1、12标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容3第3章 变电站自动化系统 3.13.1变电站自动化系统的发展 3.23.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.1 3.2.1变电站自动化系统的主要功能 3.2.2 3.2.2 变电站自动化系统结构 3.2.3 3.2.3 变电站自动化系统的层间通信 3.33.3远动终端RTURTU简介 3.3.1 RTU 3.3.1 RTU的概念及分类 3.3.2 RTU 3.3.2 RTU的结构及工作过程 3.3.3 RTU 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法43.13.
2、1变电站自动化系统的发展 传统的变电站的二次回路是由继电保护、测量仪表、自动装置、远动等各类装置组成的。这些装置各自独立设置，自成系统，且按专业分工由不同的人员管理。因此，存在各类装置间功能相互覆盖，部件重复配置，二次接线复杂，需大量地敷设二次电缆以及维护工作量大等问题。20世纪80 年代，微机化的保护、监控装置逐渐替代了传统的电磁式或静态二次设备。尽管这些微机化的智能装置的功能与作用各异，但其硬件结构是类似的，并且都包含数据采集、数据处理与远传以及命令执行等基本功能。因此，人们提出了变电站自动化系统（SA系统）的概念，使一套微机硬件装置完成更多的功能，并且所有的装置通过通信接口联系在一起，形
3、成一个集成的计算机系统，以避免重复配置，简化二次回路。5 早期的SA系统比较简单，各类微机智能装置，如保护、故障录波等，基本上是单独设置的，只不过是通过RTU数据转发接口或者是专用的通信处理机，实现与调度中心的通信联系，没有做到真正意义上的系统集成与优化设计。直到20 世纪90年代，随着微机智能装置功能更加完善以及计算机网络技术的广泛应用，SA 系统集成技术有了实质性发展，进入了综合自动化发展阶段。6 变电站综合自动化技术，指的是利用现代微电子、计算机、通信及网络技术，将变电站的继电保护、测量仪表、自动装置、远动、信号系统等二次设备的功能进行组合和优化设计，实现变电站的保护、监视、控制及协调，
4、以提高变电站运行、管理水平。7 经过多年的发展，变电站综合自动化技术日趋成熟。现在，我国新建的 110kV、35kV变电站基本都采用了综合自动化系统，广泛应用就地安装的面向一次设备的保护、监控及通信一体化装置，通信联系也逐步地从简单串行接口发展到各种现场总线或光纤以太网。变电自动化技术的发展，促进了无人值班管理模式的推广。在远动技术出现之前，由于难以在控制中心及时了解变电站运行状态，变电站一般都采用有人值班管理模式。远动技术出现以后，人们可以在控制中心，及时掌握变电站实时运行状态，并进行远程操作控制，电力部门开始推广无人值班管理，以达到减人增效的目的。83.2变电站自动化系统的功能及结构 3.
5、2.1变电站自动化系统的主要功能 1继电保护 包括变压器保护、线路保护、馈线保护、电容器保护、母线保护等。对于一些重要的一次设备，如变压器、超高压线路等，为保证保护动作的可靠性，仍采用保护装置与其他监控装置分开设置的做法；而在保护功能相对简单的配电网馈线上，采用集保护及监控功能于一体的装置。这些微机化的智能装置均设计有通信接口，能够上传保护定值以及采集到的模拟信号和开关状态信息，同时接收调度端下达操作、控制、定值修改等命令。93.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.1变电站自动化系统的主要功能 2数据采集及监控 这部分功能又称为 SCADA 监控功能。采集反应变电站实时运行状态的数据，包括
6、模拟量（线路电压、电流、有功、无功、母线电压、频率等）、状态量（断路器状态、隔离开关状态、变压器分接头位置等）、电度量或脉冲量、继电保护以及各种自动装置的动作信息等。以往数据采集及调度命令执行的功能，由专用的远动终端（RTU）来完成。在变电站综合自动化里，更多的数据采集及控制任务是直接由保护、监控装置完成的。103.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.1变电站自动化系统的主要功能 3故障录波与测距 记录系统故障时电压、电流的变化、保护与自动装置动作情况，测量线路故障距离。对配电系统的 110kV、35kV 变电站，故障录波功能一般集成在微机保护装置里；而输电系统变电站和一些重要的配电变电站
