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1、电力调度自动化系统结构,根据所完成功能的不同，可以将此系统划分为信息采集和命令执行子系统、信息传输子系统、信息收集处理与控制子系统、人机联系子系统。其结构框图如下：,发电厂,变电站,信息采集和命令执行子系统,信息传输子系统,信息收集、处理、控制子系统,人机联系子系统,信息采集和命令执行子系统,作用：采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过远动终端传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。即能实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能。,遥测是采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息。遥信是采集并传送电力系统中数字量的实时信息。遥调是接收
2、并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令。遥控是接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作。,信息传输子系统,作用：将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与命令可靠、准确的传输。分类：模拟传输系统和数字传输系统两类。,信息收集处理与控制子系统,作用：负责收集分散在各个发电厂和变电所的实时信息，并对收集(采用状态估计技术)到的信息进行分析、综合、判断，从而决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。该系统以计算机为主要组成，由前置机和后台处理机组成,人机联系子系统,作用：实现了人机对话。
3、该系统将传输到调度控制中心的各类信息进行加工处理，通过各种输出设备，为调度人员提供完整实用的电力系统实时信息。调度人员发出的遥控、遥调指令也可通过此系统输入、传送给执行机构。,输出设备包括：模拟屏、图形显示器、声光报警设备、记录仪、制表或图形打印设备,输入设备主要由键盘、鼠标和声控设备等,A/D转换器输出电压,电量参数信息采样方式与算法设计,电量参数信息采样方式与算法设计,（1）原理：不同变化范围的被测量，经A/D转换器转换后，其数值无法反应实际值，必须把A/D转换的数字量变换为带有工程单位的数字量，这种变换称为标度变换。（2）变换公式,电量信号变换原理与传感器,1.电量信号变换原理,2电量传
4、感器,按照传感器的工作原理，可分为：a.基于霍尔效应的传感器.b.基于磁光效应和光电效应的传感器。,1）霍尔电流、电压传感器,（1）霍尔效应基本原理 把霍尔元件H（具有霍尔效应的半导体薄片）放在磁感应强度为B的均匀磁场中，沿x方向通以控制电流，沿z方向施加磁场B，则在Y方向上将出现横向电场 EH，这种现象称为霍尔效应，所产生的电场称为霍尔电场。若控制电流 一定时霍尔电势与磁感应强度成正比,（2）霍尔电流传感器,a.基本霍尔电流传感器电路图：,b.零磁通霍尔电流传感器,电路图：,原理：当I1通过N1，霍尔元件H检测出I1N1所产生磁场的霍尔电势EH，经电压、功率放大形成电流I2。此时，补偿电流I
5、2 产生的磁通 与被测电流I1 产生的磁通，方向相反，当，霍尔元件将在零磁通下工作，霍尔输出电压为零。,零磁通霍尔电流传感器原理图,零磁通霍尔电流传感器铁芯在接近零磁通的条件下工作，线性度很高，大大提高了测量的精度和测量范围,c.霍尔电流传感器的特点,霍尔电流传感器可以测量任意波形的电流参量，如直流、交流和脉冲波形等。线性度优于0.1，且全量程满足线性要求。动态性能好。霍尔传感器模块的动态响应时间小于15，跟踪速度。工作频带宽。可在0100kHz频率范围内很好地工作。过载能力强，可靠性高。,（3）霍尔电压传感器,基本原理 其基本原理与霍尔电流传感器基本相同。也是利用霍尔效应，首先将被测电压转化
