变电站数据采集系统和数字化变电站概述

1、变电站数据采集系统和数字化变电站概述 变电站概述变电站作为电力系统的基层部门，有必要发展成为全方位的自动化系统，其装置的本身应具有数据采集、数据分析和数据处理等装置，及时地下达指标和执行命令。其系统的紧急和异常情况应及时地就地处理，把数据、分析后的数据和执行情况发送给调度中心，其数据再由调度中心分析处理，远方操作与该问题相关其他部门的控制设备。 变电站的主要设备 变电站的主要设备是：一次的有线路、母线、断路器、刀闸、变压器、电容电抗器，二次的有微机保护、RTU,通讯设备、直流装置和控制装置。目前变电站大致有2种模式：对于数据采集系统的变电站终端为RTU，保护相对独立。若为综合自动化站，则保护和

2、数据采集同时进行，由通道上送到调度中心。数据采集的装置 数据采集的装置不仅仅只做数据采集的工作，同时包括数据的整理、分析处理、驱动电路执行等功能，例如，电容器的投切、主变有载自动调压（综合装置如VQC）、BZT的投切（备自投）、接地线的自动载入等控制可在当地或远方对此无人值守变电站进行操作。我们先说说RTU和保护分开，独立完成数据采集功能的情况什么是RTURTU即为通讯远动装置，电力系统中使用主要为采集和处理通讯上“四遥”信息量和处理一些现场信息。(遥测，遥信，遥控，遥调)采样模式有两种，一种是直流采样，就是模拟量采集通过变送器；另一种是交流采样，就是模拟量采集通过PT、CT隔离。目前大部分生

3、产商的RTU 产品为交流采样远动终端,指的是工频交流电量直接输入,经过离散采样后,通过计算得到电流I,电压U,有功功率P,无功功率Q,功率因素COS 等值,并具有采集和发送状态量,SOE(事件),DD(电能量)和控制等功能的综合型的远动装置. 关于四遥功能即遥信( YX) , 遥测( YC) , 遥控( YK) 和遥调( YT) 的概念 四遥功能：四遥功能即遥信( YX) 遥测( YC) 遥控( YK) 遥调( YT) 遥信：要求采用无源接点方式,即某一路遥信量的输入应是一对继电器的触点,或者是闭合,或者是断开。 通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送入RTU 的Y

4、X 模块。遥信功能通常用于测量下列信号,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它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。 遥测：遥测往往又分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和总加遥测等。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集;线路的有功功率采集;母线电压和线路电流采集;温度、压力、流量(流速) 等采集;周波频率采集和其它模拟信号采集。遥控：采用无源接点方式,要求其正确动作率不小于99. 99 %. 所谓遥控的正确动作率是指其不误动的概率,一般拒动不认为是不正确,遥控功能常用于断路

5、器的合、分和电容器以及其它可以采用继电器控制的场合。遥调：采用无源接点方式,要求其正确率大于99. 99 %. 遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制具有分级升降功能的场合 交流采样和直流采样 对于电力系统的发展至今，RTU装置基本为交流采样。图1：RTU采集数据与监控系统 RTU 一般应具有的功能 基本功能如下：1.采集状态量并向远方传送,遥信变位优先发送;2.采集数字量并向远方传送;3.直接采集交流工频电量,实现对I,U,P,Q,f, COS 的测量并向远方传送;4.采集脉冲量并向远方传送;5.采集直流输入模拟量并向远方传送;6.接受并执行遥控命令及反校;7.具

6、有当地功能(CRT及打印制表);8.具有程序自恢复功能;9.具有设备自诊断(故障诊断到插件级)功能;10.具有设备自调功能;10.具有通道监视功能;我们公司在变电站方面的产品PTC-8330数字电能表检验装置和现场校验仪HPU3001D交流采样与变送器现场校验仪PTC8300H交流采样及变送器检验装置IEC61850数字化变电站数字化变电站计量的主要特点提高了计量系统的精度提高了计量系统的可靠性计量精度更高 数字化变电站采用输出数字信号的光电式、电子式互感器，数字化的电流、电压信号在传输处理的过程中没有附加误差，提升了数据采集的精度。1,无需现场校验；2,受外界环境（温度，湿度等）影响小,误差

7、稳定性好.计量准确度、稳定性、可靠性更高采样信号无失真传输至表计，新式电流互感器不饱和，频响范围宽，不存在开路危险等变电站设备之间通过光纤传输具有校验信息的光数字信号，解决了传统变电站强电场对模拟信号及模拟信号之间相互干扰的问题表计电源使用双电源冗余供电，不从PT上取电，消除了表计功耗对计量信号的影响。表计信号输入使用光纤输入，接入简单可靠，不容易出错。表计计量准确度不受温度、湿度等环境影响，且无任何附加误差；避免二次电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地问题。数字化变电站计量系统组成IEC61850-9-1IEC61850-9-2什么叫合并单元用以对来自二次转换器的电流和电压数据进行时间相