7、里，仍然采取安装独立的故障录波装置的做法。113.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.1变电站自动化系统的主要功能 4操作控制 主要是断路器、隔离闸刀、变压器分接头等电气设备的投切，并具有电脑“五防”操作闭锁功能，即防带负荷拉合隔离刀闸、防止误入带电间隔、防止误分合断路器、防止带电挂地线、防止带地线合闸。5自动控制 包括电压及无功控制功能，通过投切电容器组和调节变压器分接头位置，控制电压及无功潮流，此外还有备用电源自投、低频低压减载等自动控制功能。6自诊断功能 系统内各单元具备自诊断功能，并能够将自诊断信息上传至当地监控系统或远方调度中心。123.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.2
8、 变电站自动化系统结构 根据 IEC61850 标准，SA系统的结构可分成三个层次：0 层次：称为过程层，包括开关、变压器等一次设备以及各种互感器、传感器和执行机构等接口设备；1 层次：称为现场保护控制单元层（Bay level unit），又称间隔层，包括保护、测量、控制、以及扰动记录等二次设备；2 层次：为变电站层，包括通信处理机、当地监控主站等。习惯上，人们将变电站层的设备称为上位机或后台机。133.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.2 变电站自动化系统结构 SA系统主要有以下几种结构形式：1集中式结构 集中式结构指的是集中采集处理变电站数据，完成保护监控任务，其安装方式是集中组屏
9、。集中式结构具有紧凑、造价低的优点，但功能过于集中，一旦出现故障，影响面大，且构成复杂、程序设计麻烦、难以扩展、功能配置不直观、调试维护不方便。143.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.2 变电站自动化系统结构 目前，SA 系统很少采用集中式结构，只是在一些老变电站的自动化改造项目中有所应用。图3-1 所示的是最初开发的以RTU为基础的变电站自动化系统，该系统未涉及继电保护，只是在RTU基础上加上一台微机为中心的当地监控系统，保留原有的保护、控制屏台，是国内变电站自动化技术的第一阶段。系统采用一套集中式RTU采集处理变电站数据，完成变电站远程监控功能，通过采样信号继电器辅助触点状态，监视
10、继电保护及控制设备的动作情况。153.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.2 变电站自动化系统结构 图3-2是在微机保护得到广泛应用后的集中式变电站自动化系统典型框图，该系统在变电站控制室内设置计算机系统作为变电站自动化的心脏，另设置一数据采集和控制部件用以采集数据和发出控制命令。微机保护柜除保护部件外，每柜有一管理单元，其串行口与变电站自动化系统的数据采集及控制部件相连接，传送保护装置的各种信息和参数，整定和显示保护定值，投停保护装置。此类集中式变电站自动化系统可以认为是国内变电站自动化技术的第二阶段。163.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.2 变电站自动化系统结构 2分层分布式
11、结构 分层、分布式系统结构如图 3-3 所示。分层指的是变电站二次设备按功能分为变电站层与单元层。变电站层是负责当地监控及通信处理的上位机（由 GPS 同步时钟提供对时信号），单元层包括各种保护、监控装置，两个层次之间通过现场总线或局域网交换信息。所谓分布，指的是将功能分布到不同的单元上去，保护单元一般是按一次设备设置的，而其他测量、控制、故障录波等功能单元是集中设置的。17183.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.2 变电站自动化系统结构 2分层分布式结构 分层分布式系统一般采用集中组屏安装方式，也有分层组屏方式，变电站层设备安装在控制室内，而单元层装置安装在靠近一次设备的地方，以减少
12、控制电缆长度。20世纪90年代中前期开发的SA系统一般都采用分层分布式结构。该结构克服了集中式系统功能过于集中的缺点，但由于二次设备按功能集中设置、集中组屏，仍然存在接线较复杂，调试维护不方便的缺点，随着微处理器及通信技术的发展，逐步被分散系统所代替。193.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.2 变电站自动化系统结构 3分层分布分散式结构 分层、分布、分散式系统（简称分散系统）的单元层装置面向一次设备或电气间隔设置，并一般是安装在高压开关设备附近或户内开关柜上。它可以是保护和测控功能合二为一的装置，亦可是测控和继电保护功能相对独立的装置。目前35kV及以下电压等级的设备多采用保护与控制功
