【正文】 24 兩種采樣方式的比較 1．直流采樣的特點(diǎn) 2．交流采樣的主要特點(diǎn) 采樣定理 一個(gè)隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量 f(t)，如圖 （ a），經(jīng)過采樣后，得到一系列的脈沖序列 f*(t)，它是離散的信號(hào)，被稱為采樣信號(hào)，如圖 (c) 。 1. 直流采樣 直流采樣是指將現(xiàn)場(chǎng)不斷連續(xù)變化的模擬量先轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào) ， 再送至 A／ D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換；即 A／ D轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號(hào) 。 變電站自動(dòng)化系統(tǒng) ， 是利用多臺(tái)微型計(jì)算機(jī) （ 包括單片機(jī)等 ） 和大規(guī)模集成電路組成的分級(jí)分布式的自動(dòng)化系統(tǒng) ， 它以微計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ) ，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站傳統(tǒng)的繼電保護(hù) 、 測(cè)量手段 、 控制方式以及通信和管理模式的全面改造 。此名詞被國(guó)際電工委員會(huì)的 TC 57技術(shù)委員會(huì) （ 即電力系統(tǒng)通信和控制技術(shù)委員會(huì) ） 在制定的 IEC 61850（ 即變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng) ） 標(biāo)準(zhǔn)中采納 。由于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的 微機(jī)保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置，都具有故障自診斷功能，裝置內(nèi)部有故障，能自動(dòng)顯示故障部位，縮短了維修時(shí)間 。 2021/6/14 16 變電站綜合自動(dòng)化全面提高無人值班變電站的技術(shù)水平 （ 1） 提高了變電站的安全 、 可靠運(yùn)行水平 。 該文件對(duì)全國(guó)無人值班變電站的建設(shè)起了很大的推動(dòng)作用 。 促進(jìn)了調(diào)度自動(dòng)化實(shí)用化的深入開展和電網(wǎng)調(diào)度管理水平的提高 。 2021/6/14 14 無人值班的發(fā)展簡(jiǎn)況 １ .早期的無人值班變電站沒有自動(dòng)化功能。 變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過程 2021/6/14 12 變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過程 我國(guó)變電站自動(dòng)化的發(fā)展過程 圖 變電站微機(jī)監(jiān)測(cè)、保護(hù)綜合控制系統(tǒng)框圖 2021/6/14 13 變電站綜合自動(dòng)化與無人值班 ? 無人值班的發(fā)展簡(jiǎn)況 ? 西歐、北美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的絕大多數(shù)變電站，包括許多 500kV、 380kV的變電站也都實(shí)行無人值班。按功能分為 3個(gè)子系統(tǒng) ：（ 1）安全監(jiān)控子系統(tǒng)；（ 2）微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)；（ 3）電壓、無功控制子系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由 3臺(tái)微機(jī)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如 圖 。 1995年西門子公司的變電站自動(dòng)化系統(tǒng) LSA678在我國(guó)已有十多個(gè)工程。 SDCS1型由 13臺(tái)微機(jī)組成。 70年代末，英、西德、意大利、澳大利亞等國(guó)新裝的遠(yuǎn)動(dòng)裝置都是微機(jī)型的。 計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展 ， 尤其是 20世紀(jì) 70年代微處理器的問世和微計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 ，為變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供了必要的手段 。 ★ 占地面積大 ， 增加征地投資 。 ★ 不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計(jì)算和實(shí)時(shí)性要求 。 我國(guó)水力資源主要集中在西部和西南部 ， 這兩地區(qū)可開發(fā)電量占全國(guó) %；煤炭資源華北和西北兩地區(qū)占 80%；而負(fù)荷中心集中在中部和東部沿海 ，這兩地區(qū)的經(jīng)濟(jì)總量占全國(guó) 82%， 電力消費(fèi)占 78%。2021/6/14 1 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 黃益莊 教授 地址：清華大學(xué)西主樓三區(qū) 216室 清華大學(xué)電機(jī)工程系 電話 ：（ 010） 62784706 13701073392 2021/6/14 2 內(nèi)容提要 第 1章 變電站綜合自動(dòng)化的基本概念 第 2章 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能 第 3章 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 第 4章 數(shù)字量的輸入、輸出 第 5章 模擬量的輸入、輸出 第 6章 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 第 7章 變電站與調(diào)度中心的通信標(biāo)準(zhǔn) 2021/6/14 3 第 1章 變電站綜合自動(dòng)化的基本概念 變電站自動(dòng)化是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì) 變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過程 2021/6/14 4 變電站自動(dòng)化是技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢(shì) ? 