电力系统远动

第一章 概述 远动技术是一门综合性的应用技术，它的基本原理包括数据传输原理、编码理论、信号转换技术原理、计算机原理等。

第一章 概述 第一节 电力系统远动的功能 第二节 远动信息及传输模式 第三节 远动系统 第四节 调度自动化系统

第一节 电力系统远动的功能 远动(telecontrol)的含义 利用远程通信技术进行信息传输，实现对远方运行设备的监视和控制。 第一节 电力系统远动的功能 远动(telecontrol)的含义 利用远程通信技术进行信息传输，实现对远方运行设备的监视和控制。 遥测、遥信、遥控、遥调

第一节 电力系统远动的功能 遥测即远程测量(telemetering) :应用远程通信技术，传输被测变量的值。

第一节 电力系统远动的功能 遥信即远程指示，远程信号(teleindication； telesignalization): 第一节 电力系统远动的功能 遥信即远程指示，远程信号(teleindication； telesignalization): 对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。

第一节 电力系统远动的功能 遥控即远程命令(telecommand): 应用远程通信技术，使运行设备的状态产生变化。

第一节 电力系统远动的功能 遥调即远程调节(teleadjusting): 对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。

第一节 电力系统远动的功能 在电能生产中，总是需要多少就生产多少，必须随时保证生产和消费之间的功率平衡。为了使发电、供电等环节随时跟踪用电负荷的变化，并保证对用户的供电质量，同时提高电力系统运行的安全性和经济性，电力系统中除配备必要的自动装置外，还设有国家调度、大区网调、省级调度和地区调度等各级调度中心，由它们监视控制发电、输电和配电网的运行情况。

第一节 电力系统远动的功能 电力系统调度中心的任务 第一节 电力系统远动的功能 电力系统调度中心的任务 一是合理地调度所属各发电厂的出力，制定运行方式，从而保证电力系统的正常运行，安全经济地向用户提供满足质量要求的电能; 二是在电力系统发生故障时，迅速排除故障，尽快恢复电力系统的正常运行。 为此，调度中心必须随时了解发电厂及变电所的实时运行参数及状态，分析收集到的实时数据，作出决策，再对发电厂及变电所下达命令，实现对系统运行方式的调整。

第二节 远动信息及传输模式 一、远动信息内容 远动的遥测、遥信、遥控和遥调功能，通过传送远动信息实现。 第二节 远动信息及传输模式 一、远动信息内容 远动的遥测、遥信、遥控和遥调功能，通过传送远动信息实现。 远动信息包括遥测信息、遥信信息、遥控信息和遥调信息。

第二节 远动信息及传输模式 遥测信息传送发电厂、变电所的各种运行参数，它分为电量和非电量两类。 这些都是随时间作连续变化的模拟量。 第二节 远动信息及传输模式 遥测信息传送发电厂、变电所的各种运行参数，它分为电量和非电量两类。 电量包括母线电压、系统频率、流过电力设备(发电机、变压器)及输电线的有功功率、无功功率和电流。 非电量包括发电机机内温度以及水电厂的水库水位等。 这些都是随时间作连续变化的模拟量。

第二节 远动信息及传输模式 遥信信息包括发电厂、变电所中断路器和隔离开关的合闸或分闸状态，主要设备的保护继电器动作状态，自动装置的动作状态，以及一些运行状态信号 如厂站设备事故总信号、发电机组开或停的状态信号、远动及通信设备的运行状态信号等。 遥信信息所涉及的对象只有两种状态.因此用一位二进制数的“0”或“1”便可以表示出一个遥信对象的两种不同状态。 遥信信息通常由运行设备的辅助接点提供。

第二节 远动信息及传输模式 遥测信息和遥信信息从发电厂、变电所向调度中心传送，也可以从下级调度中心向上级调度中心转发，通常称它们为上行信息。在上行信息中，还可以传送事件顺序记录、系统对时功能中的返送时钟报文、遥控的返送校核信息等。

