電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控原理PPT

1、07.01.2021,1,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控原理,07.01.2021,2,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理 第二節(jié) 通信系統(tǒng)模型 第三節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 第四節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)配置的基本類型與分層 第五節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸?shù)幕竟ぷ髂Ｊ?第六節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)的主要性能指標(biāo) 第七節(jié) 我國(guó)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展概況,07.01.2021,3,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,一、電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控 1.遠(yuǎn)動(dòng) 遠(yuǎn)動(dòng)，應(yīng)用通信技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)方的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量、遠(yuǎn)程信號(hào)、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)等各項(xiàng)功能,07.01.2021,4,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,近程監(jiān)控： 如：發(fā)電廠內(nèi)部

2、鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)等所配備的自動(dòng)裝置、監(jiān)控盤等 遠(yuǎn)程監(jiān)控：如調(diào)度控制中心要對(duì)電力系統(tǒng)中分布地域遼闊的發(fā)電廠、變電所等進(jìn)行的監(jiān)控。 采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)就稱為電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng),07.01.2021,5,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)的主要任務(wù)： 將表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和各發(fā)電廠和變電所的有關(guān)實(shí)時(shí)信息采集到調(diào)度控制中心； 把調(diào)度控制中心的命令發(fā)往發(fā)電廠和變電所，對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,6,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,從發(fā)電廠和變電所發(fā)往調(diào)度控制中心的有：測(cè)量量和狀態(tài)量等 測(cè)量量：有功功率、無功功率、電壓、電 流、頻率、水庫(kù)的水位等。 狀態(tài)

3、量：斷路器、隔離開關(guān)的位置狀態(tài)，自動(dòng)裝置、繼電保護(hù)的動(dòng)作狀態(tài)，發(fā)電機(jī)組、遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等,07.01.2021,7,遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的四項(xiàng)基本功能： 遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào) 應(yīng)用通信技術(shù)傳送被測(cè)變量的測(cè)量值，稱為遠(yuǎn)程測(cè)量，簡(jiǎn)稱遙測(cè)。 應(yīng)用通信技術(shù)完成對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)視，稱為遠(yuǎn)程信號(hào)，簡(jiǎn)稱遙信,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,8,調(diào)度控制中心送給發(fā)電廠或變電所的遠(yuǎn)程命令有控制命令和調(diào)節(jié)命令等,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,9,應(yīng)用通信技術(shù)，完成改變運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的命令稱為遠(yuǎn)程命令，又稱遙控。 （當(dāng)調(diào)度控制中心需要直接控制發(fā)電廠、變電所中的某些設(shè)備

4、進(jìn)行分、合、起、?？刂疲桶l(fā)出相應(yīng)的控制命令。這種應(yīng)用通信技術(shù)，完成對(duì)有兩個(gè)確定狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備的控制稱為遠(yuǎn)程切換。在我國(guó)，通常把遠(yuǎn)程切換也稱為遙控。,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,10,當(dāng)調(diào)度控制中心需要對(duì)發(fā)電廠、變電所中的某些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)（例如改變發(fā)電機(jī)組的有功出力，）就發(fā)出相應(yīng)的調(diào)節(jié)命令，用以改變機(jī)組有功調(diào)節(jié)器的整定值。 對(duì)于具有兩個(gè)以上狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備發(fā)出的遠(yuǎn)程命令，稱為遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)稱遙調(diào),第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,11,二、電力系統(tǒng)的分層管理,07.01.2021,12,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,電力系統(tǒng)：規(guī)

5、模大，地域廣，運(yùn)行復(fù)雜，要將全系統(tǒng)的信息全部集中到一個(gè)中央調(diào)度控制中心進(jìn)行完全集中式的監(jiān)視和控制，龐大的信息采集與監(jiān)控系統(tǒng)，困難、沒必要。不得于故障隔離。 所以：分層管理,07.01.2021,13,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,我國(guó)電力系統(tǒng)的五級(jí)調(diào)度體制 國(guó)家調(diào)度一級(jí)電網(wǎng)調(diào)度（簡(jiǎn)稱國(guó)調(diào)） 大區(qū)的電網(wǎng)調(diào)度(網(wǎng)調(diào))、 省電網(wǎng)調(diào)度(省調(diào))、 地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度(地調(diào))、 縣電網(wǎng)調(diào)度(縣調(diào)) （如圖11,07.01.2021,14,二、電力系統(tǒng)的分層管理,國(guó)家調(diào)度,網(wǎng)調(diào),地調(diào),省調(diào),縣調(diào),大型電廠,省屬電廠,地區(qū)電廠,縣屬電廠,500kV 變電所,220kV 主干變電所,220kV 變電所,110k

