电网监控与调度自动化第二章交流数据采集与处理 PPT
电力系统调度自动化课件
电力系统调度自动化课件电力系统调度自动化课件一、引言电力系统调度自动化是保障电力安全、稳定和经济运行的关键技术手段。
随着电网规模的不断扩大和复杂度的增加，电力系统调度自动化的需求也日益增长。
本文将详细介绍电力系统调度自动化的概念、技术、应用及发展前景。
二、电力系统调度自动化概述电力系统调度自动化是一种集信息采集、数据处理、监控、安全保障和紧急控制于一体的技术。
它主要负责监视和控制电力系统的运行，确保电力系统的安全、稳定和经济运行。
调度自动化通过对电力系统的运行状态进行实时监测，及时发现和解决电力系统中的问题，并为电力系统的优化运行提供支持。
三、电力系统调度自动化技术1.信息采集技术：通过各种传感器、测量设备和数据采集系统，获取电力系统的实时运行数据，为调度决策提供数据支持。
2.数据处理技术：对采集到的数据进行处理、分析和存储，提取出有价值的信息，为调度决策提供依据。
3.监控技术：通过各种监控设备和技术手段，对电力系统的运行状态进行实时监测，及时发现和处理异常情况。
4.安全保障技术：通过各种安全防护设备和措施，保障电力系统的安全稳定运行，防止因安全问题导致的停电和设备损坏。
5.紧急控制技术：在发生紧急情况时，能够迅速采取有效的控制措施，防止事态扩大，降低事故损失。
四、电力系统调度自动化应用电力系统调度自动化在电力系统的各个环节都有广泛应用。
在发电厂，调度自动化系统可以实现对发电机组的监控和控制，提高发电效率和经济性。
在输电系统，调度自动化系统可以实现对输电线路和设备的监控，保障输电的稳定和安全。
在配电环节，调度自动化系统可以实现对配电网的优化运行，提高供电质量和可靠性。
此外，调度自动化系统还可以为电力系统的调度决策提供数据支持，为电力市场的运营提供技术保障。
五、电力系统调度自动化发展前景随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，电力系统调度自动化将迎来更加广阔的发展空间。
未来，调度自动化系统将更加智能化、自适应和高效化，能够更好地适应电力系统的复杂性和不确定性。
ems-第二章数据采集与监控系统(SCADA)第3节.
任课教师:王守相天津大学电气与自动化工程学院2013年电力系统调度自动化及 EMS电力系统调度自动化及 EMS 第二章数据采集与监控系统 (SCADA第一节SCADA 概述第二节交流数据采集与处理第三节远动终端 RTU电力系统调度自动化及 EMS 第三节远动终端 RTU一、概述三、远动终端硬件与软件配置二、远动终端的功能四、遥测信息采集五、遥信信息采集六、遥控及命令执行过程七、遥调及命令执行过程电力系统调度自动化及 EMS 一、概述远动终端(Remote Terminal Unit是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置,简称RTU。
作用:采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量,监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量, 执行调度中心发住所在发电厂或变电站的控制和调节命令。
简言之,采集电网运行数据和执行调度命令。
电力系统调度自动化及 EMS 二、远动终端的功能(一远方功能:RTU与调度中心之间通过远距离信息传输所完成的监控功能。
(二当地功能:RTU通过自身或连接的显示、记录设备,实现对电网的监视和控制的功能。
