電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理及技術(shù)ppt課件

1、1,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理及技術(shù),2,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理及技術(shù)第一章 緒論,遠(yuǎn)動(dòng)：TeleControl RemoteControl 從英文知道，實(shí)際上遠(yuǎn)動(dòng)就是遙控，只是電力系統(tǒng)的習(xí)慣叫法而已。 問(wèn)題：為什么需要遙控，遙控如何理解？,3,第一章 緒論 1.1 概述,1、復(fù)雜電力系統(tǒng)的主要管理問(wèn)題,監(jiān)控難,調(diào)度難,各種設(shè)備狀態(tài)不一,設(shè)備多,怎樣解決這些問(wèn)題？,距離遠(yuǎn)管理困難,4,調(diào)度系統(tǒng)的必要性,1、電能難于大量?jī)?chǔ)存

2、2、實(shí)時(shí)生產(chǎn)=實(shí)時(shí)消費(fèi)3、消費(fèi)隨時(shí)在變化（有一定規(guī)律，但是不能精確確定）4、生產(chǎn)必須跟蹤消費(fèi)5、還要保證消費(fèi)的質(zhì)量（供電質(zhì)量）6、同時(shí)重要的是要保證安全性、經(jīng)濟(jì)性7、自動(dòng)裝置+各級(jí)調(diào)度系統(tǒng),5,調(diào)度系統(tǒng)的作用,1、制定運(yùn)行方式、確定各發(fā)電廠出力。目的：保證系統(tǒng)正常運(yùn)行、安全、經(jīng)濟(jì)。2、發(fā)生故障時(shí)，迅速排除故障，盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。（實(shí)時(shí)性更強(qiáng)）怎樣實(shí)現(xiàn)？早期靠電話聯(lián)系。,6,遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的引入,隨著自動(dòng)化通信控制技術(shù)的發(fā)展，出

3、現(xiàn)了一種自動(dòng)化裝置替代電話聯(lián)系的方式。位置：安裝于調(diào)度中心和廠站端，借助某種信道自動(dòng)傳輸信息。功能：向調(diào)度端傳遞廠站端信息并顯示，存儲(chǔ)，處理。根據(jù)需要由調(diào)度端操作調(diào)節(jié)廠站設(shè)備，滿足前述的需要。遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)可以發(fā)揮哪些作用？,7,2、電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的作用,提高自動(dòng)化程度,,節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用,建立真正的調(diào)度自動(dòng)化，能量管理系統(tǒng),減少停電縮短停電時(shí)間,及時(shí)處理各種事故,如何實(shí)現(xiàn)？,8,3、電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)要完成的任務(wù),任務(wù)：1、將電力系統(tǒng)的運(yùn)

4、行狀態(tài)采集并傳送到調(diào) 度中心（監(jiān)測(cè)） 2、接受調(diào)度中心下達(dá)的命令去調(diào)控電力系統(tǒng)中的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（控制） 對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)（遙控）的理解：實(shí)際上應(yīng)該理解為監(jiān)控更為合理，即控制一個(gè)設(shè)備的前提是我們能夠清楚地監(jiān)測(cè)到這個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)實(shí)際需要對(duì)其進(jìn)行控制。,9,4、相關(guān)學(xué)科與理論技術(shù)（參考資料）,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)涉及到的學(xué)科：電力系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、通信、控制等學(xué)科。 它的基本理論

5、和技術(shù)包括：數(shù)據(jù)采集理論和技術(shù)、計(jì)算機(jī)原理、編碼理論、數(shù)據(jù)傳輸原理、信息論以及電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的基本理論。,10,1.2 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)功能,1、調(diào)度中心和遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸示意圖,11,2、電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)的功能,由圖可知其功能為：（1）、調(diào)度中心通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備獲得遠(yuǎn)方的電力系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)（圖中的虛線）和設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)（簡(jiǎn)稱(chēng)為遙測(cè)量，以YC表示）以及設(shè)備的狀態(tài)（簡(jiǎn)稱(chēng)遙信量，以YX表示）。（2）、調(diào)度中心可以根據(jù)需要對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備

6、進(jìn)行遠(yuǎn)方控制（簡(jiǎn)稱(chēng)為遙控，以YK表示）和遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)（簡(jiǎn)稱(chēng)遙調(diào)，以YT表示）。,12,3、遠(yuǎn)動(dòng)信息的基本內(nèi)容,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的功能通常又稱(chēng)為“四遙”功能。 除了基本的四遙功能,還包括SOE,事故追憶、召喚時(shí)鐘、廣播命令等功能. 為了實(shí)現(xiàn)這種“四遙”功能，遠(yuǎn)動(dòng)信息的基本內(nèi)容包括：遙信信息、遙測(cè)信息、遙控信息和遙調(diào)信息。,13,遙測(cè)信息,各種運(yùn)行參數(shù)，主要特點(diǎn)是隨著時(shí)間連續(xù)變化的模擬量。電量參數(shù)：電壓，電流，頻率，功率。非

