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1、电力系统远动原理及技术电力系统远动原理及技术 四川大学四川大学电气信息学院气信息学院陈实电力系统远动原理及技术电力系统远动原理及技术第一章第一章 绪论绪论 远动：远动：TeleControlTeleControl RemoteControl RemoteControl 从英文知道，实际上远动就是遥控，只是电力系统的从英文知道，实际上远动就是遥控，只是电力系统的习惯叫法而已。习惯叫法而已。 问题：为什么需要遥控，遥控如何理问题：为什么需要遥控，遥控如何理解？解？第一章第一章 绪论绪论 1.1 1.1 概述概述 1 1、复杂电力系统、复杂电力系统的主要管理问题的主要管理问题监控难监控难调度难调度难
2、各种设备状态不一各种设备状态不一设备多设备多怎样解决这些问题？怎样解决这些问题？距离远管理困难距离远管理困难调度系统的必要性调度系统的必要性n1、电能难于大量储存、电能难于大量储存n2 2、实时生产、实时生产= =实时消费实时消费n3 3、消费随时在变化（有一定规律，但是不能精确、消费随时在变化（有一定规律，但是不能精确确定）确定）n4 4、生产必须跟踪消费、生产必须跟踪消费n5 5、还要保证消费的质量（供电质量）、还要保证消费的质量（供电质量）n6 6、同时重要的是要保证安全性、经济性、同时重要的是要保证安全性、经济性n7 7、自动装置、自动装置+ +各级调度系统各级调度系统调度系统的作用调
3、度系统的作用n1 1、制定运行方式、确定各发电厂出力。、制定运行方式、确定各发电厂出力。目的：保证系统正常运行、安全、经济。目的：保证系统正常运行、安全、经济。n2 2、发生故障时，迅速排除故障，尽快恢、发生故障时，迅速排除故障，尽快恢复正常运行。（复正常运行。（实时性更强实时性更强）怎样实现？早期靠电话联系。怎样实现？早期靠电话联系。远动系统的引入远动系统的引入n随着自动化通信控制技术的发展，出现了一种随着自动化通信控制技术的发展，出现了一种自动化装置自动化装置替代替代电话联系的方式。电话联系的方式。n位置：安装于调度中心和厂站端，借助某种信位置：安装于调度中心和厂站端，借助某种信道自动传输
4、信息。道自动传输信息。n功能：向调度端传递厂站端信息并显示，存储，功能：向调度端传递厂站端信息并显示，存储，处理。根据需要由调度端操作调节厂站设备，处理。根据需要由调度端操作调节厂站设备，满足前述的需要。满足前述的需要。n远动技术可以发挥哪些作用？远动技术可以发挥哪些作用？2 2、电力系统远动技术的作用、电力系统远动技术的作用提高自动化程度提高自动化程度节约运行费用节约运行费用建立真正的调度自动建立真正的调度自动化，能量管理系统化，能量管理系统减少停电减少停电缩短停电时间缩短停电时间及时处理各种事故及时处理各种事故如何实现？如何实现？3 3、电力系统远动要完成的任务、电力系统远动要完成的任务
5、任务：任务：1、将电力系统的运行状态采集并传送到调将电力系统的运行状态采集并传送到调 度中心（监测）度中心（监测） 2、接受调度中心下达的命令去调控电力系接受调度中心下达的命令去调控电力系统中的设备的运行状态（控制）统中的设备的运行状态（控制） 对远动（遥控）的对远动（遥控）的理解理解：实际上应该理解为：实际上应该理解为监控监控更更为合理，即控制一个设备的前提是我们能够清楚地为合理，即控制一个设备的前提是我们能够清楚地监测到这个设备的运行状态，在此基础上，再根据监测到这个设备的运行状态，在此基础上，再根据实际需要对其进行控制。实际需要对其进行控制。4、相关学科与理论技术相关学科与理论技术（参考
6、资料）（参考资料） 电力系统远动技术涉及到的学科：电力系统远动技术涉及到的学科：电力系统、电力系统、计算机、通信、控制等学科。计算机、通信、控制等学科。 它的基本理论和技术包括：它的基本理论和技术包括：数据采集理论和数据采集理论和技术、计算机原理、编码理论、数据传输原理、技术、计算机原理、编码理论、数据传输原理、信息论以及电力系统运行状态的基本理论。信息论以及电力系统运行状态的基本理论。1.2 1.2 电力系统远动功能电力系统远动功能调度中心电 力力 系系 统远动设备YTYTYCYCYKYKYXYX1 1、调度中心和远动设备之间的数据传输示意图、调度中心和远动设备之间的数据传输示意图 2 2、
7、电力系统远动的功能、电力系统远动的功能 由图可知其功能为：由图可知其功能为：（1 1）、调度中心通过对远动设备获得远方的电）、调度中心通过对远动设备获得远方的电力系统力系统设备的运行状态设备的运行状态（图中的虚线）和（图中的虚线）和设备设备的运行数据的运行数据（简称为遥测量，以（简称为遥测量，以YCYC表示）以及表示）以及设备的状态设备的状态（简称遥信量，以（简称遥信量，以YXYX表示）。表示）。（2 2）、调度中心可以根据需要对电力系统设备）、调度中心可以根据需要对电力系统设备进行远方控制进行远方控制（简称为遥控，以（简称为遥控，以YKYK表示）和表示）和远远方调节方调节（简称遥调，以（简称
8、遥调，以YTYT表示）。表示）。 3 3、远动信息的基本内容、远动信息的基本内容 电力系统远动实现的功能通常又称为电力系统远动实现的功能通常又称为“四四遥遥”功能。功能。 除了基本的四遥功能除了基本的四遥功能, ,还包括还包括SOE,SOE,事故追事故追忆、召唤时钟、广播命令忆、召唤时钟、广播命令等功能等功能. . 为了实现这种为了实现这种“四遥四遥”功能，远动信息的功能，远动信息的基本内容包括：基本内容包括：遥信信息、遥测信息、遥控遥信信息、遥测信息、遥控信息和遥调信息。信息和遥调信息。 遥测信息遥测信息n各种运行参数，主要特点是随着时间连续变化的模拟各种运行参数，主要特点是随着时间连续变化
