自动化系统培训

Diaoduzidonghuapeixun调度自动化系统培训教程电力系统调度自动化：利用计算机、远动、通信等技术实现电力系统调度自动化功能的综合系统。主要功能构成分为:1、电力系统数据采集与监控（SCADA系统）：电力系统数据采集与监控以及数据通信技术是实现调度自动化的基础和前提;2、电力系统经济运行与调度、电力市场化运营与可靠行、发电厂运营决策支持等;3、变电站综合自动化。调度自动化系统一般又分为厂站端和主站端。主站端主要安装于调度侧，厂站端，顾名思义，安装于各发电厂及变电站，安装于变电站的又称为变电站综合自动化系统。调度自动化系统一般含有、SCADA、AGC（自动发电控制）、PAS（高级软件应用）、DTS（调度仿真）等。调度自动化系统简介调度自动化

制作课程的主要内容调度自动化

制作1、调度自动化系统组成结构2、变电站自动化系统3、传输系统4、前置系统5、后台系统1、调度自动化系统的组成2、变电站自动化基本含义变电站自动化定义：

变电站二次设备按功能分为四大模块:①继电保护及自动装置;②仪器仪表及测量控制;③远动;④当地监控。变电站自动化是将变电站的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信技术、信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护、并与上级调度通信的综合性自动化功能。

基本概念五遥：遥信、遥测、遥控、遥调遥测：得利用电子技术远方测量中显示诸如电流、电压、功率、压力、温度等模拟量的系统技术遥信：远方监视电气开关和设备、机械设备的工作状态和运转情况状态等；遥控：远方控制或保护电气设备及电气机械化的分合起停等工作状态等；遥调：远方设定及调整所控设备的工作参数、标准参数等；PT：PotentialTransformer电压互感器CT:CurrentTransformer电流互感器SCADA:SupervisoryControlandDataAcquisition监视控制与数据采集2、变电站自动化系统调度自动化

制作SOE:Sequenceofevents事件顺序COS:ChangingofSignal信号变位RTU:RemoteTerminalUnit远程终端设备电力系统分级：国家级调度、大区级电网调度、省级电网调度、地区级调度和县级电网调度保证电能符合标准：波形、频率和电压三项指标EMS：EnergyManagementSystem能量管理系统，主要针对发电和输电系统MIS：ManagementInformationSystem管理信息系统基本概念五防：带负荷拉合隔离开关带地线合隔离开关带电挂接地线误拉合断路器误入带电隔离间一次设备：发电厂和变配电所中直接与生产和输变电能有关的设备称为一次设备，由一次设备连接成的系统称为一次系统。

一次设备包括：发动机，变压器，断路器，隔离刀闸，母线，互感器，电抗器，移相电容器，避雷器，输配电线路等。基本概念2、变电站自动化系统二次设备：对一次电气设备进行监视，测量，操纵，控制和起保护作用的辅助设备，称为二次设备。由二次设备连接成的回路称为二次回路。二次设备包括：各种继电器，信号装臵，测量仪表，控制开关，控制电缆，操作电源和小母线等。二次系统的任务是反映一次系统的工作状态，控制一次系统并在一次系统发生事故时，能使事故部分退出工作。基本概念2、变电站自动化系统变电站综合自动化系统典型结构一变电站综合自动化系统典型结构二测控装置

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到对现场环境的适应能力。采用统一的软硬件平台和模块化设计，软硬件兼容性好，便于调试和维护；带有保护和测控功能；采用三个CPU分担任务，以保证保护、测控、运行的速度，三个CPU进行自检、互检，检测完备,保证了可靠性；采用独立的CPU负责开放出口正电源，保证保护动作的正确可靠；负责开放出口正电源的CPU采用独立的AD采样回路，防止保护的AD采样回路出错，导致保护误动；跳闸逻辑可灵活组态；接地选线采用综合判据，并增加零序补偿电流判据，提高了选线的正确性；具有故障录波和故障测距；可进行高达30次的谐波分析；保护测控装置通讯采用统一编码设计，具有良好的伸缩性和扩展性，可采用CAN网、RS485、光纤、以太网等介质，以单网、双网、三网方式与监控系统通讯，通讯速度快、可靠性高。另配有RS232通讯口，便于调试、整定和维护；采用硬件实时时钟，掉电后仍连续计时。可采用GPS差分、开入、通讯对时；可以本地或远方整定，共有16套定值；具有本地或远方操作功能，带有遥控功能；装置可接打印机，进行本地汉字打印；采用汉字液晶显示，便于当地显示维护；信号灯采用磁保持继电器，掉电保持，便于分析事故；菜单中带有开出试验和闭环试验选项，便于调试、检验和传动；采用整面板、背插式6U机箱，抗干扰能力强，通过4级严酷测试；可以分散安装，也可以集中组屏。保护测控装置网络总线模式串行总线：RS232、RS422、RS485

