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1、 变电站自动化系统的系统结构变电站自动化系统的系统结构 四种结构形式：四种结构形式：1.1.集中式集中式 2.2.分级（层）分布式分级（层）分布式 3.3.分布分散式分布分散式 4.4.全分散式全分散式今后的发展方向今后的发展方向 间隔装置有三种类型：间隔装置有三种类型：1.1.数据完全共享型（保护和测量共用一个电流互感器（数据完全共享型（保护和测量共用一个电流互感器（TATA）、）、CPUCPU）2.2.数据独立处理型（不共用数据独立处理型（不共用TATA）a.a.保护和测控共用一个保护和测控共用一个CPUCPU b.b.保护和测控不共用一个保护和测控不共用一个CPUCPU，但共用一个机箱但
2、共用一个机箱 3.3.保护和测控完全独立型（不共用保护和测控完全独立型（不共用TATA、CPUCPU）集中式集中式分级（层）分布式分级（层）分布式分布分散式全分散式全分散式 区别于集中组屏，可将保护和区别于集中组屏，可将保护和SCADASCADA集成功能模块分散集成功能模块分散安装于各开关柜，并通过光纤技术和局域网络技术联安装于各开关柜，并通过光纤技术和局域网络技术联系起来，构成全分散式综合自动化系统系起来，构成全分散式综合自动化系统NS2000NS2000变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统典型结构典型结构典型结构一典型结构一典型结构二典型结构二NS2000变电站综合自动化系统变电站综合
3、自动化系统典型结构一典型结构一NS2000变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统典型结构二典型结构二NS2000NS2000变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统 后台监控系统（NS2000计算机监控系统）通信控制单元（NSC系列通信控制单元）测控装置（NSD200通用测控装置；NSD500超高压测控装置）保护测控装置（NSR600R系列保护测控装置）超高压保护装置（NSR810系列超高压线路保护装置；NSR890系列超高压变压器保护装置）硬件配置：系统主网采用单/双10/100M以太网结构，通过10/100M交换机构建，采用国际标准网络协议。SCADA功能采用双机热备用，完成网络数据同步
4、功能。其它主网节点，依据重要性和应用需要，选用双节点或多节点备用方式运行。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统 软件配置：操作系统：Windows 2000操作系统系统软件：SQL Sever 2000或由用户指定的其它商用数据库1.采用组件对象模型COM，开放性、扩充性好 2.商用和实时统一、面向设备对象和图模库一体化的数据库管理系统 3.具有标准、直观方便的多层多平面的图形界面和组态界面 4.网络、节点等多种冗余配置，采用同步及异步两种调用方式 5.智能化报警，提供按设备、时间等多种查询、确认方法 NS2000NS2000
5、计算机监控系统计算机监控系统6.按照IEC1131-3标准设计的可视化顺控流程7.历史数据优化保存及还原8.提供功能强大、直观的脚本语言9.具有操作票模板的智能操作票 NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统10.高级功能电压无功控制功能 小电流接地选线功能 自动减载功能 主变经济运行控制功能 Internet/Intranet上的WEB浏览及远程诊断 NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型1SCADA服务工作站 负责整个系统的协调和管理，保持实时数据库的最新最完整备份；负责组织各种历史数据并将其保存在历史数据库服务器。当某
6、一SCADA工作站故障时，系统将自动进行切换，切换时间小于30秒。任何单一硬件设备故障和切换都不会造成实时数据和SCADA功能的丢失，主备机也可通过人工进行切换。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型2操作员工作站 完成对电网的实时监控和操作功能，显示各种图形和数据，并进行人工交互，可选用双屏。它为操作员提供了所有功能的入口；显示各种画面、表格、告警信息和管理信息；提供遥控、遥调等操作界面。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型
7、3前置通信工作站 负责接收各厂站（或用户）的实时数据，进行相应的规约转换和预处理，通过网络广播给后台机系统，同时对各厂站发送相应的控制命令。信息采集包括对RTU（模拟量、数字量、状态量和保护信息）、负控终端等的采集。控制的功能包括遥控、遥调、保护定值和负控终端参数的设定和修改。双前置机工作在互为热备用状态，当其中一台工作站故障时，系统将自动进行切换。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型4远动工作站 负责与调度自动化系统进行通信，完成多种远动通讯规约的解释，实现现场数据的上送及下串远方的遥控、遥调命令。NS2000NS2000计算机监控