9、的模拟量。量。n电量参数：电压，电流，频率，功率。电量参数：电压，电流，频率，功率。n非电量参数：温度，水位，油位。非电量参数：温度，水位，油位。n1 1采集方式：电量采集方式：电量-变送器（直流，交流）变送器（直流，交流）n 非电量非电量-传感器（直流量、数字量）传感器（直流量、数字量）n2 A/D2 A/Dn3 3 电量采集（脉冲、数字量）电量采集（脉冲、数字量）遥信信息遥信信息n状态信号状态信号n1 1、开关，刀闸的状态信息、开关，刀闸的状态信息n2 2、保护、自动装置的动作状态、保护、自动装置的动作状态n3 3、发电机的开停机信号、发电机的开停机信号n4 4、其他的运行状态信号（如事故
10、总信号）、其他的运行状态信号（如事故总信号）n特点：？（表示方式特点：？（表示方式0 0，1 1）遥控信息遥控信息n改变设备运行状态的命令，如发电机的起停命改变设备运行状态的命令，如发电机的起停命令，断路器的分合命令。电容器，电抗器的投令，断路器的分合命令。电容器，电抗器的投切命令。切命令。n特点：可靠性要求高。特点：可靠性要求高。n保证措施：保证措施：返校返校。遥调信息遥调信息n传送改变设备运行参数的命令，如改变传送改变设备运行参数的命令，如改变发电机有功出力发电机有功出力(调速调速)和励磁电流和励磁电流(调压调压)的设定值，改变变压器分接头的位置。的设定值，改变变压器分接头的位置。远动信息
11、的传输模式远动信息的传输模式n循环数字传输模式（循环数字传输模式（CDTCDT）：厂站端将要发送的远动信息按）：厂站端将要发送的远动信息按照规约（照规约（协议协议）的规定组成各种）的规定组成各种帧帧，再编排好顺序，一帧一，再编排好顺序，一帧一帧地循环向调度端传送。帧地循环向调度端传送。n特点：特点：n周期性发送周期性发送n不论调度端是否需要不论调度端是否需要n不需要调度端发问不需要调度端发问n逻辑上需要独占通道逻辑上需要独占通道n对信道质量要求较低对信道质量要求较低远动信息传输模式远动信息传输模式n问答传输模式（问答传输模式（POLLINGPOLLING）：若调度端要得到厂站端的）：若调度端要
12、得到厂站端的监视信息，必须向其发送查询命令监视信息，必须向其发送查询命令报文。报文。厂站端按照厂站端按照收到的不同类型命令报文发送回答报文。收到的不同类型命令报文发送回答报文。n特点：特点：n有问才答有问才答n按需回答按需回答n可以共享通道（地址区别）可以共享通道（地址区别）n对信道要求高，且必须为双向通道（全双工或者半双对信道要求高，且必须为双向通道（全双工或者半双工）工）远动信息的编码远动信息的编码n循环式（部颁）：循环式（部颁）：n以以帧帧为单位（帧长度可变）为单位（帧长度可变）n帧由各类字组成。包括信息字，控制字等帧由各类字组成。包括信息字，控制字等n信息字由信息字由6 6个字节组成（
13、个字节组成（48BIT48BIT），固定长度），固定长度功能码（功能码（8）信息码（信息码（32位）位）校验码（校验码（8）远动信息的编码远动信息的编码n以报文为单位传输以报文为单位传输n报文报文格式如下：格式如下：报文头数据区校验码宽度为宽度为8位，长位，长度为度为3-4字节字节长度可变，长度可变，字节数可变字节数可变DL451（部颁CDT）n帧结构（帧长度可变体现在信息字个数可变）帧结构（帧长度可变体现在信息字个数可变）n字：不同于计算机中字的概念，为字：不同于计算机中字的概念，为4848位，是码字的位，是码字的意思。意思。同步字同步字控制字控制字信息字信息字。信息字信息字n各个字起什么作
14、用？各个字起什么作用？串行通信串行通信n计算机通信的基础是计算机通信的基础是同步同步：发送端时钟频率：发送端时钟频率= =接收端传输时钟频接收端传输时钟频率、相位一致的运转。可以理解为两端速率相同，码元起止时刻率、相位一致的运转。可以理解为两端速率相同，码元起止时刻相同。相同。n串行通信：信息一位一位传输。对应计算机串行通信：信息一位一位传输。对应计算机RS232RS232串口。串口。n异步通信：串行通信的一种方式，以字符为单位进行传输，每个异步通信：串行通信的一种方式，以字符为单位进行传输，每个字符均有起始位、数据位、校验位（可没有）、停止位。每个字字符均有起始位、数据位、校验位（可没有）、
15、停止位。每个字符的起始位都起到对该字符的同步作用。是符的起始位都起到对该字符的同步作用。是位同步方式位同步方式。额外花。额外花费大，效率低。费大，效率低。n同步通信：串行通信的一种方式，以同步字符作为传送开始，字同步通信：串行通信的一种方式，以同步字符作为传送开始，字符之间不允许有空隙，线路空闲时发同步字符。但是两端频率有符之间不允许有空隙，线路空闲时发同步字符。但是两端频率有一定误差，造成码元相位差，累积后可能造成错位，导致失步。一定误差，造成码元相位差，累积后可能造成错位，导致失步。是是帧同步方式。帧同步方式。同步字的作用同步字的作用nDL451DL451规约要求远动信息的传送采用规约要求
16、远动信息的传送采用同步通信方式同步通信方式，即通信，即通信过程以同步字的过程以同步字的检测检测作为信息传输的开始。作为信息传输的开始。n检测到同步字后，进入同步通信状态，将接收信息检测到同步字后，进入同步通信状态，将接收信息按字节划按字节划分开分开。实现帧同步。实现帧同步。n但是为了消除两端时钟的但是为了消除两端时钟的频差所产生的相位差频差所产生的相位差，收端必须同，收端必须同时采用时采用位同步位同步措施（若不用异步通信的起始位检测作为位同措施（若不用异步通信的起始位检测作为位同步方式，则用步方式，则用数字锁相环数字锁相环，以发送端发来的数字序列中含有，以发送端发来的数字序列中含有的相位信息，