第二节 远动信息及传输模式 遥控信息传送改变运行设备状态的命令，如发电机组的启停命令、断路器的分合命令、并联电容器和电抗器的投切命令等。 第二节 远动信息及传输模式 遥控信息传送改变运行设备状态的命令，如发电机组的启停命令、断路器的分合命令、并联电容器和电抗器的投切命令等。 电力系统对遥控信息的可靠性要求很高，为了提高控制的正确性，防止误动作，在遥控命令下达后，必须进行返送校核。 当返送命令校核无误之后，才能发出执行命令。

第二节 远动信息及传输模式 遥调信息传送改变运行设备参数的命令，如改变发电机有功出力和励磁电流的设定值，改变变压器分接头的位置等。

第二节 远动信息及传输模式 遥控信息和遥调信息从调度中心向发电厂、变电所传送，也可以从上级调度中心通过下级调度中心转送，称它们为下行信息。这些信息通常由调度员人工操作发出命令，也可以自动启动发出命令，即所谓的闭环控制。

第二节 远动信息及传输模式 二、远动信息的传输模式 远动信息的传输可以采用循环传输模式或问答传输模式。

第二节 远动信息及传输模式 循环数字传输模式也称CDT (Cyclic Data Transmission)方式。 第二节 远动信息及传输模式 循环数字传输模式也称CDT (Cyclic Data Transmission)方式。 在这种传输模式中，厂站端将要发送的远动信息按规约的规定组成各种祯，再编排顿的顺序，一帧一核地循环向调度端传送。信息的传送是周期性的、周而复始的，发端不顾及收端的需要，也不要求收端给以回答。这种传输模式对信道质量的要求较低，因为任何一个被干扰的信息可望在下一循环中得到它的正确值。

第二节 远动信息及传输模式 问答传输模式也称polling方式。 第二节 远动信息及传输模式 问答传输模式也称polling方式。 在这种传输模式中，若调度端要得到厂站端的监视信息，必须由调度端主动向厂站端发送查询命令报文。查询命令是要求一个或多个厂站传输信息的命令。查询命令不同，报文中的类型标志取不同值，报文的字节数一般也不一样。厂站端按调度端的查询要求发送回答报文。用这种方式，可以做到调度端询问什么，厂站端就回答什么，即按需传送。由于它是有问才答，要保证调度端发问后能收到正确的回答，对信道质量的要求较高，且必须保证有上下行信道。

第二节 远动信息及传输模式 三、远动信息的编码 第二节 远动信息及传输模式 三、远动信息的编码 远动信息在传输前，必须按有关规约的规定，把远动信息变换成各种信息字或各种报文。这种变换工作通常称作远动信息的编码，编码工作由远动装置完成。

第二节 远动信息及传输模式 采用循环传输模式时，远动信息的编码要遵守循环传输规约的规定。我国原电力部颁发的循环式传输规约的信息字格式见图1-1。按规约规定，由远动信息产生的任何信息字都由48位二进制数构成，即所有的信息字位数相同。其中前8位是功能码，它有分种不同取值，用来区分代表不同信息内容的各种信息字，可以把它看作信息字的代号。最后8位是校验码，采用CRC (Cyclic Redundancy Check)校验。

第二节 远动信息及传输模式 问答式传输规约中的报文(Message)格式见图1-2。报文头通常有3-4个字节，它指出进行间答的双方中RTU的地址(报文中识别其来源或目的地的部分);报文所属的类型;报文中数据区的字节数。数据区表示报文要传送的信息内容，它的字节数和字节中各位的含义随报文类型的不同而不同，且数据区的宇节数是多少，由报文信息头中的有关字节指出。校验码按照规约给定的某种编码规则，用报文头和数据区的字节运算得到。

第二节 远动信息及传输模式 问答式传输规约的报文格式与循环式传输规约的信息字格式比较，最明显的差别是，问答式传输规约中，不同类型的报文，报文的总字节数不同，即报文的长度不同.且报文长度的变化总是按字节增减，即八位八位地增加或减少。

第二节 远动信息及传输模式 四、常用远动信道 信道是信号传输时经过的通道。 传输远动信号的通道称为远动信道。 第二节 远动信息及传输模式 四、常用远动信道 信道是信号传输时经过的通道。 传输远动信号的通道称为远动信道。 我国常用的远动信道有专用有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道等。信道质量的好坏直接影响信号传输的可靠性。

