电力系统远动 第二版 柳永智.docx

电力系统远动 第二版 柳永智.docx

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电力系统远动第二版柳永智

第一章概述

1.什么是远动？

什么是远动系统？

其主要由哪几部分组成？

主要作用和功能是什么？

答：

1）远动的含义：

利用远程通信技术进行信息传输，实现对远方运行设备的监视和控制。

2）远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，它包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能。

3）构成远动系统的设备包括厂站端远动装置、调度端远动装置和远动信道。

4）远动系统主要功能：

“四遥“功能、调度事务管理功能、运行数据归档及统计报表功能、用户画面显示功能、数据打印及画面拷贝功能、大屏幕投影显示功能、模拟培训功能、口令级别设置功能、报警功能、系统维护\修改\扩展功能、系统时钟同步功能、自检功能、通道自动/手切切换功能、复示功能、其它功能。

2.“四遥”的功能是什么？

答：

遥测即远程测量：

应用远程通信技术，传输被测变量的值。

遥信即远程指示：

对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。

遥控即远程命令：

应用远程通信技术，使运行设备的状态产生变化。

遥调即远程调节：

对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。

3.电力系统调度中心的任务是什么？

答：

电力系统调度中心的任务，一是合理地调度所属各发电厂的出力，制定运行方式，从而保证电力系统的正常运行，安全经济地向用户提供满足质量要求的电能；二是在电力系统发生故障时，迅速排除故障，尽快回复电力系统的正常运行。

4.远动信息的内容

答：

上行信息：

遥测信息发送发电厂、变电所的各种运行参数，它分为电量（电压、电流、频率、有功、无功等）和非电量（温度、水位等）。

遥信信息包括发电厂、变电所中断路器和隔离开关的合闸或分闸状态，主要设备的保护继电器动作状态，自动装置的动作状态，以及一些运行状态信号。

遥信信息所涉及的对象只有两种状态。

遥信信息通常由运行设备的辅助接点提供。

下行信息：

遥控信息传送改变运行设备状态的命令。

（必须进行返送校核）

遥调信息传送改变运行设备参数的命令。

5.远动信息的传输模式

答：

1）循环数字传输模式（CDT方式）

厂站端将要发送的远动信息按规约的规定组成各种帧，再编排帧的顺序，一帧一帧地循环向调度端传送。

信息的传送是周期性的、周而复始的，发端不顾及收端的需要，也不要求收端给以回答。

这种传输模式对信道质量的要求较低。

2）问答传输模式（polling方式）

调度端与被控端采用一问一答的方式进行通讯，按需传送。

调度端需要主动向被控端发送查询报文，被控端按调度端的查询要求发送回答报文。

要保证调度端发问后收到正确的回答，对信道质量要求较高，且必须保证有上下信道。

6.常用远动信道

答：

专用有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道等

7.调度中心——主站——前置机

厂站——子站——远方终端RTU

8.远动系统配置的基本模式及其特点

答：

1）点对点配置。

主站与子站之间通过专用的传输链路相连接的一种配置。

2）多路点对点配置。

控制中心或主站，通过各自链路与多个子站相连的一种配置，主站与各子站可同时交换数据。

3）多点星形配置。

控制中心或主站与多个子站相连的一种配置。

任何时刻只允许一个子站传输数据到主站；主站可选择一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时传输全局性报文。

