第三章變電站綜合自動化

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1、第一目錄,,第二目錄,,第三級目錄,,第四級目錄,,,,,,單擊此處編輯母版標題樣式,,*,第三章 變電站綜合自動化,3.1,變電站綜合自動化和綜合自動化基礎(chǔ)知識,一、 當前電力系統(tǒng)發(fā)展的要求,,,i),全國聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，對電力系統(tǒng)的可靠性提出更高要求。,,國家電力公司陸延昌在,2000,年全國電網(wǎng)調(diào)度工作會議上明確指出：堅持全國聯(lián)網(wǎng)、西電東送、南北互聯(lián)的發(fā)展方向不動搖。并且要做到系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可靠水平不降低。我國水力資源主要集中在西部和西南部，這兩地區(qū)可開發(fā)電量占全國,82.9%,；煤炭資源華北和西北兩地區(qū)占,80%,；而負荷中心集中在中部和東部沿海，這兩地區(qū)的經(jīng)濟總量占全國,82%,，電力消

2、費占,78%,。這種差異，決定了電力工業(yè)發(fā)展必須實行西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略。,,要做到全國聯(lián)網(wǎng)后，供電可靠性水平不降低，加強發(fā)電廠、變電站的安全、可靠運行、提高其自動化水平很為重要。,2,3.1,變電站綜合自動化和綜合自動化基礎(chǔ)知識,,,ii),常規(guī)的變電站存在的問題,,,★,安全性、可靠性不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需求。,,★,不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算和實時性要求。,,★,供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證。,,★,不利于提高運行管理水平。,,,★,維護工作量大，設(shè)備可靠性差。,,★,占地面積大，增加征地投資。,,,3,3.1,變電站綜合自動化和綜合自動化基礎(chǔ)知識,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動

3、化提供了有利的條件,,,變電站自動化技術(shù)的發(fā)展過程與相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。變電站自動化發(fā)展過程有三個階段：,,,(1),變電站分立元件的自控裝置階段。,,*電磁式的自動裝置,,*晶體管式的自動裝置,,*集成電路式的自動裝置,,,,4,3.1,變電站綜合自動化和綜合自動化基礎(chǔ)知識,,(2),微處理器為核心的智能自動裝置階段。,,計算機工業(yè)的發(fā)展，尤其是,20,世紀,70,年代微處理器的問世和微計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，為變電站自動化技術(shù)的發(fā)展提供了必要的手段。,,這階段廠站自動化的特點：形成變電站內(nèi)的自動化孤島。,,,(3),變電站綜合自動化的發(fā)展，全面促進變電站技術(shù)水平和運行管理水平的提高。,,

4、5,3.1,變電站綜合自動化和綜合自動化基礎(chǔ)知識,國外變電站綜合自動化的早期發(fā)展概況,,,,,國外變電站自動化的研究工作始于,20,世紀,70,年代。,70,年代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國新裝的遠動裝置都是微機型的。,,變電站綜合自動化的研究工作，于,70,年代中、后期開始。,1975,年由關(guān)西電子公司和三菱電氣有限公司合作，研究配電變電站數(shù)字控制系統(tǒng)。,1979,年,9,月完成樣機，稱為,SDCS-1,型，,12,月在變電站安裝運行，,1980,年開始商品化生產(chǎn)。,,,SDCS-1,型由,13,臺微機組成。如,圖,1.2.1,，它具有對一個,77kV/6.6kV,的配電變電站的全部保

5、護和控制功能。該變電站具有,3,臺變壓器，,4,回,77kV,進線，,36,回,6.6kV,饋電線路。,,,,,6,3.1,變電站綜合自動化和綜合自動化基礎(chǔ)知識,,,,,SDCS,－,1,結(jié)構(gòu)方框圖,國外變電站綜合自動化的早期發(fā)展概況,7,我國變電站自動化的發(fā)展過程,,,我國變電站綜合自動化的研究工作始于,80,年代中期。,1987,年清華大學(xué)電機工程系研究成功國內(nèi)第一個符合國情的綜合自動化系統(tǒng),。,該系統(tǒng)由,3,臺微機組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如,圖,1.2.2,。,1987,年在山東威海望島變電站成功地投入運行。望島變電站是一個,35kV/10kV,城市變電站，有,2,回,35kV,進線，,2,臺主

