电力综自技术讲座Word文档下载推荐.docx
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法国：
阿尔斯通
日本：
三菱电气、关西
1975年，日本关西、三菱公司开始研究，1979年12月SDCS-1在那须其竹克里变电站投运。
1985年西门子公司德LSA67B在德国汉诺威投运。
国内主要有：
北京四方：
CSC2000
南京南瑞集团：
BSJ-2200
南瑞继保：
RCS-9000
国电南自：
PS6000
许继集团：
CBZ-8000
烟台东方电子：
DF3000
北京德威特：
DVPS-600
湖南主要有：
华能自控：
MTC-3
湖南紫光：
DCAP3000
湘能许继
1987年由清华大学电机工程系研制的我国第一套变电站综合自动化系统在山东威海的望岛变电站（35KV城市变）投运。
90年代我国的变电站综合自动化蓬勃发展。
目前技术已比较成熟。
2变电站综合自动化体系的发展过程
集中式控制系统（CCS——ConcentratedControlSystem）：
利用主控室计算机集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护及一些自动控制等（并非是指由一台计算机来完成所有这些功能，一般是由多台计算机来完成）。
集散式控制系统（DCS——DistributedControlSystem）：
把整套综合自动化系统按照不同功能组成多个屏柜，这些屏柜一般集中安装在主控室中，由监控主机集中对各屏柜进行管理，然后通过通讯接口与调度联系。
基于现场总线的分层分布式控制系统（FCS——FieldbusControlSystem）：
分层是指功能上的分层，一般分为间隔层、（网络层）、站控层；
分布是指地理空间上的分布。
间隔层按变电站的元件间隔进行设计，将一个元件间隔（如某断路器间隔）的数据采集、保护、测控等功能由一个或多个安装在元件柜上或元件间隔附近的智能化测控单元IED（Intelligentelectronicdevice）完成，各智能测控单元由现场总线相连，并由连接在现场总线上的通信管理主机连接到站控层，站控层由网络总线连接各工作站并由调度通讯站负责与调度通信。
发展趋势：
（1）、功能分散→单元分散
（2）、集中控制→分布式网络
（3）、少功能→多功能（测量、监控、保护一体化，微机保护与故障录波合二为一，电压、无功综合控制，操作闭锁（五防：
带负荷拉、合刀闸，误入带电间隔，误分、合开关，带电挂接地线，带地线合刀闸））
（4）、测量数据各自为政→测量数据完全共享
（5）、电磁传感→光电传感
（6）、趋于规范化、标准化（国际IEC60870-5；
国内DL/T634-1997、DL/T667-1999、DL/T719-2000）
3目前变电站综合自动化系统的结构
数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类：
智能化的一次设备
网络化的二次设备
在逻辑结构上可分为三个层次：
“过程层”、“间隔层”、“站控层”。
各层次内部及层次之间采用高速网络通信。
1、过程层
过程层是一次设备与二次设备的结合面。
主要功能分三类：
*电力运行的实时电气量检测。
*运行设备的状态参数在线检测与统计。
*操作控制的执行与驱动（执行与驱动包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制等）。
2、间隔层
间隔层设备的主要功能是：
*汇总本间隔过程层实时数据信息。
*实施对一次设备保护控制功能。
*实施本间隔操作闭锁功能。
*实施操作同期及其他控制功能。
*对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制。
*承上启下（上、下层之间）的高速双口全双工工作方式的通信功能。
3、站控层
站控层的主要任务是：
*通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库。
*按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心。