6、为通过导线或绕组的电流，产生相应的磁场，通过置于环形铁芯的霍尔元件及相应配置的放大器将霍尔电压放大处理后，即可测得电压。分类 基本型霍尔电压传感器和零磁通性霍尔电压传感器,3.2.2 直流采样方式原理,1、直流采样方式原理“直流采样”就是将交流模拟量经电量变换器转换成相应的直流模拟量，再由模拟/数字转换器（A/D）进行采样，转换成相应的数字量。2、电量变送器分类：交流电压变送器和交流电流变送器。有功功率变送器和无功功率变送器。有功电能变送器和无功电能变送器。频率变送器。功率因数变送器。直流电压变送器和直流电流变送器。微机电量变送器。,1）交流电流变送器,原理图组成：中间电流互感器、桥式整流电路
7、和RC低通滤波电路工作原理 电流互感器TA1输出的被测交流电流，经隔离互感器TA2和R1后，转化为交流电压量，经过桥式整流电路V1V4的全波整流，RC低通滤波器滤波后得到直流信号。这样，从端子7、8与9、10上可以得到两组05V的直流输出电压，从端子5、6上可以得到01mA的直流输出电流。,非线性补偿支路,中间电流互感器,桥式整流电路,RC低通滤波,利用二极管伏安特性的非线性，在变送器输入小电流时，二极管两端的电压低，内阻大，补偿支路分流的电流较小，输出大直流电压增大，起到补偿作用,2）交流电压变送器,原理图组成：电压互感器TV2，桥式整流电路、RC滤波电路 工作原理 电压互感器TV1输出的被
8、测交流电压，经隔离互感器TV2降压，再经桥式整流电路全波整流、RC滤波后，得到直流信号。这样，从端子7、8与9、10上可以得到两组05V的直流输出电压，从端子5、6上可以得到01mA的直流输出电流。,3）微机电量变送器,结构图组成：交流信号输入电路、采样保持器、A/D转换器、CPU和存储器、工频跟踪、采样时序电路 工作原理：输入信号经TV（TA）变换成A/D转换范围内的交流电压信号，在单片机的控制下，依次选通多路开关的通道，被选通通道的信号送入到采样保持器，采样保持器按确定的采样时序采样，送到A/D转换器进行转换，A/D转换器转换结束后，向CPU发出启动读数据信号，CPU经并行接口获得A/D转
9、换的数据。,交流采样方式与算法,由于交流采样所得到的是信号的瞬时值，这些量是随时间而变化的交变量，交流电压有效值U、交流电流有效值I、有功功率P、无功功率Q需要通过一定算法来计算。,交流采样是将交流模拟量经过电压互感器或电流互感器变换后,由A/D转换器进行采样,通过计算得到所需被测量的有效值,1一点采样算法:,对三相线电压和线电流同时采集一点，就可计算出信号的有效值。,优点：对采样没有定时要求，不需要定时器缺点：算法中没有滤波作用，误差大,2多点算法,基本思想是根据周期连续函数的有效值定义，将连续函数离散化，可以得出电压、电流有效值的表达式。,将其离散化，得,将其离散化，得,将其离散化，得,优
10、点：因为基于均方根，适用于各种周期函数，误差小缺点：采样点数太多，运算时间长,3.全周波傅立叶算法,1）电压信号u(t)为周期函数，且满足狄氏条件，则：,将上式离散化处理，得：,若每周采样6点，则基频分量实部和虚部的计算公式分别为：,基频电压分量的幅值为：,2）对电流信号i(t)，其级数的三角形式为：,其中，,将上式离散化处理，得：,若每周采样6点，则基频分量实部和虚部的计算公式分别为：,电流基频分量的幅值为：,基频电压、基频电流的相量图：,则：,将以上两式整理得：,优点：滤波能力强缺点：响应速度慢，实时性差，不适合快速采集的要求，适合电量计算时的数据采集,电力系统自动化数据采集系统,模拟量信
11、号采集,模拟量采集结构框图,1多路切换开关（MUX）,作用：在一个特定的时间内，只允许一路模拟信号 输入到A/D转换器，从而实现分时转换的目 的。,组成：地址输入缓冲器和电平 转换器，译码器和驱动 器，模拟开关,工作原理：EN和A3A0四个端子共同控制本芯片16路开关的导通与断开。,EN片选控制线：EN=“0”，芯片被封锁，16路开关均被断开；EN=“1”，芯片被选通，A3A0四个端子控制本芯片16路 开关的导通与断开。,A1A2A3A4=015，取不同的值，S0S15开关轮流导通。,例如：A1A2A3A4=0100，表示第2号开关接通了。,2.程控放大器,作用：具有不同的放大倍数，把在不同变