现场总线：Canbus、Lonworks、F-NET、PROFIBUS

以太网（Ethernet）

介质：双绞线、光纤测控装置原理数字量的输入/输出模拟量的输入/输出数字量的输入输出数字量信息类型数据信息状态信息控制信息数字量输入/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/输出A/D转换通道的组成传感器（Transducer）量程放大器（ScalingAmplifier）低通滤波器（Low-PassFilter）多路开关（Multiplexer）采样-保持电路（Sample&Hold）模拟量的基本构成

传感器1传感器2传感器3放大放大放大低通滤波低通滤波低通滤波多路开关采样保持A/D微机D/A模拟控制现场信号1现场信号2现场信号3A/D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数字信号处理输入模拟信号波形(b)取样量化信号(c)数字数码(d)输入信号序列(e)输出信号序列(f)输出模拟信号几种有影响的现场总线CAN（ControlerAreaNetwork）LonWorks基金会现场总线（FF，FoundationFieldbus）PROFIBUSCAN总线其总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准CAN协议模型结构取OSI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无需专门的“调度”。通过报文滤波即可实现多种方式传送和接收数据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1Mbps（最长40m或1km）直接传输距离最远可达10km（5kbps以下）可挂接设备数最多为110个传输介质为双绞线、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每帧信息都有CRC校验及其它检错措施严重错误下的自动关闭输出功能LonWorks采用OSI模型的全部七层通讯协议神经元芯片（Neuron）使用改进的CSMA/CD介质访问控制协议（带预测的P-坚持）通信速率300bps~1.5Mbps直接通信距离可达2700m（78kbps，双绞线）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基金会现场总线以OSI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分两种通信速度低速H1，32.25kbps，距离1900m（可加中继器延长）高速H2，1Mbps和2.5Mbps，距离分别为750m和500m传输介质可为双绞线、光缆和无线发射PROFIBUS分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA采用OSI模型的物理层、数据链路层，FMS还采用了应用层传输速率为9.6kbps~12Mbps，最大传输距离在12Mbps时为100m，1.5Mbps时为400m，可用中继器延长至10km传输介质可以是双绞线，也可以是光缆最多挂接127个站点集中式变电站自动化系统典型配置变电站自动化的结构形式集中式变电站自动化系统

分层分布式结构集中组屏

变电站自动化的结构形式分散分布式与集中相结合

变电站自动化的结构形式3、传输系统数据传输的基本问题收发如何同步?如何保证数据信息正确?存在干扰差错时,如何校验和控制?如何提高信道效率,实现多路复用?….通信系统基础信息源发送设备信道接收设备受信者躁声源mg(t)g’(t)m’s(t)s’(t)通信系统基本模型模拟消息:状态连续变化的消息,如强弱变化的语音数字消息:消息状态量是离散的,如文字信号是消息的一种载体：模拟信号:表达消息的信号对应的表征量是取连续值数字信号:表达消息的信号对应的表征量是取离散值模拟通信系统:传递模拟信号的通信系统数字通信系统:传递数字信号的通信系统信道躁声源调制器信道编码器信源编码器信息源解调器信源译码器信道译码器受息者数字通信系统模型编码器译码器信源编码器:将信息源送出的模拟信号和数字信号转换为符合要求的数码系列信道编码器:给数码系列按一定规则加入监督码（校验码）调制解调器：信道编码器出来的是二进制脉冲信号信道高频信号信道：信号远距离传输的载体，如：电缆、架空线、光纤、微波空间等信源译码器：信道编码器的逆过程，除去监督码获得发送侧的二进制数字序列信道译码器：将二进制信号恢复到模拟信号波特率与比特率码元：数据通信中,传送的是一个个离散脉冲信号,故把每个信号脉冲称为一码元。码制：每一码元能代表几种状态，称几元码制误码率：数据经传输后,发生错误的码元数与总传输码元数之比111100E143400E1/3E2/3E二元码制四元码制波特率(Bd,Baud)：每秒传送的码元数,适用于所有码制，是消息传递速率比特率(Bit)：每秒传送的信息量，是信息传递速率信息量I的定义：I=loga(1/P)P是消息所表示的事件出现的概率,一般a=2.N元码制：每一个消息所表示的事件可能有N种不同的状态，P=1/N.I=log2N2元码制：P=1/2.I=log22=1,所以信息速率和码元速率数值上相等数字式远动信息的传输过程遥测编码器交流采样遥信编码器开关量信道编码器并串变换调制器信道解调器串并变换译码器计算机干扰遥控执行遥调执行译码器串并变换解制器信道调制器并串变换编码器遥控\遥调干扰RTU前置机通信工作方式发端信道收端单工：单方向传输发端信道半双工：可不同时上下行双向传输收端收端发端发端信道双工：可同时上下行双向传输收端收端发端信道串/并--转换原理发送缓冲区发送数据接收缓冲区接收数据发送时钟接收时钟1111100011111000发送数据发送时钟接收时钟接收数据串--并转换移位寄存器并--串转换移位寄存器数码传输的同步异步传输方式（起止同步）...10起始位奇偶校验P1111停止位7位数据第n位字符起始位0第n+1位字符空闲位实质上是在传送一个字符的时间内收发两端保持同步，其他时间可以是异步。效率低异步传输方式传送一个8位字符数码传输的同步数据时钟起始位8161616123456123456起始位数据时钟异步数据接收原理接收时钟频率太高正确接收的条件：在整个数据单元中，时钟累积误差不超过半个码元长度数码传输的同步同步通信的特点是收发端的时钟严格一致，使得接收时钟与接收码元间无误差积累问题，可以省略附加码元，提高传输效率。

