智能配电网(第7、8次课教案).ppt

智能配电网电子教案,第五讲配网自动化终端设备2011-5-122011-5-19,2,变电站自动化远动终端RTU,变电站综合自动化的概念：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对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视、测量、控制和微机保护。以及与调度通信等综合性的自动化功能。配电变电站综合自动化的实现主要由远动终端RTU来完成。远动终端（RTU）作为变电站自动化的主要设备，它的发展在一定程度上也代表着变电站自动化系统的发展。我国的远动技术是在20世纪50年代发展起来的。,3,RTU的主要功能,一、“四遥”功能,遥控（YK）：断路器的合、分控制和电容器、电抗器的投切以及其他可以采用继电器控制的场合。遥调（YT）：有载调压变压器抽头的升、降调节和其他可采用一组继电器控制的，具有分级升降功能的场合。,遥测（YC）：模拟量（电压、电流、有功、无功）和数字量（水位、温度、频率）和脉冲量（脉冲电能表的输出脉冲）遥信开关量或状态量（YX）：开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号、自动调节装置的运行状态信号和其他可提供继电器方式输出的信号；事故总信号及装置主电源停电信号等。,4,二、与SCADA系统的数据通信功能要求RTU能按预定通信规约的规定，将采集的现场信息自动循环（或按调度端要求）上报SCADA系统，并能接收调度端（SCADA系统）下达的各种命令。,三、事件顺序记录（SOE）功能电网调度人员需要及时掌握电网事故发生时各断路器和继电保护动作状况及动作时间，以区分事件顺序，作出运行对策和进行事故分析。时间分辨率：RTU内（即站内）与RTU之间（即站间）,四、系统对时功能利用全球定位系统GPS提供的时间频率同步对时，有效地确保SOE站间分辨率指标。采用软件对时，SC1801、CDT,DNP和Modbos等通信规约均提供了软件对时手段。,RTU的主要功能,5,模拟量输入的两种方式：直流采样和交流采样,直流采样,RTU的模拟量输入通道（遥测通道）,通常将采用电量变送器进行的采样称为直流采样，其模拟量输入通道一般由变送器、信号处理电路、多路转换开关、采样保持器和A/D转换器等组成，如图所示。,6,1、变送器的作用为：1）将强信号（一般为交流100V，5A）转化为适合于计算机和仪表使用的弱信号（一般为直流5V，1mA）。2）将交流信号转化为直流信号。3）从瞬时信号获得有效值。4）确保输出直流量与输入测量量之间满足线性关系。5）实现输入与输出隔离。,2、滤波及信号处理部分中:滤波电路（RC电路）是为了消除干扰，提高输入信号的信/噪比；信号处理是为了将变送器或传感器输出的各种不同电信号经过放大或处理成为后面A/D转换器所能接受的电压范围。,RTU的模拟量输入通道（遥测通道）,7,3、多路转换开关多路转换开关是一种受CPU控制的电子切换开关。由电量变送器送来的多路模拟量公用一套A/D，只有被选中的一路才可以通过多路开关进入A/D，其余各量则需等候下一次的选择。,RTU的模拟量输入通道（遥测通道）,8,可在微机指令下将瞬间采集的模拟量“样本”冻结一段时间，以保证在A/D转换器完成一次完整的转换所需的时间段中（例如AD574A需25s），各模拟量不发生变化，为同一时刻的采样值，否则就会不准确。例如，为了准确地测量有功功率和无功功率，采样的关键在于采集的电压和电流信号的同时性，若采集的电压和电流信号有时间差，则相当于改变了功率因数角，从而造成测量误差。,采样保持器的作用,对于变化较慢的模拟信号，例如经过变送器输出的直流模拟信号，在A/D进行转换的很短时段内（若干s），几乎没什么变化，因此在直流采样中也可以不配备采样保持器。而对变化较快的模拟量来说，例如不经过变送器而直接对交流进行采样时，就必须配置一组同时起动的性能较好的采样保持器(S/H)。,RTU的模拟量输入通道（遥测通道）,9,采用变送器的直流采样系统存在的以下一些问题：,（1）遥测数据的准确性受变送器稳定性的影响，变送器出现不正常的情况时有发生，这样就影响了遥测准确性。,（3）变送器的维护工作量比较大。,（2）遥测数据的实时性受变送器响应速度的影响。,（4）对于变电站来说，需要大量的变送器，增加了工程造价和占地面积。