7、電量參數(shù)：溫度，水位，油位。1采集方式：電量----變送器（直流，交流） 非電量----傳感器（直流量、數(shù)字量）2 A/D3 電量采集（脈沖、數(shù)字量）,14,遙信信息,狀態(tài)信號(hào)1、開(kāi)關(guān)，刀閘的狀態(tài)信息2、保護(hù)、自動(dòng)裝置的動(dòng)作狀態(tài)3、發(fā)電機(jī)的開(kāi)停機(jī)信號(hào)4、其他的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)（如事故總信號(hào)）特點(diǎn)：？（表示方式0，1）,15,遙控信息,改變?cè)O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的命令，如發(fā)電機(jī)的起停命令，斷路器的分合命令。電容器

8、，電抗器的投切命令。特點(diǎn)：可靠性要求高。保證措施：返校。,16,遙調(diào)信息,傳送改變?cè)O(shè)備運(yùn)行參數(shù)的命令，如改變發(fā)電機(jī)有功出力(調(diào)速)和勵(lì)磁電流(調(diào)壓)的設(shè)定值，改變變壓器分接頭的位置。,17,遠(yuǎn)動(dòng)信息的傳輸模式,循環(huán)數(shù)字傳輸模式（CDT）：廠站端將要發(fā)送的遠(yuǎn)動(dòng)信息按照規(guī)約（協(xié)議）的規(guī)定組成各種幀，再編排好順序，一幀一幀地循環(huán)向調(diào)度端傳送。特點(diǎn)：周期性發(fā)送不論調(diào)度端是否需要不需要調(diào)度端發(fā)問(wèn)邏輯上需要獨(dú)占通道對(duì)信道質(zhì)量要求

9、較低,18,遠(yuǎn)動(dòng)信息傳輸模式,問(wèn)答傳輸模式（POLLING）：若調(diào)度端要得到廠站端的監(jiān)視信息，必須向其發(fā)送查詢(xún)命令報(bào)文。廠站端按照收到的不同類(lèi)型命令報(bào)文發(fā)送回答報(bào)文。特點(diǎn)：有問(wèn)才答按需回答可以共享通道（地址區(qū)別）對(duì)信道要求高，且必須為雙向通道（全雙工或者半雙工）,19,遠(yuǎn)動(dòng)信息的編碼,循環(huán)式（部頒）：以幀為單位（幀長(zhǎng)度可變）幀由各類(lèi)字組成。包括信息字，控制字等信息字由6個(gè)字節(jié)組成（48BIT），固定長(zhǎng)度,20,遠(yuǎn)動(dòng)信息的

10、編碼,以報(bào)文為單位傳輸報(bào)文格式如下：,報(bào)文頭,數(shù)據(jù)區(qū),校驗(yàn)碼,,寬度為8位，長(zhǎng)度為3-4字節(jié),,長(zhǎng)度可變，字節(jié)數(shù)可變,21,DL451（部頒CDT）,幀結(jié)構(gòu)（幀長(zhǎng)度可變體現(xiàn)在信息字個(gè)數(shù)可變）字：不同于計(jì)算機(jī)中字的概念，為48位，是碼字的意思。,各個(gè)字起什么作用？,22,串行通信,計(jì)算機(jī)通信的基礎(chǔ)是同步：發(fā)送端時(shí)鐘頻率=接收端傳輸時(shí)鐘頻率、相位一致的運(yùn)轉(zhuǎn)。可以理解為兩端速率相同，碼元起止時(shí)刻相同。串行通信：信息一位一位傳輸。對(duì)應(yīng)計(jì)算

11、機(jī)RS232串口。異步通信：串行通信的一種方式，以字符為單位進(jìn)行傳輸，每個(gè)字符均有起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位（可沒(méi)有）、停止位。每個(gè)字符的起始位都起到對(duì)該字符的同步作用。是位同步方式。額外花費(fèi)大，效率低。同步通信：串行通信的一種方式，以同步字符作為傳送開(kāi)始，字符之間不允許有空隙，線路空閑時(shí)發(fā)同步字符。但是兩端頻率有一定誤差，造成碼元相位差，累積后可能造成錯(cuò)位，導(dǎo)致失步。是幀同步方式。,23,同步字的作用,DL451規(guī)約要求遠(yuǎn)動(dòng)信息的

12、傳送采用同步通信方式，即通信過(guò)程以同步字的檢測(cè)作為信息傳輸?shù)拈_(kāi)始。檢測(cè)到同步字后，進(jìn)入同步通信狀態(tài)，將接收信息按字節(jié)劃分開(kāi)。實(shí)現(xiàn)幀同步。但是為了消除兩端時(shí)鐘的頻差所產(chǎn)生的相位差，收端必須同時(shí)采用位同步措施（若不用異步通信的起始位檢測(cè)作為位同步方式，則用數(shù)字鎖相環(huán)，以發(fā)送端發(fā)來(lái)的數(shù)字序列中含有的相位信息，調(diào)整接收端相位）?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)有些采用異步通信方式傳送遠(yuǎn)動(dòng)信息。即只采用位同步。,24,DL451同步字,采用固定48位：3