数码传输的同步位同步

l滤波法 远动中采用单极性不归0信号。接收到的信号首先经过放大限幅环节形成数字方波，然后经微分、整流环节形成尖脉冲信号，由窄带滤波器提取基频信号，最后经移相电路产生位同步脉冲。电路简单，但当信号中有连续的0或1时，由于码元波形无变化，可能造成位同步中断。

l锁相法在接收端利用鉴相器，比较接收到的码元与本地产生的位同步的相位。若二者不一致，则鉴相器产生一个调制脉冲去调制本地位同步信号的相位，直到与接收码元的相位一致为止。

帧同步

数码传输的同步收发两端始终保持同步。在无信息传送时，通道上仍需连续传送同步码（3个EB90）同步码

...数据码同步码

...校验码远动通信配置的基本类型

电力系统传输信道

电力系统传输信道阻波器高压耦合电容结合滤波器载波机电力载波原理框图电力线载波是远动与载波电话复用信道。通常规定载波电话占用0.3～2.5kHz的音频段，远动信号占用2.7～3.4kHz的上音频段。

两级调制：40～500kHz

电力载波通信电力系统传输信道光纤信道电力系统传输信道微波通信我国采用20GHz作为电力系统的主干线，8GHz作为分支频段。微波信道机中继机微波信道机微波信道机载波终端机微波信道机载波终端机微波通信电力系统传输信道卫星通信卫星通道的频段为上行5925～6425MHz，下行为3700～4200MHz。

散射通信通信距离长，可达200～300km，可跨越山地，但是需要经过其他通信方式转接到调度中心。该方式适合地域广大的山区。

短波通信检修通信的良好方式。它比较适合传输话音信号多路复用技术使远动系统在一个信道上传输多路信号的技术叫多路复用技术。频分多路制把各路信号安排在不同互不重叠的频段内，在一个信道上传输称为频分多路调制(FrequencyDivisionMultiplexer)。

时分多路制

时分多路是在一个信道上按时间顺序传输多路信号。这时各路信号应是离散的脉冲信号。

调制和解调基带信号

数据终端设备送出的原始数据信号一般是频率很低的信号，其能量或功率集中在0频率附近，并具有一定的频率范围，这样的信号称为基带信号。基带传输直接传输基带信号称为基带传输。调制远距离传输不能直接传输基带数据，需要使用频带较窄的正弦波作为载波，用基带信号对载波的某些参量进行控制，使这些参量随基带信号变化，该过程称为调制。

调制和解调二进制信息通过调制加到交流高频信号上再传输接收端将含有信息的交流信号解调，还原信息一、移幅键控ASK(AmplitudeShiftKeying)Sc(t)G(t)S

(t)乘法器带通滤波器S

(t)G(t)Sc(t)=Umsinwct二、移频键控FSK(FrequencyShiftKeying)调制和解调G(t)S(t)f1f2f1S1(t)S2(t)f1f2控制门1控制门2反相器G(t)相加器FSK信号三、调相键控PSK(PhaseShiftKeying)调制和解调G(t)S(t)PSKDPSK01011（1）绝对移相键控（2）相对移相键控数据传输的差错控制技术（2）检错重发发送端发送能够检出误码的码字，接收端根据码字的编码特征进行检错。若判断为有错，则通过反馈信道要求重传，直到无错误为止。（1）循环传送检错法

同一信息源的信息周期性循环传送。发送端把信息经抗干扰编码后送入信道发送。接收端判断有无错码，若无，则使用此数据，否则抛弃。（3）前向纠错法发送端将信息经纠错编码发出。接收端接收到数据后进行纠错译码。（4）混合纠错前向纠错与自动要求重传的结合数据传输的差错控制技术抗干扰编码不可检测和辨识：0－开；1－合可检测和不可辨识：00－开；11－合可检测和可辨识：000－开；111－合多种编码方法1、奇偶校验：奇偶指码组中“1”的个数是奇数还是偶数1011001（1）1011001（0）2、水平一致校验：3、水平垂直一致校验：常用检错码11100110001110100110101000011101100010000100110011101110110110001水平校验码元垂直校验码元（L行）小组（m列）①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩线性分组码分组码

分组码是对长度为k的信息组，按一定的规则增加r位监督位，组成长度为n＝k＋r的序列，记做(n,k)码。分组码中，码字中1的个数称为码重。同一分组码中任意2个码字对应位上数字符号不同的位数称为码距。一个分组码中码字之间的最小距离叫做最小码距dmin。1000000001110101110101001110574545线性分组码纠错原理若dmin≥l＋1，这种码能检出l个差错：l≤dmin－1若dmin≥t＋1，这种码能纠正t个差错：最大似然译码原则：若接收到禁用码，就将它与各许用码比，与之码距最小的就是其出错前的码字10000000011101011101010011100011000线性分组码线性分组码:(n,k)码组(码字):n=k+r,k信息码长度,r监督码长度.