,RTU的模拟量输入通道（遥测通道）,10,不经过变送器，仅将信号经过起隔离和降低幅值作用的中间TA和TV后，仍以交流模拟信号供A/D按一定规律（等间隔同步采样）进行直接采样，并加以处理，计算出（方法有FFT等）电压、电流有效值以及有功、无功功率的方法称为交流采样。,交流采样,RTU的模拟量输入通道（遥测通道）,11,组成,锁存器的作用,由于计算机输出的一组待转换数字量在数据总线上稳定的时间很短，而D/A转换需要一定的时间，为保证在此D/A转换期间待转换的数字量不发生变化，必须用锁存器来保持数字量的稳定，一直锁存到转换完毕，又有新的数据存入时为止，因此锁存器的作用类似于A/D转换时的S/H的作用。,RTU的模拟量输出通道（遥调）,12,概念：,开关量信息输入微机系统的电路称为开关量输入通道（简称开入），即遥信通道；开关量信息自微机系统输出去遥控远方的开关状态，则称为开关量输出通道（简称开出），即遥控通道。,开关量输入电路,RTU的开关量输入/输出通道（遥信/遥控）,13,开关量输入电路,1、输入电路中的隔离措施：继电器隔离光电耦合隔离,2、开关信号的防误采集（防止遥信误报）硬件措施：增加低通滤波回路和消噪除颤环节。软件措施:变位记录并延时确认的方式。,RTU的开关量输入/输出通道（遥信/遥控）,14,、变电站中的开关量采集电路,2）断路器和刀闸的辅助接点，图示中的Q、S1、S2,三类开关量,1）保护继电器的输出触点，图示中的K1、K2、K3,3）刀闸和断路等设备的故障信号（如压力监视等），用来反映刀闸和断路器等设备的故障，如图示中的K4,RTU的开关量输入/输出通道（遥信/遥控）,15,硬件框图,开关量成组输入/输出典型电路,开关量输出电路（遥控输出）,RTU的开关量输入/输出通道（遥信/遥控）,16,配电远方终端定义及分类,1、定义：配电网自动化系统远方终端是用于配电网馈线回路的各种馈线远方终端、配电变压器远方终端以及中压监控单元等设备的统称。采用通信通道完成数据采集和远方控制功能（电力行业标准DLT7212000）。2、分类：（1）馈线远方终端单元FTU（2）配电变压器远方终端单元TTU（3）中压监控单元（子站）,17,FTU的功能及性能要求,1、FTU的功能（1）遥信功能、遥测功能、遥控功能。（2）统计功能。（3）对时功能。（4）自检和自恢复功能。（5）远程通信功能。（6）远方控制闭锁与手动操作功能。（7）定值远方修改和召唤定值。（8）事件顺序记录（SOE）2、FTU的性能要求（1）抗恶劣环境。（2）具有良好的维修性。（3）可靠的电源。,18,FTU的组成,FTU作为一个独立的智能设备，由以下几部分组成：（1）远方终端控制器核心模块（单元）。（2）充电器电源模块。（3）蓄电池FTU所有供电电源的后备电源。（4）机箱外壳。（5）各种附件：包括就地远方控制闭锁开关、分合闸按钮、跳合位置指示灯、接线端子排、航空接插件、空气开关、除湿和加热器等。FTU的典型结构如右图,19,FTU机柜图片,20,FTU的功能实现-远方终端控制器的设计,远方终端控制器一般由高性能的嵌入式CPU或DSP来完成，考虑到工作环境，设计时应选用工业级芯片。控制器应包括以下几个组成部分：模拟量采集回路、数字量采集回路，通信接口及CPU、RAM、ROM等核心芯片，有时还加入DSP芯片以追求高性能的滤波和信号处理能力。图4-15是一个典型的FTU控制器的系统框图。,21,FTU的功能实现-远方终端控制器的设计,（1）交流量采集回路（遥测回路）设计FTU控制器的交流量采集回路通常是交流采样，即按一定的规律直接采集各路交流量。交流量采集回路设计时要考虑的问题根据该FTU的应用场合（需要监视的馈线数量，遥测的速度、精度要求，故障的检测范围等）来考虑其所要采用的交流通道数量，交流输入的量程，TA/TV的输出范围，AD转换器的转换速度、精度（位数）和输入范围及前置低通滤波器的参数等。,22,FTU的功能实现-远方终端控制器的设计,（2）数字量采集回路（遥信回路）的设计数字量采集回路与RTU相似，也须考虑电磁干扰的隔离和接点防抖问题，由于FTU内部使用的工作电源一般是DC24V或DC48V，数字量采集回路使用的电源也就往往采用DC24V或DC48V。输入通道数量方面，对于监控馈线上的一个开关来说，所需采集的数字量输入并不多，主要为：开关位置信号，弹簧储能信号，断路器或负荷开关的压力信号，工作电源的失电信号等，因而每馈线提供68个数字量输入已能满足要求。FTU的数字量采集回路还有一个问题是遥信自检问题。