4）多点共线配置。

控制中心或主站通过一公共链路与多个子站相连的一种配置。

任何时刻只允许一个子站传输数据到主站；主站可选择一个或多个子站传输数据，也可向全部子站同时传输全局性报文。

5）多点环形配置。

所有主站之间的通信链路形成环形，控制中心或主站可以通过两条不同的路径与每一子站通信。

以上五种配置中，多点共线配置可以节省通信链路，但远动信息的传输只能采用问答式传输模式。

多点环形配置使主站和子站之间有两条通信链路，可以提高传输的可靠性。

第二章远动信息传输规约

1.数字通信系统模型

1）信息源的作用是把消息转换成信号输出。

信息源的输出或是连续变化的模拟信号，或是离散的数字信号，用s表示。

2）信源编码可以对信息源发出的模拟信号完成模/数转换得到对应的数字信号，然后对其进行编码，输出得到一串离散的数字信息序列m（序列中每一位0或1称为一位码元）。

信源编码除完成模拟信号数字化外，主要任务是提高数字信号传输的有效性。

3）信道编码的作用是按一定的规则，在信息序列m中添加一些冗余码元，将信息序列m变成较原来更长的二进制数字序列c（码字）。

因为信源编码产生的信息序列m不具有抗干扰能力，所以通过信道编码是为了提高信息序列m的抗干扰能力。

信道编码也称差错控制编码。

4）调制的作用是将用数字序列表示的码字c变换成适合在信道中传输的信号形式，送入信道。

5）信道是传输信号的通道。

6）解调。

7）信道译码。

8）信源译码。

码字在信道中传送时受干扰的情况可以用错误图样描述。

错误图样用一串二进制数字序列表示，序列的长度与发送码字相同。

凡是发送码字在信道中受到干扰的码元，在错误图样对应位置上表示为“1”；未受到干扰的码元，在错误图样的对应位置上表示为“0”。

2.通信方式

答：

单工通信、半双工通信、全双工通信

3.比特率与波特率

答：

码元传输速率被定义为每秒传送码元的数目，单位为波特（Bd）。

信息传输速率被定义为每秒钟传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），是比特传送的速率，称比特率。

远动系统中每个码元都取二进制符号时，每个码元的信息量为1bit，因此每秒钟传送的码元数和每秒钟传送的信息量在数值上相等。

换句话说，其比特率与波特率在数值上相等。

4.异步通信与同步通信的区别

答：

串行通信中，有两种最基本的通信方式：

异步通信和同步通信。

1）异步通信按字符传送，每个字符以起始位开始，以停止位结束。

异步通信中每个字符的起始位都起到对该字符的位同步作用，使频率的漂移不会积累，但由于每个字符需多占用2-3位开销，使异步通信的传输效率降低。

异步通信时，收发双方必须设置相同的字符格式。

2）同步通信以同步字符作为传送开始，字符与字符之间不允许有空隙，当线路空闲或没有字符可发时，发送同步字符。

同步通信时，收发双方必须设置相同的同步字符，另外收发双方必须保证有同步的时钟，由它们分别控制信号的发送和接收。

5.关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等的约定称为规约或协议。

6.循环式远动规约（CDT）P16

答：

1）帧结构：

同步字（EB90H/D709H）、控制字、信息字1、信息字2…信息字n[每个字都由48位二进制数/6字节组成]

