象，动作性质。(七) 变电站自动化系统的数据处理 1、遥测数据处理1) 数字滤波2) 标度变换3) 二-十进制转换4) 遥测越限判别与告警5) 遥测越阈值传送等6) 数据合理性检查2、 遥信数据处理1） 遥信变位判别；2） 事件顺序记录SOE登录(八) 遥控1、YK命令的执行过程1）、 调度中心向厂站端RTU发遥控选择命令，其中包括遥控对象和遥控性质（即动作）；2）、 厂站端RTU收到遥控选择命令后，启动选择定时器，校核对象码和性质码的正确性，并驱动相应的对象继电器和性质继电器动作，使遥控执行回路处于准备就绪状态；3）、 厂站端RTU适当延时后读取遥控对象继电器和性质继电器的动作状态，形成返校信息；4）、 厂站端RTU将返校信息发往调度中心；5）、 调度中心显示返校信息，与原发遥控选择命令核对，如调度员认为正确则发遥控执行命令到厂站端RTU ，反之发遥控撤消命令；6）、 厂站端RTU收到遥控执行命令后，驱使遥控执行继电器动作，接通指定断路器的跳/合闸线圈，实现断路器的遥控操作。如RTU收到的是遥控撤消命令，则清除选择命令。使对象和性质继电器复位。7）、 厂站端RTU在执行遥控命令时，启动遥控执行定时器，定时到后复位全部继电器。8）、 厂站端RTU 在执行完成遥控执行命令后，向调度中心补送一次遥信信息。2、遥控撤消的原因1）、 RTU收到遥控撤消命令2）、 RTU如超时（选择定时器定时到）未收到遥控执行命令或撤消命令，则作自动撤消，并清除选择命令，复位所有继电器。3）、 如遥控过程中遇到发生遥信变位，则自动撤消遥控命令。四、数据通信与远动通信规约(一) 数据通信系统模型电流/电压互感器可以看作信息源，微机电量变送器就是信源编码器，调度主站的显示器就是信源译码器，调度员就是受信者。其它部分就是本章的主要内容。信道信号/信息传输的通道/路径。最简单的电信道：一对导线；复杂信道：通信系统。二者传输距离不同，但是效果相同。(二) 专业术语1 信息2 信号3 数据4 信道5 码元6 波特率7 比特率8 误码率9 单工10 全双工；11 半双工12 MODEM，SPDnet，SPTnet13 CDT,POLLING14 EMSRTUSOEPASPDRDTSAGCEDC.15 标度变换16 远动四遥(三) 串行通信在（最简单）信道上的数据通信方式1、 串行通信方式要解决的基本问题1）、 位识别位同步2）、 字符识别/字节分段字符同步2、 异步通信方式帧格式收发双方须事先约定：1） 波特率2） 帧格式 ：数据位数（5、6、7、8位），停止位数（1、1.5、2位），校验方式（奇、偶、无）(四) 数字基带信号的调制方式其中，t为时间，A为幅值，f为频率，为初相角。在上式中，A幅值，f频率，初相角均可以作为调制参数。如用数字基带信号调制载波的A幅值，称为调幅，ASK；如用数字基带信号调制载波的f频率，称为调频，FSK；如用数字基带信号调制载波的初相角，称为调相PSK。各种调制方式的信号波形如图所示：(五) 通信接口标准完整的串行通信接口标准应该包括：机械特性、电气特性和信号引腿名称及功能。1. RS-232C接口标准（1）RS-232C采用负逻辑规定逻辑电平。规定要求： 输出逻辑“1”的信号电平为 -5V -15V输出逻辑“0”的信号电平为 +5V +15V输入的信号电平 -3V 为逻辑“1”输入的信号电平 +3V 为逻辑“0”（2）RS-232C的特点：优点：RS-232C定义了信号逻辑电平、信号引腿名称和功能、连接器机械结构及尺寸，是一个定义非常完善的标准，是目前应用最广泛的串行通信接口标准之一。RS-232C采用单端驱动、单端接收电路，传送每一种信号只用1根信号线，所有信号公用1根信号地线，电路简单。缺点：由于采用单端驱动、单端接收电路，公共地线易受噪声干扰，数据传输速率不高（20kbps以内），传输距离不远（15m以内）。