远动技术在电力系统中应用的现状与发展修改3.docx
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远动技术在电力系统中应用的现状与发展修改3
题目：
远动技术在电力系统中应用的现状与发展
专业：
电气工程及其自动化
学号：
09923136
姓名：
陈爱军
指导教师：
高波
学习中心：
怀化学习中心
西南交通大学
网络教育学院
2011年9月19日
院系西南交通大学网络教育学院专业电气工程及其自动化
年级学号09923136姓名陈爱军
学习中心怀化学习中心指导教师高波
题目远动技术在电力系统中应用的现状与发展
指导教师
评语
是否同意答辩过程分（满分20）
指导教师（签章）
评阅人
评语
评阅人（签章）
成绩
答辩组组长（签章）
年月日
毕业论文任务书
班级2009级14班学生姓名陈爱军学号09923136
开题日期：
2011年6月20日完成日期：
2011年9月20日
题目远动技术在电力系统中应用的现状与发展
1、本论文的目的、意义本论文旨在研究电力系统远动技术的原理及其实现，远动系统调度端设
计，远动技术应用中的防电磁干扰问题，远动技术在电力系统中的应用及未来发展方向。
远动技术在电力系统自动化建设中起着关键性的作用，电力系统综合自动化建设已经成为趋势，远动技术也必将得到更加广泛和深入的应用，这吸引着更多技术人员加入到远动技术的研究中来。
2、学生应完成的任务阅读相关的资料，进行论文总体设计，完成相关设计图和相关实验，最终完
成论文的写作。
3、论文各部分内容及时间分配：
（共12周）
第一部分熟悉课题，收集整理相关资料（1周）
第二部分系统分析与总体设计（2周）
第三部分实地了解本单位远动系统设备及应用情况（3周）
第四部分详细设计（3周）
第五部分毕业论文文档编写整理（2周）
评阅或答辩（1周）
4、参考文献
详见论文参考文献
备注
指导教师：
年月日
审批人：
年月日
目录
摘要1
第1章绪论1
1.1远动系统的概念1
1.2微机远动系统的意义2
第2章微机远动系统的原理4
2.1微机远动系统的组成4
2.2计算机远动系统的基本组成6
2.3远动系统的分类7
第3章调度端结构的设计9
3.1调度端功能9
3.2调度端硬件的设计9
3.3调度端软件的设计11
3.4系统抗干扰的设计12
3.5变电站抗电磁干扰的设计14
3.6故障自动检测程序15
第4章远动系统存在的问题及未来发展方向19
4.1存在问题19
4.2发展方向21
结论24
致谢25
参考文献26
摘要
远动技术是调度端（监控主站）与各执行端（被控端）之间实现遥控、遥调、遥测、遥信技术的总称。
远动系统主要由调度端、执行端、通信信道组成，在电力系统中得到了广泛的应用。
本文主要设计了调度端的结构（硬件和软件的设计），系统中的抗干扰措施，系统存在的问题以及解决措施等内容。
随着科学技术的发展，远动技术已经形成一门独立的学科。
由于生产过程自动化程度日益提高，人们不断谋求对生产过程，特别是对处于分散状态的生产过程的集中监视、控制和统计管理。
为适应上述目的，远动技术在电力系统、综合自动控制理论、计算机技术和现代通信技术的基础上迅速发展起来。
关键词：
远动系统；调度端；抗干扰；执行端
第1章绪论
1.1远动系统的概念
远动系统（TelecontrolSystem，有时也称为Remote—ControlSystem）在基本设想方面，在应用场合和完成其特定的任务方面都有着繁多的种类，各自有着不同的特征。
有的可能是一个很简单的单一对象控制；有的可能是一个很大的综合系统。