17、调整接收端相位）。的相位信息，调整接收端相位）。n现场运行的远动系统有些采用异步通信方式传送远动信息。现场运行的远动系统有些采用异步通信方式传送远动信息。即只采用位同步。即只采用位同步。DL451同步字同步字n采用固定48位：3组EB90nE:1110 B:1011 9:1001 0:0000n同步字：EB90EB90EB90EB9016位位EB9016位位EB9016位位DL451控制字控制字n控制字当然也是控制字当然也是4848位，由位，由6 6个字节组成，从前往后依次为：个字节组成，从前往后依次为：n控制字节控制字节：ELSD0001ELSD0001n帧类别字节帧类别字节：重要遥测：重要
18、遥测A A帧、次要遥测帧、次要遥测B B帧、一般遥测帧、一般遥测C C帧、帧、遥信状态遥信状态D1D1、电能量脉冲计数值、电能量脉冲计数值D2D2、顺序事件记录、顺序事件记录E E、遥控、遥控（选择、执行、撤销）、升降（选择、执行、撤销）、设（选择、执行、撤销）、升降（选择、执行、撤销）、设置时钟等。置时钟等。n信息字数字节信息字数字节：本帧包含的信息字数。：本帧包含的信息字数。n源站址字节源站址字节：n目的站址字节目的站址字节：n校验码字节校验码字节：监督元：监督元同步字同步字控制字控制字信息字信息字。信息字信息字DL451信息字信息字功能码：表示信息数据的作用。不同功能码代表不同功能。共功
19、能码：表示信息数据的作用。不同功能码代表不同功能。共256256个功能。个功能。代号代号00H-7FH00H-7FH：均为遥测数据（：均为遥测数据（128128个字，每个字装载两个遥测个字，每个字装载两个遥测数据，总共可以定义数据，总共可以定义256256个遥测量）个遥测量）代号代号F0H-FFHF0H-FFH：均为遥信数据（：均为遥信数据（1616个字，每个字装载个字，每个字装载3232路遥信，路遥信，总共定义了总共定义了512512个遥信量）个遥信量）代号代号E0H:E0H:遥控选择命令遥控选择命令代号代号E1H:E1H:遥控返校命令遥控返校命令代号代号E2H:E2H:遥控执行命令遥控执行
20、命令功能码功能码8位位信息数据信息数据32位位校验码校验码8位位同步字同步字控制字控制字信息字信息字。信息字信息字帧的组织方式帧的组织方式n循环循环：在满足规定的时间前提下（：在满足规定的时间前提下（A A帧循环时间为帧循环时间为3 3秒，秒，B B为为6 6秒，秒，C C为为2020秒），帧序列可以任意组织，固定各帧的排列秒），帧序列可以任意组织，固定各帧的排列顺序循环传送。顺序循环传送。n插入插入：对于特殊情况，则插入到循环顺序中优先传送。如：对于特殊情况，则插入到循环顺序中优先传送。如遥信变位（遥信变位（1 1秒内）、遥控、升降命令的返校（长度为字）。秒内）、遥控、升降命令的返校（长度为
21、字）。n简化：为了简化应用，也可以对帧结构进行简化（固定帧简化：为了简化应用，也可以对帧结构进行简化（固定帧长度，同步字长度，同步字+ +信息字信息字+ +慢变化字），降低出错的概率。慢变化字），降低出错的概率。n典型传送顺序：典型传送顺序：nABACABACABAD1ABACABACABAD2ABACABACABAD1ABACABACABAD2nE E帧在需要时，采用插入传送。帧在需要时，采用插入传送。常用远动信道常用远动信道n采用专用有线信道采用专用有线信道( (近距离近距离) )n电力载波信道电力载波信道( (投资小投资小) )n微波信道微波信道( (高频率高频率) )n光纤信道光纤信道
22、n无线电信道无线电信道n卫星通信（特殊微波）卫星通信（特殊微波）专线通信n由远动装置产生远动信号。由远动装置产生远动信号。n直流信号：幅值、极性信号。直流信号：幅值、极性信号。n交流信号：频率交流信号：频率n介质：架空线、专用电缆介质：架空线、专用电缆n缺点：近距离（经济，技术原因：损耗缺点：近距离（经济，技术原因：损耗大）大）载波通道n物理介质：高压电力线路物理介质：高压电力线路n载波？用于装载基带信号的高频正弦波或者周期性脉冲信号。（如飞机）载波？用于装载基带信号的高频正弦波或者周期性脉冲信号。（如飞机）n基带信号？由原始消息转换（信源编码）得到的信号。（如旅客）注意区基带信号？由原始消息
23、转换（信源编码）得到的信号。（如旅客）注意区别基波的概念。别基波的概念。n为什么要装载（调制）于载波信号上？基带信号传输距离有限（噪声）。为什么要装载（调制）于载波信号上？基带信号传输距离有限（噪声）。n一般形式：远动信号与载波电话一般形式：远动信号与载波电话复用复用载波信道（载波信道（0.33.4kHz）n人耳的理论听觉范围人耳的理论听觉范围20-20000赫兹。通常对太低或太高的频率不敏感，赫兹。通常对太低或太高的频率不敏感，频率损失不会造成很大影响。所以通常语音用频率损失不会造成很大影响。所以通常语音用0.32.3kHz范围，远动信范围，远动信号用号用2.73.4kHz范围。（频分复用）
24、范围。（频分复用）n怎样装载？调幅，调频，调相。怎样装载？调幅，调频，调相。n怎样卸载？解调，反其道。怎样卸载？解调，反其道。耦合电容器阻波器结合滤波器调制解调器电话 远动信号高频耦合微波通道微波通道n微波？微小的波，波长小，即频率高。微波？微小的波，波长小，即频率高。n频率范围：频率范围：300M300GHz300M300GHz。n形式：无线传播，直线传播，点对点对准。形式：无线传播，直线传播，点对点对准。n传输距离：传输距离：3050km3050km（功率损耗，地球形状），远距（功率损耗，地球形状），远距离用中继（接收，放大，传出）离用中继（接收，放大，传出）n优点：频带宽（相同时间传输信
