电力系统远动原理及技术第三章2014

电力系统远动原理及技术第三章遥信信息的编码和遥测信息的采集3．1概述遥信信息是指电力系统的各种开关设备的状态以及继电保护，自动装置的动作状态等。这些位置状态和动作状态都只可能取两种状态值。如开关位置只能取“合”或“开”，设备的动作状态值只能取“动作”或“未动作”。因此，遥信信息的某一个值只要一位二进制数，即只要用一位就可以描述一个遥信对象的状态。1、遥信信息概述2、遥测信息概述遥测信息是指电力系统中各节点（母线）的电压，支路（线路变压器）的潮流（有功，无功）或电流等模拟量。这些模拟量通过变送器变换成远动装置RTU可以采集处理的信号，对于直流变送器的输出必须要完成模数转换，乘系数等；对于交流变送器的输出，还必须完成交流采样的过程，并通过相应的计算，才能供调度自动化系统使用。3．2遥信信息的编码根据遥信对象的性质，每个遥信对象的状态可以用一位二进制数进行描述，而在计算机处理过程中一般至少（为什么？A总线、B特殊位运算）都是以字节来完成的。一个字节可以描述8个遥信对象。因此遥信信息要传送出去，必须要经过两个过程：第一是将遥信对象的状态采集下来（信源编码）；第二是将采集到的描述遥信对象状态的二进制位编进具体的遥信码字中去（信道编码）。遥信码字根据不同的规约，可以定义为8位，也可以定义为16位（2个字节）。3．2．1遥信对象的状态采集断路器，隔离开关等开关设备的位置信号，通常是由它的辅助节点获得，继电保护、自动装置的动作状态可以由它们的动作继电器（中间）的状态获得。为了远动装置的安全，可靠地工作，防止干扰，在远动装置与电力设备二次回路之间要有隔离措施，大多采用继电器或光电耦合器作为隔离器件。下面以断路器为例说明遥信信息的采集：1、遥信状态采集图3-1断路器W1W2辅助接点+12V去遥信编码×P0V（a）断路器动作机构原理图（b）？辅助接点的作用(避开大电流)？辅助接点的状态（反）？此符号（常闭）？电流如何流通2、继电隔离器的遥信采集原理（2）见图3-1（b）,该线圈的另一端接+12v电压；当断路器合闸时，辅助节点断开，使继电器处于释放状态其常闭节点x仍然闭合，将“0”信号（0）送去进行遥信编码；当断路器处于开时，辅助节点闭合，使P点电位为0v,继电器线圈通电，常闭节点跳开，将悬空的信号（相当于逻辑“1”）送去进行编码。于是用一位二进制信号表示出了一个断路器的状态。其他遥信信号源1、无源方式：保护装置或者自动控制装置中继电器的空接点（信号继电器）2、有源方式：保护装置或者自动控制装置中二次回路（220AC光隔----体积---电压等级）3、其他方式：从其他系统中用软件方法提取现实应用中需要注意的问题1、继电器的节点有限时，不能随意增加，因为保护装置动作时间有限制。2、当采用微机保护或综合自动化系统时，如果要在此基础上采集遥信（其他应用系统有时也需要，如短信提示），就需要用相应规约通信提取，但是要损失时间。光电耦合通常采集遥信信息时，还可用光电耦合器作隔离器。光电偶合器又称光隔离器，它是由发光器（发光二极管）和受光器件（光敏三极管）组合在一起的四端元件，以光为媒介传输信号。接法原方：负端:经电阻接至0v电阻:大小取决于原方电源电压正端:通过端子，电缆与断路器辅助节点相连。外接+12V电源副方：集电极：外接+12v发射极：一根引线通过电阻接至0v,另一根引去遥信编码电阻:大小决定付方电流3、光电耦合器图3-20V0VP+12V去遥信编码工作过程当断路器处于“合”时辅助节点断开发光二管不导通光敏三极管则截止此时将“0”信号送去编码；当断路器处于“开”时辅助节点闭合使p点电位为+12v或+24v发光二极管导通光敏三极管则导通将“1”信号送去遥信编码。采用光电隔离的方式的优点体积（交流220V，直流24V）可靠性价格采用24V回路电压优点特殊情况遥信虽然所占长度为1位，但是可以通过双触点遥信的采集提高遥信信源编码的可靠性和准确性。