不管怎样，远动系统具有远距离的在人（或者机器）和机器之间交换信息的机能。
为了保证供电系统运行的可靠性和经济性，调度所必须及时地掌握系统的实际运行情况。
所以，从调度工作出发，一方面需要收集信息，要求变电所将断路器的位置信号、事故信号及主要运行参数等能迅速、正确、可靠地反映给调度所；另一方面，调度所切实了解到系统的运行情况并进行判断处理后，应对变电所（包括分区亭和开闭所等）下达命令，去直接操作某些设备或调整某些参量，或去完成实时控制的任务。
为了完成变电所与调度所之间远距离信息的实时自动传输，必须应用远动技术，采用远动装置。
简单地说，远动技术即是调度所与各被控端（包括变电所等）之间实现遥控、遥测、遥信和遥调技术的总称。
由远动装置在调度所和变电所之间充当传送各种信息的桥梁。
其示意图如图l-1所示。
采用远动装置对于监视和控制系统的运行是一个十分有利的工具。
它是实现系统实时调度和进一步实现调度综合自动化的基础。
传统远动装置的主要功能是遥控、遥调、遥测和遥信。
图1-1电气化铁道远动系统
YK-遥控；YX-遥信;YC-遥测；YT-遥调
总之，远动技术已经为国民经济各部门及国防部门所需要。
尽管它的历史不长，但发展速度很快。
最早使用的远动装置是有接点式装置，它的主要元器件是继电器。
随着新型电子器件的出现，以晶体管为主要元件的无接点式远动装置相继出现。
随之而来的是由集成元件构成的全集成电路装置的诞生，上述各型装置都属于布线逻辑装置，它们按预定的要求进至设计，使构成装置的各部分逻辑电路按固定的时间顾序工作，以完成预定的功能。
这些装置属于硬件式的装置，不能随意进行功能的扩展。
为了提高装置的灵活性和可扩性，以适应多种用户的不同需要，人们又研制出了软件化的远动装置。
如初期的微机远动装置，以及目前广泛使用的微型计算机远动装置（简称微机远动）等。
软件化的远动装置和布线逻辑远动装置的主要区别如图1-2所示。
布线逻辑远动装置的逻辑电路中有一套时序电路，由它控制其余逻辑电路按时序工作，从而使输入的待处理信息（如遥信对象的状态量、要发送的遥控命令等）变成处理好的信息（如遥信信号、遥控指令等）。
由于这种装置处理工作全部在逻辑电路中自动进行，要改变处理要求必须重新进行电路设计。
而软件化远动装置除硬件外，还包括软件部分。
整个装置的工作由输入的软件——加工程序控制。
当需要改变处理要求时，只需对程序进行修订。
即使需要增加硬件，由于各部分电路是通过总线相互连结，扩展也很方便。
因此软件化远动装置更具有灵活性和可扩性。
随着微型计算机技术的发展和普及，软件化远动装置中以微机远动装置占绝对优势。
从硬件设计上进行划分，微机远动装置的发展经历了三个阶段：
片级设计；板级或模块级设计；系统级设计。
片级设计是指用户根据自己的要求选用不同类的微处理器片、存贮器片、输入输出片等联成自己的系统。
板级或模块级设计则是直接采用单板机或软硬件结合的多功能集成模块构成用户系统。
系统级设计是直接使用具有完整的硬件和软件结构的微型机系统，适当配置一些接口电路，即可更方便地构成一个满足用户要求的系统。
显而易见，随着徽型计算机生产技术的发展，微机远动装置硬件的设计越趋简单。
图1-2硬件远动装置和软件化远动装置的区别
1.2微机远动系统的意义
远动系统的主要模块：
一是集中监视，，提高安全经济运行水平。
正常状态下实现合理的系统运行方式。
事故时，及时了解事故发生和范围，加快事故处理；二是集中控制，提高劳动生产率。
调度人员借助远动装置进行遥控或遥调，实现无人化或少人化，并提高运行操作质量，改善运行人员的劳动条件。