13、組EB90E:1110 B:1011 9:1001 0:0000同步字：EB90EB90EB90,25,DL451控制字,控制字當(dāng)然也是48位，由6個(gè)字節(jié)組成，從前往后依次為：控制字節(jié)：ELSD0001幀類(lèi)別字節(jié)：重要遙測(cè)A幀、次要遙測(cè)B幀、一般遙測(cè)C幀、遙信狀態(tài)D1、電能量脈沖計(jì)數(shù)值D2、順序事件記錄E、遙控（選擇、執(zhí)行、撤銷(xiāo)）、升降（選擇、執(zhí)行、撤銷(xiāo)）、設(shè)置時(shí)鐘等。信息字?jǐn)?shù)字節(jié)：本幀包含的信息字?jǐn)?shù)。源站址字

14、節(jié)：目的站址字節(jié)：校驗(yàn)碼字節(jié)：監(jiān)督元,26,DL451信息字,功能碼：表示信息數(shù)據(jù)的作用。不同功能碼代表不同功能。共256個(gè)功能。代號(hào)00H-7FH：均為遙測(cè)數(shù)據(jù)（128個(gè)字，每個(gè)字裝載兩個(gè)遙測(cè)數(shù)據(jù)，總共可以定義256個(gè)遙測(cè)量）代號(hào)F0H-FFH：均為遙信數(shù)據(jù)（16個(gè)字，每個(gè)字裝載32路遙信，總共定義了512個(gè)遙信量）代號(hào)E0H:遙控選擇命令代號(hào)E1H:遙控返校命令代號(hào)E2H:遙控執(zhí)行命令,27,幀的組織方式,循環(huán)：在滿足

15、規(guī)定的時(shí)間前提下（A幀循環(huán)時(shí)間為3秒，B為6秒，C為20秒），幀序列可以任意組織，固定各幀的排列順序循環(huán)傳送。插入：對(duì)于特殊情況，則插入到循環(huán)順序中優(yōu)先傳送。如遙信變位（1秒內(nèi)）、遙控、升降命令的返校（長(zhǎng)度為字）。簡(jiǎn)化：為了簡(jiǎn)化應(yīng)用，也可以對(duì)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化（固定幀長(zhǎng)度，同步字+信息字+慢變化字），降低出錯(cuò)的概率。典型傳送順序：AB AC AB AC AB AD1 AB AC AB AC AB AD2 E幀在需要時(shí)，采用插入

16、傳送。,28,常用遠(yuǎn)動(dòng)信道,采用專(zhuān)用有線信道(近距離)電力載波信道(投資小)微波信道(高頻率)光纖信道無(wú)線電信道衛(wèi)星通信（特殊微波）,29,專(zhuān)線通信,由遠(yuǎn)動(dòng)裝置產(chǎn)生遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)。直流信號(hào)：幅值、極性信號(hào)。交流信號(hào)：頻率介質(zhì)：架空線、專(zhuān)用電纜缺點(diǎn)：近距離（經(jīng)濟(jì)，技術(shù)原因：損耗大）,30,載波通道,物理介質(zhì)：高壓電力線路載波？用于裝載基帶信號(hào)的高頻正弦波或者周期性脈沖信號(hào)。（如飛機(jī)）基帶信號(hào)？由原始消息轉(zhuǎn)換（信源編碼）得到

17、的信號(hào)。（如旅客）注意區(qū)別基波的概念。為什么要裝載（調(diào)制）于載波信號(hào)上？基帶信號(hào)傳輸距離有限（噪聲）。一般形式：遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)與載波電話復(fù)用載波信道（0.3—3.4kHz）人耳的理論聽(tīng)覺(jué)范圍20---20000赫茲。通常對(duì)太低或太高的頻率不敏感，頻率損失不會(huì)造成很大影響。所以通常語(yǔ)音用0.3—2.3kHz范圍，遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)用2.7—3.4kHz范圍。（頻分復(fù)用）怎樣裝載？調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相。怎樣卸載？解調(diào)，反其道。,31,32,微波通道,

18、微波？微小的波，波長(zhǎng)小，即頻率高。頻率范圍：300M—300GHz。形式：無(wú)線傳播，直線傳播，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。傳輸距離：30—50km（功率損耗，地球形狀），遠(yuǎn)距離用中繼（接收，放大，傳出）優(yōu)點(diǎn)：頻帶寬（相同時(shí)間傳輸信號(hào)多），方向性強(qiáng)，保密性好。,33,衛(wèi)星通信（特殊微波）,頻率更高（4G赫茲以上）以地球同步衛(wèi)星為中繼站進(jìn)行中繼通信一個(gè)衛(wèi)星的視角為120度左右，原則上三個(gè)衛(wèi)星沿軌道均勻分布即可覆蓋南北緯60度以?xún)?nèi)的地球表面。優(yōu)