方法：一个遥信量由两个状态信号构成，分别来自合闸接点、跳闸接点。因此用两位二进制表示。合为“10”，跳为“01”为何会提高可靠性？距离3．2．2遥信信息的编码1、遥信编码电路图3-3多路开关接口电路CPU遥信输入一般情况下，一个变电站或电厂要监控的遥信对象比较多，其编码的电路原理图见图3-3。2、遥信在硬件中的处理过程遥信输入是由上一节介绍的采集到的遥信对象状态输出接入的，通过数字多路开关分别将各路的遥信状态输出到接口电路。通常这里的接口电路采用的是并行接口电路（有现成的集成电路芯片，如8255A等），再通过接口电路送入到CPU中进行处理。3、遥信处理软件的组成遥信的编码和处理可以由相应的软件来完成。遥信处理的软件主要由两部分组成：（1）、遥信扫查子程序：用于不断地对端口上的遥信状态进行扫查，将遥信的状态保存到指的内存中。（2）、遥信变位处理子程序：主要工作是记录下是哪个对象发生了变位，具体变位的时间，并给出有遥信对象发生变位的标志，供其他应用功能使用（插入传送、主动上报）。从端口输入遥信状态子程序入口与原状态相同吗？调遥信变位处理子程序所有遥信对象扫查完毕吗？返回4、遥信扫查子程序框图图3-45、遥信变位处理子程序框图3-5子程序入口保存变位遥信的状态更新遥信数据区内容置“有变位”数志记录变位遥信对象的信息记录变位时间返回遥信变位处理子程序(注意程序的位置,可能是分布式远动系统)•保存变位状态更新数据区内容在内存(快)中有一块数据区（RAM）专门保存遥信信息其目的是为了下一轮扫描时可以和本次扫描的结果做比较，从而知道是否有变位遥信变位处理子程序•置有变位标志表示有开关发生了变位，以供编辑组装新的码字时使用。（根据远动规约，变位遥信优先传送，有了标志位，就可以立即知道是否有变位遥信）为何变位遥信要优先处理？（事故情况下，非事故情况下开关变位对系统的影响都很大）遥信变位处理子程序•记录变位遥信对象的信息信息包括组号，序号（因为遥信信息很多、组装于不同码字中）、本次扫查时间记录下这些信息，在编辑发送新码字时就可以知道具体是哪个开关发生了变位变位时间的确定？（技术难点---相容---状态变量是电压,为何不采集电压角度,电压幅度为何易采集）3．3遥测信息的采集1、遥测编码的过程图3-6多路模拟开关遥测输入转换运算处理变送器1变送器n信道编码遥测码字DA采样保持器的作用在多路模拟开关之前应该有采样保持器件。采样保持器顾名思义是将输入的信号保持住，使其不变化（变化很缓慢），多个采样保持器同时使用就是通过控制命令使多个输入量同时保持在一个时刻。这样做的目的是可以保证采集的数据具有时间上的一致性。什么场合采用采样保持器？直流采样（最好采用）交流采样（必须采用）多路开关的作用多路开关顾名思义是一个通道选择器件，输入端是多路，而输出端是一路，通过CPU发出控制命令选择多路中的一路输出，控制命令下发给多路开关后，开关通过译码电路实现选择。例如16路多路开关，当CPU发出0011的控制命令时，多路开关通过译码选择第3路输入信号输出。常用的如16路，32路等。为何需要多路开关？3、多路模拟开关的作用一般情况下，AD器件的转换通道是有限的，如果是高精度AD，通常只有一个通道。用多个AD器件是不现实的：CPU的资源经济原因多路模拟开关的作用是将接入的各路信号有选择地依次送到下一阶段A/D转换电路去工作。4、A/D转换的作用和实现方法A/D转换的作用是将模拟信号转换成一组二进制数，即将模拟信号数字化。1直接AD转换（直接将电压转化成数字信号）（逐次逼近）2间接AD转换（双积分对应为电压——时间VF转换对应为电压——频率）AD器件的分类：实现A/D转换的方法有：逐位比较式：把待转换的模拟信号与一组呈二进制关系的标准电压一位一位地进行比较，达到将模拟信号变成二进制数的目的；（反馈）计数式：计数式A/D转换常用的是一种双积分式的A/D转换；并行比较式：常用于高速A/D转换中，保证A/D转换的速度。