第五章變電站綜合自動化演示文稿

第五章變電站綜合自動化演示文稿目前一頁\總數(shù)四十六頁\編于八點優(yōu)選第五章變電站綜合自動化目前二頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

因此繼電保護的設計、運行，從硬件到軟件，都必須考慮到這個統(tǒng)一的計算機系統(tǒng)的要求和特點。繼電保護工作者，必須對變電站綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)成原理有基本了解。▼20世紀80年代以來，隨著繼電保護實現(xiàn)了微機化，遠動實現(xiàn)了數(shù)字化，調(diào)度實現(xiàn)了自動化，于是出現(xiàn)了相互融合的趨勢。產(chǎn)生了基于微機裝置和計算機網(wǎng)絡的變電站綜合自動化系統(tǒng)，繼電保護成為與變電站綜合自動化不可分割的一個重要的組成部分目前三頁\總數(shù)四十六頁\編于八點一、變電站綜合自動化的基本原理

變電站綜合自動化是將變電站的二次設備（常規(guī)的測量儀表、信號系統(tǒng)繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術和通信技術、信號處理技術和網(wǎng)絡技術聯(lián)結(jié)起來，實現(xiàn)對全變電站的重要設備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和繼電保護，并與調(diào)度通信、實現(xiàn)電力系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度控制的計算機網(wǎng)絡目前四頁\總數(shù)四十六頁\編于八點變電站綜合自動化的特征與傳統(tǒng)變電站相比：多臺微型計算機代替常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表常規(guī)的控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠動屏微機保護代替常規(guī)的繼電保護改變了常規(guī)的繼電保護裝置孤立運行，不與外界聯(lián)系的狀態(tài)目前五頁\總數(shù)四十六頁\編于八點變電站綜合自動化的特征具體特征：

變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到大量的數(shù)據(jù)和信息，利用計算機的高速計算和邏輯判斷能力，可方便的監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設備的運行狀態(tài)和操作過程。綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特征。目前六頁\總數(shù)四十六頁\編于八點二、變電站綜合自動化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變電站綜合自動化經(jīng)歷三個了發(fā)展階段集中式分層分布式分散與集中相結(jié)合的分布式目前七頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

（一）集中式變電站綜合自動化結(jié)構(gòu)

集中式是指用一臺計算機（工控機）完成上述綜合自動化的全部功能

對于大容量高壓變電站，需要保護和控制的設備很多，用集中式系統(tǒng)時可靠性、靈敏性不能滿足要求，隨著計算機價格的不斷下降，到20世紀末期，變電站綜合自動化向分層分布式結(jié)構(gòu)發(fā)展目前八頁\總數(shù)四十六頁\編于八點（二）分層分布式變電站綜合自動化結(jié)構(gòu)

分層分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)是將變電站信息的采集和控制分為管理層、站控層和間隔層三個級分層布置

在結(jié)構(gòu)上采用主從CPU協(xié)同工作方式，各個功能模塊（通常是各個從CPU）之間采用網(wǎng)絡技術或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了集中式結(jié)構(gòu)中一個CPU計算處理的瓶頸問題，方便了系統(tǒng)擴展和維護，局部故障不影響其他模塊（部件）正常運行。目前九頁\總數(shù)四十六頁\編于八點分層分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖目前十頁\總數(shù)四十六頁\編于八點相關幾個概念

遠方終端單元RTU（RemoteTerminalUnit）由保護單元和測控單元組成，保護單元把繼電保護自動重合閘、故障濾波、故障測距等功能綜合在一起；測控單元把遠動、測量和控制功能綜合在一起

間隔級單元（baylevelunit）指變電站所有高壓設備如線路、變壓器、電容器母線等的測量、信號、保護、控制設備及其數(shù)據(jù)采集通稱目前十一頁\總數(shù)四十六頁\編于八點（三）分散與集中相結(jié)合的分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)它是采用“面向?qū)ο蟆奔疵嫦螂姎庖淮位芈坊螂姎忾g隔（如一條出線、一臺變壓器、一組電容器等）的方法進行設計的，間隔層中各數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控單元和保護單元做在一起，設計在同一機箱中，并將這種機箱就地分散安裝在開關柜或其他一次設備附近。