6、變，,8,回,10kV,出線，,2,組電容器。該系統(tǒng)擔負全變電站安全監(jiān)控、微機保護、電壓無功控制、中央信號等任務(wù)。按功能分為,3,個子系統(tǒng),：（,1,）安全監(jiān)控子系統(tǒng)；（,2,）微機保護子系統(tǒng)；（,3,）電壓、無功控制子系統(tǒng)。,,這是我國第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)，其成功的投入運行，證明了我國完全可以自行研究，制造出具有國際先進水平，符合國情的變電站綜合自動化系統(tǒng)。,,,90,年代中期后，綜合自動化系統(tǒng)迅速發(fā)展,。,隨著微機技術(shù)的不斷發(fā)展和已投入運行的變電站綜合系統(tǒng)取得的經(jīng)濟效益和社會效益，吸引全國許多用戶和科研單位和高等院校，因此變電站綜合自動化系統(tǒng)到,90,年代，成為熱門話題。,3.1,變

7、電站綜合自動化和綜合自動化基礎(chǔ)知識,8,3.1,變電站綜合自動化和綜合自動化基礎(chǔ)知識,我國變電站自動化的發(fā)展過程,,變電站微機監(jiān)測、保護綜合控制系統(tǒng)框圖,9,國外,無人值班的發(fā)展簡況,,西歐、北美、日本等發(fā)達國家的絕大多數(shù)變電站，包括許多,500kV,、,380kV,的變電站也都實行無人值班。例如：巴黎，,1985,年建立新一代的計算機自動管理系統(tǒng)，所有,225/20kV,變電站都由調(diào)度中心集中控制。調(diào)度室可掌握所有,225/20kV,變電站及,20kV,主網(wǎng)絡(luò)運行狀況，當電網(wǎng)發(fā)生事故時，調(diào)度中心可以直接進行必要的處理，使受停電影響的用戶迅速恢復(fù)供電。與此同時也出現(xiàn)一批無人值班或少人值班的大、

8、中小型水電站，例如，到,1980,年止，意大利,ENEL,公司的,474,個水電站中，無人值班達,408,個，法國,EDF,公司,450,個水電站中，有,403,個無人值班占,90%,。,,10,國內(nèi),無人值班的發(fā)展簡況,１,.,早期的無人值班變電站沒有自動化功能。只適合不重要的,35KV,變電站。,,,2. 20,世紀,60,年代，進入了遠方監(jiān)視的無人值班階段。,,,3. 20,世紀,80,年代后期，無人值班技術(shù)又上了一個臺階。促進了調(diào)度自動化實用化的深入開展和電網(wǎng)調(diào)度管理水平的提高。,,,,4.,國家電力調(diào)度通信中心于,1993,年,12,月,28,日發(fā)布了調(diào)自,[ 1994 ] 2,

9、號文件,《,關(guān)于在地區(qū)電網(wǎng)中實施變電站遙控和無人值班的意見,》,。該文件明確指出實行變電站遙控和無人值班是可行的，是電網(wǎng)調(diào)度管理的發(fā)展方向，并明確指出各單位要積極穩(wěn)妥地開展此項工作，要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，因地制宜，統(tǒng)籌安排，綜合考慮，做好規(guī)劃，逐步實施。根據(jù)需要有些地區(qū)可考慮新建變電站一步到位，即按無人站設(shè)計建設(shè)，尤其是地區(qū)變電站 。該文件對全國無人值班變電站的建設(shè)起了很大的推動作用。,11,變電站實現(xiàn)無人值班的目的和意義,(,1),國民經(jīng)濟發(fā)展形勢的需要,,,不僅發(fā)達地區(qū)、人口密集經(jīng)濟發(fā)展的地區(qū)需要發(fā)展無人值班變電站；人口密度少、經(jīng)濟不甚發(fā)達的邊遠地區(qū)，發(fā)展無人值班也很重要。,,(2),,提