25、号多），方向性强，优点：频带宽（相同时间传输信号多），方向性强，保密性好。保密性好。卫星通信（特殊微波）卫星通信（特殊微波）n频率更高（频率更高（4G4G赫兹以上）赫兹以上）n以地球同步卫星为中继站进行中继通信以地球同步卫星为中继站进行中继通信n一个卫星的视角为一个卫星的视角为120120度左右，原则上三个卫星沿度左右，原则上三个卫星沿轨道均匀分布即可覆盖南北纬轨道均匀分布即可覆盖南北纬6060度以内的地球表度以内的地球表面。面。n优点：频带宽，传输容量大，通信距离长，不易受优点：频带宽，传输容量大，通信距离长，不易受干扰。干扰。n发展趋势：卫星上转发器增多，功能增强，发射功发展趋势：卫星上转
26、发器增多，功能增强，发射功率增强；地面站天线变小，地面站数量增多，均率增强；地面站天线变小，地面站数量增多，均摊成本降低。摊成本降低。光纤通道光纤通道n原理：电信号转换为光信号传输，到目的地再由光信号转换原理：电信号转换为光信号传输，到目的地再由光信号转换为电信号。为电信号。n光信号传输：全反射原理，光纤芯对光的折射率大，包层折光信号传输：全反射原理，光纤芯对光的折射率大，包层折射率小，在分界面处全反射，理论上无损耗。射率小，在分界面处全反射，理论上无损耗。n实际损耗：光吸收（材料不纯）光散射（材料不均匀）实际损耗：光吸收（材料不纯）光散射（材料不均匀）n光纤材料：石英光纤、玻璃光纤、塑料光纤
27、光纤材料：石英光纤、玻璃光纤、塑料光纤n传输模式：多模（多种电磁场分布模式）、单模（带宽极宽、传输模式：多模（多种电磁场分布模式）、单模（带宽极宽、衰减少、适用大容量远距离）衰减少、适用大容量远距离）n光缆：多路光纤（几十几百根）光缆：多路光纤（几十几百根）+ +护套护套n介质：光纤维介质：光纤维-光缆。光缆。n架设：单独架设、地线复合光纤（架设：单独架设、地线复合光纤（OPGWOPGW）。）。n优点：带宽宽，衰减小，抗干扰能力强，误码率低。优点：带宽宽，衰减小，抗干扰能力强，误码率低。电端机电光转换光电转换电端机光端机光缆n电光转换：电光二极管、激光二极管电光转换：电光二极管、激光二极管n光
28、电转换：光电二极管光电转换：光电二极管n通信模式：模拟通信、数字通信通信模式：模拟通信、数字通信n模拟通信：用模拟电信号调制光强度模拟通信：用模拟电信号调制光强度n数字通信：用数字脉冲电信号对光强进行调制。数字通信：用数字脉冲电信号对光强进行调制。nPCM:脉冲编码调制。脉冲编码调制。无线电信道无线电信道n组成：发射机、发射天线、自由空间、组成：发射机、发射天线、自由空间、接收天线、接收机。类似广播。接收天线、接收机。类似广播。n优点：不需要线路，节省材料，减少维优点：不需要线路，节省材料，减少维护量。护量。n对系统运行状态采集的数据不正确反映到调度中对系统运行状态采集的数据不正确反映到调度中
29、心，对调度人员的抉择将会产生促使调度人员作心，对调度人员的抉择将会产生促使调度人员作出错误判断和抉择的影响。（出错误判断和抉择的影响。（上行上行）n遥控、遥调命令下达到系统后信息不能保证正确遥控、遥调命令下达到系统后信息不能保证正确可靠，也将会产生十分严重的后果。（可靠，也将会产生十分严重的后果。（下行下行） n为了保证电力系统远动各种功能的可靠实现，远为了保证电力系统远动各种功能的可靠实现，远动系统设备的动系统设备的结构必须合理结构必须合理。在各个环节上必须。在各个环节上必须要有一定的要有一定的技术措施做保障技术措施做保障。n远动系统的远动系统的准确性和可靠性准确性和可靠性十分重要，远动技术
30、十分重要，远动技术事实上就是保证事实上就是保证“四遥四遥”准确可靠的技术。准确可靠的技术。 1 1、远动系统原理框图、远动系统原理框图 YK/YTYK/YT信道编码调制解调器信道译码YC/YXYC/YX调制解调器信道编码信道译码YXYX采集采集YCYC采集采集YKYK执行行YTYT执行行调度端通道厂站端相关术语相关术语调度中心：主站调度中心：主站厂站：子站厂站：子站主站端的远动装置：前置机（主站端的远动装置：前置机（front-end prcessor）,作用：用来缓冲和处理输入或输出数据的处理机。作用：用来缓冲和处理输入或输出数据的处理机。一般需要有通信控制功能，并应为双机配置。一般需要有通
31、信控制功能，并应为双机配置。厂站端的远动装置：远动终端（厂站端的远动装置：远动终端（RTU:remote terminal unit）远动系统配置的基本模式远动系统配置的基本模式点对点点对点(CDT.POLLING)(CDT.POLLING)多路点对点多路点对点多点星形多点星形(POLLING)(POLLING)多点共线多点共线多点环形多点环形远动系统基础上形成调度自动化系统远动系统基础上形成调度自动化系统基本功能：基本功能：SCADA系统。系统。SC：监控：监控DA：数据采集：数据采集AGC:自动发电控制自动发电控制EDC：经济调度：经济调度高级功能：高级功能：PAS（电力系统高级应用软件）
32、（电力系统高级应用软件）拓扑分析拓扑分析状态估计状态估计负荷预测负荷预测在线潮流在线潮流安全分析安全分析DTS（调度员培训模拟）（调度员培训模拟）两者相加：两者相加：EMS分级调度体制及优点分级调度体制及优点我国采用国调、网调、省调、地调、县调五级分层调度体制。优点：减少信息传输量、减轻上级调度中心的负担。提高了响应速度和可靠性。减少设备投资。可扩展性好。分级的调度体制分级的调度体制国调：与网调控制中心相连，协调、确定大区网间的联络线潮流和运行方式，监视、统计全国电网运行情况。属于EMS。1、收集区网及有关省网的信息，监视大区电网的重要测点运行工况及全国电网运行概况。2、进行大区互联电网的潮流
