电力系统远程监控原理

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1、电力系统远程监控原理电力系统远程监控原理8/21/20241n第一节 电力系统远程监控的基本原理n第二节 通信系统模型n第三节 远动系统的基本结构n第四节 远动网络配置的基本类型与分层n第五节 远动信息传输的基本工作模式n第六节 电力系统远动的主要性能指标n第七节 我国电力系统远程监控系统发展概况8/21/20242第一节 电力系统远程监控的基本原理一、电力系统远程监控1.远动 远远动动，应用通信技术对远方的运行设备进行监视和控制，以实现远程测量、远程信号、远程控制和远程调节等各项功能。8/21/20243第一节 电力系统远程监控的基本原理近程监控近程监控： 如：发电厂内部锅炉、汽机、发电机等

2、所配备的自动装置、监控盘等远程监控远程监控：如调度控制中心要对电力系统中分布地域辽阔的发电厂、变电所等进行的监控。 采用计算机进行监控的电网调度自动化系统就称为电网监控系统电网监控系统8/21/20244电力系统远动的主要任务主要任务：将表征电力系统运行状态和各发电厂和变电所的有关实时信息采集到调度控制中心；把调度控制中心的命令发往发电厂和变电所，对设备进行控制和调节。第一节 电力系统远程监控的基本原理8/21/20245第一节 电力系统远程监控的基本原理从发电厂和变电所发往调度控制中心的有：测量量和状态量等 测量量测量量：有功功率、无功功率、电压、电 流、频率、水库的水位等。 状态量状态量：

3、断路器、隔离开关的位置状态，自动装置、继电保护的动作状态，发电机组、远动设备的运行状态等。8/21/20246远动系统的四项基本功能： 遥测、遥信、遥控、遥调应用通信技术传送被测变量的测量值，称为远程测量，简称遥测遥测。应用通信技术完成对设备状态信息的监视监视，称为远程信号，简称遥信遥信。 第一节 电力系统远程监控的基本原理8/21/20247调度控制中心送给发电厂或变电所的远程命令有控制命令控制命令和调节命令调节命令等。第一节 电力系统远程监控的基本原理8/21/20248应用通信技术，完成改变运行设备状态的命令称为远程命令，又称遥控遥控。（当调度控制中心需要直接控制发电厂、变电所中的某些设

4、备进行分、合、起、停控制，就发出相应的控制命令。这种应用通信技术，完成对有两个确定状态的运行设备的控制称为远程切换。在我国，通常把远程切换也称为遥控。）第一节 电力系统远程监控的基本原理8/21/20249当调度控制中心需要对发电厂、变电所中的某些设备的运行状态进行调节（例如改变发电机组的有功出力，）就发出相应的调节命令，用以改变机组有功调节器的整定值。对于具有两个以上状态的运行设备发出的远程命令，称为远程调节远程调节，简称遥调遥调。第一节 电力系统远程监控的基本原理8/21/202410二、电力系统的分层管理二、电力系统的分层管理8/21/202411第一节 电力系统远程监控的基本原理n电力

5、系统：规模大，地域广，运行复杂，要将全系统的信息全部集中到一个中央调度控制中心进行完全集中式的监视和控制，庞大的信息采集与监控系统，困难、没必要。不得于故障隔离。n所以：分层管理8/21/202412第一节 电力系统远程监控的基本原理 我国电力系统的五级调度体制n国家调度一级电网调度（简称国调国调）n大区的电网调度(网调)、n省电网调度(省调)、n地区电网调度(地调)、n县电网调度(县调)（如图11）8/21/202413 二、电力系统的分层管理国家调度网调地调省调县调大型电厂省属电厂地区电厂县属电厂500kV变电所220kV主干变电所220kV变电所110kV、35kV变电所中小型变电所 图

6、1-1 电力系统分层管理示意8/21/202414第一节 电力系统远程监控的基本原理n电力系统调度控制的基本任务：基本任务：n保证系统的安全运行，n以质量合格的电能满足用户用电的需要，n并使发电成本为最低。8/21/202415第一节 电力系统远程监控的基本原理电力系统调度控制主要作用主要作用：n (1)采集表征电力系统运行状态的各种实时信息，进行安全监视。n (2)制定、执行运行计划。在保证系统安全及供电质量的前提下，使发电成本最低。n (3)电力系统安全水平的分析与控制（在紧急状态下进行安全控制以防事故扩大）8/21/202416各级调度的基本功能各级调度的基本功能：数据采集与监控SCAD

7、A（Supervisory Control And Data Acquisition）最基本的数据采集与监控系统主要实现： 数据采集 信息显示 监视控制 告警处理 事件顺序记录 数据计算及事故追忆等 第一节 电力系统远程监控的基本原理8/21/202417能量管理系统EMS (Energy Management System)： 具有SCADA、AGC/EDC和安全分析等功能的更完善的电网调度自动化系统第一节 电力系统远程监控的基本原理8/21/202418n自动发电控制AGC (Automatic Generation Control)的主要功能： 维持电力系统的频率水平，使发电出力跟踪系统