电力系统采用远动装置，实现集中监视和控制，可以保证供电质量，提高可靠性和减少维修费用。
其经济效益是很明显的，因而在一些技术先进国家的牵引供电设备中广泛采用远动装置。
此外，列车运行、石油开采、煤田、农田灌溉、给排水系统、大工厂及联合企业、气象宇航原子能的应用以及军事目标的控制等，或是由于控制对象远离控制点，或是由于被控对象有危险不宜接近，均需采用远动技术。
而且，随着技术的发展，需采用远动技术的领域和场合更加日益广泛。
总之，远动技术已经为国民经济各部门及国防部门所需要。
尽管它的历史不长，但发展速度很快。
第2章微机远动系统的原理
2.1微机远动系统的组成
以微型机为主构成、以完成常规“四遥”功能为目标的监视控制和数据采集系统，简称为微机远动系统，即SCADA系统（SupervisoryControlandDataAcquisitionSystem）。
这种远动系统的被控端简称为远方终端，即RTU（RemoteTerminalUnit）。
由于计算机的运算速度越来越快、功能越来越强，使得微机远动系统除了完成常规的“四遥”功能外，还可完成许多其它的数据处理和管理功能，如根据需要，编制各种不同的图形、报表，可提供复示终端，可与其它系统联网等功能，还可提供操作人员的在线培训、防误操作以及辅助决策等功能。
因此，具有这些扩展功能的微机远动系统，我们称之为微机调度自动化系统（DispatchingAutomationSystem），也简称为微机监控系统（SupervisoryControlSystem）。
最简单的远动系统包括三个部分：
命令（远动信息）的产生、命令的传送以及命令的接收。
远动系统的发送端设备就是命令的产生部分，远动系统的接收端设备就是命令的接收部分，而命令的传送部分就是远动系统的信道。
从结构上讲，远动系统与一般自动化系统之间最大的区别就在于信道的存在。
由于远动系统中存在着信道，那么被传达的命令也应该被转换成适合于在信道中传送的最好形式。
这种形式往往与一般自动化系统中命令的形式有很大区别，因此在远动系统中就需要一些特殊的转换设备来转换命令。
由于距离较远，再加上信道的存在，远动系统在结构上就存在着一定的弱点，即易受外来的干扰，降低了命令的准确性和整个系统的可靠性。
当所需传送的命令愈多、系统愈复杂时，信道的结构也就愈复杂，这个弱点也就愈突出，并且信道的成本也愈高。
因此，需要有一系列的措施来保证系统的正常、可靠和经济地运行。
远动系统的结构是千变万化的，但基本原理是类似的。
图2-1给出了远动系统原理框图。
图2-1远动系统原理框图
我们把进行控制的一侧称为控制端（调度端，即Cc），把被控制的一侧称为被控端（执行端，即RTU）。
这两端由信道连接起来，从控制端向被控端发送的数据称“下行”数据；反之，从被控端向控制端发送的数据称“上行”数据。
设在调度所的控制端要将遥控、遥调命令送到被控端去执行，遥控或遥调命令经编码编成数字信号。
在远动系统中传送的信号，在传输过程中会受到各种干扰，可能使信号发生差错。
为提高传输的可靠性，对遥控、遥调的数字信息要进行抗干扰编码，以减小由于干扰而引起的差错。
由于数字脉冲信号一般不适宜直接传输，例如利用电话线路作为信号传输的通道时，线路的电感、电容会使脉冲信号产生很大的衰减和变形，所以要用通信设备部分的调制器把数字脉冲信号变成适合于传输的信号，如变成正弦信号传输。
这样，控制端就把经过调制后的遥控、遥调信号发送出去，送到被控端接收。
接收端首先用通信设备中的解调器把正弦信号还原成原来的数字信号，再经抗干扰译码进行检错，检查信号在传输过程中是否因干扰的影响而发生错码。