33、、短路、稳定、经济运行计算，并下达计算结果。3、做中长期安全、经济运行分析，提出对策。大区网调主要负责区内超高压网的安全运行，并按规定的发用电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和经济运行水平。属于EMS。省调1 1、电网数据的收集和监控，经济调度、安全分析。、电网数据的收集和监控，经济调度、安全分析。2 2、负荷预测，制定开停机计划和水火电经济调度、负荷预测，制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划、指导的日分配计划、指导AGCAGC。3 3、地区间有关省网部分的供受电量的计划编制和、地区间有关省网部分的供受电量的计划编制和分析。分析。4 4、进行管辖电网的潮流、短路、稳定、经济运行、进行
34、管辖电网的潮流、短路、稳定、经济运行计算，并下达计算结果。计算，并下达计算结果。功能与网调基本相同，功能与网调基本相同，管辖范围缩小管辖范围缩小至本省高压至本省高压网，属于网，属于EMS。地区调度一般属于一般属于SCADA系统。系统。1、本地区电网的安全监控。、本地区电网的安全监控。2、本地区有关站点的开关远方操作、变压器、本地区有关站点的开关远方操作、变压器分接头的调节、电容器的投切。分接头的调节、电容器的投切。3、负荷管理和自动投切、负荷管理和自动投切。县调1、数据采集、数据采集2、安全监控、安全监控3、功率总加、功率总加4、电量总加、电量总加5、数据转发、数据转发6、负荷管理、负荷管理第
35、二章第二章 变送器变送器电力系统远动原理及技术为什么需要变送器？TRANSDUCERn一次系统：发、变、输、配、用一次系统：发、变、输、配、用n特点：高电压、大电流特点：高电压、大电流n二次系统：为了测量、保护、监视、控制一二次系统：为了测量、保护、监视、控制一次系统的各类系统。次系统的各类系统。n特点：低电压、小电流（特点：低电压、小电流（PT:100VCT:5APT:100VCT:5A）n现代远动系统一般为数字计算机系统，电压现代远动系统一般为数字计算机系统，电压一般不超过一般不超过12V12V，功率不超过几百瓦。，功率不超过几百瓦。将电力系统的电压电流和有功无功等电气量线性将电力系统的电
36、压电流和有功无功等电气量线性的转化成的转化成05V05V等信号的器件称为变送器。等信号的器件称为变送器。 1 1、变送器的定义、变送器的定义一次系统（强电）二次系统（弱电）CT、PT（桥梁）变送器5A、100V到TTL电平的桥梁计算机系统（弱电）控制电缆220千伏：千伏：200m,330千伏：千伏：300m500千伏：千伏：500m总总长：长：150-200kM变送器性能指标变送器性能指标-变送器的输出标称值变送器的输出标称值n国标规定：按照不同输出类型分为电流型、电国标规定：按照不同输出类型分为电流型、电压型压型n输出为电流的变送器（输出为电流的变送器（毫安级毫安级）：）：0-1mA0-1m
37、A、0-10mA0-10mA、0-20mA0-20mA、4-20mA4-20mA、-1-0-1-0-1mA1mA、-5-0-5mA-5-0-5mA、-10-0-10mA-10-0-10mAn输出为电压的变压器（输出为电压的变压器（伏特级伏特级）：）：0-1V0-1V、0-0-5V5V、0-10V0-10V、-1-0-1V-1-0-1V、-5-0-5V-5-0-5V、-10-0-10-0-10V10V电压型输出与电流型输出的不同电压型输出与电流型输出的不同n在在传输距离很近传输距离很近的和的和干扰微小干扰微小的情况下，所引起的情况下，所引起的误差和信号稳定性上看，电压型输出和电流形的误差和信号稳
38、定性上看，电压型输出和电流形输出无明显差异。输出无明显差异。n在在传输距离较远传输距离较远，并且，并且现场环境恶劣现场环境恶劣的情况下，的情况下，应优先选用电流型输出，因为电流型输出的变送应优先选用电流型输出，因为电流型输出的变送器相当于电流源，器相当于电流源，有较高的抑制分布在传输线上有较高的抑制分布在传输线上的外部磁场和静电场干扰的能力的外部磁场和静电场干扰的能力，并且输出标称，并且输出标称值越大，抗干扰的能力越强。值越大，抗干扰的能力越强。2 2、变送器技术分类、变送器技术分类变送器技术包括两大类：变送器技术包括两大类：（1）直流变送器：）直流变送器：是指变送器的输出为直流信号；是指变送
39、器的输出为直流信号；（2）交流变送器：）交流变送器：是指变送器输出为交流信号。是指变送器输出为交流信号。 直流变送器和交流变送器目前都在使用，但由于直流变送器和交流变送器目前都在使用，但由于交流变送器体积小、价格便宜，而且随着交流采样交流变送器体积小、价格便宜，而且随着交流采样技术的不断发展进步，其精度越来越高，因此交流技术的不断发展进步，其精度越来越高，因此交流变送器将逐渐取代直流变送器变送器将逐渐取代直流变送器。直流变送器直流变送器交流变送器交流变送器2、变送器性能指标、变送器性能指标-允许过量输入允许过量输入n分为分为连续过量输入连续过量输入和和短时过量输入短时过量输入。n连续过量输入为
40、标称值或者上限值的连续过量输入为标称值或者上限值的120%120%n短时过量输入，依据不同变送器类型、过量短时过量输入，依据不同变送器类型、过量输入持续时间，过量输入的间隔时间不同而输入持续时间，过量输入的间隔时间不同而不同，根据实验确定。不同，根据实验确定。n正常过量输入情况下，精度应该满足要求。正常过量输入情况下，精度应该满足要求。变送器性能指标变送器性能指标-输出性能输出性能n输出负载能力：变送器后需要输出负载能力：变送器后需要A/DA/D，采集等，采集等环节环节n输出纹波：有效值不超过输出纹波：有效值不超过输出上限输出上限的的0.3%0.3%，意味着实际采集需要做平均。意味着实际采集需
