变电站综合自动化课件.ppt

1、 http:/&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能 一 变电站内信息传输内容 二 变电站远传信息的内容 三 综合自动化系统的通信功能 &3 变电站站内通信网络变电站站内通信网络 一 局域网的应用 二 现场总线的应用&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路 一载波通信 二微波通信 三光纤通信 一变电站和调度中心之间的传输规约 二 站内局域网的通信规约 三 电力系统电能计量传输规约一 变电站内信息传输内容 其传输内容包括当地开关站 的采集控制单元与变电站监控管采集控制单元与变电站监控管理理层之间的通信，

2、以及变电站当地与远方调度中心之间变电站当地与远方调度中心之间的通信。 变电站自动化系统的结构形式一般有集中式和分层分布式集中式和分层分布式两种。 &1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能 （1）现场一次设备和间隔层之间的信息传输 现场一次设备的电压、电流互感器采集的电压值、电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息。这些信息包括： 断路器、隔离开关位置、变压器的分接头位置、变压器、互感器、避雷器的诊断信息以及断路器的操作信息。（2）间隔层的信息交换 同一间隔层间的交换信息：测量数据；断路器状态；器件的运行状态；同步采样信息等。 不同间隔层间的交换数据：

3、主、备继电保护工作状态、互锁、相关保护动作闭锁、电压无功综合控制装置等信息。&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能 （3）间隔层与变电站层的信息交换 1 测量及状态信息。 正常及故障状态下的测量值和计算值，断路器、隔离开关、主变压器分接开关位置、各间隔层运行状态、保护动作信息等。 2 操作信息。 断路器和隔离开关的分、合闸命令，主变压器分接头位置的调节，自动装置的投入与退出等。 3 参数信息。 微机保护和自动化装置的整定值。 此外，还有变电站层的不同设备之间的通信，要根据各设备的任务和功能的特点，传输所需的测量信息、状态信息和操作命令等。&1变电站

4、综合自动化系统的通信内容及通信功能变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能 二 变电站远传信息的内容 变电站向调度中心传送的信息（遥测、遥信），通常称为“上行信息”；而由控制中心向变电站发送信息（遥控、遥调）称为“下行信息”。把变电站和调度中心之间的信息传送统称为“远传信息”，这些信息包括： 1 遥测信息。变电站主变压器负载（有功功率、无功功率和电流、输电和配电线路的潮流（有功功率、无功功率）、用电量、母线的电压和频率、联络线的交换电量等。遥测信息具有周期性特性。 2 遥信信息。变电站内主要电气设备的动作和运行状态信息。还有远动、通信设备运行故障信号等。 3 遥控信息。调度值班员遥控各级电压回

5、路的断路器（隔离开关，自动重合器）、投切补偿电容和电抗器，投入或退出自动装置等的控制信息。该信息对可靠性要求较高，因此必须有应答的特征。 4 遥调信息。电力系统调度控制中心发出的有载调压变压器分接头位置调节、消弧线圈抽头位置调节信息。&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能 三 综合自动化系统的通信功能 变电站综合自动化系统实际就是由微机保护子系统、自动装置子系统及微机监控子系统组成的。因此，综合自动化系统的通信功能可以从以下三个方面来了解： 1 微机保护的通信功能 微机保护的通信功能除了与微机监控系统通信外，还包括通过监控系统与控制中心的数据采集和

6、监控系统的数据通信。 2 自动装置的通信功能与信息内容 自动装置的通信包括：接地选线装置、备用电源自投、电压、无功自动综合控制与监控系统的通信。具体分述： （1） 小电流接地系统接地选线装置的通信内容。母线和接地线路，母线TV谐振信息接地时间，谐振时间，开口三角形电压值等。&1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能 （2） 备用电源自投装置的通信功能。与微机保护通信功能相类似。 （3） 电压和无功调节控制通信功能。除具有与微机保护相类似的通信功能外，电压和无功调节控制还必须具有接收调度控制命令的功能。 3 微机监控系统的通信功能 (1) 具有扩展远动R