當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的要求 i) 全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性提出更高要求。 這種差異 ，決定了電力工業(yè)發(fā)展必須實(shí)行西電東送 、 南北互供 、 全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略 。 ★ 供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證 。 2021/6/14 6 變電站自動(dòng)化是技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢(shì) 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)展變電站自動(dòng) 化提供了有利的條件 變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展過程與相關(guān)學(xué)科的發(fā)展密切相關(guān)。 這階段廠站自動(dòng)化的特點(diǎn)：形成變電站內(nèi)的 自動(dòng)化孤島 。 變電站綜合自動(dòng)化的研究工作，于 70年代中、后期開始。如 圖 ，它具有對(duì)一個(gè)77kV/。 國(guó)外研究工作突出的特點(diǎn)是他們彼此間一開始就十分重視這一領(lǐng)域的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定與協(xié)調(diào) 。 1987年在山東威海望島變電站成功地投入運(yùn)行。 這是我國(guó)第一個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其成功的投入運(yùn)行，證明了我國(guó)完全可以自行研究，制造出具有國(guó)際先進(jìn)水平，符合國(guó)情的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。例如：巴黎， 1985年建立新一代的計(jì)算機(jī)自動(dòng)管理系統(tǒng)，所有 225/20kV變電站都由調(diào)度中心集中控制。只適合不重要的 35KV變電站。 4. 國(guó)家電力調(diào)度通信中心于 1993年 12月 28日發(fā)布了調(diào)自 [ 1994 ] 2號(hào)文件 《 關(guān)于在地區(qū)電網(wǎng)中實(shí)施變電站遙控和無人值班的意見 》 。 2021/6/14 15 變電站實(shí)現(xiàn)無人值班的目的和意義 (1) 國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)的需要 不僅發(fā)達(dá)地區(qū) 、 人口密集經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地區(qū)需要發(fā)展無人值班變電站；人口密度少 、 經(jīng)濟(jì)不甚發(fā)達(dá)的邊遠(yuǎn)地區(qū) ， 發(fā)展無人值班也很重要 。 （ 2） 提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行 、 管理水平和技術(shù)水平 （ 3） 縮小變電站占地面積 ， 降低造價(jià) ， 減少總投資 。 2021/6/14 17 第 2章 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)涵 監(jiān)控子系統(tǒng) 繼電保護(hù)子系統(tǒng) 電能量計(jì)量子系統(tǒng) 自動(dòng)控制子系統(tǒng) 諧波分析與監(jiān)視功能 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信功能 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn) 2021/6/14 18 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)涵 (1) 20世紀(jì) 80年代和 90年代中期 ， 國(guó)內(nèi)都把上述功能的系統(tǒng)稱為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) ， 以區(qū)別于只有局部功能的自動(dòng)化 。 我國(guó)從 20世紀(jì) 80年代中 、 后期以來 ，習(xí)慣稱之為 “ 變電站綜合自動(dòng)化 ” 和 “ 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) ” 。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有功能綜合化 、 結(jié)構(gòu)微機(jī)化 、 操作監(jiān)視屏幕化 、 運(yùn)行管理智能化 、 通信網(wǎng)絡(luò)化等特征 。 2. 交流采樣 交流采樣是相對(duì)直流采樣而言 ， 即指對(duì)交流電流和交流電壓采集時(shí) ， 輸入至 A／ D轉(zhuǎn)換器的是與電力系統(tǒng)的一次電流和一次電壓同頻率 ， 大小成比例的交流電壓信號(hào) 。 根據(jù)香農(nóng)（ Shannon）定理：如果隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)（包括噪聲干擾在內(nèi)）的最高頻率為 fmax，只要按照采樣頻率 f≥2 f max進(jìn)行采樣，那么所給出的樣品系列 ,， … 就足以代表（或恢復(fù)） f(t)了，實(shí)際應(yīng)用中常采用 f≥(5 ～ 10)fmax。 2021/6/14 27 操作與控制功能 無論當(dāng)?shù)夭僮骰蜻h(yuǎn)方操作 ， 都應(yīng)有防誤操作的閉鎖措施 。 2． CRT或液晶顯示器顯示畫面的內(nèi)容 （ 1） 顯示采集和計(jì)算的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù) （ 2） 顯示實(shí)時(shí)主接線圖 （ 3） 事件順序記錄 （ SOE） （ 4） 越限報(bào)警顯示 （ 5） 值班記錄顯示 （ 6） 歷史趨勢(shì)顯示 （ 7） 保護(hù)定值和自控裝置的設(shè)定值顯示 。 