41、要做平均。n输出响应时间：输出响应时间：=400ms=400ms，0-90%0-90%（上升）或（上升）或者者100-10%100-10%（下降）（下降）变送器性能指标变送器性能指标-准确度、功耗准确度、功耗n对应误差为：对应误差为：+-+-等级等级/100/100n功耗：一般与其他电气功耗：一般与其他电气测量仪表测量仪表公用一个公用一个PT,CTPT,CT，这些互感器的准确度与其二次负载，这些互感器的准确度与其二次负载有关，因此，为防止互感器过载，降低测量有关，因此，为防止互感器过载，降低测量综合误差，应尽量降低变送器的功耗。综合误差，应尽量降低变送器的功耗。变送器性能指标变送器性能指标-绝
42、缘性能绝缘性能n对象：多个输入回路、外壳、输出回路对象：多个输入回路、外壳、输出回路n绝缘电阻绝缘电阻：各输入回路与外壳之间、各输入：各输入回路与外壳之间、各输入回路与输出回路之间、各输入回路之间。用回路与输出回路之间、各输入回路之间。用直流摇表直流摇表500V500V，持续，持续1 1分钟，测得的绝缘电阻分钟，测得的绝缘电阻不应小于不应小于5M5M欧姆。欧姆。n耐压试验耐压试验：输入回路与外壳、输入回路之间：输入回路与外壳、输入回路之间加交流加交流2000V2000V电压，电压，1 1分钟。输出回路对外壳、分钟。输出回路对外壳、输入回路对输出回路加交流输入回路对输出回路加交流500V500V
43、电压，持续电压，持续1 1分钟。分钟。直流变送器：互感器直流变送器：互感器T T、整流、滤波、输出、整流、滤波、输出、补偿补偿电流变送器并联分流电阻将电流转化为电压信号（电流变送器并联分流电阻将电流转化为电压信号（下图中虚线部分下图中虚线部分）电流变送器的电流变送器的T T为电流互感器、电压变送器的为电流互感器、电压变送器的T T为电压互感器为电压互感器2 2、电流变送器的作用、电流变送器的作用电流变送器的作用电流变送器的作用是将来自电流互感器次级的是将来自电流互感器次级的交流电流变换成交流电流变换成RTU RTU 可以处理的交流或直流可以处理的交流或直流信号。信号。电流互感器电流互感器CTC
44、T的次级输出的交流电流经过变送器中的次级输出的交流电流经过变送器中的电流互感器（变压器）的电流互感器（变压器）LHLH。LH LH 的作用主要有两的作用主要有两个：一是降低输入的交流电流；另一方面就是将输个：一是降低输入的交流电流；另一方面就是将输入回路与变送器回路在电气上隔离。入回路与变送器回路在电气上隔离。硅钢片磁化曲线（补偿的作用）硅钢片磁化曲线（补偿的作用）nH为磁场强度，与原边励磁电流对应为磁场强度，与原边励磁电流对应nB为磁感应强度，与副边电压相对应为磁感应强度，与副边电压相对应n原边与副边不是线性关系原边与副边不是线性关系5、变送器的工作范围变送器的工作范围n特点：特点：OAOA
45、段是非线性、段是非线性、ABAB段基本上呈线性、段基本上呈线性、B B点以后点以后呈饱和状态呈饱和状态n即：即：当输入的被测交流电流在零值附近或较小时当输入的被测交流电流在零值附近或较小时，电，电流互感器的输入电流和输出电压呈非线性关系；流互感器的输入电流和输出电压呈非线性关系；当电当电流过大时流过大时，使得，使得LHLH进入饱和区时，也无法满足线性关进入饱和区时，也无法满足线性关系。系。n处理措施：处理措施：零点附近的非线性关系可以通过一定的非零点附近的非线性关系可以通过一定的非线性补偿电路进行补偿，以保证其线性关系；对饱和线性补偿电路进行补偿，以保证其线性关系；对饱和区的处理一般是通过限制
46、变送器的工作范围，使其运区的处理一般是通过限制变送器的工作范围，使其运行点不进入磁化曲线的饱和区。行点不进入磁化曲线的饱和区。6 6、交流变送器与直流变送器的比较、交流变送器与直流变送器的比较n上图中的红色虚线将变送器电路分成了两个部分。上图中的红色虚线将变送器电路分成了两个部分。n虚线的右边虚线的右边是对信号进行整流、滤波处理的。如果我们是对信号进行整流、滤波处理的。如果我们不是需要直流输出，而只需要交流输出，只需要将电路不是需要直流输出，而只需要交流输出，只需要将电路虚线左边虚线左边的部分适当加上一些补偿电路即可。的部分适当加上一些补偿电路即可。n由此看出，交流变送器比直流变送器的电路要简
47、单得多由此看出，交流变送器比直流变送器的电路要简单得多。2 2、电压变送器的作用、电压变送器的作用电压变送器的作用电压变送器的作用是将来自电压互感器（是将来自电压互感器（PTPT）次级）次级的交流电压变换成的交流电压变换成RTURTU可以处理的信号（交流的或直可以处理的信号（交流的或直流的，电压或电流信号）。流的，电压或电流信号）。电压变送器是有一个电压互感器电压变送器是有一个电压互感器YH和整流电路组和整流电路组的。电压互感器的作用也是两个方面：一是降低输的。电压互感器的作用也是两个方面：一是降低输入电压，另一个是将变送器回路和输入回路在电气入电压，另一个是将变送器回路和输入回路在电气上隔离
48、开来。上隔离开来。3 3、电压变送器的工作范围、电压变送器的工作范围如果需要的是交流输出，将不需要后面的整如果需要的是交流输出，将不需要后面的整流流电电路路。另另外外，一一般般情情况况下下，电电压压的的变变化化在在20%20%左右，不会进入零点附近的非线性区，左右，不会进入零点附近的非线性区，因此，在电压变送器中不需要非线性补偿电因此，在电压变送器中不需要非线性补偿电路。路。2.32.3功率变送器功率变送器单相有功变送器单相有功变送器n功能：实现电压电流乘积的平均值（直流分量）功能：实现电压电流乘积的平均值（直流分量）n部件：主要由乘法器、低通滤波构成部件：主要由乘法器、低通滤波构成n推导：推