8、关组合的物理单元，合并单元可以是互感器的一个组件，也可以是一个分立单元。采用一台合并单元(MU)汇集多达12个二次转换器数据通道。一个数据通道传送一台电子式电流互感器或一台电子式互感器采样测量的单一数据流。在多相或组合单元时，多个数据通道可以通过一个物理接口从二次转换器传输到合并单元，合并单元对二次设备提供一组时间相关的电压电流样本。二次转换器也可以从传统电压互感器或电流互感器获取信号，并汇集到合并单元单相电子式电流互感器数字化变电站计量产品介绍目前的数字电能表产品威胜ME2 系列(数字流输入) 许继 - - - DSSD568 /DTSD568新宁光电 基于IEC61850的全数字电能表应用

9、系统 采样值传输协议采样值（SMV）传输是在间隔过程层将高压电流、电流通过合并单元对每个采样点均以离散数字形式向间隔层IED按IEC61850-9-1/9-2标准传输信息，报文中包含各相电压、保护电流、测量电流、零序电压、零序电流等。SMV传输采用发布者/订户方法，信息量比较大，且需要高实时，因此传输速度是主要矛盾。为了加快发送和接收速度，采用直接在以太网链路层上传输报文的方法，省去了高层协议（如TCP/IP）编解码造成的延时。在过程层通过网络传输采样值将大大节省电缆，节约投资，同时还有提高数据共享程度、提高测量精度。SMV帧格式主体部分示意图 IEC61850-9-1定义：采用单路传播的采样

10、值传输协议特点：数据集兼容IEC60044-7/8规定，即每个ASDU（应用服务数据单元）包含12个通道的数据（3相电压、3相保护电流、3相测量电流、母线电压、零序电压、零序电流），每个通道数据的长度为16位；传输的数据是经过标准化的数据，象测量数据在额定时固定为0 x2D41（有效值）。接收方在接收到数据后还要将该值转换为实际值，具体转换为多少可由双方商定，也可在9-1数据帧中规定。传输数据中没有时标，只有采样序号。每次采样序号加1，同时在GPS秒脉冲来时翻转为0。因此接收方可通过序号计算秒以下的时间，并补充秒以上的日历时间形成时标。采用点对点通信，因此通信链路不接交换机优点：报文简单且格式

11、固定，同时采用点对点通信，因此传输速度及可靠性较高，且投资较小（主要少了交换机）缺点：由于格式固定，因此缺乏灵活性。此外，由于不能采用交换机实现数据共享，因此其物理接线多且复杂。不太符合未来的发展需要。 IEC61850-9-2定义：采用多路传播的采样值传输协议特点：数据集和数据格式由数据模型（SCL文件）定义，可配置。数据集的内容相当灵活，可灵活配置成各种测量值组合。数据格式也是多种多样，可传输浮点、整数、布尔类型等多种数据。因此，9-2帧中可以同时包含采样值和状态值信息。支持MMS服务，接收方可通过MMS服务从发送方获取数据集列表及数据格式等信息，也可设置采样率的参数或使能或禁止采样值传输

12、。传输的数据是经过缩放的实际值，通过一定的比例缩放即可获得实际值（缩放系数包含在数据帧中）数据自带时标，接收方可直接获得采样数据的绝对时刻。采用多播方式传输，因此通信链路中应包含专用的交换机（非普通交换机）。优点：数据集可以配置，灵活性高。由于采用多播方式传输数据，因此数据共享性好，符合未来发展需要。缺点：由于数据集和格式太灵活，因此接收方理解上较困难。同时由于帧格式较复杂，且数据要通过交换机进行传输，因此传输延时和解码时间较大，实时性不是很好。 IEC61850-9-2 LE9-2 LE是UCA组织为解决9-2实施过程出现的相关问题而联合国际知名厂商共同制定的一个9-2实施导则。9-2 LE

13、的特点将基于9-2传输的数据模型进行了实例化，即将其传输的数据内容及名称进行了固定数据的格式统一用32位有符号整数表示将测量和保护的采样率等指标进行了固定时间表示采用和9-1相同的方法，即用采样序号获取时标总体上，9-2LE相当于9-1和9-2的一个结合体，在保留两者主要优点的同时，做了相应的折中目前，国内、外厂商在9-2实施方面主要采用9-2 LE方案PTC8330校验系统主要功能IEC61850协议的符合性测试(61850-9-1,61850-9-2)通讯链路测试计量精度测试(GB/T17883,GB/T17882)表计功能检验（DL614功能符合性测试）IEC61850容错性测试数字功率