7、TU功能。无人值守变电站相对常规变电站主要扩展了对保护系统及其他智能系统的远动功能。如：保护定值远方监视、切换与修改、故障录波、故障测距的远方传送与控制等。 （2）具有与系统通信的功能。变电站微机监控系统与系统的通信具备两条独立的通信信道。一条是常规的电力线载波通道，另一条是数字微波通道或光纤通道（大部分是后者）。 &1变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能变电站综合自动化系统的通信内容及通信功能 1. 电力线载波通信主要传送话音的模拟信息及远动、线路保护、数据等模拟或数字信号。 相关参数：远动和数据的通信速率为3001200bps。 电力线载波主要是利用35110kv输电线，载波频率一般为

8、40500k2.音频电缆通信一般适合于与调度所或控制中心距离较近的无人值守变电站。主要用来传送远动和数据信息。3. 数字微波通信传输可靠，通信容量大，抗干扰能力强，通信质量高。 相关参数：微波通信工作的频率一般为0.3300GHZ。 4. 光纤通信以其优越的性能，成为当今通信发展的趋势。已在变电站和电力其他通信领域得到广泛的应用。 &2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路 定义定义 利用高压输电线作为传输通路的利用高压输电线作为传输通路的载波通信方式，用于电力系统的调度通信、载波通信方式，用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、行政业务通信

9、及远动、保护、生产指挥、行政业务通信及各种信息传输各种信息传输&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路电力线载波通信系统的构成电力线载波通信系统的构成高压线高压线变电站变电站 B阻波器阻波器阻波器阻波器CC/CVTCC/CVT结合滤波器结合滤波器结合滤波器结合滤波器变电站变电站 A传输数据、电话和保护信号传输数据、电话和保护信号电力线载波机电力线载波机电力线载波机电力线载波机 高压电力线、阻波器、耦合电容器、结合滤波器、载波机高压电力线、阻波器、耦合电容器、结合滤波器、载波机和高频电缆组成和高频电缆组成&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线

10、路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路三三 光纤通信光纤通信 光纤通信是指采用光导纤维光纤通信是指采用光导纤维（即光纤）作为传光媒介的通信方式。（即光纤）作为传光媒介的通信方式。即在光通信中，传输媒介不是空气，即在光通信中，传输媒介不是空气，而是光导纤维。而是光导纤维。&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路光纤通信系统一般由电端机光纤通信系统一般由电端机( (收发收发) )、光、光发射机、光接收机、光中继器以及光缆发射机、光接收机、光中继器以及光缆等组

11、成。如图所示等组成。如图所示 电端机电端机发送发送光发光发射机射机电端机电端机接收接收光中光中继器继器光接光接收机收机光纤光纤光纤光纤图图 光纤通信系统的组成原理框图光纤通信系统的组成原理框图&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路三三 光纤通信光纤通信专用纤芯通道专用纤芯通道保护屏保护屏保护屏保护屏光纤配线架光纤配线架2 2根尾纤根尾纤1 1根（每根（每根根4 4芯）芯）金属铠装金属铠装普通光缆普通光缆经过避雷经过避雷线上线上OPGWOPGW通信机房通信机房光缆终端盒光缆终端盒&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调

12、度）数据传输通信线路三三 光纤通信光纤通信OPGW位于电力杆塔顶部ADSS位于输电线的下方&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路三三 光纤通信光纤通信&2变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路变电站与（集控中心、调度）数据传输通信线路四四 微波通信与卫星通信微波通信与卫星通信 一 局域网的应用 二 现场总线的应用 一 局域网的应用 LAN技术，它结合电力系统的特点采取某些措施，完全可以满足变电站综合自动化对网络安全性和可靠性的要求。目前应用最广泛的是以太网（IEEE802.3）。 一 局域网的应用网络拓扑结构Token-ring令牌环计算机