8、负荷，分配发电出力并维持联络线交换功率为规定值。n经济调度控制EDC (Economic Disptch Control)的主要功能： 分配发电出力，使本区的发电成本为最小。（有时将EDC功能包括在AGC之中）第一节 电力系统远程监控的基本原理8/21/202419 三、监控系统的基本结构三、监控系统的基本结构8/21/202420图1-2 监控系统的基本结构框图运行人员信息采集和处理控制计算机系统信息采集和命令执行计算机系统通信机通信机信息输入设备命令输出执行设备信道 与上级调度通信与其他厂站通信信息传输子系统 信息采集处理和控制子系统 人机联系子系统信息采集和命令执行子系统电力生产过程测量

9、量状态量操作命令调节命令调度端厂站端键盘打印机显示器模拟屏三、监控系统的基本结构8/21/202421三、监控系统的基本结构分为四个子系统n信息采集和命令执行子系统n信息传输子系统n信息采集处理和控制子系统n人机联系子系统8/21/202422第二节第二节 通信系统模型通信系统模型8/21/202423一、模拟通信和数字通信1. 通信系统基本模型信息源发送设备接受设备信道受信者噪声源发送端接收端mg(t)s(t)r(t)g(t)m图1-3 通信系统基本模型8/21/2024242. 模拟信号模拟信号与数字信号连续消息连续消息：状态联系变化的消息，如强弱连续变化的语音等，也称模拟消息离散消息离散

10、消息：消息状态离散的，如符号、文字等，也称数字消息模拟信号模拟信号：信号的波形为时间的连续函数数字信号数字信号：幅度不随时间作连续变化，只能取有限个离散值8/21/202425和模拟通信相比，数字通信的优点数字通信的优点： n 抗干扰能力强n 便于使用现代计算机技术对数字信号进行处理。n 可以传递各种消息，使通信系统变得通用、灵活。缺点缺点是：占用的信道频带通常要宽的多3.数字通信数字通信传输模拟信号的通信方式模拟通信传输数字信号的通信方式数字通信8/21/202426信息源信息编码器信道编码器调制器受信者解调器信道译码器信源译码器信道噪声源同步同步编码器译码器发送端接收端图1-4 数字通信系

11、统模型4. 数字通信系统模型数字通信系统模型8/21/202427二、通信工作方式二、通信工作方式8/21/202428二、通信工作方式 数字通信系统的工作方式按照消息传送的方向和时间，可分为 单工通信 半双工通信 全双工通信8/21/202429三、波特率和比特速率 消息传送的速度可以用每秒传送的码元码元数衡量，称为码元速率，单位为波特 (Bd，Baud)码元速率也称波特率波特率，它表征每秒传送的码数 传输速率也可以用信息传输速率来表征。信息传输速率又称信息速率或比特速率，定义为每秒传送的信息量，单位是bits(比特/秒)。 8/21/202430第三节第三节 远动系统的基本结构远动系统的基

12、本结构8/21/2024311. 主站、子主站、子站与站与RTUn对其它站实现远程监控的站，称为监控站或主主站站，受主站监控的站称为被控站或分站、子站子站。n在被控站内按规约完成远动数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能的设备，称为远动终端远动终端RTU。8/21/2024322. 上行信息、下行信息上行信息、下行信息 被控站发往控制站的信息，如遥测遥测信息、遥信遥信信息等，称为上行信息，所用信道称为上行信道。 控制站发往被控站的信息，如遥控信息、遥调信息等，称为下行信息，所用信道称为下行信道。 远动系统是由控制站、被控站及信道等组成。 8/21/202433n遥测：n有功功率、无功功率

13、、电压、电流等被测量通常先由电量变送器变换为与之成正比的直流模拟电量，然后进入远动装置。n遥测编码器将模拟量转换为数字量，编成一定格式的代码。信道编码器为遥测数据添加监督码元，进行抗干扰编码。n调制器把要传送的数字序列调制成交流电的频率或相位等。调制后的信号就沿着信道传送到对方。8/21/202434 n遥信n遥信与遥测类似，但遥信传送的是状态量。n一位二元制数可表示一个开关位置状态。8/21/202435分路器信道译码器信道编码器并串变换调制器解调器串并变换遥测编码器遥信编码器遥测显示器遥信显示器至主计算机信道干扰调度端厂站端（a）遥测、遥信变送器变送器状 态 量被测物理量 8/21/202

14、436分路器信道译码器信道编码器并串变换调制器解调器串并变换遥控编码器遥调编码器信道干扰调度端厂站端（b）遥控、遥调遥控执行遥调执行8/21/202437 同步同步在数字通信系统中的重要性 在数字式远动系统中，若干码元组成一个远动字，若干远动字组成一个远动帧。发送端按规定的节拍和次序逐一发送，接收端也必须以相同的节拍逐一接收，即收发两端的码位、字和帧应该保持同步，否则将会造成混乱甚至无法作。8/21/202438第四节第四节 远动网络配置的基本类型与分层远动网络配置的基本类型与分层8/21/202439一、基本类型一、基本类型n点对点点对点配置n多路点对点多路点对点配置n多点星形多点星形配置n

