变电站综合自动化系统概述
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变电站综合自动化技术
杜荣君
河南电力工业学校电气技术部
变电站综合自动化
变电站综合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、现代电子技术、 通信技术和信号处理技术，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、自动控制和微机保 护，以及调度通信等综合性的自动化 功能。
特点： ①工作稳定，线性好，电路简单； ②抗干扰能力强，不受脉冲和随机高频噪音干扰； ③与CPU接口简单，工作不需要CPU控制； ④可以方便地实现多CPU共享一套VFC变换。
模拟量输出电路的组成
? 作用是把微机系统输出的数字量转换成模 拟量输出，核心元件是模/数转换器，锁存 器是用来保持数字量的稳定的。
开关量的输入及输出通道
电隔离技术 1
电隔离技术2
开关量输入电路原理图
开关量输出电路原理图
典型的数字量输入/输出接口电路
CPU对数字量输入及输出的控制方式
? 同步传递方式；（无条件程序控制方式） ? 查询传递方式； ? 中断控制方式； ? 直接存储器访问方式；
综合自动化监控系统的基本功能
? 集中式结构形式 ? 分层分布式结构集中组屏形式 ? 分散与集中相结合的结构形式 ? 完全分散式结构形式
集中式结构形式
分层分布式结构集中组屏形式
分层分布式结构集中组屏形式
分层分布式结构集中组屏形式
分散与集中相结合的结构形式
完全分散式的结构形式
变电站综合自动化技术的发展趋势
? 从集中控制、功能分散型到向全分散网络 型发展；
变电站综合自动化系统的特点
? 功能综合化(综合了交直流电源以 外的全部二次设备 )；
? 结构分布、分层、分散化； ? 操作监视屏幕化； ? 通信局域网络化、光纤化； ? 运行管理智能化； ? 测量显示数字化。
变电站综合自动化系统的主要内容
? 1.随时在线监视电网运行参数、设备运行状况、 自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站 设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警 并使相应的闭锁出口动作，以防止事故扩大；
横向综合与纵向综合
? 横向综合：是指利用计算机将不同厂家的 设备连在一起，替代或升级老设备的功能。
? 纵向综合：是指在变电站层这一级，提供 信息、优化、综合处理分析信息和增加新 的功能，增强变电站内部、各控制中心的 协调能力。
常规变电站的二次系统特点
? 组成：继电保护、故障录波、ห้องสมุดไป่ตู้地监控、远动。
? 测量、监视、控制功能； ? 继电保护功能； ? 自动控制智能装置的功能； ? 远动及数据通信功能； ? 自诊断、自恢复和自动切换功能。
智能装置包括以下内容
? 电压、无功综合控制； ? 低频减负荷控制； ? 备用电源自投控制； ? 小电流选线控制。
变电站综合自动化系统的结构
变电站综合自动化系统的结构形式
? 存储器用来保存程序和数据， EPROM紫外线擦除可编程只读存储器；
? EEPROM电擦除可编程只读存储器； SRAM静态随机存储器； FLASH快擦写存储器； NVRAM非易失性随机存储器；
? 程序及不变数据存于 EPROM；定值存于 EEPROM SRAM 用于保存暂存数据； FLASH和 NVRAM多用来保存故 障数据。
? 实时数据采集与处理功能；
? （模拟量、状态量、电能量、数字量）
? 运行监视与报警功能； ? 操作控制功能； ? 数据处理与记录功能； ? 事故顺序记录与事故追忆功能； ? 故障录波与测路功能； ? 人机联系功能； ? 制表打印功能； ? 运行的技术管理功能； ? 谐波的分析和监视功能
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明3
? 模拟量输入/输出回路：完成模 /数转换及数 /模转换；
? 开关量输入/输出回路：由并行口、光电隔离电路及中 间继电器组成；主要用于人机接口、发跳闸信号等的告 警信号以及闭锁信号等；
? 人机对话接口回路：主要包括打印、显示、键盘及信号 灯、音响或语言告警等，主要功能是人机对话，完成调 试、定值整定、工作方式设定、动作行为记录与系统通 信等工作；
? 2.电网出现事故时，快速采样、判断、决策、迅 速隔离和消除事故，将故障限制在最小范围；