电力系统调度自动化及 EMS (一远方功能1、遥测(Tele-measurement2、遥信(Tele-indication、Tele-signalization3、遥控(Tele-command4、遥调(Tele-adjusting电力系统调度自动化及 EMS (一远方功能1、遥测(Tele-measurement遥测即远程测量,它是将采集到的被监控发电厂或变电站的主要参数按规约传送给调度中心。
电力系统调度自动化及 EMS (一远方功能2、遥信(Tele-indication、Tele-signalization遥信即远程信号。
它是将采集到的被监控发电厂或变电站的设备状态信号,按规约传送给调度中心。
电力系统调度自动化及 EMS (一远方功能3、遥控(Tele-command即远程命令。
调度自动化系统介绍PPT课件(PPT47页)
调度自动化功能简介
电网调度自动化功能分低、中、高三档 低档：SCADA 中档：SCADA+AGC/EDC 高档：SCADA+AGC/EDC+SA(总称EMS) 网、省两级调度自动化系统应根据调度职责范围逐步实现
以下总体功能：数据采集和监控，自动发电控制和经济调 度，实用安全分析，计算机通信。
安全监控(SCADA)是指信息收集、处理和控制的自动 化系统，通过人机系统的屏幕显示(CRT)和调度模拟 盘，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、本系统自检，远动通道 状态的监测等功能。对电网中重要断路器进行遥控， 对变压器分接头、调相机及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。
EDC 经济调度控制, 用以确定最经济的发电调度以满足给定的负荷水平。 SA 安全分析 VQC 电压无功控制
主网系统
调度员工作站
大屏幕 模拟 投影 屏
SCADA服务器
HIS服务器
磁盘 阵列
PAS服务器
打印机
骨干交换机
报表工 维护工 作站 作站
前置服务器
网络 GPS
① 2台SCADA服务器用于完成数据的接收，规约的解释，SCADA计算和越限、 变位处理等。
控制系统 PAS(Power Advance Software)电力系统基本应用和电力高级应用软件 AGC 自动发电控制,它是能量管理系统（EMS）的重要组成部分。按电网
高度中心的控制目标将指令发送给有关发电厂或机组，通过电厂或机组的 自动控制调节装置，实现对发电机功率的自动控制。。
DTS(Dispatcher Training Simulator System )调度员培训仿真系统 MIS(Management Information System)管理信息系统 DMIS(Management Information System)调度管理信息系统
电网监控与调度自动化第二章交流数据采集与处理
电子式电压互感器 分压原理电压互感器 (采用电容分压、电阻分压或阻容分 压原理)
分压原理电压互感器
对数据采集装置的输入阻抗的要求很高， 尤其是母线电压互感器，应该先把二次电 压转换为数字量，然后通过网络进行数据 传送。
电子式电压互感器
光学电压互感器(OVT) 透明的光学介质(也称压电晶体)在没有外加电场作 用时是各向同性的。 在外加电场作用下，晶体将变为各向异性的双轴晶 体，从而导致其折射率发生变化，通过晶体的偏振光 将产生双折射，使一束偏振光变为两束相位不同(因两 束光的传播速度不同)的偏振光。 电场对透明晶体影响的电光效应被称为Pockels效应。
模拟量输出
现 场 电 力 设 备
放 大 驱 动
D/A转换器
锁 存 器
输出 接口
微 型 计 算 机
D/A转换器基本原理
-UR R 2R S1 1 2R S2 R 2R S3 R 2R S4
+ A
2R Rf UD
UD D
Rf UR R
, D S1 2 S2 2 S3 2 S4 2
第二章 交流数据采集与处理
