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第三章 电力系统远动技术


第三章 电力系统远动技术

微机保护装置的构成

1、模拟量输入部分 2、数字量输入部分 3、数字量输出部分 4、计算机部分 5、电源部分

第三章 电力系统远动技术

模拟量输入部分

开关量(数字量)输入回路
(1)装置面板上的接点

(2)从装置外部经端子排引入装置的接点

第三章 电力系统远动技术

?开关量(数字量)输出回路

装置开关输出回路接线图

第三章 电力系统远动技术

第三章 电力系统远动技术
? 第一节 信息传输基础 信息传输的过程称为通信,所有通信都是将 消息变成与之对应的信号来传递。 现代通信主要是以电信号来传递的,通常寄 托在电信号的某一参量上,按电信号的参量承载 的信号类型可分为 连续的:模拟信号——普通的电话机 离散的:数字信号——电报、传递的数据、遥控指 令等

第三章 电力系统远动技术

第三章

电力系统远动技术

第一节 信息传输基础

点与点之间建立的通信系统是通信的最基本形式,
其如下框图所示 。
信源 变换器 信道 反变换器 信宿

噪声源

第三章 电力系统远动技术

? 模拟通信和数字通信
(1) 模拟通信一般指的是信源发出的、信宿接收的和信

道传输的等都是模拟信号的通信过程或方式。
(2) 数字通信一般是指以数字信号的形式传输信号的系

统。
? 数字通信具有以下特点: (1) 抗干扰能力强。 (2) 便于进行信号加工与处理 (3) 传输中出现的差错(误码)可以设法控制,提高了传 输质量

第三章 电力系统远动技术

(4) 数字信息易于加密且保密性强

(5) 能够传输话音、电视和数据等多种信息,增加了通
信系统的灵活性和通用性。

缺点:信号带宽增加,频带的利用率低 模拟电话信号带宽为4KHZ 数字电话信号带宽为20KHZ~60KHZ

第三章 电力系统远动技术

?数字通信传输方式
? 串行传输,并行传输
A0 A1 0 1 0 1 A0 A1 A2 A3 A3 A2 A1 A0 1 0 1 0

A

A2 A3

B

A

B

T T (a) (b)

第三章 电力系统远动技术

?点到点通信、点到多点通信和多点到多点通信
?单工方式、半双工方式和双工方式

甲方发信端

信道 (a)单工方式

乙方收信端

甲方发信端 信道 甲方收信端 (b)半双工方式 甲方发信端 信道 甲方收信端 (c)全双工方式
?

乙方发信端 乙方收信端

乙方收信端

乙方发信端

直通方式和交换方式 (需交换机)

?

同步通信和异步通信

第三章 电力系统远动技术

?信息传输速率与误码率
?通信系统的性能指标:有效性(速度)、可靠性

(质量)、适应性、经济性及维护使用
1. 信息传输速率

数字信号由码元组成,定义单位时间传输的码元
数为码元速率Rs,单位为码元/s,又称波特(baud), 简记为Bd,所以码元速率也称波特率。 定义单位时间传输的信息量为信息速率Rb,单位 为bit/s (比特/秒),所以信息速率又称比特率。

第三章 电力系统远动技术

码元可以是二进制的,也可以是多进制的,进制不
同的码元携带的信息量不同。一个二进制码元的信息

量为1bit,一个M进制码元的信息量为log2M bit,所
以码元速率Rs和信息速率Rb之间的关系为
Rs ? Rb lo g 2 M R b ? R s lo g 2 M ( b it / s ) (b a u d )

如每秒钟传送2400个码元,则码元速率为2400

baud;当采用二进制时,信息速率为2400bit/s;若采
用四进制时,信息速率为4800bit/s。对于二进制,在

数值上波特率和比特率是相等的,但其意义是不同的

第三章 电力系统远动技术

2. 误码率
Pe ? lim 发生误码个数 传输总码元数
n? ?