2. RS-422与RS-485接口标准电气特点：实现了平衡驱动和差分接收，双绞线传输，取消了信号地线。性能特点：低成本，高性能，技术简单。表5-2 EIA推荐的串行通信标准的主要性能参数 接口标准性能RS-232CRS-422RS-485操作方式单端差分差分最大电缆距离（m）1512001200最大数据速率（bps）12 m20k（15m）10M10M120 m1M1M1200 m100k100k(六) 远动通信规约我国电力系统远动通信主要采用两种类型的通信规约：1、 循环式数据传送（Cyclic Digital Transmission，CDT）规约，简称CDT规约。特点：通信控制方式厂站端主动，独占全双工信道，实时性好，适用于质量较差的信道。帧结构字结构2、 问答式（Polling）数据传送规约，简称Polling规约。特点：通信控制方式调度端主动，可以多个厂站共用一个信道，适用于质量较好的信道。(七) 远动通信信道1、 调度自动化系统通信的特点2、 通信系统分类3、 电网调度自动化系统常用信道简介(八) 计算机网络基础1、计算机网络定义、功能（资源共享和信息共享）、组成（具有独立功能的多台计算机、数据通信设备和线路、功能完善的网络软件）。计算机网络分类广域网、局域网、城域网2、局域网特点 l 传输距离较近，100米10kml 数据传输率较高，11000Mbpsl 误码率较低，10-710-9l 采用基带传输，省去了调制解调器等通信设备l 通信控制一般采用分散控制，即不设中心通讯控制机l 局域网络传输线一般采用双绞线、同轴电缆、光纤等3、局域网拓扑结构和分类以太网、令牌环、令牌总线4、现场总线特点、与局域网的区别五、调度自动化系统主站(一) 调度自动化主站系统功能主站设备功能1、 数据通信及其通道监控功能2、 人机联系功能3、 数据组织、存储和处理功能体现在主站上的系统功能4、 数据收集、监视和控制功能5、 自动发电控制AGC和经济调度控制EDC6、 电力分析系统软件（PAS）7、 调度员模拟培训DTS(二) 主站系统硬件配置典型调度自动化系统配置图(三) 主站系统主要设备及功能1、 前置子系统前置子系统主要实现与厂站端设备的数据通信和通道监控功能。其主要设备包括：1）、 通信工作站又称数采服务器。a. 与各个厂站RTU进行规约通信；b. 规约报文解释/组装；c. 刷新实时数据库，为全网提供最新的实时数据；d. 对实时信息进行预处理，如系数变换、越限判断、功率和电能总加等；e. 远动通道监视和控制。2）、 终端服务器终端服务器汇集多个中低速远动通道与高速网络连接。3）、 通道切换装置对主、备双通道进行切换控制。4）、 通道柜调制解调器、复接/分接设备和长线驱动/接收设备柜。2、 系统服务器（主服务器）主要功能：l 大型数据库（包括历史数据库、系统参数数据库等）管理；l 大规模数据处理。3、 调度员工作站电网调度控制人员监视、控制电网运行的主要人机联系界面。4、 计算机网络设备计算机网络设备是调度自动化主站各个计算机信息和处理共享的枢纽和基础。5、 PAS 工作站（或服务器）实现PAS高级应用软件的功能，包括人机联系（和数据处理，视系统不同）6、 工程师工作站系统维护7、 DTS工作站8、 WEB服务器为DMIS/MIS系统提供信息浏览服务。(四) 主站软件系统1. 操作系统1) 功能和作用i. 系统资源管理：包括处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络与通信管理和用户接口等ii. 任务调度和进程管理；iii. 为用户有效使用计算机提供友好、方便的人机联系、操作界面。2) 调度自动化对操作系统的要求：l 多用户允许多个用户同时使用l 多