6、V、35kV 變電所,中小型 變電所,圖1-1 電力系統(tǒng)分層管理示意,07.01.2021,15,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,電力系統(tǒng)調(diào)度控制的基本任務(wù)： 保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行， 以質(zhì)量合格的電能滿足用戶用電的需要， 并使發(fā)電成本為最低,07.01.2021,16,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,電力系統(tǒng)調(diào)度控制主要作用： (1)采集表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各種實(shí)時(shí)信息，進(jìn)行安全監(jiān)視。 (2)制定、執(zhí)行運(yùn)行計(jì)劃。在保證系統(tǒng)安全及供電質(zhì)量的前提下，使發(fā)電成本最低。 (3)電力系統(tǒng)安全水平的分析與控制（在緊急狀態(tài)下進(jìn)行安全控制以防事故擴(kuò)大,07.01.2021,17,各級(jí)調(diào)度的基本功能：數(shù)

7、據(jù)采集與監(jiān)控SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition） 最基本的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)： 數(shù)據(jù)采集 信息顯示 監(jiān)視控制 告警處理 事件順序記錄 數(shù)據(jù)計(jì)算及事故追憶等,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,18,能量管理系統(tǒng)EMS (Energy Management System)： 具有SCADA、AGC/EDC和安全分析等功能的更完善的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng),第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,19,自動(dòng)發(fā)電控制AGC (Automatic Generation Control)的主要功能： 維持

8、電力系統(tǒng)的頻率水平，使發(fā)電出力跟蹤系統(tǒng)負(fù)荷，分配發(fā)電出力并維持聯(lián)絡(luò)線交換功率為規(guī)定值。 經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制EDC (Economic Disptch Control)的主要功能： 分配發(fā)電出力，使本區(qū)的發(fā)電成本為最小。 （有時(shí)將EDC功能包括在AGC之中,第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理,07.01.2021,20,三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),07.01.2021,21,三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),07.01.2021,22,三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),分為四個(gè)子系統(tǒng) 信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng) 信息傳輸子系統(tǒng) 信息采集處理和控制子系統(tǒng) 人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng),07.01.2021,23,第二節(jié) 通信系統(tǒng)模型,07.0

9、1.2021,24,一、模擬通信和數(shù)字通信,1. 通信系統(tǒng)基本模型,07.01.2021,25,2. 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào) 連續(xù)消息：狀態(tài)聯(lián)系變化的消息，如強(qiáng)弱連續(xù)變化的語(yǔ)音等，也稱模擬消息 離散消息：消息狀態(tài)離散的，如符號(hào)、文字等，也稱數(shù)字消息,模擬信號(hào)：信號(hào)的波形為時(shí)間的連續(xù)函數(shù) 數(shù)字信號(hào)：幅度不隨時(shí)間作連續(xù)變化，只能取有限個(gè)離散值,07.01.2021,26,和模擬通信相比，數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng) 便于使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。 可以傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)變得通用、靈活。 缺點(diǎn)是：占用的信道頻帶通常要寬的多,3.數(shù)字通信 傳輸模擬信號(hào)的通信方式模擬通信 傳輸數(shù)字信號(hào)的

10、通信方式數(shù)字通信,07.01.2021,27,信息源,信息編碼器,信道編碼器,調(diào)制器,受信者,解調(diào)器,信道譯碼器,信源譯碼器,信道,噪聲源,同步,同步,編碼器,譯碼器,發(fā)送端,接收端,圖1-4 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,4. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,07.01.2021,28,二、通信工作方式,07.01.2021,29,二、通信工作方式,數(shù)字通信系統(tǒng)的工作方式按照消息傳送的方向和時(shí)間，可分為 單工通信 半雙工通信 全雙工通信,07.01.2021,30,三、波特率和比特速率,消息傳送的速度可以用每秒傳送的碼元數(shù) 衡量，稱為碼元速率，單位為波特 (Bd，Baud) 碼元速率也稱波特率，它表征每秒傳送的碼數(shù),