?异步传输和同步传输 1. 异步通信

第三章 电力系统远动技术

2. 同步通信
接收端的时钟严格保持与发送端一致,同步通信时

一个数据帧中包含有如下几个部分 :
同步码、数据码、校验码。

第二节 电力系统远动通信系统简介
远动系统的构成:厂站端远动装置、调度端远动装置和远 动信道 调度中心——主站(控制站),厂站——子站 安装在主站和子站的远动装置分别称为前置机和远动终端 装置RTU

第三章 电力系统远动技术

s

m

c

R

? 二进制数字信号通信(数字信号的调制与解调) 二进制数字调制中,包括三种形式:幅度键控 (ASK) 、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)

第三章 电力系统远动技术

?数字信号的调制

第三章 电力系统远动技术

?数字信号解调

? 振幅键控非相干解调原理框图

? 振幅键控 非相干解 调过程各 点波形图

第三章 电力系统远动技术

2. 频率键控(FSK)(非相干解调)

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2. 频率键控(FSK)(非相干解调)

第三章 电力系统远动技术

?相位键控相干解调原理

?相位键控

相干解调过
程各点波形 图

第三章 电力系统远动技术

第三节 信息传输差错控制原理
?差错控制方式

前向纠错(FEC)、检错重发(ARQ)和混合纠错(HEC)
是常用的三种差错控制方式

第三章 电力系统远动技术

?几种常用的检错码有如下几种:
(1) 奇偶监督码

(2) 二维奇偶监督码
(3) 重复码

(4) 恒比码

第三章 电力系统远动技术

重复码
? 检错 增加一位,即“11”表示开关闭合,“00”表示开关断开 “11” “10” “01” 丢弃 ? 纠错 再增加一位,即“111”表示开关闭合,“000”表示开关断开 “111” “110” “101” “011” 根据多数表决法的判断原则应为闭合

第三章 电力系统远动技术

奇偶校验
?在帧中每一个字末端附上一个奇或偶校验 码。 选择附加码是“1”或“0”的原则为: 使得该字包括监督码元在内含有偶个“1” (偶校验)或奇数个“1”(奇校验)

第三章 电力系统远动技术

二维奇偶监督码
字符码字 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 码 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 字 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0

校验字符

0 0 0 0 0 1 1

恒比码:从某确定码长的码组中挑选那些1和0的比例为 恒定值的码组作为许用码,在检验时,只要计算接受码组 中的1的数目是否正确,就可知道有无错误

第三章 电力系统远动技术

?现场总线通信方式 使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力,采用可
进行简单连接的双绞线等作为总线,把多个测量控制仪 表连接成的网络系统 ?现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之 间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放

?现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,

式、数字化、多点通信的控制网络
?以现场总线为基础的现场控制层,其网段与工厂现场设

备相连,是工厂信息网络集成系统的底层,是工厂底层
网络

第三章 电力系统远动技术

现场总线通信方式
? 采用现场总线,实现了控制系统的综合管理和自 律分散控制 ?现场仪表具有综合管理功能 ?系统控制功能的自律分散 ?系统控制功能的下移

第三章 电力系统远动技术

现场总线通信方式
? 双向数字通信方式的特点 ? 一根双绞线可连接多台设备,从而减少导线数量,降低配 线成本 ? 由于采用数字传输方式,可以实现高精度的信息处理,提 高控制质量 ? 由于实现了多重通信,除了可以传送过程变量、控制变量 外,还传送大量的现场设备管理信息 ? 现场仪表之间可以通信,实现了现场仪表自律分散控制 ? 由于现场总线仪表具有互操作性,不同厂家的仪表可以自 由组合,为用户提供了更为广泛的选择余地 ? 实现了测量仪表、电气仪表、分析仪表的综合化 ? 在控制室就可以对现场仪表进行调试、校验、诊断和维护

第三章 电力系统远动技术

? 目前几种有影响的现场总线有:基金会、LonWorks、 PROFIBUS、CAN、HART等现场总线
? 基金会现场总线: 以美国Fisher-Rosemount(ISP协议)公司为首,联合ABB、西门 子等80多家公司和以Honeywell(World FIP协议)公司为首,联合欧 洲等地的150多家公司于1994年9月合并成立了现场总线基金会,致力 于开发出国际上统一的现场总线协议。它以ISO/OSI开放系统互连模型 为基础,取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次, 并在应用层上增加了用户层 ? LonWorks: 由美国EchelonI公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导, 与1990年正式公布而形成,采用ISO/OSI模型的全部七层通讯协议,采 用了面向对象的设计方法,通过网络变量把通信设计简化为参数设置, 其通信速率从300bps至1.5bps不等,直接通信距离可达2700m;支持 双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质。它 已被广泛的应用于楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交 通运输、工业过程控制等行业。另外,在开发智能通信接口、智能传感 器方面,LonWorks神经元芯片业具有独特的优势

