1、電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控原理第一節(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)遠(yuǎn)動(dòng)，應(yīng)用通信技術(shù)對遠(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。第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理近程監(jiān)控近程監(jiān)控： 如：發(fā)電廠內(nèi)部鍋爐、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)控遠(yuǎn)程監(jiān)控：如調(diào)度控制中心要對電力系統(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)電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)的主要任務(wù)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

2、廠和變電所，對設(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：測量量和狀態(tài)量等 測量量測量量：有功功率、無功功率、電壓、電 流、頻率、水庫的水位等。 狀態(tài)量狀態(tài)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。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的四項(xiàng)基本功能： 遙測、遙信、遙控、遙調(diào)應(yīng)用通信技術(shù)傳送被測變量的測量值，稱為遠(yuǎn)程測量，簡稱遙測。應(yīng)用通信技術(shù)完成對設(shè)備狀態(tài)信息的監(jiān)視，稱為遠(yuǎn)程信號(hào)，簡稱遙信。 第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理調(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。

3、第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理應(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)備進(jìn)行分、合、起、?？刂?，就發(fā)出相應(yīng)的控制命令。這種應(yīng)用通信技術(shù)，完成對有兩個(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，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)控的基本原理當(dāng)調(diào)度控制中心需要對發(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)，簡稱遙調(diào)。第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理二、電力系

4、統(tǒng)的分層管理二、電力系統(tǒng)的分層管理第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理n電力系統(tǒng)：規(guī)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。n所以：分層管理第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理 我國電力系統(tǒng)的五級(jí)調(diào)度體制n國家調(diào)度一級(jí)電網(wǎng)調(diào)度（簡稱國調(diào)國調(diào)）n大區(qū)的電網(wǎng)調(diào)度(網(wǎng)調(diào))、n省電網(wǎng)調(diào)度(省調(diào))、n地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度(地調(diào))、n縣電網(wǎng)調(diào)度(縣調(diào))（如圖11） 二、電力系統(tǒng)的分層管理國家調(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110kV、

5、35kV變電所中小型變電所 圖1-1 電力系統(tǒng)分層管理示意第一節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的基本原理n電力系統(tǒng)調(diào)度控制的基本任務(wù)：基本任務(wù)：n保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，n以質(zhì)量合格的電能滿足用戶用電的需要，n并使發(fā)電成本為最低。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)度控制主要作用主要作用：n (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。n (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。n (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）各級(jí)調(diào)度的基本功能各級(jí)調(diào)度的基本功能：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控SCADA（Supervisory Cont

6、rol 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n自動(dòng)發(fā)電控制AGC (Automatic Generation Control)的主要功能： 維持電力系統(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。n經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制EDC (Econ

7、omic 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 三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖1-2 監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框圖運(yùn)行人員信息采集和處理控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信息采集和命令執(zhí)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信機(jī)通信機(jī)信息輸入設(shè)備命令輸出執(zhí)行設(shè)備信道 與上級(jí)調(diào)度通信與其他廠站通信信息傳輸子系統(tǒng) 信息采集處理和控制子系統(tǒng) 人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)電力生產(chǎn)過程測量量狀態(tài)量操作命令調(diào)節(jié)命令調(diào)度端廠站端鍵盤打印機(jī)顯示器模擬屏三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)三、監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)分為四個(gè)子系統(tǒng)n信息采

8、集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)n信息傳輸子系統(tǒng)n信息采集處理和控制子系統(tǒng)n人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)第二節(jié)第二節(jié) 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型一、模擬通信和數(shù)字通信1. 通信系統(tǒng)基本模型信息源發(fā)送設(shè)備接受設(shè)備信道受信者噪聲源發(fā)送端接收端mg(t)s(t)r(t)g(t)m圖1-3 通信系統(tǒng)基本模型2. 模擬信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)連續(xù)消息連續(xù)消息：狀態(tài)聯(lián)系變化的消息，如強(qiáng)弱連續(xù)變化的語音等，也稱模擬消息離散消息離散消息：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)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)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)離散值和模擬通信相比，數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)： n 抗干擾

9、能力強(qiáng)n 便于使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。n 可以傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)變得通用、靈活。缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：占用的信道頻帶通常要寬的多3.數(shù)字通信數(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)的通信方式數(shù)字通信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)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型二、通信工作方式二、通信工作方式二、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碼元數(shù)衡量，稱為碼