13、能一体化装置；对电压等级更高的重要设备，往往采取保护与测控装置相对独立的做法。图3-4为分散式变电站综合自动化系统典型结构图，现场单元通过通信总线和变电站层上位机通信。从逻辑上，变电站层的通信处理机（上位机）实际上起到了一个“虚拟 RTU”的作用，它收集来自单元层装置的电网运行数据，发送给上级主站，并转发来自主站的控制及整定配置命令。20213.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.2 变电站自动化系统结构 目前，国内外开发的SA系统基本都采用分散式结构，这种结构型式接线简单，可显著地节省二次电缆，并且便于维护与测试。不过，对于户外就地安装的装置，环境条件较严峻，性能要能符合户外环境的温度、
14、湿度、电磁干扰和防开关开合时振动影响等条件。223.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.3 变电站自动化系统的层间通信 SA系统的通信连接有生产过程层与单元层、单元层与变电站层以及变电站层与上级调度主站之间三个层次。1、生产过程层与单元层之间的串行通信接口技术 常规的单元层保护监控装置直接接入电压、电流互感器输出信号以及各种开关状态信号，并且将继电器触点引出，接入开关操作回路。近年来，随着电子传感器及高速数据通信技术的发展，这种接口方式正在发生根本性的变化，人们在研究使用串行通信接口方式，实现过程层设备与单元层装置之间的信息交换。233.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.3 变电站自
15、动化系统的层间通信 SA 系统应用的电子式电压、电流传感器（ETV、ETA），又叫数字式传感器，一般使用电容分压器、罗果斯基线圈分别测量一次电压、电流信号，然后，通过A/D转换，就地将模拟信号转化为数字信号输出。如果使用光纤互感器，则需要将光信号转换为数字信号输出。243.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.3 变电站自动化系统的层间通信 图3-5 给出了过程层设备与单元层装置之间串行通信接口电路原理框图，其中 MU（Merging Unit）是信号混合单元，它接收来自同一设备的电子传感器的数字输出信号，采集开关量输入状态，然后将多路模拟量与开关量数据混合，组装成一路串行数据，通过通信网络
16、向单元层装置传输。MU 还设计有时间同步信号接口，对采样数据进行精确时间标记，以便单元层装置对接收到的采样数据进行同步处理。此外，单元层装置还要通过通信网络向过程层下发各种控制、调节命令及设备配置参数。25263.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.3 变电站自动化系统的层间通信 过程层与单元层之间的通信方式有点对点专线以及数据网络两种形式，前者用于过程层设备向单元层装置传送实时采样数据，而后者适用于双向数据交换。过程层与单元层之间的串行通信接口技术，是一项新技术，正在不断发展、完善之中。随着技术的成熟以及运行经验的积累，将会获得广泛地应用，给变电站自动化技术带来深刻地变革。273.2变电
17、站自动化系统的功能及结构 3.2.3 变电站自动化系统的层间通信 2、单元层装置与上位机之间的通信 SA系统上位机与单元层装置之间主要有星形连接和总线型连接两种通信连接方式。星形连接方式如图 3-3 所示单元层装置与上位机之间采用点对点专线连接，具有可靠性高，可维护性好的优点，但上位机端连接线较多，各单元层装置之间通信必需通过上位机，通信复杂且效率不高。总线型连接方式如图 3-4所示，现场单元与上位机都挂在同一个通信介质上，接线简单，且可以实现网络节点之间的对等通信（Peer to Peer），即任一节点可与同网任一其他节点直接通信，解决了星形连接方式只有一个上位机而出现的“瓶颈”现象。目前，
18、新开发的SA系统一般都采用总线型连接，有现场总线及以太网（Ethernet）两种方式。283.2变电站自动化系统的功能及结构 3.2.3 变电站自动化系统的层间通信 3、变电站层与上级调度主站之间的数据传输 变电站实时数据是电网调度自动化系统的基础资源，是各级调度决策的原始依据。作为调度自动化系统互联的一个重要组成部分，变电站与各级调度自动化系统的互联通信必须保证数据传输的实时性和可靠性。293.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念及分类 RTU（Remote Terminal Unit）又称远方终端单元，远动终端，远动分站。是远动系统中位置处在厂站端的信息采集和命令执行子系统，是远