监督码由一组线性方程式算出,信息码和监督码的关系成线性关系例子:(7,3)分组码的7位用C6,C5,C4,C3,C2,C1,C0表示.校验码C4,C3,C2,C1,C0的计算公式:

C3=1*C6+0*C5+1*C4C2=1*C6+1*C5+1*C4C2=1*1+1*0+1*1=0C1=1*C6+1*C5+0*C4C0=0*C6+1*C5+1*C4信息组校验位码字0000000000000000111010011101010011101001110111010011101010011101001110101001110100111101001110100111101001110100循环码循环码是线性分组码的一种。任一循环码字循环一位仍为循环码的一码字循环码的校验位计算方法:(n,k)循环码的信息组k位,校验位有r=n-k位:例：M=(101)(1)M(x)=1*X2+0*X1+1*X0=X2+1(2)M(X)*Xr=(X2+1)X4=X6+X4(3)G(X)是Xn+1=X7+1的一个多项式为4阶：X7+1=(X+1)(X3+X+1)(X3+X2+1) G(X)=(X+1)(X3+X+1)=X4+X3+X2+1或(X+1)

(X3+X2+1)=X4+X2+X+1(4)R(X)=(M(X)*Xr)%G(X)=1*X3+1*X2+0*X1+0*X0(5)F(X)=(101,1100)(1)信息多项式:M(X)=A1Xk-1+A2Xk-2+…+Ak-1X1+AkX0(2)求(n,k)循环码的生成多项式G(X)。G(X)由式Xn+1进行因式分解得出。G(X)为r=n-k阶多项式。(3)M(X)*Xr/G(X)的余式为R(X)，由R(X)可得校验位(4)F(X)=M(X)*Xr+R(X)可得发送码字。通信协议ISO参考模型传输介质应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络层数据链路层物理层物理层-RS232C(串口通信)(1)机械特性采用DB25连接器。一般DTE采用25针结构，DCE采用25孔结构。(2)电气特性a、对电压源的要求：当电阻在3kΩ～7kΩ之间时，输出电压为±（5V～15V）之间。电源输出阻抗应大于300Ω。b、对终端的要求：终端负载的输入阻抗在3kΩ～7kΩ之间。c、对逻辑电平的规定：采用负逻辑。数据0及控制线的接通状态为＋5V～＋15V，数字1及控制线的断开状态为－5V～－15V。噪声容限±(3～5V)。d、接口信息速率：<20kbpse、最大传输距离：15mf、采用非平衡接口电路。使用2根地线：1根是机壳地，1根是信号地。标准要求2根地线相互独立，相互间应具有100Ω的绝缘阻抗。

串行通信

串行通信的物理实现 一般的串行通信端口（RS232）：9针DB91：数据载波检测（DCD）2：接收（RXD）3：发送（TXD）4：数据终端准备（DTR）5：地（GND）6：数据设备准备好（DSR）7：请求发送（RTS）8：清除发送（CTS）9：振铃指示（DELL）串行通信

25针串口DB258：数据载波检测（DCD）3：接收（RXD）2：发送（TXD）20：数据终端准备（DTR）7：地（GND）6：数据设备准备好（DSR）4：请求发送（RTS）5：清除发送（CTS）22：振铃指示（DELL）远动通讯规约CDT(CyclicDigitalTransmit)：循环数字传送方式以厂站为主动方，循环不断地向调度端发送遥信、遥测、变位等数据。要求发送端与接收端始终保持严格同步，信息按照预先约定好的顺序依次循环发送。Polling：问答式主站掌握通信的主动权，子站按主站的要求发送数据。IEC101,IEC102,IEC103：分布式网络协议……（1）循环式远动通信协议CDT(CyclicDigitalTransmit),时钟严格同步同步字控制字信息字1…信息字n同步字…同步字：3组EB90H码，48位控制字：说明本帧的类别、信息字节的长度、传送的源地址、目的地址等。信息字携带具体的远动数据。帧中可以没有信息字。每种字都是6个字节48位（2）循环式远动通信协议控制字节校验码帧类别帧长源站地址目的地址控制字帧结构EL控制字节SD0010E：扩展位,E=0是本协议定义的帧类别，E=1帧类别可以另外定义L：帧长定义，L=1表示有信息字；上行信息：S=1:源站地址有内容，源站地址代表子站号；D=1：目的站代表主站号下行信息：S=1:源站地址有内容，源站地址代表主站号；D=1：目的站代表子站号D=0:代表广播令校验码：