概述 互感器 直流采样 交流采样与合并单元 电力系统数据预处理 标度变换
实现对电网的监视和控制 表征电网实时运行状态的遥测量值和遥信状态 采集与传送 对这些信息进行适当的加工处理，形成控制电
网安全、稳定和经济运行的遥控、遥调命令。 直流采样 整流、二进制转换 交流采样 一周期多次采样、转换、计算 电能数据采集 脉冲与计数
全光纤电流互感器的原理
法拉第磁光效应原理
光学电流互感器（OCT）
光学电流互感器（OCT）
v Hdl
电力系统调度自动化配电网自动化ppt课件
配电网自动化发展趋势及挑战
分布式能源接入
智能化故障诊断
随着分布式能源的不断发展，配电网自动化 需要实现对分布式能源的接入和管理，确保 电力系统的稳定运行。
配电网自动化将借助智能化技术，实现对配 电网故障的快速诊断和定位，提高故障处理 效率。
自动化巡检
通信技术挑战
配电网自动化将实现自动化巡检，通过无人 机、机器人等技术手段对配电网设备进行定 期巡检，确保设备的安全稳定运行。
调度自动化定义与目标
定义
调度自动化是指利用计算机、通信 和远动等技术，实现电力系统调度 运行管理的自动化、智能化。
目标
提高电力系统运行的可靠性、经济 性和效率，优化资源配置，减少停 电时间和范围，提升供电服务质量。
调度自动化发展历程
01
02
03
第一阶段
人工调度阶段，主要依赖 人工经验和电话通信进行 调度。
实现故障快速定位与隔离 配电网自动化具备故障自检和快速定位功能，能够在发生 故障时迅速隔离故障区域，缩小停电范围，为调度自动化 提供有力的技术支持。
优化资源配置 通过配电网自动化对设备状态和负荷情况的实时监测，调 度自动化可以更加合理地分配电力资源，提高电力系统的 经济效益和社会效益。
两者在电力系统中的协同作用
协调控制策略
基于配电网实时运行状态和分布式能源出力情况，制定协调控制策略， 实现源网荷储协同优化运行。
06
CATALOGUE
电力系统调度自动化与配电网自 动化发展趋势
调度自动化发展趋势及挑战
随着人工智能、机器学习等技术的不断发展，调度自 动化将越来越智能化，能够实现对电力系统的更加精
准、高效的控制。
新能源接入与管理的挑战
电网监控与调度自动化
1.简述电网监控与调度自动化系统的基本结构答：电网监控与调度自动化系统按其功能可分为四个子系统： (1) 信息采集和命令执行子系统； (2)信息传输子系统； (3)信息的采集、处理和控制子系统； (4)人机联系子系统。
2.简述电力调度系统的目标及其应用的主要技术手段答：电网监控与调度自动化系统的目标：保障电力系统安全稳定、优质高效、经济环保地持续运行。
对应的技术手段是在监控系统的基础上的自动发电控制 AGC 和经济调度控制 EDC 技术1. 简述交流数据采集技术方案的基本原理答：对交流量瞬时值直接采样，通过 A/D 变换将摹拟量变为数字量，由微机对这些数字量进行运算，获得被测电压、电流、有功、无功功率和电能量值。
2. 简述微机变送器的工作过程答：变送器的输入信号经过相应的 TV、TA 变成 0~5V 交流电压信号，这些信号输入到多路摹拟电子开关 MPX，CPU 经并行接口芯片，将当前需要采样的某路信号地址送到 MPX，MPX 立即将选定的摹拟电压输出到采样保持器。
采样保持器按确定的采样时序信号采集该信号， A/D 转换器将采样保持器输出的摹拟电压转换成数字量，并经与非门向 CPU 发出转换结束信号,CPU 中断当前工作，经并行接口电路读得 A/D 转换输出数据。
CPU 再次发出选择下一路采样的地址信号到 MPX，CPU 对已采集的数据进行处理，并计算出路线上的各种电气量值。
3. 简述标度变换的意义与基本原理 (求用四位十进制数显示满量程为 140KV 电压的标度变换系数 K)答：标度变换的意义：电力系统中各种参数有不同的量纲和数值范围，如 V 与 kV，A 与 kA。