12、化范 围的模拟信号变换成与 A/D转换器相匹配 的信号。结构图：,Vin+，Vin-:模拟信号的输入端，Vo:程控增益放大器输出端，A1，A2:放大器的增益控制端。,通过控制A1，A2的逻辑电平，可以 有不同的放大倍数。,3.采样保持器（S/H）,作用：当输入信号变化时，要求输出信号跟随输 入信号的变化进行间隔采样，在两次采样之 间保持上一次采样结束时的状态。,结构图：,S闭合：进行采样，AOUT=AIN，模拟信号快速充电到Ch上S断开：保持该阶段开始瞬间的值不变。,工作原理：,4.模/数转换器（A/D）,作用：将模拟量转换成计算机可以接收的数字量。,逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、电压比
13、较器及控制逻辑部分,原理图：,组成：,5.模拟量的处理 A/D转换后的数字量经接口送往计算机后，必须对数据进行数字滤波、标度转换等一系列处理方能存入内存的数据区。,数字量I/O系统,数字量输入通道：把数字量信息输入微机系统的 电路。数字量输出通道：数字量信息自微机系统输出或 遥控远方装置的电路。数字量大致分为三类：数字式仪表输出：由于已经是数字量，可直接数入计算机 脉冲量：由脉冲电能表发出，经光电隔离，采用集电极开路形式输出（外加电源）开关量：开关量信息，由开关量输入子系统完成,1、数字量输入子系统,原理图 组成,信号隔离电路、电平转换电路、消颤除躁电路、多路通道选择电路、并行接口电路,1）信
14、号隔离与电平转换电路,电路图：,b、实现现场开关量与CPU总线之间的完全隔离,工作原理：,辅助触点K闭合，数字量输出端为高电平“1”；,辅助触点K断开，输出端输出低电平“0”，完成了数字量信息的采集。,作用：,a、将开关量转换成数字量输出,RC低通滤波,两个二极管起到保护光耦的作用,2.4 电力自动化SCADA系统实例,电力系统自动化SCADA：数据采集及监视控制系统，SCADA系统是以计算机为基础的调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。,2.4.1 SCADA基本功能,1.数据采集与传输2.事故追忆功能3.历
15、史数据存储4.报表功能5.特殊运算功能,基本功能：,2.4.2 SCADA设计实例,1.系统硬件结构配置,操作员站、工程师站、历史数据采集站提供各回路的实时趋势图、历史趋势图、操作界面、报警显示、故障诊断、设定控制参数,前置机完成数字信号的接收和预处理功能。其中介入GPS卫星时钟，向系统播发统一对时，为系统提供标准时钟,Web服务器负责系统信息往Internet网上发布,整个系统以双机双网热备用体系结构模式运行,2.系统的软件结构,分为三层:数据层、程序层和通信管理系统层。,（1）数据层主要包括实时数据库、历史数据库以及它们的存储历程。（2）上层应用程序主要实现电力系统的各项功能，并提供良好的
16、人机接口和管理工具，方便用户使用。（3）通信管理系统用于网络的管理和通信任务的管理，它对上层应用程序屏蔽具体的网络细节，保证通信进程之间实现高速、可靠和标准的通信。,小结,2.1 电力调度自动化系统结构 信息采集和命令执行子系统、信息传输子系统、信息收集处理与控制子系统、人机联系子系统。2.2采样方式和算法1、直流采样方式原理“直流采样”就是将交流模拟量经电量变换器转换成相应的直流模拟量，再由模拟/数字转换器（A/D）进行采样，转换成相应的数字量。2、交流采样方式与算法 交流采样是将交流模拟量经过电压互感器或电流互感器变换后,由A/D转换器进行采样,通过计算得到所需被测量的有效值 由于交流采样所得到的是信号的瞬时值，这些量是随时间而变化的交变量，交流电压有效值U、交流电流有效值I、有功功率P、无功功率Q需要通过一定算法来计算。,模拟量信号采集,数字量I/O系统,数字量输入通道：把数字量信息输入微机系统的电路。数字量输出通道：数字量信息自微机系统输出或遥控远方装置的电路。SCADA设计实例,