由于许多FTU安装在户外甚至电线杆上，检修维护极为不便，设计时最好能考虑到遥信量自检功能。,23,FTU的功能实现-远方终端控制器的设计,（3）数字量输出回路（遥控回路）设计数字量输出回路是FTU的执行接口，其安全可靠的工作对FTU至关重要。数字量输出从软件和硬件设计都应考虑为顺序逻辑控制出口(SBO)，以保证动作可靠性。对于遥控输出通道较多的FTU（如环网柜或开闭所FTU）可以对遥控输出提供相应的返校回路，提供返校通道能保证在错误的遥控命令已发出的情况下，通过返校回路还能及时发现错误命令并立即闭锁遥控出口，避免事故发生。遥控输出设计的另一个问题是接点容量问题。一般FTU控制器提供的继电器大都是焊接在印制板上的继电器，它的特点是体积小，动作速度快，驱动电流小，但是接点容量也有限，一般为5A、AC250V或5A、DC30V。这个容量对某些开关操作可能还不够，因此往往需要在FTU箱体内部提供跳、合闸重动继电器一对。设置重动继电器还能够在机构故障时起保护FTU控制器的作用。,24,FTU的功能实现-远方终端控制器的设计,（4）通信接口设计一般来说，为使FTU具备较为广泛的应用范围，应能提供一个RS232C或RS485接口与远方通信，并根据通信的介质不同，配备相应的接口设备如（光端机、无线或有线MODEM，电力线载波机等）。FTU除了需提供与远方的通信接口外，还应提供与周边智能设备的通信接口，完成远方主站等与这些智能设备的数据转发，如果FTU已经提供了以太网接口，FTU可以完成类似网关的功能，为周边的智能设备提供了一个以太网的接入点。,25,FTU的功能实现-远方终端控制器的设计,（5）核心器件CPU的选择FTU控制器中核心器件CPU的运算速度和位数的选择应以“够用”为原则，以保证备的可靠性和完成FTU必备的功能，并有一定的扩充余地。没有必要片面地追求CPU的数或运算速度。在选择CPU时有两种方案，一种是按照功能划分，将不同的功能分配给不同的CPU来处理，如前所述，由DSP完成数据滤波和处理，由网络协处理器完成以太网通信，而由主CPU完成逻辑运算和其他功能。另一种方案是由单片CPU独立完成，这种方案对CPU的运算能力和运行速度就有一定的要求了。,26,三类FTU的安装及特点,（1）柱上FTU柱上FTU往往安装在户外柱上或路边等处，主要监控的是单一的柱上开关。安装时要特别注意的地方是：（1）安装配件要耐腐蚀、电线杆及安装支架要有足够的强度支撑开关及控制箱。（2）可靠的接地。开关的外壳和避雷器应经过不小于70mm2的铜导体直接接地，使任何冲击电流通过这条通路流入地下；如果采用无线通信，通信天线应也应接到开关或主接地回路上。（3）工作电源的连接。FTU的安装固定如右图所示。,27,三类FTU的安装及特点,（2）环网柜FTU环网柜FTU安装在环网柜内，环网柜一般都为2路进线，多路出线，因此环网柜FTU至少需要监控四条线路，要求FTU有很大的数据容量。对环网柜FTU在设计上最基本的要求就是数据容量大，物理体积小。（3）开闭所FTU开闭所FTU（或者称DTU），所要监控的开关和线路的数量就更多了，因此对数据容量的要求就更大。但相对于环网柜FTU，开闭所FTU对体积的大小要求不是很严。,28,配电变压器远方终端单元（TTU）,配变终端TTU用于对配变的信息采集和控制，它实时监测配电变压器的运行工况，用以完成传统的电压表、电流表、功率因数表、以及负荷指示仪和电压监视仪等的功能。它能与FTU或其他后台设备通信，提供配电系统运行控制及管理所需的数据，这些运行参数即可作为考核和经济运行分析的依据，还可作为安全运行的监视手段。一般要求TTU能实时监测线路、柱上配电变或箱式变的运行工况，及时发现和处理事故和紧急情况，就地和远方进行无功补偿和可有载调压的配电变或箱式变的自动调压功能。TTU的遥控输出与FTU有所差别它的作用是通过在配变低压侧投切一组补偿电容器，实现功率因数补偿。该补偿电容器可以根据TTU采集的无功功率和电压参数自动投切，也可以由操作员在馈线控制中心进行远方控制。,29,TTU图片,T20D单元,内置GPRS模块,接线端子,蓝色的是电流端子,灰色的是电压端子.,内置GPRS模块,30,中压监控单元（子站）,从设备的角度来说区域工作站（配电子站）就是一个中压监控单元，是设置在配电网所划分成的各区域中心的集中和转发装置，用于集结所在区域内大量分散的配电终端设备的信息。一般采用工业控制PC机和多路串行口扩展板构成。它与FTU采用的是面向开关的问答规约，允许多台