2）控制字组成：

控制字节、帧类别、信息字数n、源站址、目的站址、校验码

3）信息字组成：

功能码、信息数据（4字节）、校验码

4）帧种类：

A帧、B帧、C帧、D帧（D1帧、D2帧）、E帧

7.问答式传输规约（polling）P20

答：

1）报文（polling方式下的下行命令或上行数据）

2）数据的类型分为模拟量、状态量、状态变化量（即变位遥信）、时标量（即时间顺序记录）等。

3）数据的类别指数据或信息依其不同扫描周期划分为0，1，2，3，4，5，6，7类。

时标量定义为类别8。

4）RTU与前置机之间采用异步通信方式，字符格式是：

一位起始位，一位停止位，无奇偶校验位，每个字符八位数据位。

5）报文格式：

报文格式1、报文格式2、报文格式3

A报文格式1（主站向子站询问）

第一字节RTU地址：

00H-FEH（单播命令）/FFH（广播命令）

第二字节报文类型：

05H（类别询问报文）/1AH（重复询问报文）

最后一字节为校验码

B报文格式2（子站向主站回答正确或否定确认）

第一字节RTU地址

第二字节报文类型：

06H（确认报文）/15H（否定确认报文）

这种报文不带校验字节。

C报文格式3（传送上行或下行数据）

第一字节RTU地址

第二字节报文类型（只用低六位）

最后两字节为校验码。

6）主站与子站间的问答过程

第三章远动信息的信道编码

1.信道编码的基本思想

答：

为了使要传送的信息有较好的抗干扰能力，在信息进入信道之前通过信道编码对它加以改造，得到码字。

使码字的内部结构具有一定的规律性和相关性，以致在干扰破坏了码字的部分结构时，仍能根据码字原有的内在规律性和相关性，发现甚至纠正错误，达到恢复原来信息的目的。

2.什么是最大似然译码？

答：

最大似然译码就是把接收到的码字与信道编码时可能输出的2k个码字比较，看它与哪个码字最相似，并将这个最相似的码字作为正确的接收码字。

3.码距、最小码距、码重

答：

码距：

两个同样长度（码元位数都为n）的码字之间，对应码位上不相同码元的数目，称为这两个码字之间的汉名码距，简称码距。

最小码距：

把所有可能的码字对之间码距的最小值称为这个码字集合的最小距离，即最小码距。

码重：

码字中非零码的个数称为汉明重量，简称码重。

4.最小码距与最小码重的关系？

与最大似然译码的关系？

答：

一个线性分组码的最小距离等于它的非零码字的最小重量。

根据码距的定义可知，两码字的码距越小则越相似。

所以最大似然译码可以用计算码距的办法来实现：

计算接收到的码字与发端可能发来的所有码字之间的码距，它与哪个发送码字的码距最小，则判断接收码字就是这个发送码字。

5.对最小距离为dmin的码，它能纠正的码字中的错误个数t和能检出的码字中的错误个数l满足如下关系

增大一种码的最小距离，可以提高这种码的检错和纠错能力。

6.什么是线性分组码？

答：

当分组码满足每个码字中的每一位校验码元，都是本码字中某些位信息码元的线性模2和时，这个分组码为线性分组码。

7.循环码（n,k）的编译码原理P39

非系统循环码：

系统循环码：

8.如何缩短循环码？

P43

9.什么是伴随式？

答：

用接收到的码字R（x）除以生成多项式g（x）时，如果商式为p（x），余式为s（x），则有R（x）=p（x）g（x）+s（x），多项式s（x）成为接收码字R（x）的伴随式。

10.系统循环码校验：

软件表算法IP49

第四章远动信息的时序及同步

1.远动信息在远动信道上的传输采用时分多路制；微机远动装置中，远动信息通过串行接口电路发送和接收。

CDT规约中，8位码元构成一个字节，6个字节构成一个码字，多个码字构成一帧。

polling规约中，多个字节构成一个报文。

2.远动信息同步的必要性

答：

接收端对接收到的信息内容的识别，完全按照规约规定的帧结构、码字结构，再对照本端的码字计数器、字节计数器的计数值进行判断。

这就要求收发两端码字计数器和字节计数器的计数值一致，并且使接收时钟的相位与发送时钟的相位差不超过允许值，即保证远动装置的同步，只有这样，才能保证接收端对接收信息识别的正确性。

3.远动装置中实现同步的方法有帧同步和位同步两种。

1）帧同步

接收端从接收信息中检测到正确的同步码字后，将接收端的码字计数器和字节计数器置成与发送端相同的计数状态，这种同步方式叫帧同步。

[为什么要进行帧同步]

帧同步是实现在接收端正确识别帧的起始的方法，对每一帧的同步码字的检出是接收端完成信息接收的前提条件。

（部颁CDT规约中规定的同步字是按它在通道中的传送顺序为三组EB90H来取值。

因为EB90H具有较好的自相关特性，且三组EB09H构成的同步字正好48位，与信息字的位数相等，处理较为方便。

串行接口电路向信道传送信息时，一个字节一个字节地进行。

对每一个字节首先传送字节中的低位，最后传送字节的高位。

为了保证同步字在通道中的传送顺序为三组EB09H，写入串口的同步字应该是三组D709H。

）

2）位同步

位同步是指收发两端的位相位一致，即码元和码元的起止时刻对齐。

[为什么要进行位同步]