13、计算机计算机服务器总线型总线型 、星型、环型、树型、网型、星型、环型、树型、网型主要特点主要特点:网络为一个单位所拥有（由单位构建、管理与维护）；地理范围和网络为一个单位所拥有（由单位构建、管理与维护）；地理范围和 站点数均站点数均有限（室、楼、园有限（室、楼、园 区）区）. 功能特点功能特点:局域网只包含局域网只包含OSI 低两层功能低两层功能, （因此（因此,计算机连网时必须配置计算机连网时必须配置TCP/IP 等高层协议和网络软件）等高层协议和网络软件）; 局域网是一个通信网局域网是一个通信网,仅提供通信功能，提供各种通信设备仅提供通信功能，提供各种通信设备 （各种计（各种计 算机、终端

14、和外围设备）的数据通信连接算机、终端和外围设备）的数据通信连接,实现资源共享；实现资源共享； 局域网采用基带传输和宽带传输局域网采用基带传输和宽带传输,以以Manchester编码的数据帧传送编码的数据帧传送; 利用电话网进行远程频带传输，与因特网连接。利用电话网进行远程频带传输，与因特网连接。 性能特点性能特点:覆盖地理范围小（需与公网互联才能实现远程通信）覆盖地理范围小（需与公网互联才能实现远程通信） ； 传输速率高（通常为传输速率高（通常为1Mbps10Mbps） ； 误码率低，传输延时小，可靠性高。误码率低，传输延时小，可靠性高。 工作模式：有对等网模式和工作模式：有对等网模式和C /

15、 S、B / S模式。模式。 局域网的基本组成局域网的基本组成 由构成计算机之间通信的物理通道而构成的硬件系统和控制、实现信息传由构成计算机之间通信的物理通道而构成的硬件系统和控制、实现信息传 送及资源共享而配置的软件系统构成送及资源共享而配置的软件系统构成. NOS 网络操作系统。目前常用网络操作系统。目前常用 有：有： Windiws 2000 Server，Linux 等，包括网卡驱动程序，子网协议和应用协议。等，包括网卡驱动程序，子网协议和应用协议。 它将网络中的计它将网络中的计 算机操作系统有机地联系起来，算机操作系统有机地联系起来， 它除了常规它除了常规 操作系统的功能之操作系统的

16、功能之 外，还具有网络管理功能，包括：网络通信功能，网络范围内的外，还具有网络管理功能，包括：网络通信功能，网络范围内的 资源管理功能和网络服务功能。在安装时按需要手工配置（包括资源管理功能和网络服务功能。在安装时按需要手工配置（包括 融入其中的融入其中的TCP/IP）。）。网络软件网络软件 包括包括: 网络操作系统网络操作系统,网络协议网络协议,网络通信软件和网卡驱动程序网络通信软件和网卡驱动程序(装装 OS中中); 网络管理监控程序网络管理监控程序,网络安全软件网络安全软件,分布式数据库分布式数据库,管理信息系统，管理信息系统， Internet信息服务信息服务,数字图书馆数字图书馆,远程

17、教学远程教学,远程医疗远程医疗,视频点播等视频点播等. ComputerComputerComputerComputerHUB / SwitchServer 网络硬件网络硬件 包括包括: 网络服务器网络服务器,网络工作站网络工作站,网络接口网络接口卡卡,网络设备网络设备,传输介质及其连接传输介质及其连接 部件和各种部件和各种适配器等适配器等. 。各设备简要说明见下页。各设备简要说明见下页。 其物理连接构成基本硬件系统其物理连接构成基本硬件系统(见右图见右图). 注意：注意：所有网络设备都配置网卡所有网络设备都配置网卡; 网卡网卡种类选择种类选择:取决于所使用的局域网标准取决于所使用的局域网标准

