变电站自动化系统原理课件.ppt

1、 变电站自动化系统的系统结构变电站自动化系统的系统结构 四种结构形式：四种结构形式： 1.1.集中式集中式 2.2.分级（层）分布式分级（层）分布式 3.3.分布分散式分布分散式 4.4.全分散式全分散式今后的发展方向今后的发展方向 间隔装置有三种类型：间隔装置有三种类型： 1.1.数据完全共享型（保护和测量共用一个电流互感器（数据完全共享型（保护和测量共用一个电流互感器（TATA）、）、CPUCPU） 2.2.数据独立处理型（不共用数据独立处理型（不共用TATA） a.a.保护和测控共用一个保护和测控共用一个CPUCPU b. b.保护和测控不共用一个保护和测控不共用一个CPUCPU，但共用

2、一个机箱，但共用一个机箱 3.3.保护和测控完全独立型（不共用保护和测控完全独立型（不共用TATA、CPUCPU）集中式集中式各各保保护护装装置置监监 控控 主主 机机显显示示器器打打印印机机键键盘盘通通信信控控制制器器输输出出接接口口输输入入接接口口A A/ /D D模模块块输输出出接接口口开开入入接接口口模模入入接接口口主主变变压压器器T TV VT TA A模模拟拟量量输输入入断断路路器器和和隔隔离离开开关关状状态态输输入入继继电电保保护护信信息息输输入入出出口口继继电电器器线线路路T TV VT TA A断断路路器器分分合合状状态态保保护护出出口口调调度度中中心心分级（层）分布式分级（

3、层）分布式监监控控主主机机数数采采控控制制机机开开关关量量输输出出故故障障录录波波器器变变压压器器保保护护单单元元开开关关量量输输入入测测量量单单元元1 1测测量量单单元元n n调调度度中中心心工工程程师师机机通通信信控控制制机机调调制制解解调调器器保保护护管管理理机机电电压压无无功功控控制制电电容容器器保保护护单单元元线线路路保保护护单单元元1 1线线路路保保护护单单元元n n备备用用电电源源自自动动投投入入变电站级单元级设备级TV、TA输入，断路器、隔离开关辅助触点输入，断路器控制等分布分散式电电能能管管理理机机智智能能电电能能表表智智能能电电能能表表主主控控机机（或或双双机机）保保护护管

4、管理理机机电电压压无无功功控控制制屏屏备备用用电电源源自自动动投投入入线线路路开开关关柜柜n n保保护护与与监监控控主主变变压压器器保保护护屏屏监监 控控单单 元元高高压压线线路路保保护护屏屏监监 控控单单 元元线线路路开开关关柜柜n n保保护护与与监监控控人人机机接接口口当当地地调调试试或或监监控控打打印印机机（可可选选）485总线现场总线或其它总线光缆或电缆调度所/控制操作中心TVTA状态信号出口回路TVTA状态信号出口回路TVTA状态信号出口回路TVTA状态信号出口回路全分散式全分散式 区别于集中组屏，可将保护和区别于集中组屏，可将保护和SCADASCADA集成功能模块分散集成功能模块分

5、散安装于各开关柜，并通过光纤技术和局域网络技术联安装于各开关柜，并通过光纤技术和局域网络技术联系起来，构成全分散式综合自动化系统系起来，构成全分散式综合自动化系统NS2000NS2000变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统典型结构典型结构 典型结构一典型结构一 典型结构二典型结构二NS2000变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统典型结构一典型结构一10/100M以太网(单网或双网）监控工作站GPSCANbus总线NSD200测控装置第三方智能设备对时总线NSC200通信控制单元（远动工作站）NSR600R保护测控装置RS232/422/485MODEM路由器调度NSC200通信控制单元