*接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行。
*具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能。
*具有（或备有）站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能。
*具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能。
*具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能。
4目前变电站综合自动化系统中的网络选型
网络系统是数字化变电站自动化系统的命脉，它的可靠性与信息传输的快速性决定了系统的可用性。
其中网络的适应性是最基本的条件，网络通信速度的提高和合适的通信协议的制定是关键技术。
网络所选用的一般方式有：
*RS485接口（有主站、从站之分，主站存在瓶颈现象；
无统一标准）
*局部操作网Lonworks（Localoperatingsystem）
*控制局域网CAN（ControllerAreaNetwork）
*现场总线基金会网FF（FieldsFoundations）
*局域网LAN：
以太网（ethernet）等
目前以太网异军突起，已经进入工业自动化过程控制领域，有进入间隔层而取代现场总线的趋势。
基于TCP/IP协议（传输控制协议/网际协议），速率达到100MHz的嵌入式以太网控制与接口芯片已大量出现，数字化变电站自动化系统的两级网络全部采用100MHz以太网技术是可行的。
5数字化变电站综合自动化系统发展的新技术
1、智能化的一次设备（一次设备的智能检测及控制与设备的一体化）
2、网络化的二次设备
3、分层分布式系统结构（尤其是以太网的应用）
4、自动化的运行管理系统
5、数字式视频图象监视技术
6、状态检测与故障诊断技术
7、光纤通讯技术的应用
8、光电互感器（OCT——opticalcurrenttransducer、OVT——opticalvoltagetransducer）的应用
9、电能质量在线检测技术
10、新硬件技术的应用（如32位微处理芯片、数据采集芯片DSP、高速高精度的A/D、FLASH闪存等）
11、软件新算法应用（如小波算法用于微机保护、故障定位、设备状态监视与故障诊断、谐波检测；
模糊数学用于同期装置的均频控制、机组振动及故障诊断；
神经网络用于解决非线性复杂系统的控制等）
6数字化变电站自动化系统发展中的主要问题
1、研究开发过程中专业协作需要加强，比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关。
2、材料器件方面的缺陷及改进。
3、试验设备、测试方法、检验标准，特别是EMC（电磁兼容）控制与试验还是薄弱环节。
第三篇微机保护介绍
（在变电站综合自动化中，微机保护是其中最重要的一部分。
）
1微机保护概述
1.1微机保护的发展
一、微机保护发展概况
1、国外：
20世纪60年代开始研究，由英、澳、美等国学者倡导，由于当时技术、经济等条件的限制，仅在计算方法和程序结构等方面进行了理论探索，然而却为微机保护的发展奠定了理论基础。
70年代初期，计算机技术出现重大突破，以微处理器为核心的微机进入实用阶段，从而带来了微机保护的研究高潮，70年代中、后期出现了比较完善的微机保护样机，并在电力系统中投运。
80年代微机保护的硬件及软件技术日趋成熟，并在少数发达国家推广应用。
90年代微机保护已开始在电力系统中得到广泛应用。
2、国内：
70年代末开始研究，80年代投运，90年代推广
*华北电力学院研制的第一套MDP-1线路微机保护装置于1984年在河北马头电厂投运。
*东南大学与华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护及发电机-变压器组保护相继于1989年、1994年通过鉴定并投运。
*南京自动化研究院研制的微机线路保护装置于1991年通过鉴定并投运
*天津大学与南京自动化设备厂研制的微机相电压补偿式方向高频保护于1993年通过鉴定并投运