14、源的一致性测试我们的HPU3008数字功率源已经通过了开普实验室的一致性测试，输出的IEC61850 9-1，IEC61850 9-2LE完全符合规约要求。PTC8330数字检验台工作原理IEC61850数字功率源标准脉冲发生器多路网络交换机数字数据流61850 9-19-2光纤转换器光纤转换器光纤转换器0101001010001数字电能表数字电能表数字电能表误差计算器误差计算器误差计算器数字功率源的特点PTC8330数字电能表校验装置的主要部件是HPU3008数字电能表现场校验仪。它是有数字功率发生源和标准脉冲发生器组成。采用了ARM+DSP的结构方式。ARM负责IEC61850数字功率的发

15、生。DSP负责标准脉冲频率的产生。HPU3001D交流采样与变送器现场校验仪概述PTC-8300C交流采样与变送器检验装置（包括PTC-8300C三相程控源和HPU-3001D交流采样与变送器现场校验仪）是采用国际最新数字电子技术，以DSP高速处理器为核心的智能型检验装置。该装置中，HPU-3001D交流采样与变送器现场校验仪配以便携式工控电脑、11.3”大屏幕彩色图形显示器，PTC-8300C三相程控源配以图形液晶显示器，两者操作全汉字菜单提示。 HPU-3001D交流采样与变送器现场校验仪能同时测量三相电压、电流、功率、电能、频率等电量，能在现场在线测试或离线测试各种类型的模拟量输出变送器

16、和各种交流采样模块（微机变送器），进行遥测信号测试，多种规约的RTU测试、仿真及通讯线路误码率测试。所有校验和测试结果可存盘，并能长期保存、打印测试报告以及计算机数据库管理 ;并可通过 RS-232接口与计算机连机通讯， 将校验结果存放到另外的计算机磁盘中。 PTC-8300C三相程控源的所有操作既可通过键盘操作，也可通过 RS-232接口与计算机连机通讯联机操作。本装置精度高、稳定性好、使用方便，是目前电力部门交流采样与变送器等远动遥测数据及配网终端理想的在线测试和离线检定理想设备。 技术指标1、准确度等级：或2、输出电压：3X100V/220V/380V 15VA/相3、输出电流：3 X

17、1A/5A 15VA/相4、调节范围：0120% 细度0.01% 可分相调节调节偏差率：02%（即输出准确度）5、输出频率：45Hz65Hz 调节细度6、相位：0.00359.99 调节细度0.017、电压、电流负载调整率：0.5%(综合考虑空载、满载、感性、阻性、容性)8、失真度：0.2%9、负载特性：感性、阻性、容性（）10、电压、电流、功率稳定度：0.01%/3分钟11、谐波输出：221次谐波，各次波含量10%；12、变送器模拟信号输入：电压：DC 0 10V 电流：DC 0 20mA测量准确度： 0.01% 或 测量准确度： 功能介绍1、PTC-8300C交流采样与变送器检验装置由PT

18、C-8300C三相程控源和HPU-3001D交流采样与变送器现场校验仪组成。2、HPU-3001D交流采样与变送器现场校验仪校验仪内部配有级三相电能、功率以及电压、电流、频率、相位基准电能基准，检验各种型号的交流采样与变送器，可通过面板按键操作设定，操作使用十分方便；3、大屏幕彩色图形显示器” TFT彩色显示器)，显示画面清晰、直观， 并可同时显示三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功因、分元功率、频率、相角等所有电量参数,一目了然；4、向量图动态显示及相序/接线判别：可测量显示电压相序， 动态显示向量图， 并对三相三线方式进行接线判别，能判别正逆相序及48种基本接线；5、谐波分

19、析：能进行谐波分析(最高可达80次谐波)及失真度测试，并可动态显示6个被测量中任意一路电量的实时波形，具有示波器的功能；6、电流输入钳表、端子可切换；7、工控便携式电脑卡：主 CPU：5X86 键 盘：标准键盘(86键)电子盘：1G 显示器：11.3” TFT(彩色)内 存：128m8、操作系统：中文WINDOWS 98，所有操作全部汉字提示， 并采用功能键方式， 根据显示界面提示进行相应的操作即可，操作和校验步骤相当简单9、数据报告存储并管理，校验结果可保存，也可通过RS232接口与外部PC机通信；10、供电电源：现场校验仪：AC/DC 85-265V 宽范围的辅助电源（外电源/内电源AC）