6、（远动工作站）NSR201保护装置10/100M以太网(单网或双网）监控工作站GPSCANbus总线NSD200测控装置第三方智能设备对时总线NSC200通信控制单元（远动工作站）NSR600R保护测控装置RS232/422/485MODEM路由器调度调度NSC200通信控制单元（远动工作站）NSR201保护装置NS2000变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统典型结构二典型结构二站站控控层层100MB网络交换机服务器A双双10/100M以以太太网网公用接口装置GPS工程师工作站操作员工作站间间隔隔层层服务器BWEB服务器五防工作站远动工作站路由器保护信息网保护信息子站高压1#继电器小室NS

7、D500测控装置NSD500测控装置保护管理机保护装置高压2#继电器小室保护测控装置保护管理机NSD500测控装置NSD500测控装置保护装置保护管理机对时总线MODEM调度站站控控层层100MB网络交换机服务器A双双10/100M以以太太网网公用接口装置GPS工程师工作站操作员工作站间间隔隔层层服务器BWEB服务器五防工作站远动工作站路由器保护信息网保护信息子站高压1#继电器小室NSD500测控装置NSD500测控装置保护管理机保护装置高压2#继电器小室保护测控装置保护管理机NSD500测控装置NSD500测控装置保护装置保护管理机对时总线MODEM调度调度NS2000NS2000变电站综合

8、自动化系统变电站综合自动化系统 后台监控系统（NS2000计算机监控系统） 通信控制单元（NSC系列通信控制单元） 测控装置（NSD200通用测控装置；NSD500超高压测控装置） 保护测控装置（NSR600R系列保护测控装置） 超高压保护装置（NSR810系列超高压线路保护装置； NSR890系列超高压变压器保护装置） 硬件配置： 系统主网采用单/双10/100M以太网结构，通过10/100M交换机构建，采用国际标准网络协议。SCADA功能采用双机热备用，完成网络数据同步功能。其它主网节点，依据重要性和应用需要，选用双节点或多节点备用方式运行。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控

9、系统NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统 软件配置：操作系统：Windows 2000操作系统系统软件：SQL Sever 2000或由用户指定的其它商用数据库1. 采用组件对象模型COM，开放性、扩充性好 2. 商用和实时统一、面向设备对象和图模库一体化的数据库管理系统 3. 具有标准、直观方便的多层多平面的图形界面和组态界面 4. 网络、节点等多种冗余配置，采用同步及异步两种调用方式 5. 智能化报警，提供按设备、时间等多种查询、确认方法 NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统6.按照IEC1131-3标准设计的可视化顺控流程7.历史数据优化保存及还原8.提供

10、功能强大、直观的脚本语言9.具有操作票模板的智能操作票 NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统10. 高级功能电压无功控制功能 小电流接地选线功能 自动减载功能 主变经济运行控制功能 Internet/Intranet上的WEB浏览及远程诊断 NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型1SCADA服务工作站 负责整个系统的协调和管理，保持实时数据库的最新最完整备份；负责组织各种历史数据并将其保存在历史数据库服务器。 当某一SCADA工作站故障时，系统将自动进行切换，切换时间小于30秒。任何单一硬件设备故障和切换都不会造成实时数

11、据和SCADA功能的丢失，主备机也可通过人工进行切换。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型2操作员工作站 完成对电网的实时监控和操作功能，显示各种图形和数据，并进行人工交互，可选用双屏。它为操作员提供了所有功能的入口；显示各种画面、表格、告警信息和管理信息；提供遥控、遥调等操作界面。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型3前置通信工作站 负责接收各厂站（或用户）的实时数据，进行相应的规约转换和预处理，通过网络广播给后台机系统，

12、同时对各厂站发送相应的控制命令。信息采集包括对RTU（模拟量、数字量、状态量和保护信息）、负控终端等的采集。控制的功能包括遥控、遥调、保护定值和负控终端参数的设定和修改。双前置机工作在互为热备用状态，当其中一台工作站故障时，系统将自动进行切换。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型4远动工作站 负责与调度自动化系统进行通信，完成多种远动通讯规约的解释，实现现场数据的上送及下串远方的遥控、遥调命令。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型5五防工作站 五防工作站主要提供操作员对变电站