這種間隔單元的設備相互獨立，僅通過光纖或電纜網(wǎng)絡由站控機對它們進行管理和交換信息。目前十二頁\總數(shù)四十六頁\編于八點分散與集中相結(jié)合的分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖目前十三頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

這種組態(tài)模式集中了分布式的全部優(yōu)點，此外還最大限度地壓縮了二次設備及其繁雜的二次電纜，節(jié)省土地投資。這種結(jié)構(gòu)形式本身配置靈活，從安裝配置上除了能分散安裝在間隔開關柜上外，還可以實現(xiàn)在控制室內(nèi)集中組屏或分層組屏，即一部分集中在低壓開關室內(nèi)，而高壓線路保護和主變壓器保護裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稱為分散和集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu).

它不僅適合應用在各種電壓等級的變電站中，而且在高壓變電站中應用更趨于合理，經(jīng)濟效益更好。目前十四頁\總數(shù)四十六頁\編于八點三、變電站綜合自動化系統(tǒng)通信的任務主要任務：用以微機為核心的保護和控制裝置替代變電站內(nèi)模擬式的保護和控制裝置

關鍵在于實現(xiàn)了信息交換

通過信息交換實現(xiàn)了信息共享，減少變電站設備的重復配置簡化設備之間的互連，從整體上提高了電網(wǎng)自動化水平目前十五頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

數(shù)據(jù)通信包括兩方面的內(nèi)容，一是綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)或各功能模塊間的信息交換，如保護動作信號傳遞給中央信號系統(tǒng)報警，二是變電站與控制中心間的信息交換。即向控制中心和電網(wǎng)調(diào)度傳送變電站的實時信息，電壓、電流、功率的數(shù)值大小，開關狀態(tài)，事件順序記錄（簡稱SOE，SequenceofEvents）等信息，同時接收調(diào)度下達的斷路器操作，在線修改保護定值等命令。調(diào)度中心從全系統(tǒng)范圍內(nèi)考慮電能質(zhì)量，潮流和穩(wěn)定的控制等，將給電力系統(tǒng)管理帶來很大的效益。目前十六頁\總數(shù)四十六頁\編于八點四、通信系統(tǒng)構(gòu)成簡單的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端、調(diào)制解調(diào)器、通信線路，通信處理機和主計算機構(gòu)成，如下圖所示目前十七頁\總數(shù)四十六頁\編于八點相關幾個概念

數(shù)據(jù)終端電力系統(tǒng)被監(jiān)控設備與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡之間的接口，能夠把電氣模擬信號或狀態(tài)量轉(zhuǎn)換為二進制信息向數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡送出，也能夠把從數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡中接受到的控制調(diào)節(jié)指令（或經(jīng)過轉(zhuǎn)換）向受控對象發(fā)出目前十八頁\總數(shù)四十六頁\編于八點通信線路目前電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中各廠站到調(diào)度中心都是串行通信，即根據(jù)一個字節(jié)中各碼元的順序一位一位的傳輸過去，接受端逐位收齊8位后，CPU會將這個字節(jié)一次取走，因此僅需一回傳輸線（兩根）。按照信息傳送的方向時間，數(shù)據(jù)通道系統(tǒng)有單工、半雙工和全雙工兩種可以采用公用通信線路或?qū)Ｓ猛ㄐ啪€路，可以直接連接，也可以通過通信處理機網(wǎng)絡連接。進行通信的通道又稱為“信道”。電力系統(tǒng)通信的信道種類很多，按數(shù)據(jù)傳輸媒介的不同，數(shù)據(jù)傳輸信道可分為有線信道和無線信道兩類。有線信道包括：電力載波、通信電纜、光纖、現(xiàn)場總線等。無線信道包括，微波、衛(wèi)星通信等。目前十九頁\總數(shù)四十六頁\編于八點調(diào)制解調(diào)器：（modem）作用是將二進制數(shù)據(jù)序列調(diào)制（Modulator）成模擬信號或把模擬信號解調(diào)（Demodulater）成二進制數(shù)據(jù)，是計算機與模擬信道之間的連接橋梁