49、导：u=1.414Usin(u=1.414Usin(t+)，i= 1.414 I sin(t)n所以，瞬时电流电压乘积的的平均值为：所以，瞬时电流电压乘积的的平均值为：n 1/Tuidt=UIcos =有功功率有功功率n所以：单相有功测量只要将瞬时电流电压所以：单相有功测量只要将瞬时电流电压乘积（乘法器）乘积（乘法器）后后取平均（低通滤波）取平均（低通滤波）值即可。值即可。单相无功变送器单相无功变送器n与单相有功变送器类似，与单相有功变送器类似，多一个电流移相电路多一个电流移相电路n功能：实现电压与超前功能：实现电压与超前9090电流乘积的平均值（直流分量）电流乘积的平均值（直流分量）n部件：
50、主要由乘法器、低通滤波、移相电路部件：主要由乘法器、低通滤波、移相电路n推导：推导：u=1.414Usin(u=1.414Usin(t+)，i= 1.414 I sin(t+90+90)n所以，瞬时电流电压乘积的的平均值为：所以，瞬时电流电压乘积的的平均值为：n1/Tuidt=UIsin1/Tuidt=UIsin=无功功率无功功率n所以：单相无功测量只要将瞬时电流所以：单相无功测量只要将瞬时电流移相移相后与电压后与电压乘积乘积再取再取平均值平均值即可即可n需要注意：移相电路在频率不为需要注意：移相电路在频率不为5050赫兹时会有误差。赫兹时会有误差。三相功率的测量三相功率的测量n三相总功率各相
51、功率之和。因此对于三三相总功率各相功率之和。因此对于三相功率的测量最简单的方法就是用三组相功率的测量最简单的方法就是用三组合式，即用合式，即用三个单相三个单相功率变送器的测量功率变送器的测量值用加法器相加即可以得到三相功率。值用加法器相加即可以得到三相功率。n有没有更加节省元件的测量方法？有没有更加节省元件的测量方法？电路接线方式电路接线方式n三相三线制：三相三线制：abcabc三相端线。主要用于输电三相端线。主要用于输电系统，输电系统一般三相平衡，中性线中没系统，输电系统一般三相平衡，中性线中没有电流，节省线路材料。有电流，节省线路材料。n三相四线制：三相四线制：abcabc三相端线三相端线
52、+ +中性线。配电系中性线。配电系统如果不能做到三相平衡，中性线中有电流统如果不能做到三相平衡，中性线中有电流流过，因此必须用中性线。流过，因此必须用中性线。n结论：三相四线制时，三相电流之和一般不结论：三相四线制时，三相电流之和一般不为为0.0.三相有功功率测量三相有功功率测量 当供电方式为三相三线时，可以用两元件法测当供电方式为三相三线时，可以用两元件法测量，节省一个元件。量，节省一个元件。两元件法测量有功功率这种接线法是指三相功率两元件法测量有功功率这种接线法是指三相功率变送器中，一个功率测量元件的输入交流电压变送器中，一个功率测量元件的输入交流电压UABUAB，输入交流电流为，输入交流
53、电流为IAIA。另一个功率测量元件。另一个功率测量元件的输入交流电压为线电压的输入交流电压为线电压UCBUCB，输入交流电流为，输入交流电流为ICIC。 W1W2ABCICUCBUCIBUBIAUAUAB2330301设两个功率测量元件测得的功率为设两个功率测量元件测得的功率为P1P1、P2P2，则由向量，则由向量图可得：图可得：因此：因此：3 3、有功测量公式推导（、有功测量公式推导（1 1）3、有功测量公式推导（公式推导（2 2）变送器所测得的三相有功功率值变送器所测得的三相有功功率值P P，为两个测量，为两个测量元件测得的有功功率值元件测得的有功功率值P1P1和和P2P2的代数和，即：的
54、代数和，即： P= P1 +P2 P= P1 +P2 如果三相电压对称，则：如果三相电压对称，则： U UABAB =U =UCBCB=1.732*U=1.732*UA A =1.732*U =1.732*UB B =1.732*U =1.732*UC C =1.732*U=1.732*U 书上印刷错误书上印刷错误2-13、有功测量公式推导（有功测量公式推导（3 3）由此可将（由此可将（2-12-1）式进一步运算，可得：）式进一步运算，可得：当三相电流不对称时，根据三相三线制电路的特当三相电流不对称时，根据三相三线制电路的特点，点，I IA A、I IB B、I IC C之和为之和为0 0，在
55、向量图上反映为电流，在向量图上反映为电流I IA A、I IB B、I IC C对电压对电压U UB B的投影之和为的投影之和为0 0（任意投影也为（任意投影也为0 0），即：），即：I IA A cos (60+1)+ I cos (60+1)+ IC C cos (60-3)-I cos (60-3)-IB Bcos2=0cos2=03、有功测量公式推导（有功测量公式推导（4 4）经数学计算后，可得（经数学计算后，可得（2-42-4）式：）式：将（将（2-32-3）代入（）代入（2-22-2）可得：）可得：（2-42-4）4 4、有功测量公式推导结论、有功测量公式推导结论式式(2-4)(2
56、-4)表示，用以上的两元件法测量有功表示，用以上的两元件法测量有功功率，功率，在负载端的电流对称或不对称的情在负载端的电流对称或不对称的情况下，况下，均不会产生测量误差。同样可以证均不会产生测量误差。同样可以证明，明，在电压不对称的情况下在电压不对称的情况下，用两元件法，用两元件法测量三相功率时，也不会产生测量误差。测量三相功率时，也不会产生测量误差。2.3.22.3.2 三相无功功率的测量三相无功功率的测量移相法测量：移相法测量：根据根据1 1：三相无功等于单相无功之和（无功是标量）：三相无功等于单相无功之和（无功是标量）根据根据2 2：单相无功可以用单相有功的测量接线加电流超前移：单相无功