19、动系统的基本组成部分。它的主要功能包括以下几项：1数据采集 包括遥测量和遥信量的采集，即遥测和遥信功能。303.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念及分类 遥测量包括：（1）模拟量，如电网重要测点的电压、电流、有功、无功等重要运行参数；（2）数字量，如水位、温度、频率等能用数字式的表计测量的量；（3）脉冲量，如脉冲电能表的输出脉冲等。遥信量也称开关量或状态量，常用于采集下列信号，如开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号、自动调节装置的运行状态信号和其他可提供继电器方式输出的信号、事故总信号及装置主电源停电信号等。313
20、.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念及分类 2执行命令 根据接收到的调度命令，完成对指定对象的遥控、遥调等操作。遥控功能常用于断路器的合、分控制和电容器、电抗器的投切以及其他可以采用继电器控制的场合。遥调功能常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其他可采用一组继电器控制的，具有分级升降功能的场合。323.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念及分类 3和SCADA系统的数据通信 要求RTU能按预定通信规约的规定，将采集的现场信息自动循环（或按调度端要求）上报SCADA系统，并能接收调度端（SCADA系统）下达的各种命令。333.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念
21、及分类 4事件顺序记录（SOE）电力系统发生事故后，运行人员从遥信中能及时了解开关和继电保护的状态改变情况。为了分析系统事故，不仅要知道开关和保护的状态，还应掌握其动作的先后顺序及确切的时间，遥信并不附带时间标记。把发生的事件（开关或保护动作就是一种事件）按先后顺序将有关的内容记录下来，这就是事件顺序记录，事件顺序记录主要用来提供时间标记，表明什么事件在何时发生，因而记录的内容除开关号及其状态外，还应包括确切的动作时间。343.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念及分类 时间分辨率是事件顺序记录的一项重要指标，可分为RTU内（即站内）与RTU之间（即站间）两种。SOE的站内分辨率，是
22、指在同一RTU内，顺序发生一串事件后，两事件间能够辨认的最小时间间隔，在调度自动化中，SOE的站内分辨率一般要求小于5ms。其分辨率大小取决于RTU的时钟精度及获取事件的方法，这是对RTU的性能要求。SOE的站间分辨率是指各RTU之间顺序发生一串事件后，两事件间能够辨认的最小时间，它取决于系统时钟的误差及通道延时的计量误差、中央处理机的处理延时等，在调度自动化中，SOE的站间分辨率一般要求小于10ms，这是对整个自动化系统的性能要求。353.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念及分类 5系统对时 RTU站间SOE分辨率是一项系统指标，它要求各RTU的时钟与调度中心的时钟严格同步。目前
23、，采用措施有：1）利用全球定位系统GPS提供的时间频率同步对时，有效地确保SOE站间分辨率指标。这种方法需要在各站点安放GPS接收机、天线及放大器，并通过标准RS-232口和RTU相连。2）采用软件对时，SC1801、CDT、DNP和Modbus等通信规约均提供了软件对时手段。但软件对时由于受到通信速率等因素影响，需要采取修正措施。363.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念及分类 6电能采集（PA）采集变电站各条进线和出线以及主变两侧的电度值，传统做法是通过记录脉冲电度表的脉冲来实现，较先进的做法是通过和智能电度表通信获取电度值。373.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概