19、點(diǎn)：頻帶寬，傳輸容量大，通信距離長(zhǎng)，不易受干擾。發(fā)展趨勢(shì)：衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)器增多，功能增強(qiáng)，發(fā)射功率增強(qiáng)；地面站天線變小，地面站數(shù)量增多，均攤成本降低。,34,光纖通道,原理：電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳輸，到目的地再由光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光信號(hào)傳輸：全反射原理，光纖芯對(duì)光的折射率大，包層折射率小，在分界面處全反射，理論上無(wú)損耗。實(shí)際損耗：光吸收（材料不純）光散射（材料不均勻）光纖材料：石英光纖、玻璃光纖、塑料光纖傳輸模式：多模（多種電磁場(chǎng)

20、分布模式）、單模（帶寬極寬、衰減少、適用大容量遠(yuǎn)距離）光纜：多路光纖（幾十幾百根）+護(hù)套介質(zhì)：光纖維-----光纜。架設(shè)：?jiǎn)为?dú)架設(shè)、地線復(fù)合光纖（OPGW）。優(yōu)點(diǎn)：帶寬寬，衰減小，抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率低。,35,電端機(jī),電光轉(zhuǎn)換,,光電轉(zhuǎn)換,電端機(jī),,,,光端機(jī),光纜,電光轉(zhuǎn)換：電光二極管、激光二極管光電轉(zhuǎn)換：光電二極管通信模式：模擬通信、數(shù)字通信模擬通信：用模擬電信號(hào)調(diào)制光強(qiáng)度數(shù)字通信：用數(shù)字脈沖電信號(hào)對(duì)光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制。

21、PCM:脈沖編碼調(diào)制。,36,無(wú)線電信道,組成：發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、自由空間、接收天線、接收機(jī)。類(lèi)似廣播。優(yōu)點(diǎn)：不需要線路，節(jié)省材料，減少維護(hù)量。,37,1.3遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)采集的數(shù)據(jù)不正確反映到調(diào)度中心，對(duì)調(diào)度人員的抉擇將會(huì)產(chǎn)生促使調(diào)度人員作出錯(cuò)誤判斷和抉擇的影響。（上行）遙控、遙調(diào)命令下達(dá)到系統(tǒng)后信息不能保證正確可靠，也將會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。（下行） 為了保證電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)各種功能的可靠實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)

22、必須合理。在各個(gè)環(huán)節(jié)上必須要有一定的技術(shù)措施做保障。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性十分重要，遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)事實(shí)上就是保證“四遙”準(zhǔn)確可靠的技術(shù)。,38,1、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)原理框圖,YK/YT,,信道編碼,,,,,調(diào)制解調(diào)器,信道譯碼,,,,YC/YX,,調(diào)制解調(diào)器,,,,,,,信道編碼,信道譯碼,,,,,,,YX采集,YC采集,,,,,YK執(zhí)行,YT執(zhí)行,,調(diào)度端,,通道,,,廠站端,,,,,,39,相關(guān)術(shù)語(yǔ),調(diào)度中心：主站廠站：子站主站端的遠(yuǎn)動(dòng)裝

23、置：前置機(jī)（front-end prcessor）,作用：用來(lái)緩沖和處理輸入或輸出數(shù)據(jù)的處理機(jī)。一般需要有通信控制功能，并應(yīng)為雙機(jī)配置。廠站端的遠(yuǎn)動(dòng)裝置：遠(yuǎn)動(dòng)終端（RTU:remote terminal unit）,40,遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)配置的基本模式,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(CDT.POLLING)多路點(diǎn)對(duì)點(diǎn)多點(diǎn)星形(POLLING)多點(diǎn)共線多點(diǎn)環(huán)形,41,遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)基礎(chǔ)上形成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng),基本功能：SCADA系統(tǒng)。SC：監(jiān)控DA：數(shù)據(jù)采集

24、AGC:自動(dòng)發(fā)電控制EDC：經(jīng)濟(jì)調(diào)度高級(jí)功能：PAS（電力系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用軟件）拓?fù)浞治鰻顟B(tài)估計(jì)負(fù)荷預(yù)測(cè)在線潮流安全分析DTS（調(diào)度員培訓(xùn)模擬）兩者相加：EMS,42,分級(jí)調(diào)度體制及優(yōu)點(diǎn),我國(guó)采用國(guó)調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)、縣調(diào)五級(jí)分層調(diào)度體制。優(yōu)點(diǎn)：減少信息傳輸量、減輕上級(jí)調(diào)度中心的負(fù)擔(dān)。提高了響應(yīng)速度和可靠性。減少設(shè)備投資?？蓴U(kuò)展性好。,43,分級(jí)的調(diào)度體制,國(guó)調(diào)：與網(wǎng)調(diào)控制中心相連，協(xié)調(diào)、確定大區(qū)網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線潮