*西安交通大学与许昌继电器厂研制的正序故障分量方向高频保护于1996年通过鉴定并投运
从90年代至今，微机保护在我国已得到推广应用，不同原理、不同机型的微机保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的微机保护装置。
国内主要的变电站综合自动化（以微机保护为主）生产厂家：
五大厂家：
南京南瑞公司，
南京自动化设备厂，
北京四方公司，
许昌许继集团，
烟台东方电子。
湖南的主要生产厂家：
华能自动化公司，
湖南紫光测控公司等。
湘能许继公司，
二、微机保护硬件的发展历程及趋势
1、第一代：
以“01”型（WXB-01）为代表
特点：
单CPU结构，多路转换的ADC模数变换（12位的AD574）。
2、第二代：
以“11”型（WXH-11及WXB-11）为代表
多个CPU并行工作（多个8位单片机），总线不引出插件，采用VFC模数变换（AD654）。
3、第三代：
以CS系列（北京哈德威四方公司及华北电力大学研制的CSL-101线路保护，CST-200变压器保护）及LFP-900系列（国电南瑞公司即原南京自动化研究所研制）等为代表
采用总线不引出芯片的高性能的不扩展16位单片机或DSP（数字信号处理芯片），采用较先进的网络通信结构技术。
4、硬件发展趋势：
微处理器：
采用高性能的16位或32位单片机，采用DSP芯片，采用工控机（嵌入式处理器，如V40STD；
386EX；
486DX等）
数据采集系统：
VFC压频变换的AD654、VFC110（主要用于微机线路保护）；
无需CPU干预的高速数据采集芯片如AD7874、MAX125/126等（主要用于微机元件保护）。
网络通讯：
通讯端口有RS232、RS485、以太网总线接口、Lonworks网总线接口、Can网总线接口等。
三、微机保护软件的发展趋势
1、新型算法：
最小二乘法；
卡尔曼滤波算法；
故障分量算法；
自适应算法等
2、人工智能的运用：
人工神经网络（ANN）；
模糊理论；
遗传算法（BP）等
3、小波理论的运用（在时域和频域皆具有良好的局部化分析能力，用于处理局部突变信号）
4、全球定位系统GPS的运用等
总之，目前继电保护技术正朝着计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量、信号、数据通信一体化的方向快速发展。
1.2微机保护的特点
1、可靠性高（元器件运行稳定，不易损坏；
具有在线自检、巡检功能）
2、易于获得各种附加功能（如事故记录、事故追忆、故障录波、故障测距等）
3、保护动作特性和性能得到改善（引入新理论、新算法、新技术。
如承受过渡电阻能力的改善、区分振荡与故障能力的提高、降低衰减非周期分量的影响、变压器励磁涌流的鉴别、故障分量保护、自适应保护、状态预测、小波变换应用、模糊控制、神经网络应用等）
4、使用灵活、方便（人机界面友好，维护调试方便，硬件趋于统一，易于通过整定和设置软件改变特性）
5、硬件工艺结构条件优越（硬件通用性好，体积小，功耗低，性价比高）
6、具有通讯功能（可远方监控，易于实现综合自动化和网络化）
1.3微机保护新技术的应用简介
一、信息融合技术的应用
1、信息融合的基本概念
信息融合的基本原理与人脑综合处理信息的过程类似，人类可以通过多种感觉所获得的信息来准确地识别环境或物体的状态，并引导他们的下一步运动或动作。
即使这些信息含有一定的不确定性、矛盾或错误的成分，人们也可以将各种感觉信息综合起来，并使这些信息相互补充、印证，做出合理的判断和决策。
而信息融合技术正是充分利用多个传感器资源，把大量在空间上和时间上冗余或互补的信息依据某些准则来进行综合处理，以实现对处理对象获得更全面、更可靠的综合信息，从而进行合理的判断、估计与决策。
2、模糊理论概述
（1）模糊隶属函数
在现代信息融合技术中普遍应用了人工智能的方法，而模糊理论是人工智能领域中的一个重要分支（另一重要分支为神经网络）。
模糊集合理论是将经典集合理论模糊化，并引入语言变量和近似推理的模糊逻辑，是具有完整推理体系的一种智能技术。
模糊集合理论中引入了”隶属函数”这个概念来描述差异的中间过渡，这是精确性对模糊性的一种逼近。
