電力自動化基本理論華中科技大學電氣與電子工程學院羅毅

思考1、如何選擇監控變量？2、如何確定監控周期？3、如何實現信息采集？4、如何選擇系統結構？5、如何提高系統可靠性？一、分層原理層：按縱向劃分的結構上相對獨立、功能上也相對獨立的部分一個復雜系統按縱向可以劃分成很多層：第N+1層第N層第N-1層分層原理要求：各層結構上相對獨立、功能上也相對獨立層與層之間的接口應該盡可能簡單、接口信息量應該盡可能小下層為上層提供服務上層在下層的基礎上實現更高級的功能分層原理層與模塊：模塊是同一層中（橫向）結構和功能相對獨立的部分每一層可以劃分成多個模塊模塊劃分原則：各模塊結構上相對獨立、功能上也相對獨立；模塊間的接口應該盡可能簡單、接口信息量應該盡可能小分層原理電力系統為什么要采用分層監視與控制？復雜大系統有功功率和無功功率動態平衡

PG

PLD+PfQGQLD+Q

不可能在同一地點對電力系統進行監視控制，也不可能在同一時間對整個電力系統的自動化同時建設電力系統分層調度國家調度中心大區電網調度中心省調度中心地區調度所縣級調度所超大型電廠大型電廠、核電廠中型電廠地方小電廠500kV變電站220kV變電站110kV變電站負荷中心電力系統信息的分層傳輸元件狀態只傳輸給相關管轄的調度一個廠站的運行狀態可能傳送給多個調度，例如網架上的變電站，但是根據分層調度原則傳送給多個調度的信息不應該相同不加選擇地傳輸電力系統的信息只會造成信息風暴，加重調度主站處理信息的負擔，可能干擾運行人員的正確判斷，威脅電力系統的安全運行變電站自動化系統IEC標準模型表用變壓器TC38開關柜變壓器TC17、14表用變壓器TC38開關柜變壓器TC17、14設備控制表計TC57保護擾動記錄TC59保護TC95IEC系列有關標準基本結構擾動功能環境條件TC57網絡控制中心遙控技術服務Level2變電站層Level1間隔層Level0過程層614545732變電站自動化系統IEC標準模型的7個接口I1：保護設備與變電站當地主站接口I2：保護設備之間接口I3：保護設備與控制設備之間接口I4：表用變壓器與保護、監控設備接口I5：斷路器、變壓器與保護、監控設備接口I6：監控設備與變電站當地主站接口I7：技術服務典型的分層層變電站自自動化系統統OSI/RM物理層物理層數據鏈路層層網絡層運輸層對話層表示層應用層數據鏈路層層網絡層運輸層對話層表示層應用層主機A主機B二、分布式式系統分布式系統統還沒有統統一的定義義Enslow對分布式系系統的定義義：分布式系統統＝分布式式硬件＋分布式控控制＋分布式數數據Enslow的分布式系系統模型H5H4H3H2H1硬件分散C1C2C3C4C5C6控制分散D1D2D3D4D5D6數據分散分布式系統統允許區域域硬件分散性性H1：只有一個個控制單元元的單個CPUH2：有多個ALU的單個CPU，只有一個個控制單元元H3：分開的專專用功能單單元，比如如帶一個浮浮點協處理理器的CPUH4：帶多個CPU的多處理機機，但只有有一個單獨獨的I/O系統和一個個全局存貯貯器H5：帶多個CPU的多計算機機，多個I/O系統和多多個本地地存貯器器控制分散散性C1：單個固固定控制制點。（（可能有有多個CPU）C2：單個動動態控制制點。控控制器在在多個CPU間切換C3：固定的的主/從結構C4：動態的的主/從結構C5：使用同同一控制制器副本本的多個個同類控控制點C6：使用不不同控制制器的多多個異類類控制點點數據分散散性D1：集中式式數據D2：含有單單一集中中式目錄錄并且沒沒有本地地目錄的的分布式式文件D3：每個站站點都有有復制數數據D4：有一個個主結構構的分區區數據庫庫，主結結構保存存所有文文件的一一個完全全副本D5：有一個個主結構構的分區區數據庫庫，主結結構僅保保存一個個完整的的目錄D6：無主結結構文件件或目錄錄的分區區數據庫庫集中、分分布、分分散？