25、流和運(yùn)行方式，監(jiān)視、統(tǒng)計(jì)全國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行情況。屬于EMS。1、收集區(qū)網(wǎng)及有關(guān)省網(wǎng)的信息，監(jiān)視大區(qū)電網(wǎng)的重要測(cè)點(diǎn)運(yùn)行工況及全國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行概況。2、進(jìn)行大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的潮流、短路、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算，并下達(dá)計(jì)算結(jié)果。3、做中長(zhǎng)期安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析，提出對(duì)策。,44,大區(qū)網(wǎng)調(diào),主要負(fù)責(zé)區(qū)內(nèi)超高壓網(wǎng)的安全運(yùn)行，并按規(guī)定的發(fā)用電計(jì)劃及監(jiān)控原則進(jìn)行管理，提高電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。屬于EMS。,45,省調(diào),1、電網(wǎng)數(shù)據(jù)的收集和監(jiān)控，經(jīng)濟(jì)調(diào)度、安全分

26、析。2、負(fù)荷預(yù)測(cè)，制定開(kāi)停機(jī)計(jì)劃和水火電經(jīng)濟(jì)調(diào)度的日分配計(jì)劃、指導(dǎo)AGC。3、地區(qū)間有關(guān)省網(wǎng)部分的供受電量的計(jì)劃編制和分析。4、進(jìn)行管轄電網(wǎng)的潮流、短路、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算，并下達(dá)計(jì)算結(jié)果。功能與網(wǎng)調(diào)基本相同，管轄范圍縮小至本省高壓網(wǎng)，屬于EMS。,46,地區(qū)調(diào)度,一般屬于SCADA系統(tǒng)。1、本地區(qū)電網(wǎng)的安全監(jiān)控。2、本地區(qū)有關(guān)站點(diǎn)的開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)方操作、變壓器分接頭的調(diào)節(jié)、電容器的投切。3、負(fù)荷管理和自動(dòng)投切。,47,縣調(diào),1

27、、數(shù)據(jù)采集2、安全監(jiān)控3、功率總加4、電量總加5、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)6、負(fù)荷管理,48,第二章 變送器,電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)原理及技術(shù),49,為什么需要變送器？TRANSDUCER,一次系統(tǒng)：發(fā)、變、輸、配、用特點(diǎn)：高電壓、大電流二次系統(tǒng)：為了測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)視、控制一次系統(tǒng)的各類(lèi)系統(tǒng)。特點(diǎn)：低電壓、小電流（PT:100V CT:5A）現(xiàn)代遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)一般為數(shù)字計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，電壓一般不超過(guò)12V，功率不超過(guò)幾百瓦。,50,2.1概述,將電力

28、系統(tǒng)的電壓電流和有功無(wú)功等電氣量線性的轉(zhuǎn)化成0~5V等信號(hào)的器件稱(chēng)為變送器。,1、變送器的定義,一次系統(tǒng)（強(qiáng)電）,,二次系統(tǒng)（弱電）,CT、PT（橋梁）,,變送器5A、100V到TTL電平的橋梁,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（弱電）,,控制電纜220千伏：200m,330千伏：300m500千伏：500m總長(zhǎng)：150-200kM,51,變送器性能指標(biāo)--變送器的輸出標(biāo)稱(chēng)值,國(guó)標(biāo)規(guī)定：按照不同輸出類(lèi)型分為電流型、電壓型輸出為電流的變送器

29、（毫安級(jí)）： 0-1mA、 0-10mA、 0-20mA、 4-20mA、 -1-0-1mA、 -5-0-5mA、 -10-0-10mA輸出為電壓的變壓器（伏特級(jí)）： 0-1V、 0-5V、 0-10V、 -1-0-1V、 -5-0-5V、 -10-0-10V,52,電壓型輸出與電流型輸出的不同,在傳輸距離很近的和干擾微小的情況下，所引起的誤差和信號(hào)穩(wěn)定性上看，電壓型輸出和電流形輸出無(wú)明顯差異。在傳輸距離較遠(yuǎn)，并且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣的

30、情況下，應(yīng)優(yōu)先選用電流型輸出，因?yàn)殡娏餍洼敵龅淖兯推飨喈?dāng)于電流源，有較高的抑制分布在傳輸線上的外部磁場(chǎng)和靜電場(chǎng)干擾的能力，并且輸出標(biāo)稱(chēng)值越大，抗干擾的能力越強(qiáng)。,53,2、變送器技術(shù)分類(lèi),變送器技術(shù)包括兩大類(lèi)：（1）直流變送器：是指變送器的輸出為直流信號(hào)；（2）交流變送器：是指變送器輸出為交流信號(hào)。 直流變送器和交流變送器目前都在使用，但由于交流變送器體積小、價(jià)格便宜，而且隨著交流采樣技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，其精度越來(lái)

31、越高，因此交流變送器將逐漸取代直流變送器。。,54,直流變送器,55,交流變送器,56,2、變送器性能指標(biāo)--允許過(guò)量輸入,分為連續(xù)過(guò)量輸入和短時(shí)過(guò)量輸入。連續(xù)過(guò)量輸入為標(biāo)稱(chēng)值或者上限值的120%短時(shí)過(guò)量輸入，依據(jù)不同變送器類(lèi)型、過(guò)量輸入持續(xù)時(shí)間，過(guò)量輸入的間隔時(shí)間不同而不同，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。正常過(guò)量輸入情況下，精度應(yīng)該滿足要求。,57,變送器性能指標(biāo)--輸出性能,輸出負(fù)載能力：變送器后需要A/D，采集等環(huán)節(jié)輸出紋波：有效值不超