第二节 远动信息及传输模式 电力线载波信道是电力系统中应用较广泛的信道形式。当远动信号与载波电话复用电力线载波信道时，通常规定载波电话占用0.3-2.3kHz(或0.3-2.0kHz)音频段，远动信号占用2.7-3.4kHz(或2.4-3.4kHz)的上音频段。由远动装置产生的用二进制数字序列表示的远动信号，经调制器转换成上音频段内的数字调频信号后，进入电力载波机完成频率搬移，再经电力线传输。收端载波机将接收到的信号复原为上音频信号，再由解调器还原出用二进制数字序列表示的远动信号。

第二节 远动信息及传输模式

第二节 远动信息及传输模式 载波信道是用频率为300MHz - 300GHz的无线电波传输信号。由于微波是直线传播，传输距离一般为30 - 50km，所以在远距离传输时，要设立中继站。微波信道的优点是频带宽，传输稳定，方向性强，保密性好。

第二节 远动信息及传输模式 信号在光纤信道中的传输过程是:发端将电信号转变成光信号，让光信号沿着光导纤维(通常用光缆)传输，收端再将光信号还原为电信号。光导纤维传输信号的工作频率高，光纤信道具有信道容量大，衰减小，不受外界电磁场千扰，误码率低等优点

第二节 远动信息及传输模式 无线电信道由发射机、发射天线、自由空间、接收天线和接收机组成。在无线电信道中，信号以电磁波在自由空间中传输。因为它利用自由空间传输，不需要架设通信线路，因而可以节约大量金属材料并减少维护人员的工作量。

第三节 远动系统 一、远动系统(telecontrol system) 第三节 远动系统 一、远动系统(telecontrol system) 远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，它包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能。构成远动系统的设备包括厂站端远动装置，调度端远动装置和远动信道。

第三节 远动系统 按习惯称呼的调度中心和厂站，在远动术语中称为主站(Master station)和子站。主站也称控制站(Controlling station)。它是对子站实现远程监控的站;子站也称受控站(controlled station)，它是受主站监视的或受主站监视且控制的站。计算机技术进入远动技术之后，安装在主站和子站的远动装置分别被称为前置机(front-end processor)和远动终端装置(Remote Terminal Unit缩写成RTU)。

第三节 远动系统

第三节 远动系统 前置机是缓冲和处理输入或输出数据的处理机。它接收RTU送来的实时远动信息，经译码后还原出被测量的实际大小值和被监视对象的实际状态，显示在调度室的CRT上和调度模拟屏上，也可以按要求打印输出。这些信息还要向主计算机传送。另外调度员通过键盘或鼠标操作，可以向前置机输入遥控命令和遥调命令，前置机按规约组装出遥控信息宇和遥调信息字向RTU传送。

第三节 远动系统 RTU对各种电量变送器送来的0-5V直流电压分时完成A/D转换，得到与被测量对应的二进制数值;并由脉冲采集电路对脉冲输入进行计数，得到与脉冲量对应的计数值;还把状态A的输入状态转换成逻辑电平0或1。再将上述各种数字信息按规约编码成遥测信息字和遥信信息字，向前置机传送。RTU还可以接收前置机送来的遥控信息字和遥调信息字，经译码后还原出遥控对象号和控制状态，遥调对象号和设定值，经返送校核正确后(对遥控)输出执行。

第三节 远动系统 二、远动系统配置的基本模式 第三节 远动系统 二、远动系统配置的基本模式 远动配置(telecontrol configuration)是指主站与若干子站以及连接这些站的传输链路的组合体。常用的远动配置有下面一些类型。

第三节 远动系统

第三节 远动系统 1、点对点(point-to-point configuration) 第三节 远动系统 1、点对点(point-to-point configuration) 主站与子站之间通过专用的传输链路相连接的一种配置，见图1-4(a)。 2.多路点对点配置(multiple point-to-point configuration) 控制中心或主站，通过各自链路与多个子站相连的一种配置，主站与各子站可同时交换数据，见图1-4 (b)