VF转换：良好的精度、线性度、电路简单逐位比较式输出端从高到低依次置1，并将输出端通过D/A转换与输入信号做比较，如比输入信号低则该位置1，否则置0，直到最后一位比较完毕，则输出转换好的数字量给CPU。实质是反馈比较。例AD器件的最大量程是+5V，分辨率为8位，如果输入5V电压，则按上述原理输出为11111111。双积分式对输入电压做固定时间积分，再对标准电压做反向积分，直至反向积分完毕，则对标准电压的反向积分时间正比于输入电压。例：电压高---积分值大---反向积分时间长电压低---积分值小---反向积分时间短电压与时间成比例关系VF转换常用的是电荷平衡式V/F转换原理，利用电容的冲放电实现输出频率与输入电压成正比的转换原理。目前大多数的集成VF器件均采用电荷平衡式转换原理。VF转换的优势精度较高接口简单（只需要一根线接入中断计数）抗干扰能力强（计数过程优于积分）便于远距离传输（通过频率调制）VF器件选用的场合（相对于A/D）长距离传输（对频率进行调制容易）抗干扰（对频率记数）精度要求高（转换精度高）资金有限（便宜）AD器件选择标准分辨率（变化最小的数字位所需要的模拟电压的变化量），定义为：量程与2的N次方的比值，N为器件的位数转换速率（一次AD转换所需时间的倒数）……5、标度变换（1）A/D转换后的数字信号通过一定的运算处理可以得到实际电力系统的运行参数，一般情况下，如果变送器输出是交流的，这里的运算的算法将比较复杂，在后面的章节中将会作进一步的介绍。如果变送器是直流输出，这里的运算相对比较简单，但也必须进行一定的计算才能和实际系统的运行参数等同起来，这里的运算工作又称为标度变换。5、标度变换为何需要进行标度变换？由前述，CPU资源有限，因此RTU中的AD转换是用一套公共器件完成。进入AD器件的模拟量多种多样。为了保证转换精度，一般要使需转换模拟量的最大值对应于AD器件的最大电压值。因此，AD转换后的二进制数字序列只与实际值成比例，而不能代表实际值。5、标度变换（2）假设某一路遥测的最大值为Smax,对于某一时刻的系统实际值S，则有二进制数值D和它相对应。它们之间的关系为：S=Smax/Dmax*D(3-1)设：a=Smax/Dmax(3-2)则有：S=a*D系数a的物理意义CT，PT的变换系数变送器的变换系数AD转换器件的变换系数例如220KV模拟量对应8位AD器件的结果应该是11111111，那么对于这个模拟量的系数a则应该是220O/11111111B式（3-2）中的Smax和Dmax对应于某一特定的遥测以及一定的A/D转换的精度，这两个值是常数。即在特定的系统中，每一路遥测的a值可以预先求得，标度变换的作用就是将A/D后的二进制数乘以a，得到实际的系统运行参数。算好后的遥测值，进行信道编码后（信道编码在后面的章节介绍），再上信道进行传输，传输到相应的的调度控制中心。5、标度变换（3）5、标度变换（4）矛盾：在运算处理过程中，通常a的值都有可能是小数，而小数在二进制的表示中比较麻烦。如果没有小数又很难保证精度。一般情况下是将a扩大100或1000倍，保证相应的小数位数有效，因此当数据传送至调度控制中心以后，必须作相应的还原处理。标度变换的实现用移位的方法（硬件）用CPU内部的乘法指令（软件）数字遥测量的采集1、BCD码（类似于遥信）2、规约通信（645101103）3.4遥测采集中的交流采样技术3.4.1概述我国电网调度自动化系统经过几十年的努力，取得了很大的成就，远动技术大大普及、科研和生产水平令人瞩目、实用化工作成绩显著、运行管理和各项统计工作达到较高水平。所有这些，都是与采样技术的不断发展和完善是分不开的。1、交流电测量的测量法交流电的测量法主要分两大类：（1）模拟电路测量方法：此方法准确度高，稳定性好，但不太适用于多参数测量；（2）采样计算式测量方法：此方法比较适用于多参数测量，尤其随着电子技术的发展，如今