模糊数学将二值逻辑{0,1}，推广至可取[0,1]闭区间内任意值的无穷多值连续逻辑，因此必须把特征函数作适当的推广而得到隶属函数，它属于区间[0,1]。
隶属函数的确定可采用模糊统计法、二元对比排序法、模糊分布法等。
常见的模糊分布有矩形分布、梯形分布、抛物线分布、Γ形分布、S形分布、正态分布等。
其中每种分布又分为偏小型、中间型、偏大型。
以偏大型梯形分布为例：
μ=
（2）模糊理论的主要应用
*模糊聚类分析
是将多个研究对象按性质上的亲疏关系进行分类，由于类与类之间往往无清晰界限，因此在聚类分析中引进模糊技术，这样就形成了模糊聚类分析。
模糊聚类分析首先对原始数据矩阵进行标准化预处理变换（例如采用中心——标准化、极差化、指标单位调整等措施），然后利用某些方法（如：
相似系数法、距离法、主观评分法等）建立模糊相似关系矩阵，再采用相应方法（如：
传递闭包法、布尔矩阵法、直接聚类法、最大树法、编网法等）进行聚类。
由于模糊聚类分析是动态的，即选取不同的阈值λ可获得不同的分类，因此，用F检验方法可刷掉一些不够格的类，使分类变得较为清晰，即在一个合理的显著性水平下，获得较为合理的分类。
*模糊模型识别
是识别某个具体对象属于预先存在的标准模型库中的哪类标准模型，由于标准模型往往带有模糊性且被识别对象也可能存在模糊性，因此采用模糊模型识别是必要的。
模糊模型识别与模糊聚类分析的主要区别在于模糊模型识别预先需要有标准模型库。
模糊模型识别原则包括最大隶属原则和贴近度择近原则。
*模糊综合评判
是综合决策的一种数学工具，它对事物根据多种因素（或多个评判者）按照评语分别给出的评判结果进行综合评判，从而得出一个综合评判结果。
在对某事物进行决策时，由于各种因素的评判受到人的主观因素影响，而且评语本身常常是具有模糊性的，因此综合决断结果应当是评语的一个模糊集合。
3、小电流接地选线多种方法综合的模糊处理与决策
对选线结果进行综合评判时，多种方法作为模糊综合评判的多个因素，例如：
零序功率方向法、五次谐波法、相间工频变化量比较法、能量函数法、小波变换法等。
假设5种方法的隶属函数组成的模糊集合为{μ1,μ2,μ3,μ4,μ5}，各方法权重因子组成的模糊子集A={a1,a2,a3,a4,a5}，且
=1，模糊综合决断结果采用如下算法：
b=
图4-5小电流接地选线模糊综合评判模型图
二、小波变换的应用
以小电流接地选线为例，小电流接地系统单相接地时，故障电流由接地点经各线路对地电容及中性点消弧线圈构成接地回路，其中突变的故障暂态信号数值较大，且含有大量的高频分量，而稳态信号的数值相对较小。
因此利用暂态信号作为故障特征量将有利于接地故障的检测。
小波分析可对信号进行精确分析，特别是对暂态突变信号和微弱信号的变化较敏感，能可靠地提取出故障特征。
小波变换的定义：
设x（t）为平方可积函数[记作x（t）∈L2（R）]，
（t）是被称为基小波或母小波（motherwavelet）的函数，则：
WTx（a,τ）=
=<
x（t）,
aτ（t）>
其中：
aτ（t）=
是基小波
（t）的位移与尺度伸缩，τ反映位移，a是尺度因子（a>
0）。
在小电流接地选线中应用小波变换时，经分解后得到各尺度（分辨率）上的一系列细节分量。
而较大尺度的低频信号成分代表了故障的暂态过程，能够体现故障特征且幅值较大。
因此，我们可从各尺度细节分量中选出模最大的信号所在的尺度，以该尺度的信息作为选线的数据，在该尺度上模值较大且相位与其他线路的相反，则为故障线路。
三、行波定位技术的应用
在输电线路发生故障时,故障产生的电压、电流行波（下文以电流行波为例）在故障点及母线之间来回反射。
装设于母线处的测距装置接入来自电流互感器二次侧的暂态行波信号,使用高通滤波器滤出行波波头脉冲,形成如图1所示的电流行波波形。
由于母线阻抗一般低于线路波阻抗,电流行波在母线与故障点都是产生正反射,故障点反射波与故障初始行波同极性。
母线处感受到的故障初始行波脉冲与由故障点反射回来的行波脉冲之间的时间差Δt对应行波在母线与故障点之间往返一趟的时间,可以用来计算故障距离。
设线路长度为L，波速度为v，故障初始行波与由故障点反射波到达母线的时间分别为TS1,TS2,则故障距离XS为：
XS=
v·
Δt=
（TS2-TS1）
2微机保护硬件系统及构成原理
2.1微机保护硬件的基本构成