32、過(guò)輸出上限的0.3%，意味著實(shí)際采集需要做平均。輸出響應(yīng)時(shí)間：<=400ms，0-90%（上升）或者100-10%（下降）,58,變送器性能指標(biāo)--準(zhǔn)確度、功耗,等級(jí)：0.1 0.2 0.5 1.0 1.5 2.5對(duì)應(yīng)誤差為：+-等級(jí)/100功耗：一般與其他電氣測(cè)量?jī)x表公用一個(gè)PT,CT，這些互感器的準(zhǔn)確度與其二次負(fù)載有關(guān)，因此，為防止互感器過(guò)載，降低測(cè)量綜合誤差，應(yīng)盡量降低變送器的功耗。。,59,變送器性能指

33、標(biāo)--絕緣性能,對(duì)象：多個(gè)輸入回路、外殼、輸出回路絕緣電阻：各輸入回路與外殼之間、各輸入回路與輸出回路之間、各輸入回路之間。用直流搖表500V，持續(xù)1分鐘，測(cè)得的絕緣電阻不應(yīng)小于5M歐姆。耐壓試驗(yàn)：輸入回路與外殼、輸入回路之間加交流2000V電壓，1分鐘。輸出回路對(duì)外殼、輸入回路對(duì)輸出回路加交流500V電壓，持續(xù)1分鐘。,60,2.2電流變送器和電壓變送器,直流變送器：互感器T、整流、濾波、輸出、補(bǔ)償電流變送器并聯(lián)分流電阻將電流轉(zhuǎn)

34、化為電壓信號(hào)（下圖中虛線部分）電流變送器的T為電流互感器、電壓變送器的T為電壓互感器,61,62,2、電流變送器的作用,電流變送器的作用是將來(lái)自電流互感器次級(jí)的交流電流變換成RTU 可以處理的交流或直流信號(hào)。電流互感器CT的次級(jí)輸出的交流電流經(jīng)過(guò)變送器中的電流互感器（變壓器）LH。LH 的作用主要有兩個(gè)：一是降低輸入的交流電流；另一方面就是將輸入回路與變送器回路在電氣上隔離。,63,硅鋼片磁化曲線（補(bǔ)償?shù)淖饔茫?,H為磁場(chǎng)

35、強(qiáng)度，與原邊勵(lì)磁電流對(duì)應(yīng)B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，與副邊電壓相對(duì)應(yīng)原邊與副邊不是線性關(guān)系,64,5、變送器的工作范圍,特點(diǎn)：OA段是非線性、AB段基本上呈線性、B點(diǎn)以后呈飽和狀態(tài)即：當(dāng)輸入的被測(cè)交流電流在零值附近或較小時(shí)，電流互感器的輸入電流和輸出電壓呈非線性關(guān)系；當(dāng)電流過(guò)大時(shí)，使得LH進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，也無(wú)法滿足線性關(guān)系。處理措施：零點(diǎn)附近的非線性關(guān)系可以通過(guò)一定的非線性補(bǔ)償電路進(jìn)行補(bǔ)償，以保證其線性關(guān)系；對(duì)飽和區(qū)的處理一般是通過(guò)限制變送器

36、的工作范圍，使其運(yùn)行點(diǎn)不進(jìn)入磁化曲線的飽和區(qū)。,65,6、交流變送器與直流變送器的比較,上圖中的紅色虛線將變送器電路分成了兩個(gè)部分。虛線的右邊是對(duì)信號(hào)進(jìn)行整流、濾波處理的。如果我們不是需要直流輸出，而只需要交流輸出，只需要將電路虛線左邊的部分適當(dāng)加上一些補(bǔ)償電路即可。由此看出，交流變送器比直流變送器的電路要簡(jiǎn)單得多。,,66,2、電壓變送器的作用,電壓變送器的作用是將來(lái)自電壓互感器（PT）次級(jí)的交流電壓變換成RTU可以處理的信號(hào)（

37、交流的或直流的，電壓或電流信號(hào)）。電壓變送器是有一個(gè)電壓互感器YH和整流電路組的。電壓互感器的作用也是兩個(gè)方面：一是降低輸入電壓，另一個(gè)是將變送器回路和輸入回路在電氣上隔離開(kāi)來(lái)。,67,3、電壓變送器的工作范圍,如果需要的是交流輸出，將不需要后面的整流電路。另外，一般情況下，電壓的變化在±20%左右，不會(huì)進(jìn)入零點(diǎn)附近的非線性區(qū)，因此，在電壓變送器中不需要非線性補(bǔ)償電路。,68,2.3功率變送器單相有功變送