18、,协议协议,传输介质接口和计算机总线类型传输介质接口和计算机总线类型. 网络设备网络设备 包括包括:集线器集线器,中继器中继器,网撟网撟,交换机等网络扩展设备交换机等网络扩展设备;,路由器路由器,网关等网络互网关等网络互 连设备连设备. 集线器实为多端口中继器集线器实为多端口中继器, 低端工作在物理层低端工作在物理层, 将信号放大后向所将信号放大后向所 有有 端口分发出去端口分发出去. 集线器是一个共享设备集线器是一个共享设备, 是服务器直接到桌面的最经济的方是服务器直接到桌面的最经济的方 案案.主要用于星型以太网主要用于星型以太网, 但基于集线器的网络仍然是共享型网络但基于集线器的网络仍然是

19、共享型网络 交换机此处系指第二层交换机交换机此处系指第二层交换机, 即工作在数据链路层即工作在数据链路层, 实为多端口实为多端口 网网 桥桥,但它除了支持存储转发模式外但它除了支持存储转发模式外,还可根据数据帧首部中的还可根据数据帧首部中的MAC地址地址, 查查 询机内转发表询机内转发表, 自动建立和断开输入端口与输出端口之间的连接通自动建立和断开输入端口与输出端口之间的连接通 道道, 将信将信 息送到符合要求的下一个交换机的路径上。息送到符合要求的下一个交换机的路径上。路由器路由器是网络互联设备路由器路由器是网络互联设备, 工作在网络层工作在网络层, 根据根据 IP数据报首部中数据报首部中

20、的目的主机所在网络的逻辑（的目的主机所在网络的逻辑（IP）地址查询机内路由表）地址查询机内路由表, 确定下一跳路由器确定下一跳路由器 的输出端口的输出端口, 将数据从一个网络传送到下一个网络直至目的网。将数据从一个网络传送到下一个网络直至目的网。 介质访问控制方法即介质访问控制方法即共享信道占用的控制方法共享信道占用的控制方法.局域网中有两种典型的控制局域网中有两种典型的控制 方法方法,即即 CSMA/CD协议和协议和Token Ring协议协议. CSMA/CD协议协议 CSMA/CD即具有冲突检测即具有冲突检测(CD)功能的载波监听多路访问功能的载波监听多路访问(CSMA)的介质访的介质访

21、 问控制方法问控制方法,它是典型的随机访问争用型技术它是典型的随机访问争用型技术, 广播式发送。广播式发送。 一对一通信的实现一对一通信的实现：为共享总线网上每一台计算机分配一个唯一地址，：为共享总线网上每一台计算机分配一个唯一地址， 并在发送数据帧首部封装一接收站地址。并在发送数据帧首部封装一接收站地址。 多对多通信的协调多对多通信的协调：实质上是共享总线的占用分配，防止信号：实质上是共享总线的占用分配，防止信号“碰撞碰撞”。 工作原理工作原理: （参见右图）（参见右图） 发送站发送数据帧前发送站发送数据帧前, 先监听信道有无先监听信道有无 载波信号载波信号; 信道忙信道忙,继续监听继续监听

22、,直至空闲再发送直至空闲再发送; 信道闲信道闲,开始发送数据开始发送数据;同时检测冲突同时检测冲突; 发送中无冲突发送中无冲突,则传送数据直至完毕则传送数据直至完毕; 有冲突有冲突,二传输数据成碎片二传输数据成碎片;发送停止发送停止, 改为发送阻塞信号改为发送阻塞信号;按按Backoff策略计算策略计算 等待一个时隙等待一个时隙, 再检测忙闲与冲突再检测忙闲与冲突,直到直到 无冲突无冲突,完成数据传送完成数据传送.准备发送站准备发送站监听信道监听信道传输数据传输数据监听信道监听信道发送完毕发送完毕按按Backoff 策略等待策略等待发送发送JAM信号信号信道忙信道忙信道空闲信道空闲无冲突无冲突