2.2数据采集系统
对模拟量的离散化（量化）
数采系统包括：
模入变换、前置模拟低通滤波、采样及模/数转换
一、模入变换
模入变换回路的主要作用：
电量的大小匹配；
电流量→电压量；
隔离与屏蔽。
二、前置模拟低通滤波（ALF）
采样定理：
为了使信号采样后能够唯一地、不失真地反映原信号，采样频率必须大于原信号最高频率的两倍以上。
即：
fs>
2fc。
由于采样频率有限，为满足采样定理，防止出现频率混叠现象，要求限制输入信号的最高频率分量，故在采样之前必须加前置模拟低通滤波回路（无源或有源）。
三、采样及采样方式
模拟信号f（t）通过采样保持器S/H，每隔采样周期Ts秒采样一次输入信号的即时幅度，并把它暂存在保持电路中供A/D转换使用，经采样得到的信号为离散时间信号。
1、单一通道采样方式
（1）、异步采样（定时采样）——每工频周期N点采样
采样周期恒定Ts=1/fs=常数，采样频率fs=N·
fo
（fo：
工频；
N：
整数）
若实际输入信号的基频偏离工频（f1≠fo）→fs≠N·
f1，出现异步→误差。
（2）、同步采样（跟踪采样）——每基频周期N点采样
采样周期不恒定，使采样频率fs跟踪输入信号基频f1的变化而变化，保持fs=N·
f1。
2、多通道间的采样方式
多个输入，如：
ua,ub,uc,3uo,ia,ib,ic,3io
四、模/数（A/D）转换
1、逐次比较式A/D基本原理
2、VFC式A/D的基本原理
将输入电压变换成一系列频率与输入电压大小成正比的脉冲，用计数器在固定时间内对脉冲个数进行计数，其计数值正比于输入电压。
2.3开关量输入输出系统
（开关量输入）（开关量输出）
2.4通讯接口
CPU与外部的通信方式：
1、异步通信：
以一个数据为一个整体传送，每个数据以相同的帧格式传送：
2、同步通信：
以数据块为一个整体传送，以同步字符使收发双方同步：
用户可选择1个或2个特殊的8位二进制码作为同步字符，控制字符中包含数据块大小等的信息，接收端根据此信息接收数据块。
2.4其他
1、看门狗电路（Watchdog）：
监视程序运行情况，当程序正常时不断发出CLR清除脉冲信号，使脉冲发生器无输出。
当程序受干扰失控后，无法按时发出CLR清除脉冲信号，于是脉冲发生器输出，复位微机系统。
2、逆变电源：
直流→交流→直流
3微机保护算法原理
3.1数字滤波
数字滤波的优点：
滤波精度高；
稳定性及可靠性高；
灵活性高；
便于分时复用。
1、数字滤波器滤波原理：
*以相减数字滤波器为例：
其差分方程y（n）=x（n）-x（n-k）
假设：
x（n）是连续正弦函数信号x（t）的采样值（采样周期为Ts），有：
x（t）=Xm·
Sin（ωt+φx）；
x（n）=Xm·
Sin（ωtn+φx）；
x（n-k）=Xm·
Sin[ω（tn-kTs）+φx]
则：
y（n）=Xm·
Sin（ωtn+φx）-Xm·
=2Xm·
Sin（ωkTs/2）·
Sin[ωtn+φx-（ωkTs/2）+π/2]
可见，针对某一频率ω的正弦输入序列x（n），其输出也为同一频率的正弦序列，只是幅度和相角发生了变化。
其幅频特性（幅度变化的相对值）为：
|H（ω）|=|2Sin（ωkTs/2）|；
相频特性（相角变化）为：
Φ（ω）=（π/2）-（ωkTs/2）
设：
每基频周期N点采样：
fs=1/Ts=N·
f1（f1：
基频）
则幅频特性：
|H（ω）|=|2Sin[k2πf/（2N·
f1）]|=|2Sin（
）|
当
=I（I=0,1,2,…）时，|H（ω）|为0
故可滤除的谐波次数为：
=
·
I
（其中I=0,1,2,…）
适当选择N与k的值，即可滤除相应的谐波。
*相加滤波器：
y（n）=x（n）+x（n-k），幅频特性：
|H（ω）|=|2Cos（kωTs/2）|=|2Cos（
可滤除的谐波次数为：
（I+1/2）（其中I=0,1,2,…）
*积分滤波器：
y（n）=x（n）+x（n-1）+x（n-2）+…+x（n-k），
幅频特性：
|H（ω）|=|Sin[（k+1）ωTs/2]/Sin（ωTs/2）|=|Sin[
]/Sin（
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