由于发端的发送时钟和收端的接收时钟之间有一定频率误差，由它产生的码元相位差即位的相位差，在一帧信息的接收过程中将一位一位地逐步累积。

若不及时消除这种位相差，接收进行到一定的时间后，累积的位相差会使收发两端错位，导致收端进入失步状态。

因此要保证收发两端同步工作，不仅需要帧同步，还要有位同步措施。

（接收端可以在接收信息的过程中，以接收到的信息相位为基准，不断调整收端接收时钟的相位，减少收发两端的相位差，从而不至于出现因位相差的积累而失步的现象。

这就是用数字锁相实现位同步的原理。

）

4.漏同步和假同步

答：

当同步字在信道中受到干扰，使其中某些码元发生变位，致使收端检测不出同步字时，称为漏同步。

当接收到的信息序列中，出现与同步字相同的码序列时，在对同步字检测时会把它预判为同步字，造成假同步。

5.什么时候会出现位同步的反校？

答：

收发两端发送时钟和接收时钟的相位差

时，数字锁相电路在工作过程中，通过相位调整，会使两者的相位差继续增加，直到

，造成两端时序错一位（滑步），这种情况称为反校。

（当出现这种情况时，只能借助帧同步措施很快发现并加以纠正。

）

第五章远动信息的信源编码

1.哪些接点提供遥信信息？

答：

遥信信息通常由电力设备的辅助接点提供，辅助接点的开合直接反映出该设备的工作状态。

提供给远动装置的辅助接点大多为无源接点，即空接点，这种接点无论在“开”状态还是“合”状态下，接点两端均无电位差。

另一类辅助接点则是有源接点。

2.提高遥信信息可靠性措施

答：

1）在硬件方面首先要保证强电系统和弱电系统的信号隔离，通常采用继电器隔离和光电耦合器隔离。

2）在软件方面必须多次读取状态，以其每次读取均相同的状态作为遥信状态，这样才能保证遥信信息的正确性和可靠性。

3.什么是时间顺序记录？

什么是事件分辨率？

答：

（事件指的是运行设备状态的变化。

）

事件顺序记录是指开关或继电保护动作时，按动作的时间先后顺序进行的记录。

事件分辨率指能正确区分事件发生顺序的最小时间间隔。

4.如何实现统一全网时钟（即对时过程）？

答：

1）主站向RTU发送设置时钟的命令，RTU接收后修改RTU的实时时钟

2）主站再向RTU发送召唤时钟命令，RTU收到上述命令后插入返送两个信息字，即RTU时钟和等待时间

3）主站收到返送的信息后，计算出RTU的时钟校正值，向RTU发出设置时钟校正值命令

4）RTU收到校正值后修改RTU的实时时钟

5.模/数转换原理、特点及优缺点

答：

逐位比较式A/D转换

双积分式A/D转换

并行比较式A/D转换

电荷平衡式A/D转换

原理

把待转换的直流模拟电压与一组呈二进制关系的标准电压一位一位由高至低逐位进行比较，决定每位是去码（0）还是留码

（1），从而实现模拟电压到二进制数码的转换（二分搜索法）

采用U/T（电压/时间）的转换方式。

三个阶段：

采样阶段、回积阶段、复零阶段

直接比较，编码输出

（2n-n编码输出）

采用U/f转换方式。

反充电-充电，输出频率变化的矩形波

结果

（输入积分）

（输入积分）

优缺点

转换速度比较快，应用于中高速检测场合

转换精度高、抑制干扰能力强、造价低，但转换速度低

转换速率极高（最快），但电路组成复杂、集成度高、价格昂贵

具有很强抗干扰能力，良好的精度和线性度

6.什么是数字滤波？

答：

数字滤波就是在计算机中用一定的计算方法对输入信号的量化数据进行数学处理，减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。