38、器,功能：實(shí)現(xiàn)電壓電流乘積的平均值（直流分量）部件：主要由乘法器、低通濾波構(gòu)成推導(dǎo)：u=1.414 U sin(ωt+φ)，i= 1.414 I sin(ωt)所以，瞬時(shí)電流電壓乘積的的平均值為： 1/T∫uidt=UIcos φ=有功功率所以：?jiǎn)蜗嘤泄y(cè)量只要將瞬時(shí)電流電壓乘積（乘法器）后取平均（低通濾波）值即可。,69,單相無(wú)功變送器,與單相有功變送器類(lèi)似，多一個(gè)電流移相電路功能：實(shí)現(xiàn)電壓與超前90°電流

39、乘積的平均值（直流分量）部件：主要由乘法器、低通濾波、移相電路推導(dǎo)：u=1.414 U sin(ωt+φ)，i= 1.414 I sin(ωt+90°)所以，瞬時(shí)電流電壓乘積的的平均值為： 1/T∫uidt=UIsin φ=無(wú)功功率所以：?jiǎn)蜗酂o(wú)功測(cè)量只要將瞬時(shí)電流移相后與電壓乘積再取平均值即可需要注意：移相電路在頻率不為50赫茲時(shí)會(huì)有誤差。,70,三相功率的測(cè)量,三相總功率各相功率之和。因此對(duì)于三相功率的測(cè)

40、量最簡(jiǎn)單的方法就是用三組合式，即用三個(gè)單相功率變送器的測(cè)量值用加法器相加即可以得到三相功率。有沒(méi)有更加節(jié)省元件的測(cè)量方法？,71,電路接線方式,三相三線制：abc三相端線。主要用于輸電系統(tǒng)，輸電系統(tǒng)一般三相平衡，中性線中沒(méi)有電流，節(jié)省線路材料。三相四線制：abc三相端線+中性線。配電系統(tǒng)如果不能做到三相平衡，中性線中有電流流過(guò)，因此必須用中性線。結(jié)論：三相四線制時(shí)，三相電流之和一般不為0.,72,2.3.1三相有功功率測(cè)量,當(dāng)供電

41、方式為三相三線時(shí)，可以用兩元件法測(cè)量，節(jié)省一個(gè)元件。兩元件法測(cè)量有功功率這種接線法是指三相功率變送器中，一個(gè)功率測(cè)量元件的輸入交流電壓UAB，輸入交流電流為IA。另一個(gè)功率測(cè)量元件的輸入交流電壓為線電壓UCB，輸入交流電流為IC。,73,1、三相有功功率測(cè)量接線圖2.4,,,,,,,,,,W1,W2,,,,A,B,C,,,,74,2、三相有功功率測(cè)量向量圖2.4,,,,,,,,,,IC,,,,,,,,,,,UCB,UC,IB

42、,UB,IA,UA,UAB,,2,,3,30℃,30℃,1,75,設(shè)兩個(gè)功率測(cè)量元件測(cè)得的功率為P1、P2，則由向量圖可得：因此：,3、有功測(cè)量公式推導(dǎo)（1）,76,3、有功測(cè)量公式推導(dǎo)（2）,變送器所測(cè)得的三相有功功率值P，為兩個(gè)測(cè)量元件測(cè)得的有功功率值P1和P2的代數(shù)和，即： P= P1 +P2

43、 如果三相電壓對(duì)稱(chēng)，則： UAB =UCB=1.732*UA =1.732*UB =1.732*UC =1.732*Uφ 書(shū)上印刷錯(cuò)誤,2-1,77,3、有功測(cè)量公式推導(dǎo)（3）,由此可將（2-1）式進(jìn)一步運(yùn)算，可得：當(dāng)三相電流不對(duì)稱(chēng)時(shí)，根據(jù)三相三線制電路的特點(diǎn)，IA、IB、IC之和為0，在向量圖上反映為電流IA、IB、IC對(duì)電壓UB的投影之和為0（任意投影也為0），即：IA cos (60

44、+φ1)+ IC cos (60-φ3)-IBcosφ2=0,78,3、有功測(cè)量公式推導(dǎo)（4）,經(jīng)數(shù)學(xué)計(jì)算后，可得（2-4）式：,將（2-3）代入（2-2）可得：,（2-4）,79,4、有功測(cè)量公式推導(dǎo)結(jié)論,式(2-4)表示，用以上的兩元件法測(cè)量有功功率，在負(fù)載端的電流對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)的情況下，均不會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。同樣可以證明，在電壓不對(duì)稱(chēng)的情況下，用兩元件法測(cè)量三相功率時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。,80,2.3.2三相無(wú)功功率的測(cè)量