检查出错误的码组就拒绝执行，正确时则遥控、遥调译码后分别执行。
对遥测、遥信，被控端则是发送端，而控制端则是接收端。
被控端要将遥测、遥信量送到控制中心去显示或记录。
遥测量是电量或非电量，经过变送器后，通常变成0～5V的直流模拟电压，输入模数转换器。
模数转换器将输入的模拟电压转换成数字量，进行遥测、遥信编码。
而遥信是开关量，可以直接编码。
再进行抗干扰编码后，经调制后发送出去，送到控制中心接收端经解调和抗干扰译码进行检查，检查出错的码组就放弃不用，正确的码组则分别去显示或指示。
由于距离远而使通信部分的投资费用增大，而控制中心和变电所等被控端之间需要传送的信息又较多，为了使同一信道传送更多的信息，充分发挥信道的作用，就需要采用多次复用的办法。
目前有按频率和时间划分的两种制式，简称为频分制和时分制。
在频分制中，各种远动信号是用不同频率的信号来传送的，例如用频率f1、f2、……、fn分别代表以种不同的信号，这些同频率信号可以在同一信道中同时传送。
为了使传送的各种远动信号互不干扰，在发送端和接收端都设有通带频率滤波器。
在时分制中，待传的远动信号是按规定的时间先后顺序，依次在信道中逐个传送。
例如有一个断路器位置状态信号需要传送，可以先送第一个断路器位置状态信号，再依次送第二个。
第三个等等。
如上所述，远动技术是将供电系统的数据、命令从一端传送到另一端去控制执行、显示或记录。
2.2计算机远动系统的基本组成
计算机远动系统的主要任务是对物体和各种过程实时进行远距离监控与调度。
图2-2远动系统结构示意图
远动系统的组成由现场信息转换与控制机构、远动终端RTU、通信信道、调度端四大部分组成。
1.现场信息转换与控制机构
现场信息转换包括需要测量对象信息的转换与放大和被控对象的执行机构两部分。
远动终端只能采集和接收符合要求的电信号，而测量对象则往往还有非电信号的物理量，如压力、水速、温度等。
因此，由传感器将非电信号的量转换为电信号，并经放大和加工处理后，变为远程终端接收的电信号。
对于有些就是电信号的物理量，如电力系统电压、电流、功率、电度等参数的测量，因其幅度大小不标准，需要经适当变换，使之满足RTU的要求，转换后电信号有的是其值随时间变化而连续变化的模拟量，有的是数值离散化的脉冲量，而有的是表示开关状态的开关量。
2.远动终端
远动是位于远距离调度端对现场实现监测和控制的装置。
它接收和处理现场信息经转换后送来的模拟量、脉冲量和开关量：
为每一空置执行机构回路提供继电器的1-2对常开或常闭节点；为每一调节执行机构回路提供继电器的1-2对常闭节点；为每一调节执行机构回路输出控制信号，输出信号为可调直流电压、可调脉冲或可调脉冲宽度有三种形式中的任一种。
随着微型计算机技术的发展，在RTU中采用多CPU的分布式处理技术，使各功能模块化，有利于提高RTU的各项性能指标。
3.通信信道
在计算机远动系统中用于传送远动数据的通信信道称之远动信道。
远动信道的质量是确保计算机远动系统可靠运行的重要前提，计算机远动系统的调度端与各远动终端RTU通常构成1：
N的集散监控与调度，通信信道则担负调度端与各远动终端RTU间数据传送的重任。
在一个计算机远动系统中，调度端和各远动终端的质量再好，如果信道不过关，这样的远动系统则毫无用处。
4.调度端
计算机远动系统最主要的人-机界面部分的主要调度操作都在调度端实现，各远动终端和子监控与调度系统采集到的有关数据都要定时或不定时在调度端予以汇总。
根据调度端的设备配置，可分为单机调度端、多机调度端、双机备用调度端和网络调度端。