CRC校验根据前40位生成后8位，生成多项式：G(X)=X8+X2+X+1控制字内容（3）循环式远动通信协议代码上行E=0下行E=061H重要遥测(A帧)遥控选择C2H次要遥测(B帧)遥控执行B3H一般遥测(C帧)遥控撤销F4H遥信状态(D1帧)升降选择85H电能脉冲计数值(D2帧)升降选择26H事件顺序纪录(E帧)升降撤销帧类别码定义57H设定命令7AH设置时钟0BH设置时钟校正值4CH召唤子站时钟3DH复归命令9EH广播命令（4）循环式远动通信协议功能码校验码信息数据b7b0信息字通用格式以遥测字为例：功能码b7b0b15b14××b11….b8b7b0b15b14××b11….b8校验码遥测i遥测i+1每一遥测信息字包含2个遥测字一个遥测字占用2个字节，12位。其中b11是符号位，b15表示数据无效，b14表示数据溢出。（4）循环式远动通信协议帧的传送方式

(1)固定循环传送(2)帧插入传送(3)信息字随机插入传送对于传送对时的子站时钟返校信息、变位信息、遥控、升降命令返校信息，采用随机插入传送。变位、遥控、升降的返校应连续传3遍，且必须在同一帧内、不许跨帧，若本帧不够，就改到下一帧。子站时钟返校只传一遍。问答式远动规约报文格式

主站－>子站子站－>主站RTU地址报文类型数据长度N数据……校验码校验码RTU地址ER报文类型数据长度N类别标志数据……校验码校验码RTU地址：目的站地址。FFH作为广播地址报文类型说明报文的内容、类型。E：＝1表示有事件记录＝0无事件记录R：＝1表示自检出错＝0表示工作正常对重要报文采用16位校验码，一般报文采用8位校验码，确认报文与否认报文不带校验码。问答式远动规约主站功能报文类型代码说明初始化参数设置设置模块工作方式与参数03H规定模块类别、扫描速度、死区范围死区范围04H设置死区范围扫描周期11H设置每种模块的扫描周期滤波系数13H设置滤波系数设置时钟0CH查询类类别询问05H要求子站传输某种类别的数据重复询问1AH主站未能收到子站的正确回应类别更新0BH强制刷新数据数据传送0DH要求子站发送指定地址的数据召唤事件记录（时标）0FH问答式远动规约主站功能报文类型代码说明管理控制类复位RTURESET01H启动RTU扫描08H停止RTU扫描07H启动I/O模块扫描0AH停止I/O模块扫描09H其他电源合闸确认12H带返校遥控CTL1EH遥控操作时首先发送，子站回送返校后再发遥控执行命令诊断报文DIA0EH诊断信道可靠性的报文问答式远动规约子站功能

报文类型代码说明肯定确认ACK06H已正确收到主站的命令或本站数据无变化否定确认NAK15H未能正确收到主站的命令回答类别询问DATCAT1BH对ENQ的回应回答数据召唤DATREP1CH对DATREQ的回应电源合闸PWRUP16H子站刚上电后对主站的所有命令应答，直到主站发送PWRACK或RESET报文时标出现17H送SOE事件顺序记录模块状态变化18H诊断报文回送DIAG0EH回送诊断信道可靠性的报文问答式远动规约(1)子站上电后收到主站报文，发送(电源合闸)(2)主站发送(电源合闸确认)应答，主站回复ACK(3)主站发送设置时钟，扫描周期，死区范围，滤波系数，设置模块工作方式与参数等报文为子站建立工作方式(4)主站发送启动RTU扫描和启动I/O模块扫描启动子站扫描(5)主站发送类别询问查询数据，子站以回答类别询问应答。若数据无变化，以ACK应答。(6)若有时标量出现，主站发送召唤事件记录，子站以时标出现报文应答。(7)主站可发送数据传送要求刷新数据，子站以回答数据召唤应答。通信过程遥控的一般过程遥控命令遥控令返校遥控令执行（撤销）执行主站子站遥控命令传输过程调度实时网中的主要的国际标准

SDH（N×2M）SDH（155M）SPDnetSPTnet实时控制在线生产调度生产管理电力综合信息实时VPN非实时VPN调度VPN信息VPN语音视频VPNIP语音视频SDH/PDH传输网调度专网SPDnet电力数据通信网SPTnet电力数据通信网络业务关系

4、前置系统1多数据源的数据接入与RTU通信每个RTU可能有 两个互为备用的通道两台前置机需要同时接收数据主前置机发送命令2通信模式是“多对多”的模式 两台前置机，多个RTU，多个通道一、前置系统概述-1一、前置系统概述-2上行数据的流程

RTU发送数据，调度中心接收数据上行数据的目标

在a、b通道中进行择优——通道切换

A、B前置机同时接收一、前置系统概述-3下行数据的流程 调度中心发送数据，RTU接收数据下行数据的目标

只接收主前置机的数据——前置机切换 向a、b通道同时发送一、前置系统概述-4双机双通道下的四种运行方式一、前置系统概述-5双机单通道下的简化方式一、前置系统概述-6前置系统需要完成的功能