一阶递归滤波

polling中建议采用

限幅滤波

对滤去脉冲性干扰十分有效

算术平均滤波

可以有效地消除随机误差，对周期性等振幅干扰也有较明显的滤波效果；但输出刷新周期变长、实时性降低

递推平均滤波

去除最大值和最小值再求平均

中位值滤波

排序后取中值

7.什么是死区计算？

答：

死区计算是对连续变化的模拟量规定一个较小的变化范围。

当模拟量在这个规定的范围内变化时，认为该模拟量没有变化，这个期间模拟量的值用原值表示，这个规定的范围称为死区。

当模拟量连续变化超出死区时，则以此刻的模拟量值代替旧值，并以此值为中心再设死区。

因此，死区计算实际上是降低模拟量变化灵敏度的一种方法。

（遥测过程中，如果将微小的变化不停地送往调度中心，会增加各个环节的负担，同时对调度运行人员观测运行状态也无益。

）

8.压缩因子

答：

在我国问答式规约（试行）中，提供了死区计算的途径，死区以压缩因子的形式来表示，用压缩因子来规定模拟量的变化范围。

9.什么是越限比较？

答：

对每一个运行参数量用上限值和下限值来规定其允许的运行范围，用这些量的实时运行值与其限值作比较，一旦发现某一量超出允许范围即判为越限，可能是越上限或越下限。

这时，一方面要对这一量置越限标志，另一方面要发出信号（如报警、改变遥测量的显示颜色等），这一功能成为越限比较。

（越限比较常设在调度端）

10.什么是标度变换和二-十转换

答：

标度变换又称为乘系数，是将A/D转换结果的无量纲数字量还原成有量纲的实际值的换算方法。

标度变换后的数据已经代表了遥测量的实际值，但此数据是以二进制数表示的，在某些场合还希望转换成十进制数就需要进行二-十转换。

（可在RTU也可在调度端完成）

11.什么是事故追忆？

答：

电力系统在其运行过程中随时可能发生事故，因此在对电力系统运行监测时，希望把事故发生前后的一段时间内遥测数据的变化情况保存下来，为今后的事故分析提供原始依据，这就是事故追忆功能。

12.主站在读取各RTU的电能量的过程中，如何保证电能脉冲计数值是同一时刻的值？

答：

为保证在主站查询RTU的电能量以及RTU上送电能量时，电能脉冲计数值不变且是同一时刻的值，在读取之前主站需向RTU发送电能冻结命令（可以是广播命令），RTU收到冻结命令后，立即将各脉冲计数单元的数据取出并存入某一缓冲区，作为主站读数据的数据区，主站查询完电能量后，再发送解冻命令，电能量查询过程结束。