24、念及分类 7自恢复和自检测功能 RTU处于一个具有强大电磁干扰的工作环境中，使用中难免发生程序受干扰“跑飞”、或通信瞬时中断等异常情况，甚至有时电源也会瞬时掉电。要求RTU在遇到上述情形时，能在较短的时间内自动恢复，重新从头开始执行程序。为了维护方便，通常要求RTU含有自检程序。383.3远动终端RTU简介 3.3.1 RTU的概念及分类 8其他功能（1）当地显示与参数整定输入（2）一发多收（3）液晶显示，打印制表393.3远动终端RTU简介 3.3.2 RTU的结构及工作过程 1单CPU结构RTU 单CPU结构RTU如图3-6所示。在CPU的统一指挥下通过接口采集状态量、模拟量、数字量和脉冲
25、量。经MODEM与调度控制中心（主站）通信联络，将采集到的量根据需要发送给主站，接收主站发来的遥控、遥调等命令，通过相应的接口输出执行。此外也可配备屏幕显示器和打印机等外部设备。分站还可以通过其它通信通道与集控中心、变电站的其它设备如微机保护等各种设备联络。40413.3远动终端RTU简介 3.3.2 RTU的结构及工作过程 2多CPU结构RTU 当变电站的规模比较大时，厂站端需要采集和处理的数据比较多，而且位置也比较分散，这时，最好采用多CPU结构RTU。多CPU结构RTU如图3-7所示。它由一个主模块和多个分模块组成，每种模块都包含有CPU，分模块和主模块通过某种内部网（如CAN、LonW
26、orks或RS485总线）相连。主模块统管全局，可与各分模块通过网络相互通信。主模块可用命令来定义各个分模块，设置工作参数。各分模块都是智能模块，能独立工作，进行数据的采集、处理、输出，因而有效地减轻了主模块的负担。采用多CPU的结构方式，配置比较灵活、功能扩展也比较方便。42433.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采集（1）直流采样 通常将采用电量变送器进行的采样称为直流采样，其模拟量输入通道一般由电量变送器，滤波及信号处理电路、多路转换开关、采样保持器和A/D转换器等组成，如图3-8所示。图中变送器的作用为：1）将强信号（一般为交流100V
27、，5A）转化为适合于计算机和仪表使用的弱信号（一般为直流5V，1 mA）。2）将交流信号转化为直流信号。3）从瞬时信号获得有效值。4）确保输出直流量与输入测量量之间满足线性关系。5）实现输入与输出隔离。44453.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采集（1）直流采样 滤波及信号处理部分中，滤波电路（RC电路）是为了消除干扰，提高输入信号的信/噪比；信号处理是为了将变送器或传感器输出的各种不同电信号经过放大或处理成为后面A/D转换器所能接受的电压范围。多路转换开关是一种受CPU控制的电子切换开关。由电量变送器送来的多路模拟量公用一套A/D，只有被选
28、中的一路才可以通过多路开关进入A/D，其余各量则需等候下一次的选择。由于A/D转换的速度很快，而电量变送器输出的直流模拟信号变化速度较慢，在进行转换的很短时段内，模拟直流量几乎没什么变化，因此在直流采样中也可以不配采样保持器 463.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采集（1）直流采样 采用变送器的直流采样系统存在的以下一些问题：1）遥测数据的准确性受变送器稳定性的影响，变送器出现不正常的情况时有发生，这样就影响了遥测准确性。2）遥测数据的实时性受变送器响应速度的影响。3）变送器的维护工作量比较大。4）对于变电站来说，需要大量的变送器，增加了工程
29、造价和占地面积。473.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采集（2）交流采样 不经过变送器，仅将信号经过起隔离和降低幅值作用的中间TA和TV后，仍以交流模拟信号供A/D按一定规律进行直接采样，并加以处理，计算出电压、电流有效值以及有功、无功功率的方法称为交流采样。与传统的直流采样方法相比，交流采样方法速度快、投资省、工作可靠、维护简单且具有较大的灵活性。交流采样方法实际上就是用微机取代传统的电量变送器，充分发挥微机功能强、灵活可靠、使用方便等优点，从而克服因使用传统变送器而导致的一系列不良影响。常用的交流采样电路的基本结构如图3-9所示。4849
30、3.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采集（2）交流采样 图中被测的电压、电流互感器的二次电量连至电压、电流隔离变换器进行隔离，并变换为适合于AD变换的电量。隔离变换器通常由变压器、运算放大器和限幅器等组成。测量功率时电压、电流应是同一时刻的电量，因此设有采样保持器SH，在CPU的统一协调下同时采集电压和电流值，由SH保持，然后经模拟量多路开关依次引至模/数（AD）转换器进行转换。如不使用采样保持器，对电压、电流的采样就不在同一时刻，有时间差，计算功率值时需对此时间差应予以校正。503.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构