15、多点共线多点共线配置n多点环形多点环形配置 若干远动站和连接各远动站的链路的组合体称为远动配置。远动配置有如下几种基本类型：8/21/202440（a）（b）（c）（d）（e）主站子站图1-8 远动系统的配置(a)点对点； (b)多路点对点；(c)多点星形；(d)多点共线；(e)多点环形8/21/202441n可组合配置8/21/202442第五节第五节 远动信息传输的基本工作模式远动信息传输的基本工作模式8/21/202443 在数字式远动系统中，远动信息都采用数字形式，一组数据表示一定的远动信息，称为一个远动字远动字。序号 标志用户数据监督码元帧分界符 远动字远动字 远动字帧分界符 控制字

16、远动字 远动字（a）（b）（c）图1-9 远动字结构和帧结构(a)字结构；(b) 帧结构之一；(c)帧结构之二8/21/202444遥测或遥信字的一般结构见图19(a)：n用户数据是遥测量数据或状态量数据等n标志用以表明该远动字的特征n为了使各远动字能相互区别，给远动字设置了序号，也称地址码n监督码元用来提高抗干扰能力8/21/202445n帧的开头有帧分界符，作为一帧开始的标志n接着就是远动字 若干远动字组成一帧，帧结构如图19(b)：8/21/202446 如果信道上连接的远动站较多，则在传送的数据中应标上源发站与目的站的地址。 图19(c)的帧结构中设置有控制字控制字，可用于标明这一帧信

17、息的源发站和目的站的地址。此外，控制字还可用来标明这一帧信息的特征，如帧的类型是遥测类还是遥信类，这一帧的长度是多少字节等。8/21/202447 远动信息的传送在控制站与被控站之间有一方是主叫方，即发动通信的一方，而另一方则是被叫方被叫方。在远动系统中，按发动通信传输的模式来划分，可有以下几种基本类型：n循环传输模式n自发(事件发动)传输模式n按请求(问答或轮询)传输模式8/21/202448第六节第六节 电力系统远动的主要性能指标电力系统远动的主要性能指标8/21/202449一、可靠性一、可靠性电力系统远动的基本要求是可靠、准确和及时1. 系统设备运行的可靠性 远动系统或装置的可靠性是指

18、它在规定的时间和使用条件下完成所要求功能的能力。可靠性一般可用“平均故障间隔时间平均故障间隔时间”和“可用率”来衡量。平均故障间隔时间MTBF是功能部件、设备或系统在规定寿命期限内相邻两次故障之间工作时间的统计平均值。8/21/202450 可用率可用率A是设备或系统处于良好状态的可使用时间所占的百分数，其表达式为：8/21/2024512. 数据传输的可靠性数据传输的可靠性 即使远动装置处于良好的工作状态，但数据在信道上传输时仍有可能因受到干扰而出现差错。 通常用比特差错率 来衡量码元传输的可靠性。比特差错率亦称误码率误码率，它是收到的有错码元数和总的发送码元数之比，即8/21/202452

19、总准确度是指信息经变换(模数变换、数模变换等)和处理等各种环节后，信息源和信息宿两者之间的偏差。用偏差对满刻度的百分比表示，IECTC-57对总准确度级别的划分见表1-5。总准确度级别满量程的总体误差(%) A1 5.0 A2 2.0 A3 1.0 A4 0.5 Ax特定等级表1-5 总准确度级别二、准确度二、准确度8/21/202453三、实时性三、实时性 电力系统对远动信息传输的实时性要求，用容许的“总传送时间”来表示。 总传送时间总传送时间是指从发送站的事件发生开始，到接收站呈现出相应的信息为止的总延迟时间，包括发送站外围输入设备(如中间继电器、电量变送器)和接收站相应的外围输出设备(如

20、信号灯、显示仪表)产生的延迟时间。8/21/202454作为一般监视用的遥测量，重要的、变动快的遥测量可定为3s，对于不重要的、变动较慢的遥测量可定为10s或更长些。n对于遥信，因反映的信息可能与系统事故有关，因而开关位置状态改变(即变位)的总传送时间一般要求不大于3s。n对于遥控和遥调命令，总传送时间一般允许不大于4s。8/21/202455第七节 我国电力系统远程监控系统发展概况发展概况8/21/202456一、发展一、发展 我国电力系统远程监控系统的发展是从50年代开始，经历：n电子管、电磁继电器 （50年代）n半导体 （60年代）n可编程式远动 （70年代）n微机式远动 （现在）8/21/202457n硬件、软件采用模块化、分布式结构，适应性强，可靠性高。n通信网络化电力系统远程监控技术的进展有如下主要特点： 8/21/202458n已建成微波通道，并已逐步形成电力系统专用通信网络，通信质量也大有提高。n采用高性能微机系统，有效地提高了系统的运行和联网性能8/21/202459END8/21/202460