在電力系統(tǒng)中大多數(shù)調(diào)制采用數(shù)字調(diào)頻，又稱移頻鍵控（簡稱FSK：Frequency-shiftkeying）方式調(diào)制與解調(diào)示意圖目前二十頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

通信處理機承擔通信控制任務，完成計算機數(shù)據(jù)處理速度與通信線路傳輸速度間的匹配緩沖，對傳輸信道產(chǎn)生的誤碼和故障進行檢測控制，對網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)流向與密度根據(jù)要求進行路由選擇和邏輯信道的建立與拆除。

主計算機集中數(shù)據(jù)末端采集到的電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，進行判別、分析與控制。目前二十一頁\總數(shù)四十六頁\編于八點第二節(jié)變電站綜合自動化的局域網(wǎng)絡局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，簡寫為LAN），它是把多臺小型、微型計算機以及外圍設備用通信線路互相連起來，并按照網(wǎng)絡通信協(xié)議實現(xiàn)通信的系統(tǒng)變電站綜合自動化所以能夠?qū)崿F(xiàn)，主要是依靠計算機局部區(qū)域網(wǎng)絡目前二十二頁\總數(shù)四十六頁\編于八點構(gòu)成局域網(wǎng)的四大要素?網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)?傳輸介質(zhì)?傳輸控制?通信方式。目前二十三頁\總數(shù)四十六頁\編于八點一、局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡拓撲:在網(wǎng)絡中，多個站點相互連接的方法或形式

（a）星型；（b）總線型；（c）環(huán)型目前二十四頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

星型星型結(jié)構(gòu)指若干臺計算機均與一臺主計算機（或稱中央節(jié)點）相連，由中央節(jié)點執(zhí)行集中式通信控制策略。當某個節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)時，就向中心節(jié)點發(fā)出請求，由交換中心以線路交換方式將發(fā)送節(jié)點與目的節(jié)點溝通形成通信鏈路，通信完畢鏈路立即拆除。星型網(wǎng)絡也可以由中心節(jié)點用輪詢方式依次訪問各個節(jié)點。

顯然，各站點的通信處理負擔很輕，而中央節(jié)點負責建立和控制任意兩個節(jié)點間的通信路徑，任務重，程序復雜。當中央節(jié)點出故障時，整個系統(tǒng)就會癱瘓。為保證系統(tǒng)工作可靠，中心節(jié)點可設置備份。在電力系統(tǒng)中，采用循環(huán)式規(guī)約的遠動系統(tǒng)其調(diào)度端同各廠、站的通信拓撲結(jié)構(gòu)就是星型結(jié)構(gòu)目前二十五頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

總線型

在總線型結(jié)構(gòu)中，所有站點經(jīng)過接口連到同一條總線上。總線結(jié)構(gòu)不設中央控制，屬于分散式結(jié)構(gòu)。在任何時刻，總線只允許兩個站點之間進行通信。報文送到總線上可被所有節(jié)點接收，但只有與目的地址符合的節(jié)點才受理報文。

采用總線方式時增加或減少用戶比較方便。但如總線故障，就會導致全系統(tǒng)失效目前二十六頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