10、高運行的可靠性，減少誤操作率。,,(3),提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率,,(4),降低變電站建設(shè)成本,。,,12,變電站綜合自動化全面提高無人值班變電站的技術(shù)水平,（,1,）提高了變電站的安全、可靠運行水平。,,（,2,）提高電力系統(tǒng)的運行、管理水平和技術(shù)水平,,（,3,）縮小變電站占地面積，降低造價，減少總投資。,,（,4,）提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率，降低電能損耗。,,（,5,）減少維護工作量。由于綜合自動化系統(tǒng)中的 微機保護裝置和自動裝置，都具有故障自診斷功能，裝置內(nèi)部有故障，能自動顯示故障部位，縮短了維修時間,。,,13,變電站自動化系統(tǒng)的內(nèi)涵,,20,世紀,80,年代和,90,年代

11、中期，國內(nèi)都把上述功能的系統(tǒng)稱為變電站綜合自動化系統(tǒng)，以區(qū)別于只有局部功能的自動化。國外發(fā)表的文章也稱“綜合自動化”，或一體化的變電站控制與保護。,,國際電工委員會（,IEC,）,根據(jù)國際上變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的情況，于,1997,年國際大電網(wǎng)會議（,CIGRE,）,WG 34.03,工作組在“變電站內(nèi)數(shù)據(jù)流的通信要求”報告中，提出了“變電站自動化”（,SA,，,Substation Automation,）,和“變電站自動化系統(tǒng)”（,SAS,，,Substation Automation System,）,兩個名詞。此名詞被國際電工委員會的,TC 57,技術(shù)委員會（即電力系統(tǒng)通信和控制技術(shù)委

12、員會）在制定的,IEC 61850,（,即變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)）標準中采納。我國從,20,世紀,80,年代中、后期以來，習(xí)慣稱之為“變電站綜合自動化”和“變電站綜合自動化系統(tǒng)”。,,在,IEC 61850,變電站通信網(wǎng)絡(luò)標準中，對變電站自動化系統(tǒng)（,SAS,）,的定義為：變電站自動化系統(tǒng)就是在變電站內(nèi)提供包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動化。,14,變電站綜合自動化的內(nèi)涵,,2000,年中國電力出版社出版的,《,變電站綜合自動術(shù),》,一書中指出了變電站綜合自動化的含義是將變電站的二次設(shè)備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等）經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電

13、子技術(shù)、信號處理技術(shù)和通信技術(shù)、實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。變電站自動化系統(tǒng)，是利用多臺微型計算機（包括單片機等）和大規(guī)模集成電路組成的分級分布式的自動化系統(tǒng)，它以微計算機為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對變電站傳統(tǒng)的繼電保護、測量手段、控制方式以及通信和管理模式的全面改造。變電站綜合自動化系統(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、通信網(wǎng)絡(luò)化等特征。,15,3.2,變電站綜合自動化系統(tǒng)中的子系統(tǒng),,一、微機保護子系統(tǒng),,功能及要求,,四性：快速性、選擇性、靈敏性和可靠性,,主要功能：,1,）進線和饋電線路的主

14、保護和后備保護及自動重合閘；,,2,）主變壓器的主保護和后備保護；,,3,）無功補償電容器組的保護；,,4,）母線保護；,,5,）小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線。,,附加功能：通信、故障記錄、統(tǒng)一時鐘、存儲整定值、顯示觀察修改整,,定值、故障自診斷自閉鎖和自恢復(fù)、自動重合閘功能,16,,輸電線路的微機保護配置,,電流保護、距離保護、高頻保護、光纖縱差保護、方向電流保護、零序電流保護,,變壓器的微機保護配置,,比率制動式差動保護、本體重瓦斯、有載調(diào)壓重瓦斯和壓力釋放保護、三段復(fù)合電壓（方向）閉鎖過電流保護、二段式零序過電流保護、間隙過電流過電壓保護,,電力電容器的故障及微機保護配置,,過電流保護、