这些信号经过各种变换器转化为 A/D 转换器能接受的信号范围，经 A/D 转换为标幺值形态的数字量，但无法表明该测量值的大小。
为了显示、打印、报警及向调度传送，必须把这些数字量转换成具有不同量纲的数值，这就是标度变换。
1.简述 RTU 的种类、功能与基本结构答：种类： TTU、RTU、FTU功能： 1)远方功能：遥测、遥控、遥信、遥调、电力系统统一时钟、转发，适合多种规约的数据远传； 2)当地功能： CRT 显示、汉子报表打印、本机键盘、显示器、远方终端的自检与自调功能。
电网监控(第二章 交流数据采集与处理2)
滤波 模拟滤波器 由采样定理，消除某次谐波必须有效采集信息，即有足够 采样频率。但频率不能太高，影响输入路数。 输入侧模拟式滤波器作用是消除掉输入信号中的较高次谐 波（包括干扰），保留有用信号，一般采用简单而有效的RC低 通滤波器构成。滤波器同时还作浪涌电压保护，防止浪涌电压 进入通道内部，破坏信息处理设备。 模拟式滤波器的作用是消除掉输入信号中的干扰（包括 较高次谐波），保留有用信号，相对提高输入信号的信噪比。 一般采用简单而有效的一级或二级、单向或双向型RC低通滤波 器构成。滤波器同时做浪涌电压保护，防止浪涌电压进入通道 内部，破坏信息处理设备。
u (t ) U sin 2f 1 ( f 1 50 HZ ) v(t ) V sin 2f 2 ( f 2 350 HZ )
要求保留 f 1 50 Hz 的基波部分，滤除 f 2 350 Hz的谐波（7次）部 分。若对x（t）采样、采样频率 f s 3500 Hz ， 每周期有70个采样值；对于7次谐波，则每周期有10个采样值。
W p(t )dt Pav (t1 t0 )
t0
t1
计数脉冲与电能的关系 若将U0进行电压／频率（U/f）变换，使之成为与U0成正比， 频率为 f 的脉冲信号，即 f=k2U0 在时间t0～t1内，计得以 f 为频率的脉冲数为N，则N/（t1-t0） 代表在时间t0～t1内频率 f 平均值 fav。因此可求得相应时间内U0 的平均值U0av，即
合并单元
由此，应该采用一种方式，采集对象的信息通过互感器 变换为小的模拟信号或数字量（互感器包含有数据转换功 能），在采集对象点（相对集中）的附件配置一种设备，对 象的信息均接至该设备，进行集中合并，并与变电站中的保 护设备、控制设备、中央控制系统等构成网络通信，实现信 息的共享。这样的设备具备将分散的信息进行同时转换、集 中合并，减少通信线路，并按照规定的通信规约实现数据通 信的功能，称为合并单元（Merging Unint，MU）。采集器单 元将以此电压电流值变换为二次信号输出，根据不同工作原 理的采集器单元，二次信号可以是数字信号，也可以是小模 拟信号。合并单元接收各路采集器单元的二次信号，并以标 准的通信报文格式传输给二次设备。
电网监控与调度自动化第二章
第二章交流数据采集与处理•电量变送器•摹拟交流量的交换• 微机变送器与交流采样•电力系统数据预处理•标度变换第一节电量变送器电工测量变送器(电量变送器)是一种电量变换为供测量用的另一种电量的仪器。
它在电网监控系统中居首要环节，起着十分重要的作用。
在电力系统中，电量变送器可用来测量发电厂和变电站的电压、电流、有功功率、无功功率、电能和频率等各种电气量。
第二节摹拟交流量的变换•交流电流变送器•交流电压变送器•电能变送器一、交流电流变送器在电力系统中，被测的摹拟量通常具有较高的电压或者较大的电流，普通不宜直接采用电量变送器测量，必须通过电压互感器或者电流互感器来实现与较高电压或者较大电流系统的隔离。
通常电压互感器的副边额定电压为0~100V，电流互感器的副边额定电流为0~5A(少数0~1A)。