31、及处理方法 1模拟量的采集（2）交流采样 一个周期内的采样点应等分均匀地进行。电压过零检测器将工频电压经滤波放大限幅后成为与基波周期相应的方波，提供周期信号，以此控制CPU中的计数器对工频周期进行测量。每个周期开始时计数器开始计数，周期结束时由CPU读取计数器的计数值T，再除以每个周期均匀采样的点数N，得采样间隔t=T/N，再产生以t为周期的脉冲信号，来控制SH的采样。513.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采集（2）交流采样根据CPU采集到的各个时刻的离散值，即可按一定的算法来计算U、I、P、Q、cos等电量。为能使采集的离散值不失真的反映出
32、被采集模拟量，要求根据采样定理确定采样频率fs，fs等于采样间隔t的倒数，决定了每个周期均匀采样的点数N。香农采样定理：为了不失真地恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍，即fs2fmax。实际中，常采用fs（5-10）fmax。例如，对于50Hz的正弦交流电流、电压来说，理论上只要每个周期采样两点就可以表示其波形的特点了。但为了保证计算准确度，需要有更高的采样频率。一般取每个周期12点、16点、20点或24点的采样频率。如果为了分析谐波，例如考虑到16次谐波，则需要采用每个周期32点的采样速率，即采样频率为1600Hz。对于电量测量一般不考虑高次谐波，采样频率可定为fs
33、=600Hz，即每个周期12个采样点。523.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采集（2）交流采样 为了获得被测电压、电流等模拟信号的电量值，CPU必须对经过离散采样和AD转换的数字量进行分析、计算，得到所需的电压、电流的有效值和相位以及有功功率、无功功率等参量，或者它们的各序分量，或者配电线路和元件的视在阻抗，或者某次谐波的大小和相位等。完成上述分析计算的方法，就称为交流采样算法。其主要任务是如何从包含有噪声量的输入信号中，快速、准确地计算出所需要的各种电气量参数。533.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法
34、1模拟量的采集（2）交流采样 由交流采样计算电气量的算法比较多，如有效值法、两点乘积法、导数法、半周积分法及傅里叶级数算法等。衡量各种算法的优缺点的主要指标有：计算精度、响应时间和运算量。要消除噪声分量的影响，提高参数计算的精度，主要有两种基本途径：一是首先采用性能完善的滤波器对输入信号进行滤波处理，然后根据滤波后得到的有效信号进行参数计算；二是将滤波与参数计算算法相融合，通过合理设计，使参数计算算法本身具有良好的滤波性能，在必要的情况下，再辅以其他简单滤波。543.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采集（2）交流采样算法的计算速度包含两方面的含
35、义：一是指算法的数据窗长度，即需要采用多少个采样数据才能计算出所需的参数值；二是指算法的计算量，算法越复杂，运算量也越大，在相同的硬件条件下，计算时间也越长。通常，在实际应用中，算法的计算精度与计算速度之间总是相互矛盾的，若要计算结果准确，往往需要利用更多的采样值，即增大算法的数据窗。因此，从某种意义上来说，如何在算法的计算精度和计算速度之间取得合理的平衡，是算法研究的关建，也是对算法进行分析、评价和选择时应考虑的主要因素。例如，对于监控来说，需要CPU得到的是反映正常运行状态的有功功率P、无功功率Q、电压U、电流I等物理量，进而计算出功率因数cos、有功电能量和无功电能量，在算法的准确性上要
36、求更高一些，希望计算出的结果尽可能准确；而对于继电保护来说，更关心的是反映故障特征的量，除了要求计算U、I、cos等以外，有时还要求计算反映故障信号特征的其他一些量，如频谱、突变量、负序或零序分量，以及谐波分量等，因此继电保护更看重算法的速度和灵敏性，必须在故障后尽快反应，以便快速切除故障。55傅里叶级数算法 假定被采样的模拟信号是一个周期性时间函数，除基波外还含有不衰减的直流分量和各次谐波，可表示为 11100110sinsincoscossincossinnnnnnnnnnnnx tXntXntXntbntant1102()sin()Tax tt dtT1102()cos()Tbx tt