10、元速率，單位為波特 (Bd，Baud)碼元速率也稱波特率波特率，它表征每秒傳送的碼數(shù) 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)。 第三節(jié)第三節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1. 主站、子站與主站、子站與RTUn對其它站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的站，稱為監(jiān)控站或主主站站，受主站監(jiān)控的站稱為被控站或分站、子站子站。n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)終端遠(yuǎn)動(dòng)終端RTU。2. 上行信息、下行信息上行信息、下行信息 被控站發(fā)往控制站的信息，如遙測遙測信息、遙信遙信信息等，稱為

11、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，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。 n遙測：n有功功率、無功功率、電壓、電流等被測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。n遙測編碼器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，編成一定格式的代碼。信道編碼器為遙測數(shù)據(jù)添加監(jiān)督碼元，進(jìn)行抗干擾編碼。n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方。 n遙信n遙信與遙測類似，但遙信傳送的是狀態(tài)量。n一位二元制數(shù)可表示一個(gè)開關(guān)位置狀態(tài)。分路器信道譯碼器信道編碼器并串變換調(diào)制器解調(diào)

12、器串并變換遙測編碼器遙信編碼器遙測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、遙信變送器變送器狀 態(tài) 量被測物理量 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 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)造成混亂甚至無法作。第四節(jié)第四節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)配置的基本類型與分層遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)配置的基本類型與分層一、基本類型一、基本類型n點(diǎn)對點(diǎn)點(diǎn)對點(diǎn)

13、配置n多路點(diǎn)對點(diǎn)多路點(diǎn)對點(diǎn)配置n多點(diǎn)星形多點(diǎn)星形配置n多點(diǎn)共線多點(diǎn)共線配置n多點(diǎn)環(huán)形多點(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：（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)對點(diǎn)； (b)多路點(diǎn)對點(diǎn)；(c)多點(diǎn)星形；(d)多點(diǎn)共線；(e)多點(diǎn)環(huán)形n可組合配置第五節(jié)第五節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸?shù)幕竟ぷ髂Ｊ竭h(yuǎn)動(dòng)信息傳輸?shù)幕竟ぷ髂Ｊ?在數(shù)字式遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，遠(yuǎn)動(dòng)信息都采用數(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

14、 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)之二遙測或遙信字的一般結(jié)構(gòu)見圖19(a)：n用戶數(shù)據(jù)是遙測量數(shù)據(jù)或狀態(tài)量數(shù)據(jù)等n標(biāo)志用以表明該遠(yuǎn)動(dòng)字的特征n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n監(jiān)督碼元用來提高抗干擾能力n幀的開頭有幀分界符，作為一幀開始的標(biāo)志n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)： 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，如幀的類型是遙測類還是遙信類，這一幀的

15、長度是多少字節(jié)等。 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?，可有以下幾種基本類型：n循環(huán)傳輸模式n自發(fā)(事件發(fā)動(dòng))傳輸模式n按請求(問答或輪詢)傳輸模式第六節(jié)第六節(jié) 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)的主要性能指標(biāo)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)的主要性能指標(biāo)一、可靠性一、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?？煽啃砸话憧捎谩捌骄收祥g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

16、故障之間工作時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均值。 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：%100故障及維修的停運(yùn)時(shí)間可用的運(yùn)行時(shí)間可用的運(yùn)行時(shí)間A2. 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１忍夭铄e(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ep發(fā)送的碼元總數(shù)收到的有錯(cuò)碼元數(shù)ep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。用偏差對滿刻度的百分比表示，IECTC-57對總準(zhǔn)確度級(jí)別的劃分見表1-5?？倻?zhǔn)確度級(jí)別滿

17、量程的總體誤差(%) A1 5.0 A2 2.0 A3 1.0 A4 0.5 Ax特定等級(jí)表1-5 總準(zhǔn)確度級(jí)別二、準(zhǔn)確度二、準(zhǔn)確度三、實(shí)時(shí)性 電力系統(tǒng)對遠(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。作為一般監(jiān)視用的遙測量，重要的、變動(dòng)快的遙測量可定為3s，對于不重要的、變動(dòng)較慢的遙測量可定為10s或更長些。n對于遙信，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