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文献综述
1引言
随着微电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展,远动终端技术在电力自动化系统中发挥着越来越重要的作用。
远动终端装置(RTU)作为电力自动化系统的核心装置,完成对现场电力参数实时的测量和监控,广泛应用于电力自动化系统底层的数据采集和过程控制,对提高电力系统的供电安全和可靠性有着重要的意义。
2远动终端单元RTU的定义及发展概述
2.1RTU定义
远动终端:
电网调度自动化系统中安装在发电厂、变电站的一种具有四遥远动功能的自动化设备。
远动装置=远方终端=远动终端=RTU(RemoteTerminalUnit)。
RTU在电网调度自动化系统中具有重要的作用。
(系统结构:
调度端SCADA/EMS+远动信道+厂站端RTU)。
2.2RTU的发展概述
①60~70年代,硬件式远动装置:
晶体管或集成电路构成的无触点远动装置WYZ或者数字式综合远动型远动装置SZY,均属于布线逻辑式远动装置,所有功能均由逻辑电路实现,现已经基本淘汰。
②80年代后,软件式远动装置:
基于微机原理构成的远动装置(微机远动装置),功能由软件程序实现,具有功能强、可扩充性好、结构简单、稳定可靠等优点,得到普及应用。
3远动终端单元RTU的功能概述
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。
①遥测(YC,Tele-measurement):
远程量测值。
RTU将采集到的厂站运行参数按规约传送给调度中心(上传)。
包括:
P、Q、U、I、档位、温度等,容量达几十到上百个(路)。
另外还包括2类特殊YC:
a)数字值(DigitalMeasuredValue):
RTU以数字量的形式直接接收后上传。
如频率、水库水位等。
b)记数脉冲(CounterPulse):
单独的采集(电路)板。
主要指RTU采集的反映电能量的脉冲记数。
容量可达几十路电度量。
②遥信(YX,Tele-indication,Tele-signalization):
远程状态信号。
RTU将采集到的厂站设备运行状态按规约传送给调度中心(上传)。
断路器和隔离刀闸的位置信号、继电保护和自动装置的位置信号、发电机和远动设备的运行状态等。
容量达几十到几百个。
③遥控(YK,Tele-command):
远程命令。
调度中心发给RTU的改变设备运行状态的命令。
操作厂站各电压回路的断路器、投切补偿电容器和电抗器、发电机组的启停等。
容量可达几十个设备。
④遥调(YT,Tele-adjusting):
远程调节命令。
调度中心发给RTU的调整设备运行参数的命令。
改变变压器分接头位置(调压)、改变发电机组P或Q的整定值(调节出力)、自动装置整定值的设定等。
容量可达几个到十几个设备。
⑤事故数据:
a)事件顺序记录(SOE:
SequenceOfEventrecording):
实时检测遥信变位(YXBW)(带时标的遥信),立即记录变位时刻、变位设备序号、变位状态等组成SOE优先传送(CDT下)。
b)事故追忆(PDR:
PostDisturbanceReview):
冻结某时刻全网的重要的遥测点、遥信点的画面(如照相),每个这样的画面称为一帧,其循环周期可为数秒到数分。
典型的PDR记录长度为:
事故前10min,事故后5min。
⑥统一时钟:
具有对时功能。
接收调度中心的校时命令。
统一时钟为了不同厂站之间事故分析以及电度量冻结。
⑦转发:
接收其它RTU送来的远动信息,按规约组装转发给指定的调度中心。
⑧适合多种规约的数据远传:
基本远动任务配套标准IEC60870-5-101(简称101规约)或其它CDT、Polling规约。
具有同步或异步远动通信接口。
当地功能:
RTU自身或连接的显示记录设备的实现监控功能。
①CRT显示:
与RTU直接连接(或通过当地工作站)的CRT可显示RTU采集的四遥、YXBW等信息。
②汉字报表打印:
实现三类打印:
定时打印、事件记录打印和召唤打印。
③本机键盘显示器:
RTU自带的操作面板,实现循测、定测、选测和显时功能。
④RTU自检、自调功能:
反映RTU的自身的可维护能力。
插件损坏诊断,程序“走飞”时的自恢复能力、主备通道监视功能。
4远动终端单元RTU的基本结构
多输入多输出的微型计算机系统。
1单CPU结构的RTU
硬件组成:
①系统部分:
CPU、总线、RAM、EPROM、定时器/记数器、中断控制器、串行通信接口等。
②人机联系:
打印机、显示器、键盘。
③输入/输出电路(可编程接口芯片):
输入电路包括:
YC、YX、DI、DD;
输出包括:
YK、YT
④通过系统总线连接。
软件组成:
①主程序:
系统初试化、人机联系等
②中断服务程序:
完成RTU输入/输出(时钟、A/D服务程序、通信发送/接收中断等)
2多CPU结构的RTU
多个CPU分工协作共同完成RTU功能。
①主控系统:
管理各个子系统、人机联系、调度通信
②若干子系统:
每个子系统单独CPU,包括YC、YX、YC、YT、DI、DD等子系统。
③I/O总线连接主控系统和各个子系统
单独子系统:
主程序+若干中断服务程序组成
①主控程序:
与子系统的通信程序、调度通信程序、数据处理、人机联系程序
②功能子系统:
与主系统通信发送/接收、输入/输出程序等。
5结语
电力系统远动技术主要包括远动终端RTU以及数据通信相关内容,是电网调度自动化能正常运行的基础条件。
本文针对RTU,介绍了其基本功能(远动功能和当地功能)和结构原理,使得我们能对RTU的实现框架有整体和局部的认识。
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26-29
2.开题报告:
一、课题的目的与意义;
二、课题发展现状和前景展望;
三、课题主要内容和要求;
四、研究方法、步骤和措施
开题报告
一、课题研究意义
由于我国国民经济不断发展,所以对电力能源需求也不断增长,致使变电站数量增加、电压等级提高、供电范围扩大及输配电容量增大,采用传统的变电站一次及二次设备己越来越难以满足变电站安全及经济运行、少人值班甚至无人值班的要求。
RTU作为变电站自动化的核心设备,实现了所有的远动功能,其基本功能是“四遥"
,即遥测、遥信、遥控和遥调。
目前的一些远动终端产品以单片机作为处理器,响应速度慢,处理能力差,无法满足变电站大量实时数据处理的要求,因此使变电站自动化系统的功能和适用范围受到限制。
国内分散式变电站自动化系统,远动终端系统大部分还是采用串行口通信方式(RS232,RS422,RS485总线等),且存在着串行通信效率低、传输速率慢、易受干扰、网络节点少、通信距离受限制、通信方式不灵活以及不开放等缺点。
各模块之间无法直接通信,只能通过主站中转;
随着系统规模的扩大,系统的实时性能将会急剧降低;
抗干扰及纠错能力较差。
另外,由于RS.422/485接口的通信规约缺乏统一标准,使不同厂家生产的设备很难互连,给用户带来不便。
为了提高变电站综合自动化的水平,满足无人值班或少人值班的要求,对控制网络的开放性、实时性、快速性以及抗干扰性都有了更高的要求,传统的串行通信方式已经不能满足这些要求了。
由此可见,采用性能指标更为先进的微处理器芯片,选用更为严格、精确的算法以及开放性、实时性和抗干扰性更高的控制网络,研制性能好、精度高、功能全、自动化程度高的电力系统远动终端是十分必要的。
它对进一步提高变电站自动化水平,增加电网经济效益都将有十分重要的意义。
二、课题发展现状和前景展望
国内变电站综合自动化的研究工作开始于80年代中期。
自20世纪90年代以来,变电站自动化技术一直是我国电力行业的热点技术之一。
目前全国已投入运行的35~500kV变电站约20000座,而且每年新增变电站的数量约为3%~5%。
据有关资料获知,我国开始投运的变电站计算机监控系统与远动系统完全是彼此独立、互不相关的,数据各自分别采集,信息不能共享,硬件设备重复设置,重复投资。
后来设计的站内监控系统已把站内监控与远动功能结合在一起,可向几个不同级别的调度中心发送各自所需的远动信息,所有遥测、遥信信息集中采集。
其主要发展阶段为:
1.80年代及以前,是以RTU为基础的远动装置及当地监控为代表。
该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设RTU装置。
此类系统称为集中RTU模式,目前在一些老站改造中仍有少量使用。
在这个阶段内的RTU采用常规电量变送器方式,各待测模拟量通过变送器模拟运算转换为直流信号,RTU采用直流采样技术,对来自变送器的直流信号采样并进行简单的标量/工程量转换。
2.90年代初期,单元式微机保护及按功能设计的分散式微机测控装置得以广泛应用,保护与测控装置相对独立,通过通信管理单元能够将各自信息送到后台或调度端计算机,采用集中方式管理。
这个阶段内的RTU采用微机交流采样技术,以微处理器为核心,对电网的电流、电压进行直接交流采样,经软件运算获得各种电气量。
其特点是采样中间环节少,精度高,稳定性好。
目前在电网中投运的RTU基本上都采用了这种技术。
3.90年代中期,随着计算机技术、网络及通信技术的飞速发展,采用按间隔为对象设计保护测控单元,各种分散式变电站自动化系统相继研制成功和投入运行。
采用分层分布式的系统结构,形成真正意义上的分层分布式自动化系统。