37、dtT56 x(t)中的基波分量为 11111()sincosx tatbt1111()2sin()x tXt 合并正弦、余弦项，可写为1112cosaX1112sinbX 用和角公式展开得到傅里叶级数算法57 用复数表示为1111()2Xajb 有效值和相角为 2221112Xab111btgaa 积分可以用梯形法则求得 111122sinNkkaxkNN1101122cosNkNkbxxkxNN傅里叶级数算法58 N=12时 11234578910111571124810391133113312122222222213212axxxxxxxxxxxxxxxxxxxx101245678101
38、112024810121571161311331132122222222213212bxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx傅里叶级数算法59 已求得基波的实部和虚部参数，因此，可以方便地实现任意角度的移相11111111()(cossin)21cossinsincos2FXajbjabj ab傅里叶级数算法60 求得A、B、C三相基波的实部和虚部参数后，可得到A、B、C三相的基波相量，进而求得A相（或B、C相）正序、负序和零序的对称分量 21111221110111131313AABCAABCAABCFXaXa XFXa XaXFXXX1 120 傅里叶级数算法61 例3-1 馈线终端
39、单元的CPU对一交流电压信号进行等间隔的AD采样，得到的5个采样点经变换后的实际物理量值分别为：用交流采样傅里叶算法求其有效值（单位：V）。01204.240 xVxVxV，344.240 xVxV，傅里叶级数算法62111123122sin132(sinsinsin)42212(4.2404.24)44.24NkkaxkNNxxx110101234122cos132(coscoscos)422102(000)0)40NkNkbxxkxNNxxxxx2222114.2403(V)22abX傅里叶级数算法633.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 1模拟量的采
40、集（3）遥测量的标度变换 K=S/D（4）遥测量越阀值的检测643.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集 开关量信息输入微机系统的电路称为开关量输入通道，图3-10为通用开关量输入电路框图。图中V1为反极性保护二极管；R1为泄漏电阻；R2为限流电阻，起瞬时保护作用；V2为门槛开关二极管，起消除噪声作用；R3为光敏三极管的集电极电阻，上接5V电源；光耦电路起隔离的作用，能可靠防止开关侧的电磁干扰进入微机系统。R4、Cl和施密特触发器共同组成消颤网络，以消除开关接点抖动的影响。65663.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构
41、及处理方法 2开关量的采集 当断路器1在合闸位置，其辅助开关S1断开，光耦器件未导通，其集电极A点电位为高电平“1”（5V）。经非门后B点为低电平“0”，经消颤网络后D点输出为高电平“1”。此数字信号经接口读入数据总线，CPU即采集到“断路器1在合闸状态”的信息。反之，当断路器l在分闸位置，S1合，光耦导通，A点为低电平“0”，B点为“1”，D点为“0”，则CPU得知“断路器l在分闸位置”。673.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集（1）开关量输入电路中的隔离措施 开入回路中，对于断路器和隔离开关的位置信号都取自它们的辅助触点。为防止因触点接
42、触不良造成差错，回路中所加电压较高，如直流24V、48V等。这些辅助触点位于高压配电装置现场，连接导线很长，现场电磁场很强，为避免这些连线将干扰引入微机系统，除设置RC滤波电路消除高频干扰外，还应采取可靠的隔离措施，见图3-11所示。683.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集 图3-11（a）为继电器隔离方式。QF为断路器辅助动断触点，当断路器在合闸位置时，本辅助触点断开，继电器K释放，RTU输入高电平信号“l”；当断路器在分闸位置时，本辅助触点闭合，继电器K动作使其接点闭合，RTU输入低电平信号“0”。693.3远动终端RTU简介 3.3.