8、系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型5五防工作站 五防工作站主要提供操作员对变电站内的五防操作进行管理。可在线在通过画面操作生成操作票；在制作操作票的过程中，进行操作条件检测；可在画面上模拟执行操作票；系统可提供操作票模板，在生成新操作票时，只需对操作票模板中的对象进行编辑，就可生成一新操作票。系统还具有操作票查询、修改手段及按操作票按设备对象进行存储和管理功能。可设置与电脑钥匙的通讯。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型6保护工程师站 保护工程师工作站主要提供保护工程师对变电站内的保护装置及其故障信息进行管
9、理维护的工具。保护工程师指运行管理、维护人员以及保护设计、调试人员。保护工程师站关心的信息包括保护设备(故障录波器)的参数，工作状态，故障信息，动作信息。故障录波综合分析提供保护工程师故障分析的工具，作为事故处理、运行决策的依据。故障录波综合分析不仅分析录波数据，还综合考察故障时的其它信号、测量值、定值参数等，提供多种分析手段，产生综合性的报告结果。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型7管理工作站 根据用户制定的设备管理方法，设备管理程序对系统中的电力设备进行监管，比如根据断路器的跳闸次数提出检修要求，根据主变的运行情况制定检修计划，
10、并自动将这些要求通知用户。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型8Web服务器 Web服务器为远程工作站提供SCADA系统的浏览功能。安装配置防火墙软件，确保访问安全性。NS2000NS2000计算机监控系统计算机监控系统计算机监控系统功能类型计算机监控系统功能类型9远程工作站 通过企业内Intranet方式（通过路由器组成广域网）和公众数据交换网Internet方式（通过电话线MODEM拨号、ISDN或DDN方式），使用EXPLORE或其它商用浏览器，实现远程浏览实时画面、报表、事件记录、保护定值、波形和系统自诊断情况。说明说明：因采
11、用多进程、多线程操作系统，因而也可以在一台计算机上运行多个应用模块。可根据现场实际情况进行节点的灵活配置。如当地监控因工作量较少，只需一台计算机即可完成所有功能。通信控制单元通信控制单元通信控制器是变电站综合自动化系统的信息中心通过不同的通信介质和通信规约，它将变电站内各种设备的信息进行采集处理通过数据通道传送到集控中心和电网自动化系统变电站综合自动化系统中，信息的采集和传送是根据优先级进行划分。通信控制单元通信控制单元功能：实现双机、双网的冗余控制通过数据通道或光纤接口实现远方通信支持多种国内、国外通信协议可接入多种国内、国外智能设备，如电度表、消弧线圈、直流屏等提供Http，FTP，Tel
12、net 等服务 软件平台：32位实时多任务嵌入式操作系统硬件平台：PC104总线通信控制单元通信控制单元通信与后台通信与装置通信与调度通信全站逻辑闭锁GPS全站对时通信控制单元通信控制单元通过以太网与后台通信通过CANbus与NS2000系统装置通信与调度通信数字信号模拟信号（MODEM）通信控制单元通信控制单元通信控制单元通信控制单元 全站逻辑闭锁实现方式：顺控程序PLC梯形图通信控制单元通信控制单元GPS全站对时两种对时方式：软件对时：通信口，对时报文硬件对时：硬件对时口，对时脉冲测控装置测控装置 在变电站自动化系统中，测控装置的主要功能是对现在变电站自动化系统中，测控装置的主要功能是对现
13、场设备中所有需要监控的信息进行采集和控制，并能将相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。到对现场环境的适应能力。测控装置原理测控装置原理 数字量的输入数字量的输入/输出输出 模拟量的输入模拟量的输入/输出输出数字量的输入输出数字量的输入输出数字量信息类型数字量信息类型开关信息状态信息控制信息数字量输入数字量输入/输出的抗干扰措施输出的抗干扰措施光电隔离继电器隔离
14、继电器隔离与光电耦合器双重隔离模拟量的输入模拟量的输入/输出输出A/DA/D转换通道的组成转换通道的组成传感器（传感器（Transducer）量程放大器（量程放大器（Scaling Amplifier）低通滤波器（低通滤波器（Low-Pass Filter）多路开关（多路开关（Multiplexer）采样采样-保持电路（保持电路（Sample&Hold）模拟量的基本构成模拟量的基本构成 传感传感器器1传感传感器器2传感传感器器3放大放大放大放大放大放大低通低通滤波滤波低通低通滤波滤波低通低通滤波滤波多多路路开开关关采采样样保保持持A/D微微机机D/A模拟模拟控制控制现场信号1现场信号2现场信号
15、3A/DA/D转换器的主要技术指标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(a)输入模拟信号波形输入模拟信号波形(b)取样量化信号取样量化信号(c)数字数码数字数码(d)输入信号序列输入信号序列(e)输出信号序列输出信号序列(f)输出模拟信号输出模拟信号网络总线模式网络总线模式串行总线：串行总线：RS232、RS422、RS485 现场总线现场总线：Canbus、Lonworks、F-NET、PROFIBUS 以太网（以太网（Ethernet）传输介质：双绞线、光纤传输介质：双绞线、光纤变电站综合