13.遥控输出方式

答：

遥控输出提供的是空触点，将这对空触点串入某一回路，其作用类似于一个开关，只是其接通和断开的状态受RTU输出信号的控制。

14.循环式远动规约中遥控全过程及其步骤

答：

第一步，主站向子站发送遥控选择命令；

第二步，子站向主站返送遥控反校信息；

第三步，根据实现情况，主站向子站下达遥控执行命令或遥控撤消命令；

（[何时遥控撤消]调度端在发出遥控选择命令后，超时未收到遥控反校信息字，则本次命令自动撤消。

另外，如果遥控过程中遇到有变位遥信，则本次命令也自动撤消，并通过子站工作状态返回信息。

）

第四步，如果是遥控执行则RTU改变遥控输出状态，如果是遥控撤消则遥控状态保持不变。

15.问答式远动规约中遥控的实现过程

答：

第一步，由主站向RTU发送一个遥控对象、性质的选择命令报文；

第二步，由RTU向主站返送一个返送校核码的报文；

第三步，主站向RTU发送一个执行命令；

第四步，RTU向主站报告一个正确接收的确认信号；

第五步，主站向RTU发送询问报文。

16.遥调的正增值/负增值脉冲调节方式的过程

答：

以可控硅自动励磁调节装置为例。

在开环运行时，可用正增值/负增值脉冲方式实现遥调。

若欲使端电压升高，可由RTU输出一正增值脉冲的遥调信号，该信号使脉冲电压ug前移，可控硅的控制角α减小，整流桥输出电压升高，发电机励磁增大，最终使端电压升高。

同样，若欲使端电压下降，则遥调输出负增值脉冲，该脉冲使可控硅的控制角增大，励磁减小，发电机端电压下降。

17.什么是升降命令？

其实现过程？

答：

升降命令是与正增值/负增值脉冲调节方式的调节装置接口对应的遥调命令。

升降命令的实现过程：

第一步，主站向子站发送升降选择命令；

第二步，子站向主站返送升降反校信息；

第三步，主站向子站下达升降执行命令或升降撤消命令；

第四步，子站根据主站下达的命令执行或不执行升降操作。

第六章电量变送器

1.电量变送器的类型：

电流变送器、电压变送器、有功功率变送器、无功功率变送器、频率变送器、有供电能变送器、无功电能变送器等。

2.三相功率测量原理

答：

1）三相有功功率测量

三元件法

二元件法

三相四线制

三相三线制

三相三线制

P=P1+P2+P3

不管三相电压是否对称，也不管三相电流是否平衡，其结果总是正确的

正确反映三相有功功率

二元件法测得的有功功率，无论负载电压、电流对称与否，均不会产生测量误差

2）三相无功功率测量

采用移相方法，则测量结果与上表一致

不采用移相方法

一元件跨相90°

二元件跨相90°

三元件跨相90°

测量结果

三相

测量结果

三相

测量结果

三相

当三相电路完全对称时，三相无功功率等于一元件跨相90°法测量结果的

。

若不是完全三相对称电路，则此法将产生误差。

仅适用三相完全对称电路

仅当三相电路的电压对称或电流对称时成立，适用于三相简单不对称电路中的三相无功功率的测量

3.什么是直流采样和交流采样？

答：

直流采样是将直流的电压信号经模/数转换后得到数字量，数字量的值与直流信号的大小成正比。

交流采样是将连续的周期信号离散化，用一定的算法对离散时间信号进行分析，计算出所需的信息。

（交流采样的工作：

直接对交流电压、电流进行采样，用软件完成各类电量变送器的功能，从而获得全部电量信息。

）

4.交流采样算法的特点及优缺点

答：

交流采样算法的数据基础是离散时间数据。

时域分析法

频域分析法

积分算法

二点法

傅里叶变换法

定义

积分算法，又称均方根算法，是将连续函数的积分运算用离散的函数值构成的阶梯波的面积代替。

二点算法是依据正弦交流电压、电流量两点瞬时值的关系，推出电压、电流有效值，相角差以及有功功率、无功功率、功率因数。

频域分析法主要是利用傅里叶变化，对非正弦信号的各次谐波分量进行分析。

特点

采样次数N

信号中所含最高谐波次数M

奈奎斯特采样频率定义

N≥2M+1

Q的方向计算比较复杂

对于非正弦信号虽然在计算结果中包含了谐波成分但不能分析出各次谐波分量。

由于二点算法是基于标准正弦信号提取特征量的，因此当信号中含有谐波分量时将引起测量误差。

只有当采样频率fs至少是原信号中最高频率fc的2倍以上时，才能正确的表达原信号的信息。

通常将采样频率的一半fs/2称为奈奎斯特频率。

5.什么是插值法？

有何应用？

答：

插值法是将定积分用分段定积分累加和替代，每一分段函数用已知的离散数据构成的插值函数表示。

把插值法应用到交流采样中，可以不增加采样点就可以使计算结果的精度大大提高，其效果如同增加了采样点数。

常用的有线性插值和抛物线插值两种。

第七章远动信息的传输

1.什么是调制信道和编码信道？

答：

广义信道对模拟通信系统是指从调制器输出端到解调器输入端之间的所有设备以及传输媒质。

对数字通信系统是指从调制器输入端到解调器输出端之间的所有设备以及传输媒质。

前者也称作调制信道，它传输模拟信号。

后者也称编码信道，它传输数字信号。

2.数字调制方式？

答：

振幅键控（ASK）

移频键控（FSK）

移相键控（PSK）：

绝对移相和相对移相

3.信号的带宽

答：

信号的带宽是指信号的能量（或功率）主要集中的频率范围。