15、電壓保護、不平衡電壓保護和不平衡電流保護,17,,二、自動化監(jiān)控子系統(tǒng),,在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，監(jiān)控子系統(tǒng)應(yīng)能取代常規(guī)的測量系統(tǒng)，改變常規(guī)的操動機構(gòu)，取代常規(guī)的告警、報警裝置，取代常規(guī)的電磁式和機械式防誤閉鎖設(shè)備；取代常規(guī)的遠動裝置等等。,,基本功能 ：數(shù)據(jù)采集功能 、操作控制功能 、安全監(jiān)視功能 、事件順序記錄與故障錄波和測距功能 、數(shù)據(jù)處理與記錄功能 、人機聯(lián)系功能和諧波分析與處理。,18,,三、電壓無功控制子系統(tǒng),,造成電壓質(zhì)量下降的,主要原因,是,系統(tǒng)無功不足,或,無功功率分布不合理,無功功率的補償與分布問題 分層分區(qū)，就地補償,,變電站調(diào)節(jié)電壓和無功的,主要手

16、段,是調(diào)節(jié)主變的分接頭和投切電容器組,,變電站電壓無功,管理調(diào)控原則,,（,1,）變電站電壓允許偏差范圍為：,220kV,變電站的,110kV,母線：,106.7~117.7kV,；,220kV,、,110kV,變電站的,10kV,母線,10.0~10.7kV,。 （,2,）補償電容器的投退管理原則：以控制各電壓等級母線電壓在允許偏差范圍之內(nèi)，并實現(xiàn)無功功率就地平衡為主要目標，原則上不允許無功功率經(jīng)主變高壓側(cè)向電網(wǎng)倒送，同時保證在電壓合格范圍內(nèi)盡量提高電壓。,,19,,VQC,的,控制策略,,,（,1,）當電壓越上限，無功正常,/,功率因數(shù)正常時,,（,2,）當電壓越上限，無功越上限,/,功

17、率因數(shù)越下限時,,（,3,）當電壓越上限，無功越下限,/,功率因數(shù)越上限時,,（,4,）當電壓越下限，無功正常,/,功率因數(shù)正常時,,（,5,）當電壓越下限，無功越上限,/,功率因數(shù)越下限時,,（,6,）當電壓越下限，無功越下限,/,功率因數(shù)越上限時,20,,電壓無功綜合,控制方式,,,（,1,）集中控制方式。該方式是指在調(diào)度中心對各個變電站的主變壓器分接頭位置和無功補償設(shè)備進行統(tǒng)一的控制。,,（,2,）分散控制方式。該方式是指在各個變電站或發(fā)電廠中，自動調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置或其他調(diào)壓設(shè)備，以控制某地區(qū)的電壓和無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi)。,,（,3,）關(guān)聯(lián)分散控制方式。關(guān)聯(lián)分散控制該方式

18、是指電力系統(tǒng)正常運行時，由分散安裝在各廠、站的分散控制裝置或控制軟件進行自動調(diào)控，調(diào)控范圍和定值是從整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行出發(fā)，事先由電壓、無功優(yōu)化程序計算好的，而在系統(tǒng)負荷變化圈套或緊急情況或系統(tǒng)運行該方式發(fā)生大的變動時，可由調(diào)度中心直接操作控制，或由調(diào)度中心個性下屬變電站所應(yīng)維持的母線電壓和無功功率的定值，以滿足系統(tǒng)運行該方式變化后新的要求。,21,,變電站,10kV,系統(tǒng)電壓無功綜合控制裝置簡介,22,,四、備用電源自動投入裝置,,明備用。正常情況下有明顯斷開的備用電源或備用設(shè)備。,,暗備用。正常情況下沒有明顯斷開的備用電源或備用設(shè)備。,23,,對備用電源自動投入裝置的基本要求,

19、,1,）只有當工作電源斷開后，備用電源才投入。防止備用電源投入到故障元件上，加重故障設(shè)備的破壞程度。,,2,）,APD,只允許動作一次。永久性故障時的多次動作將會導(dǎo)致系統(tǒng)多次受到短路電流的沖擊。,,3,）,APD,切除工作電源斷路器必須經(jīng)延時。這是為了躲過工作母線引出線故障造成的母線電壓下降,24,,PSP642,微機型,APD,的硬件結(jié)構(gòu)一般由,CPU,插件、電源插件、邏輯及跳閘插件、人機對話插件幾部分組成。,,控制條件：允許條件和閉鎖條件。,,當允許條件滿足，而閉鎖條件不滿足時，備自投動作出口。,,就地：可實現(xiàn)就地分合斷路器操作，此時，遠方遙控斷路器的操作將被閉鎖 。,,遠方 ：允許通過遙