第三章 电力系统远动技术

?PROFIBUS: 是德国国家标准DIN19245和欧洲标准 EN50170的现场总线标准。由PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-PA组成了 PROFIBUS系列。 DP型用于分散外设间的高速数据传输,适用 于加工自动化领域的应用。 FMS意为现场信息规范,适用于纺织、楼宇 自动化、可编程控制器、低压开关等。 PA用于过程自动化的总线类型。

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? CAN: 是控制局域网络的简称,最早由德国的BOSCH公司推出,用于汽 车内部检测与执行部件之间的数据通信。其总线规范已被ISO国际标 准组织制订为国际标准。由于得到了Motorola, Inter, Philip, NEC等 公司的支持,他广泛应用于离散控制领域。 ? HART 被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议,特点是在现 有模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统向数字系统转 变过程中的过渡性产品。
? 不同的现场总线,具有不同的体系结构,一般都分为不同的层次 , 每个层次具有不同的具体含义,如基金会现场总线定义了三个层次 : (1) 物理层 (2) 通信层 (3) 用户层

第三章 电力系统远动技术

? 局域网信息传输 ?局域网(Local Area Networks,LAN)是把多台小型、

微型计算机以及外围设备用通信线路互连起来,并按一
定的网络通信协议实现通信的系统

第三章 电力系统远动技术

? 局域网信息传输
LAN的标准主要由IEEE802委员会制定,并得到国际

标准化组织ISO的采纳。相对于广域网,LAN的基本特
征由下列三方面: ? 覆盖的地理范围可以在一幢大楼或一个建筑群 ?数据传输速率高,如10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s的 以太网已得到广泛的应用 ?误码率很低 电力公司中应用LAN主要从办公自动化(OA) 和工厂自动化(FA)两个方面展开

第三章 电力系统远动技术

第四节 电力系统远动装置功能与结构
? 远动装置概述

?远动是电网调度自动化系统的重要组成部分。
?远动系统的主要任务是将厂站的实时运行信息送给调度

控制中心;把调度的控制、调节等命令送给厂站执行。
?遥信、遥测、遥控和遥调是远动的基本功能

第三章 电力系统远动技术

?电网调度自动化的基本组成部分是数据采集和监控系统,
即SCADA系统

?在其基础上配以自动发电控制、经济调度控制以及其他
如安全监视、安全分析等功能构成能量管理系统 (Energy Management System,EMS)。 ?远动终端(Remote Terminal Unit,RTU)是电网监视和 控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置,简 称RTU

第三章 电力系统远动技术

电网监控系统简图

第三章 电力系统远动技术

? 远动装置的基本构成

第三章 电力系统远动技术

?远动装置的软件结构

第三章 电力系统远动技术

?RTU原理框图

第三章 电力系统远动技术

第五节 RTU“四遥”单元
?遥测量采集单元(模拟遥测量、数字遥测量、脉冲遥测量的采集)

1. 模拟遥测量(A/D转换型)
传感器 采样保持

. . .
传感器

. . .
采样保持 CPU 多 路 转 换 开 关

电压形成回路 TV 变 换 器 电压形成回路

滤波 滤波

采样保持 采样保持

A/D

存储器

TA

. . .
电压形成回路

. . .
滤波

. . .
采样保持

第三章 电力系统远动技术

? 电压-频率转换型

2. 数字遥测量的采集

对于数字式仪表(如数字式水位计、数字式频率计等),
经必要的电平匹配和隔离等以后,用三态门或并行口直

接取入数据

第三章 电力系统远动技术

3. 脉冲遥测量的采集
+5V

脉冲量输入

脉冲电度表

双绞线

第三章 电力系统远动技术

?遥控量输出单元(通常以继电器触点方式提供)

?断路器控制回路
对断路器控制回路的基本要求 ?既可由控制开关进行手动跳、合闸,又可由继电保护和自动装置自动跳、合闸;

?断路器跳闸或合闸完成后,应能自动切断跳闸或合闸回路,防止因通电时间过 长而烧坏线圈;
?应有指示断路器状态的位置信号,而且能够区分自动跳、合闸与手动跳、合闸 的位置信号; 应有防止断路器多次连续跳、合闸的跳跃闭锁装置; ?应有指示断路器控制回路完好性的监视信号; ?在满足以上基本要求的前提下,应力求简单、可靠。