45、,移相法測(cè)量： 根據(jù)1：三相無(wú)功等于單相無(wú)功之和（無(wú)功是標(biāo)量）根據(jù)2：?jiǎn)蜗酂o(wú)功可以用單相有功的測(cè)量接線加電流超前移相90度。做法：與前述三相有功測(cè)量接線一致。三元件（4線制）或者兩元件（3線制）法都可以。優(yōu)點(diǎn)：不論負(fù)載電壓、電流是否對(duì)稱(chēng)，此方法均不會(huì)有誤差。缺點(diǎn)：頻率偏離額定值時(shí)，有誤差。對(duì)應(yīng)書(shū)上“我國(guó)電網(wǎng)的頻率波動(dòng)比較大”。,1、三相無(wú)功的測(cè)量方法,81,2.3.2三相無(wú)功功率的測(cè)量,不移相測(cè)量的方法：一元件跨相

46、二元件跨相三元件跨相跨相：電流相與電壓相不相關(guān)優(yōu)點(diǎn)：與頻率是否偏差無(wú)關(guān),1、三相無(wú)功的測(cè)量方法,82,2.3.2三相無(wú)功功率的測(cè)量,1、單元件法,,,,,,,W1,,,A,B,C,,,跨相：A相電流與BC相電壓,83,2.3.2三相無(wú)功功率的測(cè)量,,,,,,IC,,,,,,,UC,IB,UB,IA,UA,2,3,1,UBC,,84,單元件,前提：電流電壓完全對(duì)稱(chēng)（90- φ ）(UBC*IA=UI) （UI為線電壓、電流）

47、P1=UBC*IA*COS(90- φ)=UI*SIN φ (根據(jù)前述單相有功的推導(dǎo))Q=1.732* UI*SIN φ =1.732*P1兩者之間只差一個(gè)常系數(shù)，可以用單元件測(cè)量的值描述三相無(wú)功的值。系數(shù)：真實(shí)物理量與數(shù)字量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系由多個(gè)系數(shù)的乘積構(gòu)成。此系數(shù)是其中一個(gè)。,85,,2.3.2三相無(wú)功功率的測(cè)量,1、兩元件法(書(shū)上),,,,,,,W1,,,A,B,C,,,W2,,,,,,,86,2.3.2三相

48、無(wú)功功率的測(cè)量,,,,,,IC,,,,,,,UC,IB,UB,IA,UA,2,3,1,UBC,前提：電流電壓完全對(duì)稱(chēng)P1=UBC*IA*COS(90- φ)=UI*SIN φP2=UAB*IC*COS(90- φ)=UI*SIN φQ=1.732* UI*SIN φ 兩者之間只差一個(gè)常系數(shù)。,,UAB,87,3、無(wú)功測(cè)量公式推導(dǎo)結(jié)論,負(fù)載不對(duì)稱(chēng)誤差：當(dāng)系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)時(shí)，這種測(cè)量方法會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。相位誤差：電壓互感器繞組的交流

49、阻抗會(huì)使初級(jí)繞組的輸入電壓與次級(jí)繞組的輸出電壓之間產(chǎn)生相位差，從而出現(xiàn)角誤差。在電流互感器的初級(jí)輸入和次級(jí)輸出之間，也同樣有角誤差存在。因此，一般在變送器前應(yīng)進(jìn)行相位補(bǔ)償調(diào)節(jié)。,88,三元件法,元件接法類(lèi)似推導(dǎo)過(guò)程類(lèi)似精確程度：僅需要電壓對(duì)稱(chēng)或者電流對(duì)稱(chēng),89,功率變送器的電路原理,乘法器: P=UIcosφ=(∫ui dt)/T Q=加法器: P=Pa+Pb+Pc Q=整流濾波電路:獲得平均值(直流),90,有功測(cè)

50、量方法,三相三線時(shí)：三元件（三個(gè)單相有功測(cè)量，沒(méi)有誤差、但是多一個(gè)元件）、兩元件法（沒(méi)有誤差，書(shū)上的介紹、且省一個(gè)元件）都可以。三相四線時(shí)：三元件法可以，兩元件法不成（三相電流之和不再為0，推導(dǎo)前提不存在）對(duì)于輸電系統(tǒng)而言，有功測(cè)量可以用兩元件法最優(yōu)。,91,無(wú)功測(cè)量方法,三元件（移相：電流超前90度，適用三相三線或四線） 、兩元件（移相，適用于三線制）、均可以測(cè)量----頻率誤差(沒(méi)有電路對(duì)稱(chēng)要求)此外，還有：?jiǎn)卧缦啵弘娐?/p>

51、完全對(duì)稱(chēng)兩元件跨相：電路完全對(duì)稱(chēng)（書(shū)上）三元件跨相：電路電壓對(duì)稱(chēng)或者電流對(duì)稱(chēng)注意：電路對(duì)稱(chēng)時(shí)，三相三線和三相四線是等價(jià)的。,92,變送器總結(jié),必要性：強(qiáng)電（100V、5A）與弱電（TTL）的結(jié)合部作用：降低輸入量（電壓、電流），電氣隔離分類(lèi)： 直流、交流共同部分：互感器互感器重點(diǎn)：磁化曲線（線性、非線性）功率變送器：同時(shí)引入電流電壓，經(jīng)過(guò)不同接線方式跨向：電流、電壓不同相無(wú)功測(cè)量的誤差：系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)[解決：移相（頻率）