20、控該方式對斷路器進行操作，此狀態(tài)下就地操作均將被閉鎖。,,,25,,五、自動按頻率減負荷控制系統(tǒng),,當電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，系統(tǒng)發(fā)送的有功功率可能小于系統(tǒng)所需要（負荷功率）的，頻率就會降低，這將會造成系統(tǒng)低頻運行。其危害是：,,1,）影響汽輪機葉片，可能損傷或斷裂。,,2,）使火電廠廠用機械出力減少，會造成系統(tǒng)頻率崩潰。,,3,）引起發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降，嚴重時會造成系統(tǒng)電壓崩潰。,,4,）影響測量儀表的準確性和用戶的產(chǎn)品質(zhì)量。,26,,自動按頻率減負荷（,AFL,）：當電力系統(tǒng)頻率降低時，能根據(jù)系統(tǒng)頻率下降的不同程度自動有次序、有計劃地切除相應(yīng)的負荷，以阻止系統(tǒng)頻率降低，并使系統(tǒng)頻率迅速恢復(fù)到給定值

21、。,,基本要求：,,1,）,AFL,動作后，系統(tǒng)頻率應(yīng)回升到恢復(fù)頻率范圍內(nèi)。,,2,）使,AFL,充分發(fā)揮作用，應(yīng)有足夠負荷接于,AFL,上。,,3,）,AFL,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)頻率的下降程度切除負荷。分級切除、逐步逼近,,4,）,AFL,各級動作頻率確定應(yīng)符合系統(tǒng)要求，應(yīng)防止超調(diào)和懸?，F(xiàn)象。,,5,）,AFL,應(yīng)設(shè)置附加級，使系統(tǒng)頻率從穩(wěn)定的但略低于恢復(fù)頻率值回升到正常值。附加級動作時系統(tǒng)頻率已處于穩(wěn)定，所以附加級一般需延時較長。,,組成：頻率測量元件,f,，延時元件△,t,和執(zhí)行元件,27,,28,,29,,六、故障錄波裝置,,常年投入運行，監(jiān)視電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的自動記錄裝置，記錄電力系統(tǒng)故障及

22、繼電保護和安全自動裝置在事故過程中的動作情況，迅速判斷線路故障的位置。,,發(fā)展：機械式故障錄波裝置 、光線式故障錄波裝置 、微機故障錄波裝置,,作用：當電力系統(tǒng)發(fā)生故障和振蕩時，自動記錄下故障類型、故障發(fā)生時間、電流電壓變化過程及繼電保護和自動裝置的動作情況，計算出短路點到裝置安裝處的距離等，并且可以通過打印機打印事故報告，通過傳真或電力通信系統(tǒng)將報告?zhèn)魉偷秸{(diào)度所。,30,3.3,,變電站綜合自動化的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),(1),綜合自動化系統(tǒng)的站內(nèi)信息傳輸,,主要解決自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)與上位機（監(jiān)控主機）間的數(shù)據(jù)通信和信息交換問題。,,(2),自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度通信,,,綜合自動化系統(tǒng)必須兼有

23、,RTU,的全部功能，應(yīng)該能夠?qū)⑺杉哪M量和開關(guān)狀態(tài)信息，以及事件順序記錄等遠傳至調(diào)度端；同時應(yīng)該能接收調(diào)度端下達的各種操作、控制、修改定值等命令。即完成新型,RTU,等全部四遙功能。,,通信規(guī)約必須符合部頒的規(guī)定。目前最常用的有,IEC60870 101/103/104,和,CDT,等規(guī)約。,,31,,國際電工委員會（,IEC,）,TC 57,技術(shù)委員會（電力系統(tǒng)控制和通術(shù)委員會）在制定,IEC 61850,（,變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)）標準時，把變電站自動化系統(tǒng)的功能在邏輯上分配在,3,個層次（變電站層、間隔層或單元層、過程層），這,3,個層次分別通過邏輯接口,1,～,9,建立通信，如圖,