20、，适用于多种环境系统；三相程控源：AC 220V20%11、通讯接口：COMA（RS232），COMB（RS485）12、重量:现场校验仪：6 kg / 三相程控源：15kg交流采样在线测试HPU3001进行在线测试交流采样变送器的连接方法如下图所示。交流采样变送器测试的方法，是按所测试交流采样变送器线路为单元进行测试，把所测试的线路电压和电流接入HPU3001现场校验仪，当现场交流采样变送器无电压或电流输入时，须外加电压或电流值至变送器（如采用PTC-8300C） 线路电量接入HPU3001所测得的值作为标准量。另外，把HPU3001的RS-232通讯口，接入RTU的当地功能通讯口，当RTU

21、无当地通讯功能口时，则需RTU暂时与主站通讯中断，利用RTU与主站通讯功能口，使HPU3001与RTU进行通讯，并选择相应的通讯规约，如SC-1801、部颁CDT、N4F等。这样与RTU进行通讯所读取相应线路的遥测量作为被测量，被测量与HPU-3001D所测得的标准量进行比较就可进行误差计算，计算交流采样变送器的精度。 HPU3001 RTU交流采样变送器通讯口线路电量直接接入或钳表测试线路或PTC8300C注：接线时必需注意防止电压短路或电流开路厂站通讯RS232 三相电压 读取遥测量 三相电流交流采样变送器在线测试示意图离线测试HPU3001离线进行交流采样变送器测试的连接方法如下图所示。

22、交流采样变送器测试的方法时，先把PTC-8300C的输出电量连接至所测试的变送器，即电压并接至变送器和HPU3001，当HPU3001采用端子接入时，PTC-8300C的电流输出串接至变送器和HPU3001，当HPU3001采用钳型表测试电流时，PTC-8300C的电流输出串接至交流采样HPU3001的钳型表钳于测试电流线。PTC-8300C输出电量接入HPU3001所测得的值作为标准量；另外，把HPU3001与交流采样变送器用RS232通讯线连接起来，HPU3001通过通讯口可与交流采样变器进行通讯，读取交流采样变送器所测试的电量，进行通讯所读取的电量作为被测量，被测量与HPU-3001D所

23、测得的标准量进行比较就可进行误差计算，计算交流采样变送器的精度。值得注意的是，不同厂家所生产的交流采样变送器的通讯规约各不相同，所以，测试交流采样变送器，须定制软件。 把变送器的模拟量输出接入HPU3001的模拟量输入口（AI），HPU3001测得的变送器模拟量作为被测量。被测量与标准量进行比较就可进行误差计算，计算变送器的精度，整个过程自动实现。 HPU3001 PTC-8300C 交流采样 变送器通讯口RS232三相电压三相电流交流采样变送器离线测试示意手工设置RTU仿真 当综合自动化系统出现故障时，确定不了问题是出在主站系统，通讯线路，还是RTU系统时，可利用HPU-3001D的RTU仿

24、真功能，仿真一套RTU排除问题是否出在RTU系统，同时仿真RTU功能测试主站系统是否正常，仿真RTU测试主站RTU的框图如下图所示：通讯线路误码率测试 HPU-3001D进行通讯线路误码率的测试有两种方法,一种是把HPU-3001D放在主站端，另外一种是把HPU-3001D放在厂站端，均可进行通讯线路的试。在进行通讯线路测试时，应在放HPU-3001D的另一端把通讯端口的接收信号脚与发送信号脚短接，这样，在完全正常的情况下，HPU-3001D接收的数据应与发送的数据完全相同，若有不同数据出现时，即在通讯过程中有误码出现，根据发送数据的数量和出现误码的数量即可计算误码率，也就可判断通讯线路的线况

25、。通讯线路测试的原理框图如下图所示：自动化测试软件 在系统主画面按F4则进入综合自动化测试画面： 在此画面中选择需要测试的通讯规约，现可使用的规约有新部颁CDT规约、部颁CDT85规约、SC1801规约，XT9702规约, IEC101规约, DISA规约,我们将不断地增加新的测试规约，并完善其功能。按下回车确认，进入下一画面。以新部颁CDT通讯规约为例选择测试规约后，进入测试功能选择，其画面如左：每个规约都有三个功能：RTU测试功能，仿主站；RTU仿真功能，仿RTU；通讯线路误码率测试，测试通讯线路的误码率。选中单选框后按回车键进入相应的功能测试界面。在RTU测试画面按按F7进行线路设置，将光标移止上述画面相应的单元格，输入线路名称、线路系数，当光标移到“对应电量”单元格上时将显示所有的电量，然后用电量前面的字符如1、2、3、P加以选择。线路系数算法：线路系数=电量满度值/信息字中满度值所对应的二进制值，假如电流的