调制解调双通道切换双机切换多串口接入串行通信（RS232）二、串行通信-1计算机的串行通信端口（RS232）使用串行通信的典型设备：MODEM二、串行通信-2串行通信的物理实现 一般的串行通信端口（RS232）：9针DB91：数据载波检测（DCD）2：接收（RXD）3：发送（TXD）4：数据终端准备（DTR）5：地（GND）6：数据设备准备好（DSR）7：请求发送（RTS）8：清除发送（CTS）9：振铃指示（DELL）二、串行通信-325针串口DB258：数据载波检测（DCD）3：接收（RXD）2：发送（TXD）20：数据终端准备（DTR）7：地（GND）6：数据设备准备好（DSR）4：请求发送（RTS）5：清除发送（CTS）22：振铃指示（DELL）特殊设备：如GPS等，端口定义非标准 以现场产品手册为准二、串行通信-4串口线连接——三线法DB25－DB25DB9－DB9DB9－DB25严禁带电拔插头，至少一端断开二、串行通信-5RJ45头12345678

IIIIIIII

4、7：地

5.：Modem发送数据（TXD）

6.：Modem接收数据（RXD）或

4、7：地

2.：Modem发送数据（TXD）

3.：Modem接收数据（RXD）无标准，以MODEM说明书为准原则：收发相连、地相连二、串行通信-6基本概念码元码制数码率(波特率)每秒传送的码元数信息传输速率：每秒传输的信息量（比特率） 对于二元码制波特率＝比特率二、串行通信-7数据同步 数据同步的意义：接收双方时钟一致，同时发收。保证收发一致。1110101110010000……二、串行通信-8异步通信：

无信号时为高电平（1状态）起始位为低电平（0状态）数据位后根校验位（也可以没有）停止位为高电平（1状态）停止位后可以有若干空闲位，高电平（1状态）停止/空闲位后的电平下降（0）标志下一个字符的开始二、串行通信-9波特率每逻辑位对应的电平持续时间起始位逻辑01位数据位逻辑0或15位、6位、7位、8位校验位逻辑0或11位或无停止位逻辑11位，1.5位或2位空闲位逻辑1任意数量串口通信参数二、串行通信-10例如：传送8位数据45H（0100,0101B），奇校验，1个停止位

异步通信的速率：若9600bps，每字符8位，1起始，1停止，无奇偶，则实际每字符传送10位，则960字符/秒。三、通道板-1通道板——MODEM板电源电源电源电源正面背面12345678

IIIIIIII三、通道板-2数字调制与解调数据终端设备送出的原始数据信号（RS232:0/1）一般是频率很低的信号，其能量或功率集中在0频率附近，并具有一定的频率范围，这样的信号称为基带信号。直接传输基带信号称为基带传输。但是远距离传输不能直接传输基带数据，需要使用频带较窄的正弦波作为载波，用基带信号对载波的某些参量进行控制，使这些参量随基带信号变化，该过程称为调制。1110101110010000……三、通道板-3调制的几种类型正弦波有幅度、频率、相位三个参数，可以构成调幅、调频、调相三种基本调制形式。数字调制分为线性调制和非线性调制。线性调制中、调制后信号与基带信号频谱结构相同，只是搬移了频率位置，没有新的频率成分出现，振幅键控属于线性调制。非线性调制则有新的频率成分出现。频移键控、相移键控属于非线性调制。三、通道板-4振幅键控ASK振幅键控用载波的不同幅值表示表示二进制的0或1。比如用幅值0表示0，某一恒定幅值表示1。原理简单，但易受干扰。移相键控PSK移相键控以载波信号的相位偏移表示二进制数。如0控制发出与已发出信号群相位相同的信号群表示，1控制发出与已发出信号群相位相反的信号群表示。在高速MODEM中，常使用90º，45º方式表示0和1。三、通道板-5移频键控FSK发送端产生中心频率f0，频偏为f的两个载波频率f1＝f0＋f，f2＝f0－f，分别代表数字0和1。CCITTV.23规定低于600波特，中心频率1500Hz，频偏±200Hz；低于1200波特，中心频率1700Hz，频偏为±400Hz。用于电力线载波和微波通道的MODEM通常使用FSK。三、通道板-6通道板的技术参数频率（Hz） 波特率 同/异步 正/反码 发信电平 3000±150300

2865±200 600 2880±200 1200 同步 正码 ＋10dBm 1700±400 2400 异步 反码 -10dBm

1700±500 … 1500±200 1500±300 现场调节的参数——板上跳线/拨码开关频率、波特率（常用参数，必调）同异步（现在多为异步，同步很少见）发信电平（接收正常，发送不正常时需要考虑）三、通道板-7通道板现场接线RJ45（以手册为准）12345678

IIIIIIII

4、7：地

5.：发送数据（TXD）

6.：接收数据（RXD）

3、4：模拟信号发送

5、6.：模拟信号接收四、切换柜-1切换换柜的主要功能 完成双机切换和双通道切换四、切换柜-2切换柜的组成方式切换柜中安装多块切换卡，每块切换卡负责完成一个RTU（双通道）的切换 切换柜具有单独的通信口，接收前置机的命令电源电源电源电源四、切换柜-3双通道切换方式

自动切换：根据双通道中的信息量，如单位时间内接收到的码元数量进行选择，自动择优。 自动切换仅能判定通道有无信号。

命令切换：前置机根据需要，向切换柜发送命令数据，改变某个切换板（RTU通道）的运行方式。 命令切换能判定通道中信号的质量。例如：主前置机向切换柜发送数据：

EB90EB90EB90550101XX

表示第一个切换板（01）工作方式为第一种（01）用a通道

EB90EB90EB90550202XX

表示第二个切换板（02）工作方式为第二种（02）用b通道四、切换柜-4双机切换方式

主备前置机发生改变时，主前置机向切换柜发送命令，所有切换板改变运行方式。如： 原来所有切换板工作方式为1或2，即A为主前置机。 当B切换为主前置机后，向切换柜发送命令：

EB90EB90EB905501030204…..