24、3.1,所示。,,32,,33,,（,1,）過程層（,Process level,）,功能,,過程層的功能實際上是與變電站一次設(shè)備斷路器、隔離開關(guān)和電流互感器,TA,、,電壓互感器,TV,接口的功能。,,（,2,）間隔層（,Bay level,）,功能,,變電站自動化系統(tǒng)在間隔層的設(shè)備主要有各種微機保護裝置、自動控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和,RTU,等等。,,,(3,）變電站層（,Station level,）,,,變電站的功能有,2,類：,?,與過程有關(guān)的站層功能：,?,與接口有關(guān)的站層功能：,34,,變電站內(nèi)的信息傳輸,,在具有變電站層,――,間隔層（單元層）,――,過程層（設(shè)備層）的分層分布

25、式自動化系統(tǒng)中，需傳輸?shù)男畔⒂幸韵聨撞糠?:,,1,過程層與間隔層的信息交換,,過程層提供的信息主要有兩種：,,,★,模擬量,,★,狀態(tài)信息，主要為斷路器或間隔刀閘的輔助觸點。,,2,間隔層內(nèi)設(shè)備間的通信,,間隔層設(shè)備間內(nèi)部通信，主要解決兩個問題：,,★,數(shù)據(jù)共享,,,★,互相閉鎖,35,,3,間隔層與變電站層的通信,,間隔層和變電站層的通信內(nèi)容很豐富，概括起來有以下,4,類：,,,★,測量信息,,,★,狀態(tài)信息,,,★,操作信息,,,★,參數(shù)信息,,4,變電站層的內(nèi)部通信,,變電站層不同設(shè)備間的通信，根據(jù)各設(shè)備任務(wù)和功能的特點，傳輸所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作信息等。,36,,變電站自動化

26、系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的要求,,,★,快速的實時響應(yīng)能力,,,★,高的可靠性,,,★,優(yōu)良的電磁兼容性能,,,★,分層式結(jié)構(gòu),37,,串行通信接口,EIA-RS-232C,和,EIA-RS-422/485,,1. EIA-RS-232C,接口標準,,,EIA-RS-232,接口標準是早期串行通信接口標準。是美國電子工業(yè)協(xié)會（,EIA,）于,1973,年制定的數(shù)據(jù)傳輸標準接口。因接口簡單，因此也廣泛應(yīng)用于變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部的通信，但其主要缺點是易受干擾，故傳輸距離短，速率低，最大傳輸距離為,15,米。而在距離,15,米時，最大傳輸速率為,20Kbps,。,,2. EIA-RS 422/485,

27、接口標準,,,RS422,對,RS323C,的電路進行改進，采用了平衡差分的電氣接口，,RS422,加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比,RS232,有很大的提高。由,RS422,標準變形為,RS485,。,RS422,用,4,根傳輸線，工作于全雙工，,RS485,只有兩根傳輸線，工作于半雙工，它們的傳輸距離可到,1200M,，傳輸速度,100K,。,,38,表,,幾種常用的串行通信標準接口的主要性能,,,RS232C,RS-422,RS-485,操作方式,,單端,差分,差分,最大電纜距離,,15m,1200m,1200m,最大傳輸速率,,(bps),12m,20K(15m),10M,10M,

28、,120m,-,1M,1M,,1200m,-,100K,100K,,39,,RS422/485,的優(yōu)點：,,① 接口簡單，僅需一根信號電纜（雙絞線、同軸電纜），便可實現(xiàn)多節(jié)點互聯(lián)。,,,②,可采用標準傳輸規(guī)約，例如：,IEC60870-5-103,協(xié)議（我國行標為,DL/T 667-1999,）,,由于以上優(yōu)點，間隔層設(shè)備間的通信以前常采用,RS-232,或,RS-485,串行接口。,,,,RS422/485,缺點：,,① 能連接的通信點數(shù)≤,32,個。,,,②,通信多為查詢方式,,40,現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò),,1,現(xiàn)場總線定義,,根據(jù)國際電工委員會,IEC,（,International Ele