環(huán)型環(huán)型結(jié)構(gòu)是用中繼器（轉(zhuǎn)發(fā)器）將各段鏈路串聯(lián)成環(huán)型。中繼器是一種比較簡單的設備，它能夠接收一條鏈路的數(shù)據(jù)，再以同樣的速度串行地將此數(shù)據(jù)傳送到另一條鏈路上。這種鏈路只能向單一方向傳送數(shù)據(jù)。每個站點都通過一個中繼器連接到環(huán)網(wǎng)上去。數(shù)據(jù)以分組形式發(fā)送，每個節(jié)點都有控制發(fā)送和接收的訪問邏輯，以便決定每個站在什么時候可以將自己的分組信息發(fā)到環(huán)上。在環(huán)形網(wǎng)絡中，報文按一個方向沿著環(huán)一站一站地傳送。報文中含有源節(jié)點地址，目的節(jié)點地址和數(shù)據(jù)等。報文由源節(jié)點送至環(huán)上，有中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，并由目的節(jié)點接收。通常報文還繼續(xù)傳送，返回到源節(jié)點，再由源節(jié)點將報文撤除。環(huán)網(wǎng)一般采用分布式控制，接口設備較簡單。目前二十七頁\總數(shù)四十六頁\編于八點二、局域網(wǎng)的傳輸信道局域網(wǎng)一般采用雙絞線、同軸電纜或光纖等作為傳輸信道，也可采用無線信道。雙絞線一般用于低速傳輸，最大傳輸速率可達每秒幾兆比特。雙絞線傳輸距離較近，但成本較低。同軸電纜可滿足較高性能的要求，與雙絞線相比，同軸電纜可連接較多的設備，傳輸更遠的距離，提供更大的容量，抗干擾能力也較強目前二十八頁\總數(shù)四十六頁\編于八點三、局域網(wǎng)的主要特點（一）安全性。LAN技術無論在理論上還是在軟件和硬件上都已十分成熟可靠，若能針對電力系統(tǒng)的特點采取某些措施，LAN是可以滿足變電站綜合自動化對安全性和可靠性的要求的。（二）開放性。LAN一般都是按照國際標準化組織（ISO）來設計的，可以方便地將不同廠家的設備連接起來，兼容性好，并可以方便地進行二次開發(fā)。（三）由于LAN的標準化設計，系統(tǒng)配置組合相當靈活，允許人們方便地改變或修改系統(tǒng)，而且系統(tǒng)設備來源廣泛，具有豐富地軟件支持。（四）技術方面有：1．傳輸距離較近，一般為0.1~10Km；

2．數(shù)據(jù)傳輸速率較高，通常為1~20Mbit/s；

3．誤碼率較低，一般為~數(shù)量級；目前二十九頁\總數(shù)四十六頁\編于八點四、以太網(wǎng)（Ehternet）簡介目前應用最廣泛、性能最突出的標準LAN是（Ehternet）以太網(wǎng)（IEEE802.3）。以太網(wǎng)采用總線拓撲結(jié)構(gòu)，總線每段長度不超過500m，必要時可經(jīng)中繼器再增加一段或幾段。下圖是一個以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)框圖，從圖中可以看出，凡是用同軸電纜互相連接的各站都能收到主機（HOST）發(fā)出的報文分組，但只有目的地址所指明的終端才可以接收，不需要路徑選擇，沒有中央計算機來進行網(wǎng)絡控制，當網(wǎng)絡中某個站發(fā)生故障，不會影響整個系統(tǒng)的運行目前三十頁\總數(shù)四十六頁\編于八點以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)框圖目前三十一頁\總數(shù)四十六頁\編于八點以太網(wǎng)采用各節(jié)點競爭搶占總線發(fā)送信息的隨機方法，搶到總線的節(jié)點就向總線發(fā)送信息，其它節(jié)點就不能同時發(fā)送信息了。為了克服幾個節(jié)點同時搶占總線發(fā)信的沖突，采用了“先聽后發(fā)”（Litenbeforetalk）的方法，若監(jiān)聽到總線空閑，在稍等一下后立即發(fā)出自己的信息。目前三十二頁\總數(shù)四十六頁\編于八點若監(jiān)聽到總線忙，就一直監(jiān)聽，直到總線有空閑再搶占。并且，已開始發(fā)送信息的節(jié)點還要邊發(fā)送邊監(jiān)聽，驗證總線發(fā)送的信息是否與本站發(fā)送的信息一致，如一致，說明成功，否則，說明有沖突，應立即停止發(fā)送，退讓一個隨機控制時間t后，重新?lián)屨伎偩€。發(fā)送報文如果沖突，并在規(guī)定的時間內(nèi)收到對方肯定性回答ACK，就結(jié)束這次通信，否則繼續(xù)監(jiān)聽，重復發(fā)報過程目前三十三頁\總數(shù)四十六頁\編于八點五串行通信接口在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)間以及系統(tǒng)內(nèi)各功能模塊間大多使用RS-422/RS-485通信接口相連，實現(xiàn)狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)相互交換。變電站綜合自動化系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)使用RS-232通信接口相連，實現(xiàn)信息交換、信息共享.目前三十四頁\總數(shù)四十六頁\編于八點（一）RS-232C與RS-422A串行接口