13、内的五防操作进行管理。 可在线在通过画面操作生成操作票；在制作操作票的过程中，进行操作条件检测；可在画面上模拟执行操作票；系统可提供操作票模板，在生成新操作票时，只需对操作票模板中的对象进行编辑，就可生成一新操作票。 系统还具有操作票查询、修改手段及按操作票按设备对象进行存储和管理功能。 可设置与电脑钥匙的通讯。 NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型6保护工程师站 保护工程师工作站主要提供保护工程师对变电站内的保护装置及其故障信息进行管理维护的工具。保护工程师指运行管理、维护人员以及保护设计、调试人员。保护工程师站关心的信息包括保护设

14、备(故障录波器)的参数，工作状态，故障信息，动作信息。 故障录波综合分析提供保护工程师故障分析的工具，作为事故处理、运行决策的依据。故障录波综合分析不仅分析录波数据，还综合考察故障时的其它信号、测量值、定值参数等，提供多种分析手段，产生综合性的报告结果。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型7管理工作站 根据用户制定的设备管理方法，设备管理程序对系统中的电力设备进行监管，比如根据断路器的跳闸次数提出检修要求，根据主变的运行情况制定检修计划，并自动将这些要求通知用户。 NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能

15、类型计算机监控系统功能类型8Web服务器 Web服务器为远程工作站提供SCADA系统的浏览功能。安装配置防火墙软件，确保访问安全性。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型9远程工作站 通过企业内Intranet方式（通过路由器组成广域网）和公众数据交换网Internet方式（通过电话线MODEM拨号、ISDN或DDN方式），使用EXPLORE或其它商用浏览器，实现远程浏览实时画面、报表、事件记录、保护定值、波形和系统自诊断情况。说明说明：因采用多进程、多线程操作系统，因而也可以在一台计算机上运行多个应用模块。可根据现场实际情况进行节点的

16、灵活配置。如当地监控因工作量较少，只需一台计算机即可完成所有功能。 通信控制单元通信控制单元 通信控制器是变电站综合自动化系统的信息中心 通过不同的通信介质和通信规约，它将变电站内各种设备的信息进行采集处理通过数据通道传送到集控中心和电网自动化系统 变电站综合自动化系统中，信息的采集和传送是根据优先级进行划分。通信控制单元通信控制单元功能： 实现双机、双网的冗余控制 通过数据通道或光纤接口实现远方通信 支持多种国内、国外通信协议 可接入多种国内、国外智能设备，如电度表、消弧线圈、直流屏等 提供Http，FTP，Telnet 等服务 软件平台：32位实时多任务嵌入式操作系统 硬件平台：PC104

17、总线通信控制单元通信控制单元 通信 与后台通信 与装置通信 与调度通信 全站逻辑闭锁 GPS全站对时通信控制单元通信控制单元 通过以太网与后台通信 通过CANbus与NS2000系统装置通信 与调度通信 数字信号 模拟信号（MODEM）通信控制单元通信控制单元通信控制单元通信控制单元 全站逻辑闭锁实现方式： 顺控程序 PLC梯形图I1I3I2Q1I I1 1：条条件件1 1I I2 2：条条件件2 2I I3 3：条条件件3 3Q Q1 1：输输出出操操作作通信控制单元通信控制单元GPS全站对时 两种对时方式： 软件对时：通信口，对时报文 硬件对时：硬件对时口，对时脉冲测控装置测控装置 在变电

18、站自动化系统中，测控装置的主要功能是对现在变电站自动化系统中，测控装置的主要功能是对现场设备中所有需要监控的信息进行采集和控制，并能将相场设备中所有需要监控的信息进行采集和控制，并能将相关信息通过不同的通信方式送往总控或后台。由于装置与关信息通过不同的通信方式送往总控或后台。由于装置与设备直接相连，所以在装置的软件及硬件设计上都要考虑设备直接相连，所以在装置的软件及硬件设计上都要考虑到对现场环境的适应能力。到对现场环境的适应能力。测控装置原理测控装置原理 数字量的输入数字量的输入/输出输出 模拟量的输入模拟量的输入/输出输出数字量的输入输出数字量的输入输出 数字量信息类型数字量信息类型 开关信