第三节 远动系统 3.多点星形配置(multipoint-star configuration) 第三节 远动系统 3.多点星形配置(multipoint-star configuration) 控制中心或主站与多个子站相连接的一种配置。任何时刻只许一个子站传输数据到主站;主站可选择一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时传输全局性报文，见图1-4(c) 4.多点共线配置 (multi-partyline configuration ) 控制中心或主站通过一公共链路与多个子站相连的一种配置。任何时刻只许一个子站传输数据到主站;主站可选择一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时传输全局性报文，见图1-4 (d)

第三节 远动系统 5.多点环形配置(multipoint-ring configuration) 第三节 远动系统 5.多点环形配置(multipoint-ring configuration) 所有站之间的通信链路形成环状，控制中心或主站可以通过两条不同的路径与每一子站通信，见图1-4 (e) 以上五种配置中，多点共线配置可以节省通信链路，但远动信息的传输只能采用问答传输模式。多点环形配置使主站和子站之间有两条通信链路，可以提高传输的可靠性。 对不同结构的电网，可以根据实际情况，在各个局部选择不同的远动配置，由多种远动配置的组合，比如多点星形和多点共线，构成一个混合配置的完善的远动系统。

第四节 调度自动化系统 一、调度自动化系统的功能 调度自动化系统由远动子系统、计算机子系统和人机联系子系统组成，见图1-5。

第四节 调度自动化系统 远动子系统负责收集各发电厂、变电所的各种信息，将其传送到调度中心，完成对信息的预处理。同时也可将调度中心的控制命令传送到发电厂或变电所。

第四节 调度自动化系统 计算机子系统是以计算机为基础的信息处理系统，它对远动子系统收集到的基础数据作进一步加工处理、分析、计算，为调度人员监视、分析系统运行状态以及对系统运行进行控制提供依据。人机联系子系统包括屏幕显示器、打印机、键盘、鼠标、调度模拟屏等设备，用于向调度人员显示和输出信息，也可以输入调度人员的控制命令。

第四节 调度自动化系统 调度自动化系统按其功能的不同，划分为数据采集和监控系统SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)和能量管理系统EMS (Energy Management System)

第四节 调度自动化系统 SCADA系统是完成对广阔地区的生产过程进行数据采集、监视和控制的系统，实现对系统的安全监控。它是完成信息收集、处理和控制功能的自动化系统，它通过人机联系子系统的屏幕显示(CRT)和调度模拟屏对电网运行进行在线的安全监视，并有越限告警、记录、打印制表、事故追忆、本系统的自检、远动通道状态的监测等功能，对电网中重要开关进行遥控，对有载调压变压器分接头、调相机、静电电容器等无功功率补偿设备进行自动调节或投切，实现电压监控。

第四节 调度自动化系统 在SCADA系统中发展了网络拓扑、状态估计、负荷预测、在线潮流、安全分析、在线调度员培训模拟(DTS)等电力系统高级应用软件(PAS)后，调度自动化系统从SCADA系统升级为能量管理系统EMS。使调度工作从经验型调度上升到分析型调度，提高了电力系统运行的质量、安全性和经济性。

第四节 调度自动化系统 二、调度自动化系统的分层控制 我国电网调度机构目前分为五级： 国家调度机构(简称国调) 第四节 调度自动化系统 二、调度自动化系统的分层控制 我国电网调度机构目前分为五级： 国家调度机构(简称国调) 跨省、自治区、直辖市调度机构(简称网调) 省、自治区、直辖市级调度机构(简称省调) 省辖市级调度机构(简称地调) 县级调度机构(简称县调)。

第四节 调度自动化系统 1、国家调度机构 通过计算机数据通信网与各大区电网控制中心相连，协调、确定大区电网间的联络线潮流和运行方式，监视、统计和分析全国电网运行悄况，并根据系统运行情况，对所辖枢纽变电、换流站和特大型电厂进行监视控制。

第四节 调度自动化系统 其主要任务包括： (1)在线收集各大区电网和有关省网的信息，监视大区电网的重要监测点工况及全国电网运行概况，并做统计分析和生产报表。 (2)进行大区互连系统的潮流、稳定、短路电流及经济运行计算，通过计算机数据通信校核计算结果的正确性，并向下传达。 (3)处理有关信息，参与电网规划及各种技术经济指标制定和审查，作中期、长期安全经济运行分析。