远动系统如图2-3，在图中，调度端是遥控、遥调信息的发送端，而执行端是这两种信息地接收端，我们把遥控、遥调信息称之为“下行”信息。
反过来，执行端是遥测、遥信信息的发送端。
而调度端是这两种信息地接收端，我们把遥测、遥信信息称之为“上行”信息。
图2-3调度自动化系统的基本构成
2.3远动系统的分类
动技术的传送方式分为两大类，即循环数字传送方式（称CDT方式）和查询传送方式（称Polling方式）。
循环传送方式是以被控端的远动装置为主，周期性地采集数据，并且周期性地以循环的方式向调度端发送数据，即由被控端传送遥测、遥信量给调度端。
查询传送方式是以调度端为主。
由调度端发出查询命令，被控端按发来的命令而工作，被查询的站向调度靖传送数据或状态信息。
远动装置按工作方式分类，可分为（1：
1）工作方式，（1：
N）工作方式及（M：
N）工作方式。
（1：
1）工作方式是指在被控端装一台远动装置。
在调度端对应地也装一台远动装置；（1：
N）工作方式是指调度端一台远动装置对应着各被控端的N台远动装置；（M：
N）工作方式是指调度端M台装置对应被控站N台装置。
此外，根据远动系统所采用的信道、被控对象和所用元件的不同，也可以有不同的分类方法。
例如根据传送信号是利用有线信道还是无线信道，可分为有线和无线远动系统；根据信道数目是随着控制对象数目而增加还是与被控对象数目的多少无关，可分为少信道和多信道远动系统；根据被控对象是分散还是集中、是固定还是活动、是在铁路沿线那样链式分布还是以控制端为中心向四周辐射式分布，就分别称为分散型或集中型远动系统、固定目标或活动目标远动系统、链式或辐射式远动系统等。
也可以根据装置采用的元件是有接点还是无接点，而分为有接点和无接点远动系统；按远动功能是用硬件实现还是靠软件实现，而分为布线逻辑式和软件化远动系统；甚至可视其是否有一个远程自动调节系统，而分为开式和闭式远动系统等等。
第3章调度端结构的设计
3.1调度端功能
由于被控对象系统的发展，对远动装置提出了多功能甚至智能化的要求，大规模集成电路和电子计算机技术的发展，提供了功能强、功耗小、可靠性高和价格低廉的微处理器和存储器等各种器件，促进了采用由微型计算机组成远动装置的研究和开发应用。
微机远动装置主要由软件来工作，它的主要功能不是通过布线逻辑电路，而是对微型计算机编制一定的指令程序来实现的。
其实质就是把原来功能按空间分布的布线逻辑，转变为把功能按时间分布的指令流的执行过程。
微型计算机具有丰富的指令系统、足够的内存容量、较快的运算速度等特点，所以构成装置除具有常规远动的遥信、遥测、遥控和遥调进行实时信息传送功能外，还具备数据处理、人机联系和当地巡回检测等功能。
在数据处理功能方面可实现遥信优先、事故顺序记录、遥测标度变换、越限判断、数字量总加、数据精度校核、信息转发码格式变换、信道误字率统计等。
调度端具体功能如下。
1.数据收集
调度端收集RTU发送来的数据，如模拟量、数字量、状态量，这些量由调度端和遥信来完成，在CRT上显示有关数据。
2.数据处理
在调度端上对RTU送来的数据进行处理、运算、判断、如有功功率、无功功率、电能量等的总加、越限告警，连续模拟量输出记录如电压曲线、负荷曲线等。
3.控制与调节
实现人-机对话，形成命令与下发命令到RTU实现遥控操作断路器、系统接地故障查找开关事故变位、事故画面优先显示、光声告警事件顺序记录、事故追忆、调节功率因数以投入备用电容组补偿等。
4.人─机联系
在调度端收集整理与处理RTU上送数据，先是有关数据，变电所一次实时接线图，实时数据显示，负荷曲线显示，电压棒形图，电流棒形图，修改实时数据库，修改图形报表，发送遥控、遥测命令校对命令。