所以考虑一定的裕度电量变送器的电压输入范围为0~120V；电流输入范围为0~5A 或者0~1A。
由于微机可接受的电压比较低，且常用5V 电压作为标准电压，所以电量变送器的电压输出范围普通为0~5V，电流输出范围普通为0~1mA，或者4~20mA。
具体参考表2-1。
(一)、交流电流变送器的接线形式(二)、电流变送器的原理框图1 中间电流互感器主要起隔离作用，同时也能进一步减小输入电流值，降低后级功耗。
2 精密交流—直流交换电路由线形整流电路和低通滤波器组成。
3 恒压输出电路和恒流输出电路(三)、交流电流变送器整体电路二、交流电压变送器交流电压变送器与交流电流变送器原理上相似，由中间电压互感器TV，精密交流—直流变换电路、恒压输出电路和恒流输出电路组成。
三、电能变送器电能测量实现普通有两种：一是脉冲电能表；二是电能变送器电能变送器是在功率变送器的基础上形成的，将功率变送器输出的直流信号变换为与之成正比的脉冲信号。
补充功率变送器的基本原理(一)、功率与电能的关系(二)、电能变送器的电路结构分三个部份：一、将电路功率转化为直流电压信号的功率变送部份；二、将代表功率的电压信号转化为脉冲信号的U/f 变换部份；三、将脉冲信号进行分频整形输出部份。
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相位调制器 耦合器
偏振器
探测器 光源
A）不通电 B）通电
全光纤电流互感器的特点
• 敏感元件和传输元件全部采用光纤； • 共光路技术和差动信号解调方式提高了抗干
扰能力 • 采用了全数字闭环控制技术； • 受环境影响小； • 高精确度和大测量动态范围； • 精确测量直流。 • 安装方式灵活，适应性强。
交流电量：采用交流电压、电流和功率变送器将相 应原始信号转换为0～5V或0～±5V的直流电压信号。
非电量：利用专用的温度变送器、压力变送器
交流采样
•只针对交流信号的采集。直接将交流信号变送为0～ 5V的交流电压信号送至A/D转换器进行转换，即采 集交流信号的瞬时值，然后采用算法计算电压、电流 的有效值及利用电压电流计算功率。
罗氏线圈电流互感器 没有铁心，没有非线性影响，如 饱和等问题,因为没有饱和，动态 范围大 。
罗氏线圈电流互感器 输出电压正比于电流对时间的导 数，须积分后才可以还原电流波 形，高压侧存在积分器和采样变 换回路 ，线圈材质易受环境温度 影响变形 。
光学电流互感器（OCT）
Faraday磁光效应 光的偏振面受到外加磁场的作用而产生 旋转的现象。 磁场的方向与光的传播方向平行，线性 偏振光通过置于磁场中的法拉第旋光材料 后，出射线性偏振光与入射线性偏振光的
采样方式 直流采样的特点
对A/D转换器转换速率要求不高，软件算法简单，程 序可靠性高
经过整流和滤波环节，抗干扰能力较强。
直流采样输入回路常采用RC电路滤去整流后的纹波， 采样实时性差，无法反映被测量的波形，因此不适用 于微机保护和故障录波。
需要变送器屏。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
采样方式
交流采样的特点
实时性好 能反映实际波形 可以省略功率变送器，功率由算法计算得到。 对A/D转换器和采样保持器要求较高，要求一 个周期内必须有足够的采样点数，要求A/D转 换器转换速度高。 采样和计算的程序比较复杂。
D/A转换器的结构
Bn
数数
据 缓 冲
据 锁 存
电流 开关
电阻 网络
运放
器器
B0
电压输出
互感器（TA） 高电压、大电流测量
传统电压互感器和电流互感器输 出交流电压0~100V，交流电流0~5A， 经中间变换器变换 为低电压。
电子式互感器直接变换到数据变 换设备所规定的低电压。
1.将一次回路的高电压和大电流变为二次回路的标 准值，使测量仪表和保护装置标准化。