? 3.完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、 分析报表、远传和保证电能质量的自动和遥控调 整。
变电站综合自动化系统的基本功能
? 具备远动、保护、开关操作、测量、故障 录波、事故顺序记录、运行参数记示功能， 包括以下几个方面：
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明2
? 定时器/计数器有两个用途一是用来触发采样信号， 引起中断采样；二是在 V/F变换式A/D中，定时器/ 计数器是把频率信号转换为数字信号的关键部件。
? Watchdog主要作用是当自动化装置受到干扰导致微 机系统运行程序出轨、程序无法正常运行时，能自 动复位微机系统，使微机系统重新开始执行程序， 进行入正常运行轨道。
? 从专用设备到标准的软件硬件平台； ? 从集中控制向综合智能控制发展； ? 从室内型向户外型演变； ? 从单纯的屏幕数据监视到多媒体监视； ? 设计将实现纵向和横向的综合。
变电站综合自动化系统的典型硬件结构
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明1
? 微处理器（中央处理器） CPU是指挥中枢，计算机 程序的运行依赖于 CPU来实现；
? 特点：功能不同、硬件设备不同、技术不同、技 术上与管理上条块分割。
? 1.硬件设备之间互不兼容； ? 2.硬件设备难于标准化； ? 3.接线复杂、安装调试不便； ? 4.没有自检功能，需要定期对设备本身进行测试
和检验。
变电站综合自动化的优越性
? 在线运行的可靠性高； ? 供电电能质量高； ? 专业综合、易于发现隐患 ,处理事故恢复供电快； ? 变电站运行管理的自动化水平高； ? 减少控制电缆、缩小占地面积； ? 维护调试方便； ? 为变电站实现无人值班提供了可靠性技术条件；
? 通信回路：主要功能是完成自动化装置间通信及信息远 传等；
? 电源：提供整套变电站综合自动化系统中功能模块所需 要的直流稳压电源。
模拟量的输入/输出原理1
? 特点：①转换时间固定，不随输入信号的变化而 变化； ②转换速度较快，一般在 1~100us 内，适 于工业系统应用； ③抗干扰能力稍差
模拟量的输入/输出原理2
杜荣君
河南电力工业学校电气技术部
变电站综合自动化
变电站综合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、现代电子技术、 通信技术和信号处理技术，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、自动控制和微机保 护，以及调度通信等综合性的自动化 功能。
特点： ①工作稳定，线性好，电路简单； ②抗干扰能力强，不受脉冲和随机高频噪音干扰； ③与CPU接口简单，工作不需要CPU控制； ④可以方便地实现多CPU共享一套VFC变换。
模拟量输出电路的组成
? 作用是把微机系统输出的数字量转换成模 拟量输出，核心元件是模/数转换器，锁存 器是用来保持数字量的稳定的。
开关量的输入及输出通道
电隔离技术 1
电隔离技术2
开关量输入电路原理图
开关量输出电路原理图
典型的数字量输入/输出接口电路
CPU对数字量输入及输出的控制方式
? 同步传递方式；（无条件程序控制方式） ? 查询传递方式； ? 中断控制方式； ? 直接存储器访问方式；
综合自动化监控系统的基本功能
? 集中式结构形式 ? 分层分布式结构集中组屏形式 ? 分散与集中相结合的结构形式 ? 完全分散式结构形式
集中式结构形式
分层分布式结构集中组屏形式
分层分布式结构集中组屏形式
分层分布式结构集中组屏形式
分散与集中相结合的结构形式
完全分散式的结构形式
变电站综合自动化技术的发展趋势
? 从集中控制、功能分散型到向全分散网络 型发展；
变电站综合自动化系统的特点
? 功能综合化(综合了交直流电源以 外的全部二次设备 )；
? 结构分布、分层、分散化； ? 操作监视屏幕化； ? 通信局域网络化、光纤化； ? 运行管理智能化； ? 测量显示数字化。
变电站综合自动化系统的主要内容
? 1.随时在线监视电网运行参数、设备运行状况、 自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站 设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警 并使相应的闭锁出口动作，以防止事故扩大；