23、检测到冲突检测到冲突二 现场总线的应用 变电站综合自动化系统中，各子系统间以及系统内的各功能模块间大多使用RS-422和RS-485通信接口，实现状态信息和数据相互交换。RS-422和RS-455串口传输速率指标在1000m内传输速率可达100Kbit/s,短距离可达10Mbit/s,RS-422串口全双工，RS-455串口为半双工，媒介访问方式为主从问答式，属总线结构。不足点：这两个网络的节点数目都是有限的，无法实现多主冗余，有瓶颈问题。此外还有信号反射、中间节点等问题。 总线网将网上所有节点连接在一起，可以方便的增减节点；具有点对点、一点对多点和全网广播传送数据的功能；常用的有Lon Wo

24、rks网、CAN网。两个网络均为中速网络，500m时Lon Works网传输速率可达1Mbit/s,CAN网在小于40m时达1Mbit/s,CAN网在节点出错时可自动切除与总线的联系，LonWorks网在监测网络节点异常时可使该节点自动脱网，媒介访问方式：CAN网为问答式，LonWorks网为载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）方式，内部通信遵循Lon Talk协议。 CAN网开销小，一帧8位字节的传输格式使其服务受到一些限制，Lon Works网为无源网络，脉冲变压器隔离，具有强抗电磁干扰能力，重要信息有优先级。因此，Lon Works网络可作为一般中型110Kv枢纽变电站的自动化通

25、信网络。应用网络方式，特别是用现场总线技术来解决变电站自动化系统的通信问题已成为发展的趋势。在变电站综合自动化系统中可依据变电站规模大小采用不同的网络结构，灵活应用CAN和现场总线技术。 由此可见，一个变电站的通信具有多个网段，每个网段的总线类型、通信介质、通信协议等可以是不同的。（但是这点又带来很多问题，因此才有IEC61850的高调出现）。每个总线网段将所属的智能测控设备连接成一个子系统。这个子系统的基本功能与操作是不依赖整个变电站自动化系统而独立实现的。对于实时性要求较高的信息共享与综合控制也应优先考虑在子系统内部实现。对可靠性要求较高的子系统还可考虑双网或多网冗余通信，以确保信息传输的

26、可靠性。 一变电站和调度中心之间的传输规约 二 站内局域网的通信规约 三 电力系统电能计量传输规约 一 变电站和调度中心之间的传输规约 我国调度自动化系统中较常用有三类： 应答式规约（SC1801、u4F和MODBUS等） 循环式规约（CDT、DXF5和C01） 对等式规约（DNP3.0）。 年颁布了传输传输标准，年我国电力部颁布了国际规约的国内版本，该规约为调度端和站端之间的信息传输制定了标准。 二 站内局域网的通信规约 在年颁布了规约，我国在年颁布了规约的国内版本。规约为继电保护和间隔层（）设备与变电站设备间的数据通信传输规定了标准。三 电力系统电能计量传输规约 对于电能计量采集传输系统，

27、IEC在1996年颁布的IEC60870-5-102标准，即我国电力行业标准DL/T719-2000，是我们在实施变电站电能计量系统时需要遵守的。 随着网络技术的迅猛发展，为满足网络技术在电力系统中的应用，通过网络传输远动信息，IEC TC57在IEC60870-5-101基本远动任务配套标准的基础上制定了IEC60870-5-104传输规约，采用了IEC60870-5-101的平衡传输模式，通过TCP/IP协议实现了网络传输远动信息，它适用于PAD（分组装和拆卸）的数据网络。 变电站自动化系统的通信网络及传输规约的选择变电站自动化系统的通信网络及传输规约的选择 不同类型的变电站对自动化系统的通信网络有不同的要求，在35KV的变电站可以采用RS-485或现场总线作为站内系统网络；在110KV变电站可以采用现场总线网络实现间隔层设备数据通信；在220500KV的超高压变电站，由于站内节点数目多，应考虑使用以太网或profibus网。目前变电站自动化系统中使用的传输规约种类较多，各个公司的产品使用的标准尚不统一，系统互联性和互操作较差，在变电站和控制中心之间应使用101规约，在变电站内应使用103规约，电能计量计费系统应使用102规约。新的国际标准 IEC 61850颁布实施之后，变电站自动化系统从过程层到控制中心将使用统一的通信协议。