1、变电站综合自动化,武汉理工大学电气工程系,变电站综合自动化,变电站综合自动化概述 变电站综合自动化信息的测量和采集 数据通信基础与计算机网络 变电站微机保护 变电站综合自动化系统的通信技术 变电站运行的自动控制与调节,变电站综合自动化,第二章 信息的测量和采集,1 变电站综合自动化信息,与电网调度控制有关信息；上级监控或调度中心对变电站实现综合自动化提出的监控信息。 为实现变电站综合自动化站内监控所使用的信息；由测控单元或自动装置测得信息，用于变电站当地监视和控制。,1、模拟量信息 联络线的有功功率、无功功率和有功电能 线路及旁路的有功功率、无功功率和电流 不同电压等级母线各段的线电压及相电压
2、 变压器各侧有功功率、无功功率及电流 直流母线的电压 所用变低压侧电压 母联电流、分段电流、分支断路器电流 出线的有功功率及电流 并联补偿装置电流 变压器上层油温,2、开关量信息 变电站事故总信号 线路、母联、旁路和分段断路器位置信号 变压器中性点接地隔离开关位置信号 线路及旁联重合动作信号 变压器的断路器位置信号 线路及旁路保护动作信号 枢纽母线保护动作信号 重要隔离开关位置信号 变压器内部故障综合信号 断路器失灵保护动作信号 有关过压、过负荷超限信号 有载变压器分接头位置信号 变压器保护动作总信号 断路器事故跳闸信号,3、设备异常和故障预告信息 有关控制回路断线总信号 有关操作机构故障总信
3、号 变压器油温过高、绕组温度过高总信号 轻瓦斯动作信号 变压器或变压器调压装置油温过低信号 继电信号系统故障总信号 距离保护闭锁信号 高频保护闭锁信号,模拟量采样方式,三种模拟量 快速变化的交流量：如交流电压、电流、功率等。 缓慢变化的直流量：如控制母线的直流电压、操作母线的直流电压。 缓慢变化的非电量：如温度、压力、水位等。,采样方式,直流采样 直流电量：利用直流电量变送器将实际的电压电流值转换为05V的直流电压。 交流电量：采用交流电压、电流和功率变送器将相应原始信号转换为05V或05V的直流电压信号。 非电量：利用专用的温度变送器、压力变送器,采样方式,交流采样 只针对交流信号的采集。直
4、接将交流信号变送为05V的交流电压信号送至A/D转换器进行转换，即采集交流信号的瞬时值，然后采用算法计算电压、电流的有效值及利用电压电流计算功率。,采样方式,直流采样的特点 对A/D转换器转换速率要求不高，软件算法简单，程序可靠性高。 经过整流和滤波环节，抗干扰能力较强。 直流采样输入回路常采用RC电路滤去整流后的纹波，采样实时性差，无法反映被测量的波形，因此不适用于微机保护和故障录波。 需要变送器屏。,采样方式,交流采样的特点 实时性好。 能反映实际波形。 可以省略功率变送器，功率由算法计算得到。 对A/D转换器和采样保持器要求较高，要求一个周期内必须有足够的采样点数，要求A/D转换器转换速
5、度高。 采样和计算的程序比较复杂。,2 变电站模拟量信息的变送器 测量及采集,变送器 交流电流的测量 交流电压的测量 三相功率的测量,一、变送器,变送器是将一种信号转换成标准化信号的一种仪器电流变送器、电压变送器、三相有功功率变送器、三相无功功率变送器以及温度变送器。,变送器输入、输出信号的类型和变化范围,二、交流电流的测量,电流变比 I2=(N1/N2)I1=I1/ki 额定电流变比 kNi=I1N/I2N=I1N/5 I1N为5，10，15，20，30，40，50，75，100，150，200，300，400，500，600，800，1000，1200，1500，2000，3000，400
6、0，5000，6000，8000，10000，12000，15000,二、交流电流的测量,大电流变为小电流电气隔离,经电阻变为电压信号,恒流输出电路得到01mA或420mA直流输出信号。,精密交-直流变换电路将交流电压变为05v的直流电压,精密交流直流转换,问题：为什么不用常规的桥式整流？ 实现精密整流的关键是什么？,常规的桥式整流存在管压降，转换非线性。 实现精密整流关键是运算放大器的虚短虚断,输入正半波,输入负半波,三、交流电压的测量,三、交流电压的测量,四、三相功率的测量,1、单相有功功率测量,2、三相有功功率变送器,3 交流采样技术及其应用,交流采样过程 交流采样原理 电气量交流采样算
7、法 交流采样的硬件与软件,一、交流采样过程,Ts=T/N,二、交流采样原理,采样定理： 完整表达输入信号的充要条件：,滤除第n次波要求对该次波每周至少等距采样两次或以上。,数值计算与滤波需要,三、电气量交流采样算法,1、有效值算法,问题：N取多大时才能使上式对于正弦信号成为严格等式?,问题：N取多大时才能使上式对于正弦信号成为严格等式?可证当N3时，正弦信号f(t)在一个周期内的方均值 与经N等分离散的方均值相等。,2、三相有功功率的算法 (1)三相三线制电路有功功率算法,1)已知各相电压、相电流时,对于对称三相电路,2)已知线电压或相电流 在三相三线制中有,（2）三相四线制电路有功功率算法,