通俗地講講，如果果一個自自動化系系統的部部件局限限在一個個地方，，它就是是集中的；如果其其部件在在不同的的地方，，它就是是分散的；當一個個分散式式系統不不存在或或僅存在在有限的的協作時時，它是是網絡的；當一個個分散式式系統存存在緊密密協作時時，它是是分布的分布式系系統的屬屬性任意數目目的進程程任意數目目的自治治處理單單元通過消息息傳遞的的通信進程協作作通信延遲遲資源故障障獨立故障化解解網絡與分分布計算機網網絡不一一定是分分布式系系統分布式系系統可以以建立在在計算機機網絡上上三、PCM數字化方方法四、采樣樣定理一個頻帶帶限制在在（0,fH）Hz內的時間間連續信信號m(t)，如果以1/2fH秒的時間間間隔對對它進行行等間隔隔采樣，則m(t)可被所得得到的采采樣值ms(t)完全確定定，即如如果將ms(t)通過截止止頻率為為fH的低通濾濾波器，，低通濾濾波器的的輸出就就是m(t)。采樣定理理更一般地地，對于于帶寬為為B帶通信號號m(t)，其最高高頻率為為fH，一般fH不一定為為B的整數倍倍，即fH=nB+kB0<k<1式中n是小于fH/B的最大整整數。為為使等間間隔采樣樣值ms(t)完全確定定m(t)，最小采采樣頻率率為fs=2B+2(fH-nB)/n=2B(1+k/n)采樣定理理應用之之一：確確定監視視周期根據變電電站運行行要求，，可以確確定很多多被監視視量。但但是，不不同的被被監視量量有不同同的變化化周期，，即使是是同一被被監視量量，在不不同的條條件下也也會有不不同的變變化周期期，有的的變化迅迅速，有有的變化化緩慢。。例如，如如果被監監視量是是穩態電電流（有有效值）），其變變化周期期一般是是秒級的的；但是是，如果果被監視視量是故故障時暫暫態電流流，其變變化周期期將是毫毫秒級的的；如果果被監視視量是雷雷電流，，則其變變化周期期是微秒秒級。采樣定理理應用之之一：確確定監視視周期監控終端端監視的的量：穩穩態量、、暫態量量。穩態態量的變變化緩慢慢，暫態態量變化化迅速監視周期期：若在在監控系系統的輸輸出設備備上觀察察到的等等間隔采采樣值序序列能夠夠在給定定的誤差差范圍內內確定被被監視量量，則該該采樣值值序列的的最大時時間間隔隔稱為被被監視量量的監視視周期實時性：：監視周周期的要要求采樣定理理應用之之二：時時分多路路復用在不同的的時間片片傳輸不不同信號號的采樣樣值信號f1信號f2信號f1信號f2信道中采樣定理應用用之三：E1信道話路E1復接PDHSDH“話路”的基本本概念PCM的概念是法法國工程師師AlecReeres于1937年提出，它它由采樣、、量化和編編碼三個步步驟組成。。模擬話音經經防混疊的的低通濾波波器限帶（（300-3400Hz），然后以以8kHz頻率將其采采樣、量化化和編碼成成二進制數數碼。對于于電話通道道，規定其其采用值編編碼為8位，共有256個量化級。。這樣每個個數字話路路的標準速速率為64kbit/s“話路”的基基本概念盡管現在通通過壓縮編編碼，可以以使在可接接收的信噪噪比的前提提下一路電電話信號的的通信速率率降低到16kbit/s、8kbit/s，但是人們們仍然習慣慣上將64kbit/s稱為一個話話路帶寬，，簡稱一個個“話路””。n個64kbit/s的話路可以以合并成一一個更大帶帶寬的信道道，稱為n×64kbit/s信道E1的基本概念念采用與歐洲洲標準相同同的PCM30/32路的幀結構構（稱為E1基群）幀長度Ts＝1/8kHz=125s。一幀分為為32個時隙，其其中30個時隙供30個用戶（即即30個話路）使使用，即TS1-TS15和TS17-TS32為用戶時隙隙。