19、息 状态信息 控制信息 数字量输入数字量输入/输出的抗干扰措施输出的抗干扰措施 光电隔离 继电器隔离 继电器隔离与光电耦合器双重隔离模拟量的输入模拟量的输入/ /输出输出 A/DA/D转换通道的组成转换通道的组成 传感器（传感器（Transducer） 量程放大器（量程放大器（Scaling Amplifier） 低通滤波器（低通滤波器（Low-Pass Filter） 多路开关（多路开关（Multiplexer） 采样采样-保持电路（保持电路（Sample & Hold）模拟量的基本构成模拟量的基本构成 传感传感器器1传感传感器器2传感传感器器3放大放大放大放大放大放大低通低通滤波滤波低通低

20、通滤波滤波低通低通滤波滤波多多路路开开关关采采样样保保持持A/D微微机机D/A模拟模拟控制控制现场信号1现场信号2现场信号3A/DA/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 分辨率 精度 转换时间 电源灵敏度 量程 输出逻辑电平 工作温度范围模拟量输入的隔离措施 变送器法 飞跃电容法数字信号处理前置取样滤波器A/D转换器数字信号处理器D/A转换和滤波器Xa（t）X（n）Y（n）Ya（t）数字信号处理系统的简单方框图数字信号处理Xa(t)T2T3T7T6T5T4T8TOtX(n)T2T3T7T6T5T4T8TOt量量化化取取样样T2T3T7T6T5T4T8TOtY(n)T2T3T7T6T5T

21、4T8TOt二二进进制制数数T2T3T7T6T5T4T8TOtYa(t)T2T3T7T6T5T4T8TOt000001010100111110100001000(a)(b)(c)(d)(e)(f)(a) 输入模拟信号波形输入模拟信号波形(b) 取样量化信号取样量化信号(c) 数字数码数字数码(d) 输入信号序列输入信号序列(e) 输出信号序列输出信号序列(f) 输出模拟信号输出模拟信号网络总线模式网络总线模式串行总线：串行总线：RS232、RS422、RS485 现场总线现场总线 ：Canbus、Lonworks、F-NET、PROFIBUS 以太网（以太网（Ethernet） 传输介质：双绞

22、线、光纤传输介质：双绞线、光纤变电站综合自动化系统基础知识 网络 通信 现场总线网网 络络 常见局域网络拓扑结构 网络设备 OSI模型常见局域网拓扑常见局域网拓扑 网型（网型（MESHMESH）常见局域网拓扑常见局域网拓扑 星型（星型（STARSTAR）常见局域网拓扑常见局域网拓扑 树型（树型（TREETREE）常见局域网拓扑常见局域网拓扑 总线型（总线型（BUSBUS）常见局域网拓扑常见局域网拓扑 环型（环型（RINGRING）Token-ringToken-ring网络设备 中继器（集线器） 网桥（交换机） 路由器 网关OSI模型 应用层（应用层（Application7) 表示层表示层（

23、Presentation6） 会话层（会话层（Session5） 传输层（传输层（Transport4） 网络层（网络层（Network3） 数据链路层（数据链路层（Data Link2） 物理层（物理层（Physical1）通信基本概念 通信方式 同步方式 传输方式 传输介质 差错控制通信方式 并行方式发发送送方方接接收收方方状态状态控制控制数据数据1 10 01 10 00 00 00 01 11 11 11 10 01 10 00 0通信方式 串行方式发发送送方方接接收收方方状态状态控制控制数据数据0 1 1 0 1 1 0 10 1 1 0 1 1 0 1同步方式 同步发发送送方方接接