第三章 电力系统远动技术

1.控制开关

?控制开关又称为“万能转换开关”,是电气工作人员对断路器进行 分、合闸控制的操作元件。 ?目前变电所多采用LW2型控制开关,它共有六个位置: ?预备操作位置:“预备合闸”和“预备跳闸” ?操作位置:“合闸”和“跳闸” ?固定位置:“合闸后”和“跳闸后”

合闸操作顺序:预备合闸→合闸→合闸后 跳闸操作顺序:预跳备闸→跳闸→跳闸后

第三章 电力系统远动技术
LW2型控制开关的触点图表。

第三章 电力系统远动技术

防跳回路 作用:防止运行人员手动合闸断路器于故障线路上,
断路器又被继电保护装置动作于跳闸后,断路器

会出现多次连续跳、合闸的跳跃现象。
? KCF为防跳继电器,它有两个线圈:一个是电流 启动线圈KCFI,接在跳闸回路中;另一个是电压 保持线圈KCFU,通过本身的一个常开触点KCF1 接入合闸回路。

第三章 电力系统远动技术

? 继电保护回路

第三章 电力系统远动技术

? 断路器控制回路图
+KM -KM

1FU YKH KM KCB KCB QF QF YT

2FU

YKT

+HM

-HM

3FU KM YC KM

4FU

第三章 电力系统远动技术

遥信量采集单元
断路器、隔离开关的位置状态,传送继电保护、自动装置的动作状态, 以及系统、设备等运行状态信号,如厂站端事故总信号,发电机组开、

停状态信号以及远动终端、通道设备的运行和故障等

第三章 电力系统远动技术

带时限电流速断保护原理图

第三章 电力系统远动技术

?遥调量输出单元
总线 生产现场 过程调节 放 大 驱 动 D/A 转 换 器 输 出 接 口 CPU

锁 存 器

第三章 电力系统远动技术

RTU“四遥”单元设计原理
? 遥测量采集单元 1. 模拟遥测量(A/D转换型、电压-频率转换型) 2. 数字遥测量的采集 3. 脉冲遥测量的采集
? 遥信量采集单元

? 遥控量输出单元
? 遥调量输出单元

第三章 电力系统远动技术

第六节 电力系统远动通信规约
? 定义: 收发两端需预先对数码传输速率、数据结构、 同步方式等进行约定,两侧设备应符合并遵守这 些约定,称为通信规约 ? RTU与调度中心通信的特点 距离远 实时性强(用允许传送时间来表示) 可靠性高

第三章 电力系统远动技术

第六节 电力系统远动通信规约
远动规约主要有两种:循环式远动规约和问答式

远动规约
?循环式远动规约:

以厂站端RTU为主,不断循环向调度中心上报现
场数据的远动数据传输规约。在厂站端与调度中心的

远动通信中,RTU周而复始的按一定规则向调度中心
传送各种信息。

第三章 电力系统远动技术

循环式远动规约的特点
? 数据格式在发送端与接受端事先预定好,按时间 顺序连续循环发送; ? 允许多个从站和多个主站间数据传送,但必须采 用全双工方式,且只能采用点对点方式连接; ? 重要数据发送周期短,实时性强,一般数据发送 周期长,主站对其响应慢; ? 数据传送以现场端为主,因此若发生暂时性通讯 失败,当通讯恢复时,未发送的数据仍有机会上 报 ? 容量大,可传送152路遥信量,256路遥测量

第三章 电力系统远动技术

第六节 电力系统远动通信规约
? 问答式远动规约: 以调度中心为主的远动数据传输规约。调度中 心按一定规则向厂站端发出各种询问报文,RTU 必须在规定的时间内应答,否则视为本次通信失 败。 通信信道可以是双工或半双工、信息传输为 异步传输方式

第三章 电力系统远动技术

第六节 电力系统远动通信规约
1. 循环式(Cyclic Digital ransmission,CDT) 远动规约

(1) 同步字。同步字按通道传送顺序分为三组 EB90H,即1110、1011、1001、0000、..。

第三章 电力系统远动技术

(2) 控制字。控制字共有六个字节(6 B),
控制字节 帧类别 信息字数 n 源地址 目的地址 校验码

E L

S

D

0

0

0

1

① 控制字节: E——扩展位,当E=0时,使用标准的定义帧类别;

当E=1时,帧类别可另行定义,以便扩展功能。

第三章 电力系统远动技术

L——帧长定义位,当L=0时,表示本帧没有信息字;