TS0是幀同步時時隙，TS16是信令時隙隙E1遵守G.703（ITU-T的分層數字字接口標準準之一）），參見《電力遙視系系統的理論論與實踐》PCM30/32系統位速率率為RBP＝fs×N××n=8000×8×32=2048kbit/s區別T1采用PCM24路的幀結構構（稱為T1基群）位速率為RBP＝fs×N××n=8000×8×24=1544kbit/s我國采用E1而不采用T1采用數字復復接器技術術，可以把把基群復接接成為二次次群，將二二次群復接接成為三次次群，將三三次群復接接成為四次次群，將四四次群復接接成為STM-1，(CCITT推薦)TDM制數字復接接系列地區單位基群二次群三次群四次群STM-1STM-4STM-16北美日本kbit/s1544631244736或32064274176或97723155.52Mbit/s622.08Mbit/s2488.32Mbit/s路數2496672或4804032或1440歐洲中國kbit/s2048844834368139264路數301204801920復接四次和四次次以下的高高次群，都都是采用準準同步方式式進行復接接的，稱為為準同步數數字序列（（PDH）STM-1以上的高次次群，都是是采用同步步方式進行行復接的，，稱為同步步數字序列列（SDH）電力系統中中采用的STM-1有PDH體系，也有有SDH體系。相關技術參參見《電力遙視系系統的理論論與實踐》一書五、有效信信息流數據是對客觀物物體的直接接描述或測測量信息則是錯綜復復雜的耦合合數據之間間的聯系知識表達了結構構化的信息息之間的綜綜合關系智能是獲取知識識和使用知知識的能力力測度信息流定義信息流流S為一個按照照時間遞增增順序排列列的無窮<信息，時間間，生存周周期>序列：S={<s1，t1，T1>，<s2，t2，T2>，……，<si，ti，Ti>，……}其中si是時刻ti的信息序列列元素Ti是si的生存周期期即信息si產生于ti時刻，其生生存時間為為[ti，ti+Ti]。信息息流流的的處處理理信息息流流的的有有效效性性生存存周周期期滿滿足足采采樣樣定定理理要要求求同一一信信息息流流對對一一個個業業務務功功能能是是有有效效的的，，但但是是對對另另一一個個業業務務功功能能可可能能是是無無效效的的例如，同同樣是一一臺換流流變壓器器故障跳跳閘信息息，不同同的用戶戶關注其其不同的的側面，，運行人人員關注注是否是是永久性性故障引引起的跳跳閘、跳跳閘對直直流輸送送功率的的影響、、對直流流系統運運行方式式的影響響等；檢檢修人員員關心引引起跳閘閘故障的的原因和和部位確定被監監視量：：有效信信息流早期方法法：根據據狀態可可觀測性性確定＋＋經驗正在過渡渡：確定有效效信息流流確定被被監控量量信息流的的特征：：QOS要求（特特別是時時效性））、異步步性、不不確定性性確定被監監視量：：有效信信息流有效信息息流：滿滿足生產產需求的的信息流流。例：：繪出所有有有效信信息流后后就可以以確定被被監視量量六、滑動動時變監監控窗口口滑動時變變監控窗窗口WSCADA[t-T：t]是一種離離散滑動動時間窗窗口，完完成一次次監控過過程所需需的監控控信息來來自窗口口WSCADA[t-T：t]所對應的的信息流流；在進進行下一一次監控控過程時時，時間間窗口向向后滑動動T，即時間間窗為WSCADA[t＋T-T：t＋T]。關于T和T存在非常常復雜的的技術問問題監控窗口口的設置置滿足采采樣定理理、有效效信息流流要求滑動時變變監控窗窗口七、冗余余容錯技技術容錯就是是容忍錯錯誤，是是指系統統（或設設備）的的一個或或多個關關鍵部件件發生故故障時，，能夠自自動地進進行檢測測、診斷斷，并采采取相應應的措施施，保證證系統（（或設備備）維持持其規定定功能，，或用犧犧牲性能能來保證證系統（（或設備備）在可可接受范范圍內繼繼續工作作容錯通常常采用冗冗余的方方法來實實現。即即通過冗冗余配置置硬件、、軟件、、時間、、信息等等來實現現容錯，，故稱為為冗余容容錯，冗冗余容錯錯方式相相應地也也稱為硬件冗冗余容容錯、軟件件冗余余容錯錯、時時間冗冗余容容錯、、信息冗冗余容容錯等冗余容容錯技技術由于采采用冗冗余技技術，，必然然增加加