29、ctro-technical Commission,）,標準和現(xiàn)場總線基金會,FF,（,Fieldbus,Foundation,）,的定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。,,以現(xiàn)場總線構(gòu)成的控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)上是分散的。從而徹底改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了控制系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟性能。,,41,2,現(xiàn)場總線的優(yōu)點：,,現(xiàn)場總線按,ISO,的,OSI,標準提供了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，可靠性高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，通信速率快，造價低，維護成本低。,,具體有以下幾方面特點：,,,(1),現(xiàn)場設(shè)備互連網(wǎng)絡(luò)化,,,(2),信號傳輸數(shù)字化,,,(3),系統(tǒng)

30、和功能分散化,,,(4),現(xiàn)場總線設(shè)備有互操作性,,,(5),現(xiàn)場總線的通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò),,42,3,現(xiàn)場總線技術(shù)與計算機局域網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)系與區(qū)別：,,計算機局域網(wǎng)屬數(shù)據(jù)網(wǎng)，現(xiàn)場總線屬控制網(wǎng)。兩者的區(qū)別如下：,,,(1),數(shù)據(jù)特性不一樣,,數(shù)據(jù)網(wǎng)使用大數(shù)據(jù)報文，且數(shù)據(jù)并不是頻繁地發(fā)送、通信速率一般較高，控制網(wǎng)卻相反，必須頻繁傳送少批量數(shù)據(jù)。,,,(2),介質(zhì)訪問,(MAC),協(xié)議不一樣,,,(3),數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)不一樣,,,(4),應(yīng)用層服務(wù)不一樣,,43,4,幾種常用的現(xiàn)場總線,,,(1),LONWorks,,現(xiàn)場總線,,它的核心部件是,Neuron,神經(jīng)元通信處理芯片，收發(fā)器模塊和,L

31、ONtalk,通信協(xié)議。,,,LONWorks,的節(jié)點相互獨立，從硬件結(jié)構(gòu)上保證當任何一節(jié)點出現(xiàn)故障，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的工作。,,,LONWorks,的技術(shù)特點：,,① 高可靠性,,② 支持多種傳輸介質(zhì),,③ 響應(yīng)時間塊,,④ 安全性好,,⑤ 互換性,,44,,(2) CAN,現(xiàn)場總線,,,CAN,（,Controller Area Network,）,控制局域網(wǎng)是一種具有很高可靠性、支持分布式控制。,,,CANbus,的技術(shù)特點是：,,① 技術(shù)多主結(jié)構(gòu)。,,② 可以與各種微處理機連接。,,③ 提供優(yōu)先級控制、實時性強。,,④ 具有很強的錯誤識別和處理能力。,,⑤ 支持點對點發(fā)送和播

32、發(fā)送功能。,,CAN,主要用于小型、實時性要求比較高的過程控制系統(tǒng)。,,LONWorks,主要適用于大型的、對響應(yīng)時間要求不太高的分布式控制系統(tǒng)。,,45,3,以太網(wǎng)（,Ethernet,）,,以太網(wǎng)（,Ethernet,）,的名稱是由加利福尼亞,Xenx,公司的,PARC,研究中心的,Bob Metcalfe,于,1973,年,5,月首次提出的。,,以太網(wǎng)是當今使用最廣泛的局域網(wǎng)，在所有的網(wǎng)絡(luò)連接中，,80%,都是基于以太網(wǎng)的。,,以太網(wǎng)的優(yōu)越性,,,(1),傳輸速度快，可擴展性好,,以太網(wǎng)的傳輸速度有,10Mbps,系統(tǒng)、,100Mbps,系統(tǒng)和,1000Mbps,系統(tǒng)。,,,(2),可靠