11、傳輸速率也可以用信息傳輸速率來表征。信息傳輸速率又稱信息速率或比特速率，定義為每秒傳送的信息量，單位是bits(比特/秒,07.01.2021,31,第三節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),07.01.2021,32,1. 主站、子站與RTU,對(duì)其它站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的站，稱為監(jiān)控站或主站，受主站監(jiān)控的站稱為被控站或分站、子站。 在被控站內(nèi)按規(guī)約完成遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送、接收以及輸出執(zhí)行等功能的設(shè)備，稱為遠(yuǎn)動(dòng)終端RTU,07.01.2021,33,2. 上行信息、下行信息,被控站發(fā)往控制站的信息，如遙測(cè)信息、遙信信息等，稱為上行信息，所用信道稱為上行信道。 控制站發(fā)往被控站的信息，如遙控信息、遙調(diào)信息等，

12、稱為下行信息，所用信道稱為下行信道。 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是由控制站、被控站及信道等組成,07.01.2021,34,遙測(cè)： 有功功率、無功功率、電壓、電流等被測(cè)量通常先由電量變送器變換為與之成正比的直流模擬電量，然后進(jìn)入遠(yuǎn)動(dòng)裝置。 遙測(cè)編碼器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，編成一定格式的代碼。信道編碼器為遙測(cè)數(shù)據(jù)添加監(jiān)督碼元，進(jìn)行抗干擾編碼。 調(diào)制器把要傳送的數(shù)字序列調(diào)制成交流電的頻率或相位等。調(diào)制后的信號(hào)就沿著信道傳送到對(duì)方,07.01.2021,35,遙信 遙信與遙測(cè)類似，但遙信傳送的是狀態(tài)量。 一位二元制數(shù)可表示一個(gè)開關(guān)位置狀態(tài),07.01.2021,36,分路器,信道譯碼器,信道編碼器,并串變換,調(diào)制器,

13、解調(diào)器,串并變換,遙測(cè)編碼器,遙信編碼器,遙測(cè) 顯示器,遙信 顯示器,至主計(jì)算機(jī),信道,干擾,調(diào)度端,廠站端,a）遙測(cè)、遙信,變送器,變送器,狀 態(tài) 量,被測(cè)物理量,07.01.2021,37,分路器,信道譯碼器,信道編碼器,并串變換,調(diào)制器,解調(diào)器,串并變換,遙控編碼器,遙調(diào)編碼器,信道,干擾,調(diào)度端,廠站端,b）遙控、遙調(diào),遙控執(zhí)行,遙調(diào)執(zhí)行,07.01.2021,38,同步在數(shù)字通信系統(tǒng)中的重要性,在數(shù)字式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，若干碼元組成一個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)字，若干遠(yuǎn)動(dòng)字組成一個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)幀。發(fā)送端按規(guī)定的節(jié)拍和次序逐一發(fā)送，接收端也必須以相同的節(jié)拍逐一接收，即收發(fā)兩端的碼位、字和幀應(yīng)該保持同步，否則將會(huì)造成混亂

14、甚至無法作,07.01.2021,39,第四節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)配置的基本類型與分層,07.01.2021,40,一、基本類型,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置 多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置 多點(diǎn)星形配置 多點(diǎn)共線配置 多點(diǎn)環(huán)形配置,若干遠(yuǎn)動(dòng)站和連接各遠(yuǎn)動(dòng)站的鏈路的組合體稱為遠(yuǎn)動(dòng)配置。遠(yuǎn)動(dòng)配置有如下幾種基本類型,07.01.2021,41,a,b,c,d,e,主站,子站,圖1-8 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的配置 (a)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)； (b)多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)；(c)多點(diǎn)星形；(d)多點(diǎn)共線；(e)多點(diǎn)環(huán)形,07.01.2021,42,可組合配置,07.01.2021,43,第五節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸?shù)幕竟ぷ髂Ｊ?07.01.2021,44,在數(shù)字式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，遠(yuǎn)動(dòng)信息都

15、采用數(shù)字形式，一組數(shù)據(jù)表示一定的遠(yuǎn)動(dòng)信息，稱為一個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)字,序號(hào),標(biāo)志,用戶數(shù)據(jù),監(jiān)督碼元,幀分界符,遠(yuǎn)動(dòng)字,遠(yuǎn)動(dòng)字,遠(yuǎn)動(dòng)字,幀分界符,控制字,遠(yuǎn)動(dòng)字,遠(yuǎn)動(dòng)字,a,b,c,圖1-9 遠(yuǎn)動(dòng)字結(jié)構(gòu)和幀結(jié)構(gòu) (a)字結(jié)構(gòu)；(b) 幀結(jié)構(gòu)之一；(c)幀結(jié)構(gòu)之二,07.01.2021,45,遙測(cè)或遙信字的一般結(jié)構(gòu)見圖19(a,用戶數(shù)據(jù)是遙測(cè)量數(shù)據(jù)或狀態(tài)量數(shù)據(jù)等 標(biāo)志用以表明該遠(yuǎn)動(dòng)字的特征 為了使各遠(yuǎn)動(dòng)字能相互區(qū)別，給遠(yuǎn)動(dòng)字設(shè)置了序號(hào)，也稱地址碼 監(jiān)督碼元用來提高抗干擾能力,07.01.2021,46,幀的開頭有幀分界符，作為一幀開始的標(biāo)志 接著就是遠(yuǎn)動(dòng)字,若干遠(yuǎn)動(dòng)字組成一幀，幀結(jié)構(gòu)如圖19(b,07.01