第四节 调度自动化系统 2、网调(大区级调度) 第四节 调度自动化系统 2、网调(大区级调度) 网调按统一调度、分级管理的原则，负责跨省大电网的超高压线路的安全运行，并按规定的发用电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和运行水平。具体任务包括： (1)实现电网的数据收集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析。 (2)进行负荷预计，制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划，闭环或开环的指导自动发电控制。

第四节 调度自动化系统 (3)省(市)间和有关大区电网的供/受电量计划编制和分析。 第四节 调度自动化系统 (3)省(市)间和有关大区电网的供/受电量计划编制和分析。 (4)进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机数据通信校核各种分析计算结果的正确性并上报、下传。 (5)进行大区电网继电保护定值计算及其调整试验。 (6)大区电网中系统性事故的处理。 (7)大区电网系统性的检修计划安排。 (8)统计、报表及其它业务。

第四节 调度自动化系统 3、省级调度 省级调度按统一调度、分级管理的原则，负责省内电网的安全运行监控、操作、事故处理和无功/电压调整，并按照规定的发电计划及监控原则进行管理，提高电能质量和运行水平。

第四节 调度自动化系统 其具体任务包括： (1)实现电网的数据收集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析。 第四节 调度自动化系统 其具体任务包括： (1)实现电网的数据收集和监控、经济调度以及有实用效益的安全分析。 (2)进行负荷预测，负责省网的安全运行，编制省网的运行方式，制定开停机计划和水火电经济调度的日分配计划和设备检修计划并下发，闭环或开环的指导自动发电控制。 (3)地区间和有关省网的供/受电量计划的编制和分析。 (4)进行潮流、稳定、短路电流及离线或在线的经济运行分析计算，通过计算机数据通信校核各种分析计算结果的正确性并上报、下传。

第四节 调度自动化系统 4、地区调度 负责区内运行监视，遥控、遥调操作、事故处理和无功/电压调整，与省调和县调交换实时信息。负责所辖地区的用电负荷管理及负荷控制。

第四节 调度自动化系统 5、县级调度 县级调度(县调)主要监控110kV及以下农村电网的运行。其主要任务有以下几点： 第四节 调度自动化系统 5、县级调度 县级调度(县调)主要监控110kV及以下农村电网的运行。其主要任务有以下几点： (1)指挥系统的运行和倒闸操作。 (2)充分发挥本系统的发供电设备能力，保证系统的安全运行和对用户连续供电。 (3)合理安排运行方式，在保证电能质量的前提下，使本系统在最佳方式下运行。

第四节 调度自动化系统 三、调度自动化系统基本指标 第四节 调度自动化系统 三、调度自动化系统基本指标 调度自动化系统按功能划分为SCADA系统和EMS系统。本书主要介绍电力系统远动，所以对调度自动化系统中的ACC/EDC, SA等PAS功能不作介绍，书中后续章节所提到的调度自动化系统，均指完成安全监控的SCADA系统，即地调、县调大蚤使用的调度自动化系统。

第四节 调度自动化系统 SCADA系统的基本指标包括以下内容: 测量量的综合误差及遥测合格率; 第四节 调度自动化系统 SCADA系统的基本指标包括以下内容: 测量量的综合误差及遥测合格率; 开关量的遥信正确率，遥控遥调正确率，站间事件顺序记录分辨率; 屏幕显示的分辨率; 通信道的传输速率，频谱，工作方式，通信规约，误码率; 远动终端的工作方式，遥测、遥信、遥控、遥调容量，站内事件顺序记录分辨率，A/D、D/A转换误差;

第四节 调度自动化系统 SCADA系统的基本指标包括以下内容: 第四节 调度自动化系统 SCADA系统的基本指标包括以下内容: 系统响应的时间指标，如开关变位传至主站的时间、遥测全系统扫描时间、画面响应时间、遥控遥调命令响应时间等; 系统可用率及平均无故障运行时间; 地区负荷总加完成率; 直接调度的变电所远动装置安装投运率; 不停电电源可维持供电的时间等。