横向综合与纵向综合
? 横向综合：是指利用计算机将不同厂家的 设备连在一起，替代或升级老设备的功能。
? 纵向综合：是指在变电站层这一级，提供 信息、优化、综合处理分析信息和增加新 的功能，增强变电站内部、各控制中心的 协调能力。
常规变电站的二次系统特点
? 组成：继电保护、故障录波、ห้องสมุดไป่ตู้地监控、远动。
? 测量、监视、控制功能； ? 继电保护功能； ? 自动控制智能装置的功能； ? 远动及数据通信功能； ? 自诊断、自恢复和自动切换功能。
智能装置包括以下内容
? 电压、无功综合控制； ? 低频减负荷控制； ? 备用电源自投控制； ? 小电流选线控制。
变电站综合自动化系统的结构
变电站综合自动化系统的结构形式
? 存储器用来保存程序和数据， EPROM紫外线擦除可编程只读存储器；
? EEPROM电擦除可编程只读存储器； SRAM静态随机存储器； FLASH快擦写存储器； NVRAM非易失性随机存储器；
? 程序及不变数据存于 EPROM；定值存于 EEPROM SRAM 用于保存暂存数据； FLASH和 NVRAM多用来保存故 障数据。
? 实时数据采集与处理功能；
? （模拟量、状态量、电能量、数字量）
? 运行监视与报警功能； ? 操作控制功能； ? 数据处理与记录功能； ? 事故顺序记录与事故追忆功能； ? 故障录波与测路功能； ? 人机联系功能； ? 制表打印功能； ? 运行的技术管理功能； ? 谐波的分析和监视功能
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明3
? 模拟量输入/输出回路：完成模 /数转换及数 /模转换；
? 开关量输入/输出回路：由并行口、光电隔离电路及中 间继电器组成；主要用于人机接口、发跳闸信号等的告 警信号以及闭锁信号等；
? 人机对话接口回路：主要包括打印、显示、键盘及信号 灯、音响或语言告警等，主要功能是人机对话，完成调 试、定值整定、工作方式设定、动作行为记录与系统通 信等工作；
? 2.电网出现事故时，快速采样、判断、决策、迅 速隔离和消除事故，将故障限制在最小范围；
? 3.完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、 分析报表、远传和保证电能质量的自动和遥控调 整。
变电站综合自动化系统的基本功能
? 具备远动、保护、开关操作、测量、故障 录波、事故顺序记录、运行参数记示功能， 包括以下几个方面：
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明2
? 定时器/计数器有两个用途一是用来触发采样信号， 引起中断采样；二是在 V/F变换式A/D中，定时器/ 计数器是把频率信号转换为数字信号的关键部件。
? Watchdog主要作用是当自动化装置受到干扰导致微 机系统运行程序出轨、程序无法正常运行时，能自 动复位微机系统，使微机系统重新开始执行程序， 进行入正常运行轨道。
? 从专用设备到标准的软件硬件平台； ? 从集中控制向综合智能控制发展； ? 从室内型向户外型演变； ? 从单纯的屏幕数据监视到多媒体监视； ? 设计将实现纵向和横向的综合。
变电站综合自动化系统的典型硬件结构
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明1
? 微处理器（中央处理器） CPU是指挥中枢，计算机 程序的运行依赖于 CPU来实现；
? 特点：功能不同、硬件设备不同、技术不同、技 术上与管理上条块分割。
? 1.硬件设备之间互不兼容； ? 2.硬件设备难于标准化； ? 3.接线复杂、安装调试不便； ? 4.没有自检功能，需要定期对设备本身进行测试
和检验。
变电站综合自动化的优越性
? 在线运行的可靠性高； ? 供电电能质量高； ? 专业综合、易于发现隐患 ,处理事故恢复供电快； ? 变电站运行管理的自动化水平高； ? 减少控制电缆、缩小占地面积； ? 维护调试方便； ? 为变电站实现无人值班提供了可靠性技术条件；
? 通信回路：主要功能是完成自动化装置间通信及信息远 传等；
? 电源：提供整套变电站综合自动化系统中功能模块所需 要的直流稳压电源。
模拟量的输入/输出原理1
? 特点：①转换时间固定，不随输入信号的变化而 变化； ②转换速度较快，一般在 1~100us 内，适 于工业系统应用； ③抗干扰能力稍差
模拟量的输入/输出原理2