16、自动化系统基础知识网络通信现场总线网网 络络 常见局域网络拓扑结构 网络设备 OSI模型常见局域网拓扑常见局域网拓扑网型（网型（MESHMESH）常见局域网拓扑常见局域网拓扑星型（星型（STARSTAR）常见局域网拓扑常见局域网拓扑树型（树型（TREETREE）常见局域网拓扑常见局域网拓扑总线型（总线型（BUSBUS）常见局域网拓扑常见局域网拓扑环型（环型（RINGRING）Token-ringToken-ring网络设备中继器（集线器）网桥（交换机）路由器网关OSI模型应用层（应用层（Application7)表示层表示层（Presentation6）会话层（会话层（Session5）传输层
17、（传输层（Transport4）网络层（网络层（Network3）数据链路层（数据链路层（Data Link2）物理层（物理层（Physical1）通信基本概念通信方式同步方式传输方式传输介质差错控制通信方式并行方式通信方式串行方式同步方式同步同步方式异步传输方式基带传输载波传输宽带网异步传输模式（ATM）传输介质双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤光纤无线通信无线通信差错控制纠错纠错检错检错奇偶校验奇偶校验循环冗余编码（循环冗余编码（CRC）现场总线（现场总线（Fieldbus）实时性强实时性强可靠性高可靠性高多为短帧多为短帧传输速率一般在几传输速率一般在几kbps至至10Mbps之间之间现场总
18、线的技术特点现场总线的技术特点系统的开放性互可操作性现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性对现场环境的适应性现场总线的优点现场总线的优点节省硬件数量与投资节省安装费用节省维护开销用户具有高度的系统集成主动权提高了系统的准确性与可靠性5.1 几种有影响的现场总线几种有影响的现场总线CAN（Controler Area Network）LonWorks基金会现场总线（基金会现场总线（FF，Foundation Fieldbus）PROFIBUSCAN总线总线其总线规范已被其总线规范已被ISO国际标准组织制订为国际标准国际标准组织制订为国际标准CAN协议模型结构取协议模型结构取OSI底层的
19、物理层、数据链路层和应用层底层的物理层、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无需专门的“调度调度”。通过报文滤波即可实现多种方式传送和接收数。通过报文滤波即可实现多种方式传送和接收数据据节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求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通信速率最高可达 1Mbps（
20、最长最长40m或或1km）直接传输距离最远可达直接传输距离最远可达 10km（5kbps以下以下）可挂接设备数最多为可挂接设备数最多为110个个传输介质为双绞线、同轴电缆或光纤传输介质为双绞线、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每帧信息都有CRC校验及其它检错措施校验及其它检错措施严重错误下的自动关闭输出功能严重错误下的自动关闭输出功能LonWorks采用采用OSI模型的全部七层通讯协议模型的全部七层通讯协议神经元芯片（神经元芯片（Neuron）使用改进的使用改进的CSMA/CD介质访问控制协议
21、（带预测的介质访问控制协议（带预测的P-坚持）坚持）通信速率通信速率 300bps 1.5Mbps直接通信距离可达直接通信距离可达2700m（78kbps，双绞线）双绞线）传输介质支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外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线、电力线等多种通信介质基金会现场总线基金会现场总线以以OSI模型为基础，取物理层、数据链路层、应用层为其通信模模型为基础，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分两种通信速度低速低速H1，32.25kbps，距离距离19
22、00m（可加中继器延长）可加中继器延长）高速高速H2，1Mbps和和 2.5Mbps，距离分别为距离分别为750m和和500m传输介质可为双绞线、光缆和无线发射传输介质可为双绞线、光缆和无线发射PROFIBUS分为分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS 和和 PROFIBUS-PA采用采用OSI模型的物理层、数据链路层，模型的物理层、数据链路层，FMS还采用了应用层还采用了应用层传输速率为传输速率为 9.6kbps 12Mbps，最大传输距离在最大传输距离在12Mbps时为时为100m，1.5Mbps时为时为400m，可用中继器延长至可用中继器延长至10km传输介质可以是双绞线，也可以是光缆传输介质可以是双绞线，也可以是光缆最多挂接最多挂接127个站点个站点 The End