對(duì)時(shí)功能 配備 GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘裝置、與調(diào)度統(tǒng)一時(shí)鐘。 2021/6/14 32 對(duì)微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)要求 （ 1）滿足可靠性、選擇性、快速性、靈敏性的要求 （ 2） 軟、硬件結(jié)構(gòu)要相對(duì)獨(dú)立；它的工作不受監(jiān)控系統(tǒng)和其它子系統(tǒng)的影響。 2021/6/14 34 電能量計(jì)算子系統(tǒng) 電能量包括有功電能和無功電能 。 機(jī)電式電能表 為了解決計(jì)算機(jī)能對(duì)電能量進(jìn)行采集與處理 ， 最簡(jiǎn)單的方法是利用電子技術(shù)與傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能是相結(jié)合 ， 即對(duì)原來感應(yīng)式的電能表加以改造 。 （ 2）采用專用的電能芯片和單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字電能表 這些電能計(jì)量專用芯片內(nèi)含有 16位、 18位的高分辨率 A/D轉(zhuǎn)換器，因此計(jì)量準(zhǔn)確度高。對(duì)于規(guī)模較大的變電站，監(jiān)控機(jī)可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，管理各電能表。 ③ 配電網(wǎng)的 10kV母線，電壓合格范圍： ～ （ 2）保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡。一般低頻減載裝置基本級(jí)可以設(shè)定 5輪或 8輪 。 (4)電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩或諧諧波干擾時(shí)，不應(yīng)誤動(dòng) 。 我國(guó)諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 《 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波 》 （ GB/T 14549－ 93）規(guī)定我國(guó)公用電網(wǎng)諧波電壓的允許值見表 21。 （ 2） 電氣化鐵路 電力機(jī)車是大諧波源 ， 又是單相大負(fù)荷 ， 造成三相負(fù)荷不平衡 。 （ 6） 變頻裝置 2021/6/14 51 諧波次數(shù) HR In% 熱軋硅鋼片 冷軋硅鋼片 1 100 100 3 15～ 55 14～ 50 5 3～ 25 10～ 25 7 2～ 10 5～ 10 9 ～ 2 3～ 6 11 1 1～ 3 表 配電變壓器勵(lì)磁電流中的 HR In。 2021/6/14 54 電力系統(tǒng)諧波的監(jiān)測(cè) 諧波監(jiān)測(cè)是研究分析諧波問題和研究對(duì)諧波治理和抑制的主要依據(jù) 。 交流濾波器對(duì)基波呈容性 ， 兼有無功補(bǔ)償作用 。 即完成新型 RTU等全部四遙功能 。 2021/6/14 59 第 3章 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 概述 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的分層和邏輯接口 變電站的智能電子設(shè)備 自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式 變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向 2021/6/14 60 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的分層和邏輯接口 國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC） TC 57技術(shù)委員會(huì)（電力系統(tǒng)控制和通術(shù)委員會(huì)）在制定 IEC 61850（變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)）標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，把變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能在邏輯上分配在 3個(gè)層次（變電站層、間隔層或單元層、過程層），這 3個(gè)層次分別通過邏輯接口 1～ 9建立通信，如圖。 IEC 61850 協(xié)議對(duì)智能電子設(shè)備 IED的定義是：由一個(gè)或多個(gè)處理器組成 ， 具有從外部源接收和傳送數(shù)據(jù)或控制外部源的任何設(shè)備 （ 例如：電子多功能儀表 、 數(shù)字繼電器 、 控制器 ） 。 分層 （ 級(jí) ） 分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)模式實(shí)質(zhì)上是把這些面向間隔設(shè)計(jì)的變電站層和間隔層的智能電子設(shè)備 ， 按它們的功能組裝成多個(gè)屏 （ 柜 ） ， 例如：主變保護(hù)屏 （ 柜 ） 、 線路保護(hù)屏 （ 柜 ） 、 數(shù)據(jù)采集屏等等 ，這些屏 （ 柜 ） 一般都集中安裝在主控室中 ， 我們把這種結(jié)構(gòu)模式簡(jiǎn)稱為 “ 分布集中式 ” 結(jié)構(gòu)模式 。 （ 2） 變電站內(nèi)的各 IEDs的通信網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場(chǎng)總線 ， IEDs按不同的電壓等級(jí) ， 組成相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng) ， 然后經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換 ， 通過光纖組成雙光纖以太網(wǎng)與變電站層的各工作站通信 。 （ 4） 分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高 ， 組態(tài)靈活 ， 檢修方便 。模擬量都是隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量。 表 5－ 1 A/D位數(shù) 分辨率 8 10 12 14