表示第一个切换板运行方式为3，第二个切换板运行方式为4等等。四、切换柜-5仅双机切换的情况 不用考虑通道切换，因此所有的通道板仅有两个方式前置机切换时，发送命令：

EB90EB90EB9055FF02XX FF表示广播，所有的切换板都切换到02模式不用区分通道四、切换柜-6最新的技术方向：

用一块通道板完成调制/解调和切换的全部功能。公用模块提供与前置机的命令接口

电源电源电源电源四、切换柜-7通道板流程图五、串口扩展装置-1通信服务器 串口设备的网络访问五、串口扩展装置-2五、串口扩展装置-3前置机与串口扩展装置的通信方式 串口扩展方式：TCP/IP方式

COM3192.10.10.168:4001 COM4192.10.10.168:4002 COM5 COM6 COM7 …… COM18192.10.10.168:4016

五、串口扩展装置-4总体接线图5、后台系统SCADA:SupervisoryControlAndDataAcquisition-不是一个全面的控制系统,主要是基于管理层面的-位于硬件顶层的软件系统,通过PLC,RTU等模块于被控系统联系-广泛应用于工业的过程控制系统中-运行于DOS,VMS,UNIX,NT,LINUX等操作系统之上-是一种软实时的控制系统，在电力系统中它是一个复杂的计算机群SCADA的位置电力系统SCADAActualFixedAccuratesimulation快照状态估计拷贝电力系统AGCAVC在线闭环控制操作控制在线开环控制电力系统调度计划、模拟和培训离线分析和规划培训模式SCADA是调度的“眼”和“手”数据流分类控制任务分类SCADA系统平台大型调度自动化系统配置路由器调度员工作站报表工作站运方工作站程序员工作站维护工作站网管工作站数据库服务器数据采集服务器SCADA服务器数据通讯服务器WEB服务器DTS服务器DTS工作站模拟屏GPSGPSMODEMSPDnet安全II区安全III区SPTnet磁盘阵列终端服务器千兆/百兆交换机服务器路由器物理隔离高级应用服务器拨号服务器认证加密装置前置系统主要功能：与变电站RTU的数据通信单机系统：1－1

实际系统：1－N前置系统——系统实时数据来源远动通信技术传统的远动通信技术

——串行通信未来的通信方式－网络通信采用光纤联网技术，连接距离10-100公里基于网络的数据采集和远动传统的通道切换方式使用通道切换柜通道切换柜中插入多块通道切换板，所有的主备通道接入切换柜。

2N个输入

2N个输出现在的通道切换装置使用智能通道板智能通道板是一种可编程的MODEM板。可以通过程序控制通道板在输入的主备双通道之间自动切换。前置机和通道板之间采用内部协议进行通信，可以在线向通道板发送控制命令。前置系统数据接入技术

RTU采用串行通信，前置系统需要接入大量的串行信号

必须提供某种设备，使前置机能够访问多个RS232串口

传统的数据接入方式

——采用串口扩展设备

先进的数据接入方式

——采用通信服务器

采用通信服务器接入通信数据已成为SCADA系统的发展趋势采用串口扩展设备接入数据串口扩展设备原理——串口扩展卡采用串口扩展设备接入数据采用通信服务器接入数据通信服务器标准的网络设备，将串行设备连接到网络，管理员给通信服务器分配一个IP地址，通信服务器自动为每个串口分配一个端口号。访问串口－>访问网络设备，采用标准的TCP/IP协议，socket接口对每个串口，通信服务器提供高达230.4Kbps通信速率前置数据采集子网在前置工作站上安装第三块网卡。数据采集网上连接前置工作站和通信服务器组主流的服务器平台