8、3、电能量的计算方法,当P用瓦，T用秒，W用千瓦时作单位时,四、交流采样的硬件与软件,1、交流采样硬件,工作过程：输入信号经相应的TVm或TAm变换成05V交流电压信号；输入到多路模拟电子开关。由选择多路信号中一路输出；采样保持器进行采样及保持；AD转换器将采样保持器输出的模拟电压转换成数字量；CPU读AD输出数据；,CPU再发地址选择输入信号； CPU对一周期内每路输入信号的N个采样值，进行数据处理，并计算出线路上的各种电气量值。,多路模拟开关,各个模拟量在多路转换开关的控制下分时地逐一经A/D转换器转换，每次只选通一路。对多路开关的要求是断开时开路阻抗无穷大，导通时阻抗为0，切换速度快，工
9、作可靠。 常见的多路开关有CD4051B，AD7506等 。,采样保持器,A/D芯片完成一次转换需要时间，对于变化较快的模拟量，如不采取措施会引起转换误差，一般增加一级采样保持器，在转换期间保持输入A/D的模拟信号基本不变。 对于变化缓慢的模拟量，可以不设置这一级。,采样保持电路由保持电容和输入输出缓冲放大器和控制开关组成 ：,采样期间，S闭合，A1通过S向Ch充电，使输出随输入变化而变化。 保持期间，S断开，由于A2的高输入阻抗，使得输出保持充电时的最高值。,2、几个要考虑问题 (1)多条线路轮换采样采用轮换方式对每条线路采样。 (2)交流采样的同时性按相电压、相电流测取功率时，至少需要6个
10、采样/保持器；按线电压、线电流测取功率时，至少需要4个采样/保持器。 (3)交流采样的等间隔性交流采样必须在一个周期内等间隔完成。而交流信号的频率是随时变化的，不能按事先固定的频率去采样电压、电流信号，而是应据当前信号频率确定采样间隔，这就要求实现当前频率的跟踪测量。,3、交流采样软件简介 1）采样控制软件,2）交流采样数据处理,格式变换： 1、将电气量转换成向上级监控 传送的数据格式（二进制代码）； 2、将电气量转换成适合当地监 视和记录的十进制格式。,系数变换,4 变电站状态量信息的采集,一、变电站状态量信息 断路器状态信息断路器的合闸、分闸位置状态决定着电力线路的接通和断开，它是变电站自
11、动化和电网调度自动化的重要信息。 继电保护动作状态信息采集继电器的触点状态信息，并记录动作时间。该信息对调度员处理故障和分析事故有重要的意义。,事故总信号的采集发电厂或变电站任一断路器发生事故跳闸，将启动事故总信号。它是区别正常操作与事故跳闸。,二、状态量信息的采集,数据通道抗干扰,继电器隔离,光电隔离,遥信继电器动作时触点抖动的遥信信号,去抖电路触点闭合时不能一步到位，有一个抖动过程 。会产生误遥信号。用硬件一般采用双稳态触发器去抖。软件采用“延时重测” 。,数字信号采集,三态门,数字信号经过隔离和去抖后进入三态门的输入。三态门的输出与微机数据总线相连。三态门未被选中时处于高阻状态。CPU读
12、取数据时发出读三态门的命令，三态门被选中，数据传输到数据总线，由CPU读入和处理。,三、扫查方式,74150输入/输出关系,采集程序数字量采集一般定时扫查的方式。首先设置定时中断，定时中断可以由CPU自己产生，也可以使用专门的定时器/计数器芯片如Intel8253等。定时中断发生时，在扫查开始时，PC0PC3输出0000B，8个74150分别将各自的DI送入8255A的A口，CPU可读取8个数字信息，选择地址加1，又可输入8个数字信息。当PC0PC3从000B变化到1111B时，128个信息全部输入一遍，即实现对数字的一次扫查。,四、数字信息变位鉴别和处理,1、遥信变位的检测 电力系统中断路器
13、的状态平时一般很少变动，厂站端 给调度端重复发送内容不变的遥信数据没有多大意义， 并且占用了通道和装置的工作时间。如果发现断路器 的位置状态变化，应及时报导。可以采用两种方式检测： 1）软件扫查方式： CPU定时对开关量扫描，检查开关现在的状态是否和上 次相同，即读入数据后，和内存中的原有数据进行对比， 如两者相同，遥信无变位，不作处理；如不相同说明遥 信有变位，应对内存数据更新，并进行必要的处理(设置 变位标志、进行时间顺序记录等)。 2）硬件中断方式： 以专用硬件对开关位置进行监视，发现有变位申请中断， 特点是反应快。,2、事件顺序记录 把发生的事件(开关或保护动作)按先后顺序将有关的内容记录下来。记录的内容：开关号及其状态，开关动作的确切时间。,思考题,1、变电站综合自动化有哪些信息? 2、什么是直流采样、交流采样？ 3、怎样应用变送器测量交流电流、电压和功率？ 4、简述交流采样方法。采样频率怎样确定？ 5、怎样计算电气量的有效值？ 6、在交流采样软件中怎样实现轮换方式对多条线路采样？ 7、在交流采样软件中系数变换是什么含义？,7、变电站状态量信息的采集电路中电气隔离是什么含义？ 8、变电站状态量采样和扫查方法是怎样的？ 9、怎样鉴别遥信变位信息？ 10、什么是误遥信?怎样克服？,本章到此结束， 谢谢您的光临！,结束放映,返回本章首页,