57、可以用单相有功的测量接线加电流超前移相相9090度。度。做法：与前述三相有功测量接线一致。三元件（做法：与前述三相有功测量接线一致。三元件（4 4线制）或线制）或者两元件（者两元件（3 3线制）法都可以。线制）法都可以。优点：不论负载电压、电流是否对称，此方法均不会有误优点：不论负载电压、电流是否对称，此方法均不会有误差。差。缺点：缺点：频率偏离额定值时，有误差。对应书上频率偏离额定值时，有误差。对应书上“我国电网我国电网的频率波动比较大的频率波动比较大”。1 1、三相无功的测量方法、三相无功的测量方法2.3.22.3.2 三相无功功率的测量三相无功功率的测量不移相测量的方法：不移相测量的方法
58、：n一元件跨相一元件跨相n二元件跨相二元件跨相n三元件跨相三元件跨相n跨相：电流相与电压相不相关跨相：电流相与电压相不相关n优点：与频率是否偏差无关优点：与频率是否偏差无关1 1、三相无功的测量方法、三相无功的测量方法2.3.22.3.2 三相无功功率的测量三相无功功率的测量1 1、单元件法、单元件法W1ABCn跨相：跨相：A相电流与相电流与BC相电压相电压2.3.22.3.2 三相无功功率的测量三相无功功率的测量ICUCIBUBIAUA231UBC单元件单元件n前提：前提：电流电压完全对称（电流电压完全对称（90- ）(UBC*IA=UI) （UI为线电压、电流）为线电压、电流）nP1=UB
59、C*IA*COS(90- )=UI*SIN (根根据前述单相有功的推导据前述单相有功的推导)nQ=1.732* UI*SIN =1.732*P1n两者之间只差一个常系数，可以用单元件测量的值两者之间只差一个常系数，可以用单元件测量的值描述三相无功的值。描述三相无功的值。n系数：真实物理量与数字量之间的对应关系由多个系数：真实物理量与数字量之间的对应关系由多个系数的乘积构成。此系数是其中一个。系数的乘积构成。此系数是其中一个。2.3.22.3.2 三相无功功率的测量三相无功功率的测量1 1、两元件法、两元件法( (书上书上) )W1ABCW22.3.22.3.2 三相无功功率的测量三相无功功率的
60、测量ICUCIBUBIAUA231UBCn前提：前提：电流电压完全对称电流电压完全对称nP1=UBC*IA*COS(90-P1=UBC*IA*COS(90-)=UI*SIN nP2=UAB*IC*COS(90- )=UI*SIN nQ=1.732* UI*SIN n两者之间只差一个常系数。两者之间只差一个常系数。UAB3 3、无功测量公式推导结论、无功测量公式推导结论负载不对称误差负载不对称误差：当系统不对称时，这种测量方法：当系统不对称时，这种测量方法会产生较大的误差。会产生较大的误差。相位误差：相位误差：n电压互感器绕组的电压互感器绕组的交流阻抗交流阻抗会使初级绕组的输入会使初级绕组的输入
61、电压与次级绕组的输出电压之间产生相位差，从电压与次级绕组的输出电压之间产生相位差，从而出现角误差。而出现角误差。n在电流互感器的初级输入和次级输出之间，也同在电流互感器的初级输入和次级输出之间，也同样有角误差存在。样有角误差存在。因此，一般在变送器前应进行相位补偿调节。因此，一般在变送器前应进行相位补偿调节。三元件法三元件法n元件接法类似元件接法类似n推导过程类似推导过程类似n精确程度：仅需要电压对称精确程度：仅需要电压对称或者或者电流对电流对称称功率变送器的电路原理功率变送器的电路原理n乘法器乘法器: P=UIcos=(P=UIcos=(ui dt)/T Q=ui dt)/T Q=n加法器加
62、法器: P=Pa+Pb+Pc Q=P=Pa+Pb+Pc Q=n整流滤波电路整流滤波电路:获得平均值获得平均值(直流直流)有功测量方法有功测量方法n三相三线时：三相三线时：三元件三元件（三个单相有功测量，（三个单相有功测量，没有误差、但是多一个元件）、没有误差、但是多一个元件）、两元件两元件法法（没有误差，书上的介绍、且省一个元件）（没有误差，书上的介绍、且省一个元件）都可以。都可以。n三相四线时：三元件法可以，两元件法不成三相四线时：三元件法可以，两元件法不成（三相电流之和不再为（三相电流之和不再为0 0，推导前提不存在），推导前提不存在）n对于输电系统而言，有功测量可以用两元件对于输电系统而
63、言，有功测量可以用两元件法最优。法最优。无功测量方法n三元件（移相：电流超前三元件（移相：电流超前9090度，适用三相三线度，适用三相三线或四线）或四线） 、两元件（移相，适用于三线制）、两元件（移相，适用于三线制）、均可以测量均可以测量-频率误差频率误差( (没有电路对称要求没有电路对称要求) )n此外，还有：此外，还有：n单元件跨相：电路完全对称单元件跨相：电路完全对称n两元件跨相：电路完全对称（书上）两元件跨相：电路完全对称（书上）n三元件跨相：电路三元件跨相：电路电压对称电压对称或者或者电流对称电流对称n注意：电路对称时，三相三线和三相四线是等注意：电路对称时，三相三线和三相四线是等价
64、的。价的。变送器总结变送器总结n必要性：必要性：强电（强电（100V、5A）与与弱电（弱电（TTL）的结合部的结合部n作用：降低输入量（电压、电流），电气隔离作用：降低输入量（电压、电流），电气隔离n分类：分类： 直流、交流直流、交流n共同部分：互感器共同部分：互感器n互感器重点：磁化曲线（线性、非线性）互感器重点：磁化曲线（线性、非线性）n功率变送器：同时引入电流电压，经过不同接线方式功率变送器：同时引入电流电压，经过不同接线方式n跨向：电流、电压不同相跨向：电流、电压不同相n无功测量的误差：系统不对称无功测量的误差：系统不对称解决：移相（频率）解决：移相（频率）n发展趋势、原因？发展趋势、原因？