16、.2021,47,如果信道上連接的遠(yuǎn)動(dòng)站較多，則在傳送的數(shù)據(jù)中應(yīng)標(biāo)上源發(fā)站與目的站的地址,圖19(c)的幀結(jié)構(gòu)中設(shè)置有控制字，可用于標(biāo)明這一幀信息的源發(fā)站和目的站的地址。此外，控制字還可用來標(biāo)明這一幀信息的特征，如幀的類型是遙測(cè)類還是遙信類，這一幀的長(zhǎng)度是多少字節(jié)等,07.01.2021,48,遠(yuǎn)動(dòng)信息的傳送在控制站與被控站之間有一方是主叫方，即發(fā)動(dòng)通信的一方，而另一方則是被叫方。在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，按發(fā)動(dòng)通信傳輸?shù)哪Ｊ絹韯澐郑捎幸韵聨追N基本類型,循環(huán)傳輸模式 自發(fā)(事件發(fā)動(dòng))傳輸模式 按請(qǐng)求(問答或輪詢)傳輸模式,07.01.2021,49,第六節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)的主要性能指標(biāo),07.01.202

17、1,50,一、可靠性,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)的基本要求是可靠、準(zhǔn)確和及時(shí) 1. 系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)或裝置的可靠性是指它在規(guī)定的時(shí)間和使用條件下完成所要求功能的能力。 可靠性一般可用“平均故障間隔時(shí)間”和“可用率”來衡量。 平均故障間隔時(shí)間MTBF是功能部件、設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定壽命期限內(nèi)相鄰兩次故障之間工作時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均值,07.01.2021,51,可用率A是設(shè)備或系統(tǒng)處于良好狀態(tài)的可使用時(shí)間所占的百分?jǐn)?shù)，其表達(dá)式為,07.01.2021,52,2. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?即使遠(yuǎn)動(dòng)裝置處于良好的工作狀態(tài)，但數(shù)據(jù)在信道上傳輸時(shí)仍有可能因受到干擾而出現(xiàn)差錯(cuò)。 通常用比特差錯(cuò)率 來衡量碼元傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

18、比特差錯(cuò)率亦稱誤碼率，它是收到的有錯(cuò)碼元數(shù)和總的發(fā)送碼元數(shù)之比，即,07.01.2021,53,總準(zhǔn)確度是指信息經(jīng)變換(模數(shù)變換、數(shù)模變換等)和處理等各種環(huán)節(jié)后，信息源和信息宿兩者之間的偏差。用偏差對(duì)滿刻度的百分比表示，IECTC-57對(duì)總準(zhǔn)確度級(jí)別的劃分見表1-5,表1-5 總準(zhǔn)確度級(jí)別,二、準(zhǔn)確度,07.01.2021,54,三、實(shí)時(shí)性 電力系統(tǒng)對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求，用容許的“總傳送時(shí)間”來表示。 總傳送時(shí)間是指從發(fā)送站的事件發(fā)生開始，到接收站呈現(xiàn)出相應(yīng)的信息為止的總延遲時(shí)間，包括發(fā)送站外圍輸入設(shè)備(如中間繼電器、電量變送器)和接收站相應(yīng)的外圍輸出設(shè)備(如信號(hào)燈、顯示儀表)產(chǎn)生的延遲時(shí)間,07.01.2021,55,作為一般監(jiān)視用的遙測(cè)量，重要的、變動(dòng)快的遙測(cè)量可定為3s，對(duì)于不重要的、變動(dòng)較慢的遙測(cè)量可定為10s或更長(zhǎng)些。 對(duì)于遙信，因反映的信息可能與系統(tǒng)事故有關(guān)，因而開關(guān)位置狀態(tài)改變(即變位)的總傳送時(shí)間一般要求不大于3s。 對(duì)于遙控和遙調(diào)命令，總傳送時(shí)間一般允許不大于4s,07.01