（一）电流互感器 1。电磁式电流互感器
二次侧处于近似于短路
Ki I N 1 IN2
比值误差和角误差
磁饱和 、铁磁谐振、动态范围小
电子式电流互感器 国际电工委员会发布的电子式 电流互感器标准为
IEC60044．8 我国等同采用并转化为相应的 国标 GB20840．8-2007
（1）罗氏线圈电流互感器 Rogowski线圈为一空心环形
➢ 直流采样 整流、二进制转换
➢ 交流采样 一周期多次采样、转换、计算
➢ 电能数据采集 脉冲与计数
三种模拟量
采样方式
快速变化的交流量：如交流电压、电流、功率等
缓慢变化的直流量：如控制母线的直流电压、操 作母线的直流电压
缓慢变化的非电量：如温度、压力、水位等。
直流采样
采样方式
直流电量：利用直流电量变送器将实际的电压电流 值转换为0～5V的直流电压。
2.所有二次设备可用低电压、小电流的电缆连接， 二次设备的绝缘水平能按低电压设计，结构轻巧， 价格便宜。便于集中管理，可实现远方控制和测 量。
3.二次回路不受一次回路的限制，
4.使二次侧的设备与高电压部分隔离，且互感器二 次侧要有一点接地，保证二次系统设备和工作人 员的安全。
电流互感器
•
互感器
电压互感器
全光纤电流互感器的原理
反
光纤
射
镜 汇流排
两偏振光传播方向 （红、绿箭头）
信号处理 电路
• 利用磁光法拉第效应
• 光波在通电导体的磁 场作用下，光的传播发 生相位变化
• 检测光强的相位变化， 测出对应电流大小
保护:5P30/1P50，测量:0.2级 符合IEC60044-8和GB/T 20840.8
线圈，二次绕组缠绕在非磁性骨 架上，被测电流垂直穿过线圈中 心，根据电磁感应原理可以得到 线圈输出电压
电子式电流互感器 罗氏线圈电流互感器
罗氏线圈电流互感器 电磁感应原理
e 0DS /dd tH I /dIt
μ0----真空磁导率 D-----匝数密度，匝数/m S-----二次绕组导线面积，m2 dI/dt-----一次电流对时间的导数 H----电感系数，h
偏振面将产生旋转角。
全光纤电流互感器的原理
法拉第磁光效应原理
光学电流互感器（OCT）
光学电流互感器（OCT）
vLHdl
v----材料的Verdet常数 H----磁场强度 L----通过法拉第磁光玻璃的光程
光学电流互感器（OCT） 测得线偏振光的旋转角度θ就可 以求出导体中的电流i(t)。 OCT具有不受电磁干扰、不饱和、 测量范围大、有效频带宽 。
电磁式
光电式
电磁式
电容分压式
光电式
电磁式电流互感器的工作原理：相当于工作在短 路条件下的小容量升压变压器 KTA=IN1/IN2 ≈ WN2/WN1
W1
W2
电磁式电压互感器
工作原理 相当于工作在开路 条件下的小容量 降压变压器。其一、
二侧额定电压之比为：
KTV=U1N/U2N
一、电磁式互感器的工作原理 二、互感器的误差 三、互感器的准确级与二次额定容量 四、互感器的极性和常用接线
电网监控与调度自动化第二章交流数据采集 与处理
概述 互感器 直流采样 交流采样与合并单元 电力系统数据预处理 标度变换
实现对电网的监视和控制 ➢ 表征电网实时运行状态的遥测量值和遥信状态 采集与传送 ➢ 对这些信息进行适当的加工处理，形成控制电
网安全、稳定和经济运行的遥控、遥调命令。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
模拟量输出
现
场 电 力 设
放 大 驱 动
D/A转换器
锁 存 器
备
微
输出 接口
型 计 算
机
D/A转换器基本原理
-UR R
R
R
2R
S1 1
2R S2
2R S3
2R 2R
Rf S4
UD
-A
+
U D D R fR U R ,D S 1 2 1 S 2 2 2 S 3 2 3 S 4 2 4