PC服务器

Unix服务器,Sun/HP主流的服务器操作系统

Unix Windows2000Server Linux主流的数据库

MSSQLServer Oracle Sybase服务器系统——数据存储中心调度员工作站——Window2000/XP其他人机工作站——维护、PAS分析等WEB发布服务器PC服务器Window2000ServerIIS服务操作系统(UNIX/LINUX,WindowsNT)和商用数据库软件结构实时数据库人机交互系统软总线(事件/通信服务)API模型建立WEB浏览系统安全与用户管理拓扑分析及动态着色无功电压控制…模拟操作统计计算告警历史数据保存及查询事故追忆遥控、遥调、对时数据采集系统软件支持软件应用软件报表AGCSCADA系统数据流图实时数据库以关系库为模板的、简化了的、基于内存的数据库标识名RTU点号数值田金2774线.末端有功金家岭6610田金2774线.末端无功金家岭675.0金西2774线.末端有功金家岭681.0structalg{charszID[32];intnRTU;intnPNT;floatfVal;}alg[MX_ALG]tablealg{charszID[32];intnRTU;intnPNT;floatfVal;}DBA磁盘文件实时数据库的映像直接物理地址访问方式传统关系库访问方式SCADA量测数据库STATIONDEVICETYPEDEVICEDIGITALANALOGPULSECONTROLREGULATECONTROLDispQuality…Key,Point,..EngineDispQuality…UpperLimit,LowerLimit,…EngineDisp,HourDisp,PreHoyrDisp厂站(变电所,发电厂)设备类型(变压器,母线,线路,开关…)设备(1#变,…)状态量(开/合,启/停)是否可控当前状态质量位控制量Key值,点号,….模拟量(MW,MVA,kV,…)工程值当前值质量位调节量上界,下界,….脉冲量工程值当前值、小时电量、前一小时电量SCADA的基本功能（一）数据采集(DataAcquisition)遥控和遥调操作(Tele-control,Tele-adjust)告警(Alarm)记录(Logging)事故追忆（PDR,PostDisturbanceReview）事件顺序记录（SOE,SequenceofEventRecording）统计、计算（Statistics,Calculation）SCADA的基本功能（二）双机切换(Failover)人机会话(ManMachineInterface)报表(Report)网络拓扑与动态着色(NetworkTopology,DynamicColoring)历史数据存储WEB浏览模拟盘驱动(MimicUpData)系统模型的建立工具SCADA的基本功能－数据预处理遥测量合理性校验遥测值变化率合理性校验遥测值的平滑滤波开关变位可信性校验SCADA的基本功能－信息显示和报警质量监视安全限制监视开关状态停电监视计划值执行情况设备状态保护和自动装置的动作状态基于图形界面的智能化支撑环境面向设备的图形化、一体化建模历史数据查询SCADA信息显示的例子－棒图适合显示机组出力，电压等数据SCADA信息显示的例子－饼图适合显示份额数据，如水电占总出力的份额，某机组出力占总出力的份额，等SCADA信息显示的例子－曲线适合显示某个量的变化趋势，如系统负荷，频率，电压等。SCADA的基本功能－遥控和遥调操作避免误操作返讯校验画面提示操作信息操作结果显示智能化防误操作调度录音电话SCADA的基本功能－PDR，SOE记录系统发生异常情况和事故发生的顺序作用：事故后分析事故PDR：记录事故前后一段时间间隔的重要实时数据。SOE：对事故时各种开关、继电保护、自动装置的状态变化信号按时间顺序排队。要求精确的时钟同步。EMS/DTS一体化系统数据流图EMS应用软件系统的数据流图拓扑分析可观测性分析网络通信SCADADB遥信网络结构母线模型SE结果实时状态估计遥测历史断面历史断面保存超短期负荷预测预测数据外网等值在线潮流潮流结果静态安全评定自动故障选择最优潮流校正对策分析在线故障计算智能化网络建模灵敏度分析经济评估分析量测系统分析维护短路容量扫描静态电压稳定暂态稳定分析短期负荷预测开停机计划水火电发电计划调度自动化系统发展趋势标准化组件化原有系统的问题1、信息模型私有，无标准；2、访问接口私有，可移植性差；3、协议私有，互操作性差。因此，如果要实现信息的集成和共享，则各信息孤岛两两之间都需要开发专用的接口结果导致：1、不同供应商的软件系统间集成困难；2、不同地区的电力部门间数据交换困难；3、随着信息系统规模的增大，甚至同一供应商的不同软件系统间集成也越来越困难。怎么办？如何表达？如何交互？IEC61970-CIMIEC61970-CIS图形交换草案(ScalableVectorGraphicsBased)国外研究进展

在1990年，美国电力科学研究院（EPRI）确立了CCAPI（控制中心应用程序接口）项目，EPRICCAPI项目的目标是：1、主要目标是形成一套导则或规范，以最小代价和无任何代码改动就可以将一个新应用软件安装在正在运行之中的EMS系统中，就象在台式机上安装软件包，或者在计算机中加块内存，实现EMS应用软件的“即插式”应用。2、最低目标是探讨一种方法，以减少目前需要在EMS系统中安装第三方软件的工作量。2000年12月，在美国Orlando，ABB、SIEMENS、ESCA、GEHarris等国际大公司基于IEC61970的公共信息模型（CIM）进行了第一次互操作试验获得成功；2001年5月，在美国的LasVegas，ABB、SIEMENS、ESCA、GEHarris等国际大公司基于IEC61970的公共信息模型（CIM）进行了第二次互操作试验获得成功；2002年6月在美国进行了第三次互操作实验，进行了XML文档的合并，进行了潮流计算。2001年基于CIM的第二次互操作试验图示

国内研究情况2004年9月14~2004年9月16日在北京国调中心举行了基于CISGDA接口的国内第五次互操作试验。基本实现了基于XMLCIM模型的交换、合