24、收收方方1110100011101000001011010010110101100100110010001111000111100000数据流方向数据流方向同步方式 异步发发送送方方接接收收方方1110100011101000001011010010110100000101数据段间的间隙数据段间的间隙0010110100101101开始位开始位数据数据位位数据数据数据流方向数据流方向1 10 00 00 01 11 10 01 1传输方式 基带传输 载波传输 宽带网 异步传输模式（ATM）传输介质 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光纤光纤 无线通信无线通信差错控制 纠错纠错 检错检错 奇偶校验

25、奇偶校验 循环冗余编码（循环冗余编码（CRC）现场总线（现场总线（Fieldbus） 实时性强实时性强 可靠性高可靠性高 多为短帧多为短帧 传输速率一般在几传输速率一般在几kbps至至10Mbps之间之间现场总线的技术特点现场总线的技术特点 系统的开放性 互可操作性 现场设备的智能化与功能自治性 系统结构的高度分散性 对现场环境的适应性现场总线的优点现场总线的优点 节省硬件数量与投资 节省安装费用 节省维护开销 用户具有高度的系统集成主动权 提高了系统的准确性与可靠性5.1 几种有影响的现场总线几种有影响的现场总线 CAN（Controler Area Network） LonWorks 基金

26、会现场总线（基金会现场总线（FF，Foundation Fieldbus） PROFIBUSCAN总线总线其总线规范已被其总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准国际标准组织制订为国际标准CAN协议模型结构取协议模型结构取OSI底层的物理层、数据链路层和应用层底层的物理层、数据链路层和应用层多主方式工作。网络节点上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其多主方式工作。网络节点上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息，而不分主从它节点发送信息，而不分主从非破坏性总线仲裁技术。负载严重的情况下也不会出现网络瘫痪非破坏性总线仲裁技术。负载严重的情况下也不会出现网络瘫痪无需专门的无需专门的

27、“调度调度”。通过报文滤波即可实现多种方式传送和接收数。通过报文滤波即可实现多种方式传送和接收数据据节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求通信速率最高可达通信速率最高可达 1Mbps（最长（最长40m或或1km）直接传输距离最远可达直接传输距离最远可达 10km（5kbps以下）以下）可挂接设备数最多为可挂接设备数最多为110个个传输介质为双绞线、同轴电缆或光纤传输介质为双绞线、同轴电缆或光纤短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果每帧信息都有每帧信息都有CRC校验及其它检

28、错措施校验及其它检错措施严重错误下的自动关闭输出功能严重错误下的自动关闭输出功能LonWorks 采用采用OSI模型的全部七层通讯协议模型的全部七层通讯协议 神经元芯片（神经元芯片（Neuron） 使用改进的使用改进的CSMA/CD介质访问控制协议（带预测的介质访问控制协议（带预测的P-坚持）坚持） 通信速率通信速率 300bps 1.5Mbps 直接通信距离可达直接通信距离可达2700m（78kbps，双绞线），双绞线） 传输介质支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外传输介质支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质线、电力线等多种通信介质基金会现场总线基金会现场总线以以

29、OSI模型为基础，取物理层、数据链路层、应用层为其通信模模型为基础，取物理层、数据链路层、应用层为其通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层型的相应层次，并在应用层上增加了用户层分两种通信速度分两种通信速度 低速低速H1，32.25kbps，距离，距离1900m（可加中继器延长）（可加中继器延长） 高速高速H2，1Mbps和和 2.5Mbps，距离分别为，距离分别为750m和和500m传输介质可为双绞线、光缆和无线发射传输介质可为双绞线、光缆和无线发射PROFIBUS分为分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS 和和 PROFIBUS-PA采用采用OSI模型的物理层、数据链路层，模型的物理层、数据链路层，FMS还采用了应用层还采用了应用层传输速率为传输速率为 9.6kbps 12Mbps，最大传输距离在，最大传输距离在12Mbps时为时为100m，1.5Mbps时为时为400m，可用中继器延长至，可用中继器延长至10km传输介质可以是双绞线，也可以是光缆传输介质可以是双绞线，也可以是光缆最多挂接最多挂接127个站点个站点 The End