这个阶段内的RTU是在现有的RTU的基础上正在研制的新一代的分布式RTU。
其特点是融站内监控功能、信号采集、远动功能以及保护信息为一个统一整体的综合自动化系统,这也是我国变电站自动化技术发展的方向。
目前在我国电力行业实际使用的RTU有多种类型,但主要有两类,一是集中式微机控制型RTU,另一种为分布式、多CPU的RTU。
集中控制式RTU的主要特点是用一个CPU管理所有RTU的工作,价格便宜,但有严重缺陷,如:
标准化程度低,很难与其他厂家的产品兼容;
结构单一,扩展性差:
CPU负担重,因而容易造成系统瘫痪,可靠性差;
实时响应性差,遥信分辨率低;
调试复杂,维护困难。
由于集中式RTU所存在的上述缺点,已经不能适应现代电力系统自动化对实时性、扩展性、准确性及可靠性的要求,正逐渐被新一代功能分布、多CPU、模块化的RTU所替代。
新一代RTU具有如下一些特点:
1.采集数据对象的不同,将不同的功能(如遥测、遥信、开关量、脉冲量等)分配在不同的模块上完成。
各个模块均有单独的CPU控制,并可通过信道与其他模块联系。
2.功能可以根据需要进行扩展。
3.由于多个CPU共同负担RTU的工作,提高了系统的数据处理能力,响应速度加快,分辨率提高。
4.抗干扰能力提高,可靠性增强,调试简单,维护容易。
总之,功能分布式RTU与集中式RTU相比,在功能和性能上都有质的飞跃,但仍有不足,主要体现在以下几个方面:
标准化程度低,兼容性差;
稳定性和抗干扰能力还不够。
为了解决这个问题,近些年人们提出了总线型结构的RTU。
通过引入开放式网络总线,将RTU分布在现场的各个模块联系起来。
它有以下几个特点:
利用串行总线可以实现测控模块的就近安装,减少布线;
由于总线的开放性,因而组网灵活,产品标准化程度高可实现方便互联,容易与变电站自动化系统组成一体。
另外,由于变电站内继电保护、监测、控制、计量和事故记录等方面使用基于微处理器的智能电子器件IED(IntelligentElectronicDevice)已越来越广泛,随着智能电子器件IED在变电站中的普遍使用,使用现场总线连接各IED的变电站自动化也就是必然趋势。
只有这样,才能确保变电站自动化系统可以实现不同生产厂家的设备之间地互联以及互操作,给用户带来极大方便。
基于上述原因,具有开放式结构的现场总线在变电站自动化系统领域中正引起人们越来越多的重视,也成功地开发出许多应用产品。
三、课题主要内容
为了解决目前远动终端产品响应速度慢、处理能力差等问题,本文在研究电力系统电力参数指标及测量算法的基础上,介绍一种基于DSP和CAN总线的分布式变电站RTU的设计方案,论文的主要研究内容为:
1.通过研究交流电参量的采样方法,分析电压、电流、频率等电力参数的测量算法。
2.构建远动终端装置(RTU)系统的总体方案,包括微处理器的选择,通信方式的实现等。
3.设计RTU系统信号测量模块和通信主控模块的硬件电路,包括电压、电流采集电路、频率测量电路、CAN接口电路等。
4.设计RTU系统的软件部分,实现电力系统现场参数的测量。
最后对全文所做工作进行总结,并对某些尚未解决的问题和今后的研究方向提出进一步的研究建议。
具体研究方法如下:
1.通过对电力系统交流电参量采样方法的讨论,运用快速傅里叶变换(FFT)算法,计算了电压、电流、频率、功率以及功率因数等电力参数;
2.对信号测量模块电压和电流采集电路、锁相环同步及频率采样电路和开关量与脉冲量的采集电路进行设计,实现对各种现场信号的采集,并把信号转换成相应的电参量显示出来;
3.引入复杂可编程逻辑器件(CPLD)来完成对各个电路模块的逻辑控制,把外围数字电路集成到一块芯片上,以降低系统外部连线的复杂程度,提高系统的集成化程度和可编程性;
4.进行A/D转换模块、频率测量模块、CAN接口模块、人机接口模块的软件程序框图设计。
具体设计、研究步骤如下:
1.研究设计对象。
这一步是系统设计的基础。
设计前应熟悉远动终端的相关资料,详细了解其实现的功能以及各相关单元所实现的功能等。
2.与硬件有关的设计。
(1)确定系统元件(如CPU、总线、RAM、EPROM、定时器/记数器、中断控制器、串行通信接口等)的型号。
(2)画硬件接线图。
给输入/输出信号分配好元件号,设计出RTU的硬件结构图。
3.与软件有关的设计
根据总体要求的具体情况,确定用户程序的基本结构,设计出主控程序和各子程序。
毕业设计(论文)开题报告
指导教师意见:
1.对“文献综述”的评语:
2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:
指导教师:
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