当L=1时,表示本帧有信息字。 源站址字节即代表信息始发站的站号。
即代表信息到达站的站号;D=0表示目的站址字节内容 为FFH,即代表广播命令,所有站同时接收并执行此 命令。

S——源站址定义位,S=1表示控制字中源站址有内容,

D——目的站址定义位。D=1表示目的站址字节有内容,

以上所述的上行信息和下行信息中若同时S=0,D=0,
则表示源站址和目的站址无意义

第三章 电力系统远动技术

② 帧类别
帧类别 代号 61H C2H B3H 定 上行 E=0 重要遥测(A帧) 次要遥测(B帧) 一般遥测(C帧) 遥控选择 遥控执行 遥控撤销 义 下行 E=0

F4H
85H 26H

遥信状态(D1帧)
电能脉冲计数值(D2帧) 事件顺序记录(E帧)

升降选择
升降执行 升降撤销

57H
7AH 0BH 4CH 3DH 9EH

设定命令
设置时钟 设置时钟校正值 召唤子站时钟 复归命令 广播命令

第三章 电力系统远动技术

③ 信息字数n。表示该帧中所含信息字数量,n=0表
示无信息字

(3) 信息字
每个信息字由六个字节构成:功能码一个字节,信

息、数据码四个字节和校验码一个字节
功能码 信息数据 校验码

功能码有256个(00H~FFH),分别代表不同的信息 用途

第三章 电力系统远动技术
功能码代号 00H~7FH 字 128 数 遥测 用 途 信息位数 16 容 256 量

80H~81H
82H~83H 84H~85H 86H~89h 8AH 8BH

2

事件顺序记录
(备用)

64

4096

2 4 1 1

子站时钟返回 总加遥测 频率 复归命令(下行)

64 16 16 16

1 8 2 16

8CH
8DH~92H 93H~9FH A0H~DFH

1
6

广播命令(下行)
水位 (备用)

16
24

16
6

64

电能脉冲计数器

32

64

E0H

1

遥控选择(下行)

32

256

第三章 电力系统远动技术
E1H E2H E3H E4H E5H E6H E7H 1 1 1 1 1 1 1 遥控返校 遥控执行(下行) 遥控撤消(下行) 遥控选择(下行) 升降返校 升降执行(下行) 升降撤销(下行) 32 32 32 32 32 32 32 256 256 256 256 256 256 256

E8H
E9H EAH EBH ECH EDH EEH~EFH F0H~FFH

1
1 1 1 1 1 2 16

设定命令(下行)
(备用) (备用) (备用) 子站状态信息 设置时钟校正值(下行) 设置时钟(下行) 遥信

32
32 32 8 32 64 32

256
256 256 1 1 1 512

第三章 电力系统远动技术

2. 问答式(polling)远动规约简介
按照问答式远动规约DL/T 634-97要求,其帧格

式有两种:可变帧长帧格式和固定帧长帧格式
?可变帧长帧格式
启动字符(68H) L L重复 启动字符(68H) 控制域(C) 链路地址域(A) 链路数据用户区 帧校验和(CS) 结束字符(16H) L个字节 报文头

第三章 电力系统远动技术
D7 主 站 子 站 0 D6 1

其中控制域:
D5 帧计数位 FCB 要求访问位 ACD D4 帧计数有效位 FCV 数据流控制位 DFC D3 23 D2 22 D1 21 D0 20

子 站

主 站

传输方向位 启动报文位 DIR PRM 1 0

功能码

启动字符(68H) L 报文头

问答式远动规约功能码:

L重复 启动字符(68H) 控制域(C) 链路地址域(A) 链路数据用户区 帧校验和(CS) 结束字符(16H)

L个字节

第三章 电力系统远动技术
功能码 序号 0 1 2 3 4 5 6、7 8 9 10 请求/响应帧 请求/响应帧 请求/响应帧 请求/响应帧 11 帧 类 型 发送/确认帧 发送/确认帧 发送/确认帧 发送/确认帧 发送/无回答帧 业务功能 复位远方链路 复位远动终端的用户进程(撤销命令) 用于平衡式传输过程测试链路功能 传送数据 传送数据 (备用) 制造厂和用户协商后定义 响应帧应说明访问要求 召唤链路状态 召唤用户一级数据 召唤用户二级数据 帧计数有 效位FCV 0 0 — 1 0 — — 0 0 1 1


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