43、3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集 图3-11（b）为光电耦合隔离方式。光耦器件中右边的发光二极管相当于继电器线圈，左边的光敏三极管相当于继电器的接点，工作过程与前者相似。但光耦器件体积小，输入输出之间既无电的联系，也无磁联系，且耐压可达上千伏，隔离效果更好。703.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集（2）开关信号的防误采集 开关信号采集过程中有一个最主要的问题是触点防抖问题。既要求RTU能采取措施防止遥信误报。为达到此要求，RTU应从硬件设计和软件编程两个方面综合考虑，硬件上一般增加低通滤波回路以防止高频电磁干扰造成遥
44、信误报，如图3-10所示的R4、C1和施密特触发器组成的电路。软件上采用变位记录并延时确认的方式避免接点抖动造成遥信误报。713.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集 关于硬件消除干扰和接点抖动的原理，可参看图3-12说明。在未采用消噪除颤电路时，断路器虽已合闸，但其辅助接点可能有一段时间会抖动，或因其它干扰使输入信号上下波动，而输出信号如果亦步亦趋，跟踪十分“灵敏”，会造成计算机对断路器位置的错误判读，见图3-12（b）。采用消噪除颤电路后，则可正确地判读该断路器确已合闸，见图3-12（c）。72733.3远动终端RTU简介 3.3.3 RT
45、U各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集（3）变电站中的开关量类型及输入隔离方式 变电站中的输入开关量有三种类型。第一类为保护继电器的输出触点，反映保护动作情况，均为银质，接触电阻很小，又都安置在室内，不需经继电器转换，在弱电电源回路中直接接入带光电隔离的开关量输入板就行了。743.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集 第二类为断路器和刀闸的辅助接点，用来反映断路器和刀闸的状态（开/合），这类触点接在200V（或100V）操作回路中，须经过转换继电器和光电隔离后才能进入计算机系统。接通或断开转换继电器K的励磁回路，其镀银触点就可反映断路
46、器和刀闸的辅助接点的位置，经过转换继电器K的镀银触点接在弱电回路中再与带光电隔离的开关量输入板相连，可提高抗干扰的能力。753.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集 第三类信号为刀闸和断路等设备的故障信号（如压力监视等），用来反映刀闸和断路器等设备的故障，这类触点与第二类触点一样应通过继电器K转换。763.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 2开关量的采集（4）遥信量变位的检测773.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 3数字量的采集 有些表计能直接以二进制数码输出结果，如
47、数字水位计、数字频率计等。这些数字量只需经必要的电平匹配和隔离等环节即可经并行接口输入数据总线，而不必进行A/D转换。因此，数字量的输入虽然属于遥测内容，其电路却与开关量输入相似。783.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 4脉冲遥测量的采集 脉冲电能表或电能变送器提供的脉冲数与所测时间段内的电能量成正比。将脉冲数累计，再乘以系数就得相应的电能量。为了对脉冲数进行累计，远动装置中设有计数器，每收到一个脉冲计数值就加一。接收脉冲时应考虑隔离、抗干扰等措施。通常对脉冲质量进行检查，正常情况下输入脉冲有一定宽度，如收到的输入脉冲过窄，宽度不符合要求，一般是干扰脉冲
48、，应予舍弃。793.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 4脉冲遥测量的采集 对输入脉冲数累计后计数器的数值就反映所测时段的电能量。调度端需要时可以向厂站端读取。调度端在统计全系统的电能量时，应在规定的时刻统一向全系统发布命令，在同一时刻读数，如各处读取的数据在时间上不一致，就会使统计数据造成误差，甚至失去意义。803.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 5遥控与遥调量的处理（1）遥控。遥控是调度控制中心向厂、站发布命令，直接进行断路器分闸或合闸的操作。为了保证高度可靠，通常都采用返送校验法，将遥控操作分两步完成，见图3-1
49、3。首先由调度端向厂站端发送遥控选择命令，指定遥控的对象（开关号）和遥控操作的性质（合闸或分闸）。厂站端收到遥控选择命令经校验合格后并不立即执行遥控操作，而是将收到的遥控选择命令返送给调度端进行校核。813.3远动终端RTU简介 3.3.3 RTU各组成部分的硬件结构及处理方法 5遥控与遥调量的处理（1）遥控。返送方式有两种，一种是将收到的遥控选择命令存储后照原样直接返送给调度端；另一种方式是按遥控选择命令的要求，使指定的遥控对象继电器和遥控性质继电器动作（此时执行继电器未动，遥控命令不会执行），再将继电器的动作情况编成代码后返送给调度端。显然这后一种方式更为深入可靠。调度端收到返送的遥控信息
50、后，经校核如与原来所发的遥控选择命令完全一致，就发遥控执行命令。厂站端只有在收到遥控执行命令后才执行相应的遥控操作。遥控命令执行的结果由遥信传送给调度端。调度端也可给厂站端下达遥控撤消命令，撤消原来发布的遥控命令。82提问与解答环节Questions and answers83添加标题添加标题添加标题添加标题此处结束语点击此处添加段落文本 .您的内容打在这里，或通过复制您的文本后在此框中选择粘贴并选择只保留文字84感谢聆听The user can demonstrate on a projector or computer,or print the presentation and make