1.RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）推薦的一種串口通信接口標準，是數(shù)據(jù)終端（如RTU、PC等）同用電話線實現(xiàn)遠距離通信的調(diào)制解調(diào)器（Modem）之間的接口標準。數(shù)據(jù)終端設備(DataTerminalEquipment簡稱DTE）數(shù)據(jù)電路端設備(DataCircuitEquipment簡稱DCE）目前三十五頁\總數(shù)四十六頁\編于八點RS-232C的數(shù)據(jù)傳輸過程目前三十六頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

RS—232C的優(yōu)缺點

優(yōu)點是采用單端驅(qū)動，單端接受電路，傳送每種信號只用一根信號線，所有信號公用一根信號地線，電路簡單，應用廣泛

缺點數(shù)據(jù)傳輸速率不高（200Kbps以內(nèi)），傳輸距離不遠（15m以內(nèi)），且因有公共地線，較易受噪聲干擾。目前三十七頁\總數(shù)四十六頁\編于八點2.RS—422A通信接口在RS—232C接口基礎上改進，提出了RS—422接口。RS—422A標準采用平衡傳輸方式，傳輸一個信號要用兩條線,其連接方式見圖

由于采用平衡傳輸，抗干擾性能力大大加強，傳輸速度和性能與RS—232C相比，提高很多，如距離1200m速度可達100Kbps，若距離為12m遠，速度可達10Mbps目前三十八頁\總數(shù)四十六頁\編于八點（二）RS-485總線接口

RS-485僅能用于半雙工通信。其電氣特性圖同RS-422，RS-485電氣連接見右圖

由于RS-485采用平衡傳輸，每個信號采用2根信號線傳輸，具有良好的抗干擾性能。故在實踐中常采用RS-485電氣接口，組成總線通信網(wǎng)，實現(xiàn)一點對多點通信目前三十九頁\總數(shù)四十六頁\編于八點RS—485組網(wǎng)連接示意圖目前四十頁\總數(shù)四十六頁\編于八點RCS—9698總控單元通信接線圖目前四十一頁\總數(shù)四十六頁\編于八點第三節(jié)現(xiàn)場總線

RS-485

不足：

首先，在采用RS-422、RS-485通信接口時，雖然可實現(xiàn)多個節(jié)點（設備）間的互連，但接口的節(jié)點一般不超過32個，在變電站規(guī)模較大時，不能滿足自動化的系統(tǒng)的要求；其次，采用RS-422或RS-485通信接口，其通信方式多為查詢方式，即由主計算機詢問，保護單元或自控裝置應答，通信效率低，難以滿足較高的實時性要求；

目前四十二頁\總數(shù)四十六頁\編于八點

再者使用RS-422/RS-485通信接口，整個通信網(wǎng)上只能有一個主節(jié)點對通信進行管理和控制，其余皆為從節(jié)點，受主節(jié)點管理和控制，這樣，主節(jié)點變成為系統(tǒng)