33、性高,,,(3),成本低,,,(4),網(wǎng)絡(luò)管理,,由于以上原因，以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)已成為發(fā)展的趨勢。,,46,介質(zhì)訪問控制協(xié)議,,,★,多播地址和廣播地址,,,★,,CSMA/CD,協(xié)議,,,★,沖突,,如果不止一個站點同時在以太網(wǎng)信道上傳輸數(shù)據(jù)，信號就會發(fā)生沖突。但沖突會很快地被解決。例如，在一個典型的,10Mbps,以太網(wǎng)上，,CSMA/CD,協(xié)議的設(shè)計保證了大部分沖突都可在微秒即百萬分之一秒內(nèi)被解決。,,由于這種技術(shù)特點，當帶寬占用率低于,37%,時，可以基本避免沖撞，充分滿足實時要求。,,47,,IEC 60870-5,系列國際標準,,,序號,IEC,配套標準,我國對應(yīng)電力行

34、業(yè)標準,名稱和作用,應(yīng)用場合,1,IEC 60870-5-101,DL/T 634-1997,基本遠動任務(wù)配套標準,變電站和調(diào)度中心間,2,IEC 60870-5-102,DL/T 719-2000,電能累計量傳輸配套標準,變電站和調(diào)度中心間,3,IEC 60870-5-103,DL/T 667-1997,變電站繼電保護信息接口配套標準,變電站內(nèi),4,IEC 60870-5-104,,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,變電站和調(diào)度中心,5,IEC 60870-6-TASE.1,,,調(diào)度中心之間計算機網(wǎng)絡(luò)通信,6,IEC 60870-6-TASE.2,,,調(diào)度中心之間計算機網(wǎng)絡(luò)通信,,48,當前,IEC TC57,

35、已有標準協(xié)議存在的問題,,,IEC TC57,為電力系統(tǒng)通信已制定許多協(xié)議,,,常用的有以下幾類：,,,(1),用于變電站內(nèi)繼電保護信息傳輸標準：,IEC 60870-5-103,,(2),用于變電站到調(diào)度中心間的遠距離通信協(xié)議有,:IEC 60870-5-101,和,IEC 60870-5-102,,(3),變電站和調(diào)度中心通過網(wǎng)絡(luò)傳輸標準：,IEC 60870-5-104,,,（,4,）,調(diào)度中心通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膮f(xié)議有：,IEC 60870-6 TASE.1,和,IEC 60870-6 TASE.2,,,以上協(xié)議不能兼容或不能完全兼容。,,49,主要特征：,,,2001,年,6,月,1,日在

36、挪威召開,SPAG,會議，正式確定標準的名稱為：變電站,――,控制中心通過,IEC 61850,通信。并制定出電力系統(tǒng)的無縫遠動通信體系結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一傳輸協(xié)議,IEC 61850,。,,,未來電力系統(tǒng)的無縫遠動通信體系結(jié)構(gòu)如圖。,,①,IEC 60870-6 TASE.2,用于控制中心之間通過網(wǎng)絡(luò)進行通信。,,②,,變電站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)采用,IEC 61850,＋,。,,③,控制中心和變電站之間采用,IEC 61850,＋,進行通信。這樣從控制中心到變電站的過程層可以采用統(tǒng)一的通信協(xié)議。,,④ 變電站和控制中心的配置、事故追憶、特殊應(yīng)用計算機之間，采用,IEC 61850,＋,。,遠動無縫傳輸協(xié)議,IEC 61850,,50,51,,IEC 61850,變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的特點,,①應(yīng)用層傳輸協(xié)議是面向?qū)ο笞晕颐枋龅模瑪?shù)據(jù)對 象是分層的，定義了收集這些信息的方法，數(shù)據(jù)對象，邏輯結(jié)點和邏輯設(shè)備的代號，并規(guī)定了名字的造句法，使任何對象的標識成為唯一的。,,②,IEC 61850,可根據(jù)電力系統(tǒng)的特點來歸納所需的服務(wù)類，定義抽象通信服務(wù)接口且與所采用的網(wǎng)絡(luò)無關(guān)。,,,③,根據(jù)數(shù)據(jù)對象分層和數(shù)據(jù)傳輸有優(yōu)先級的特點定義了一套收集和傳輸數(shù)據(jù)的服務(wù)。,,④涵蓋了,IEC 60870-5-101,和,IEC 60870-5-103,的數(shù)據(jù)對象。,,52,