在人-机联系的另一方面就是制表打印，定点打印负荷、电能、日、月运行报表，召唤打印，操作报表打印，异常及事故打印，画面拷贝等。
3.2调度端硬件的设计
调度端远动设备是以单机或多机为基础的计算机系统，完成遥控命令的发送和遥测遥信数据的接收、输出执行等功能。
目前主要用微机构成SCADA系列作为主机，另配上大屏幕彩色显示器、打印机、鼠标或光笔等外部设备构成。
主机完成大量的数据处理、人机联系、画面曲线等工作。
为减轻主机的负担，加快运算速度，满足实时控制的要求，系统一般还配置前置机，来承担远动信息的收集与处理（通信）。
1.调度端结构
远动监控系统的调度端系统放置在调度所内。
用以完成设计要求的功能和显示、打印、操作等等。
它主要由主处理器、只读存储器ROM、随机存储器RAM、I/O接口和外设（打印机、显示器、键盘、模拟屏、MODEM）等组成。
调度端结构框图如图3-1所示。
图3-1调度端结构框图
（1）主机
采用高性能的商用系统微机或工控机。
主机硬件配置原理框图如图3-2所示。
图3-2微机构成的调度端远动装置框图
（2）大屏幕显示器
大屏幕显示器主要用来显示变电所主接线土，开关的位置状态，遥测采集的数据、曲线、棒图、报表等。
（3）键盘、鼠标
人-机联系的接口。
（4）打印机
用来打印制表、事件记录。
（5）模拟屏
调度人员最关心的是供电系统的运行方式，在系统模拟屏上遥信输出直接反映了各断路器、隔离开关的运行状态，还可以在屏上相应位置配置遥测数字显示仪表，以指示参数。
事故时，通过跳闸断路器位置的色灯闪光，配合音响告警装置，事故指示非常直观。
（6）前置机
承担远动信息地收集与处理工作。
3.3调度端软件的设计
系统软件：
指为了便于用户使用计算机，充分发挥计算机硬件的功能而专门开发的、对其他程序进行管理、为其他程序提供方便、为其他程序服务的软件。
系统软件的主要内容：
为用户编制、调试程序提供的手段和工具。
对计算机进行调度和管理的操作系统。
其他服务程序。
1.操作系统的概念
操作系统是微机最基本的系统软件，是硬件机器的第一级扩充，由它来管理内存分配，键盘操作，屏幕显示，驱动软盘等外设。
操作系统分三类。
（1）批处理系统。
在批处理系统中,用户一般不直接操作计算机,而是将作业递交给系统管理人员。
（2）分时系统。
分时系统允许多个用户同时联机与系统进行交换通信。
（3）实时系统。
实时操作系统的一个主要特点是有严格的时间限制，每一个信息的接收，分析处理和发送过程必须在规定的时间范围内完成。
2.支持软件
对于远动系统来说主要包括：
数据库管理系统和监控图形生成系统，数据库管理系统包括建立数据库、修改数据、提取数据和存储数据。
3.应用软件
应用软件包括：
数据收集软件、模拟屏接口软件、同后台机通信的软件、计算软件等。
3.4系统抗干扰的设计
微机远动系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能是系统可靠性的重要指标，抗干扰设计是计算机应用系统研制中不可忽视的重要内容。
工业生产中干扰窜入系统的主要渠道有三条：
（1）空间干扰通过电磁辐射窜入系统；
（2）过程通道干扰通过与主机相连的前向和后向通道或与主机相连的其他相互通道串入主机；（3）供电系统的干扰通过传输线窜入系统。
一般情况下空间干扰在强度上远小于其他两个渠道窜入的干扰，而且可通过良好的屏蔽与正确的接地、高频滤波等加以解决，故微机控制系统重要点防止供电系统及过程通道的干扰。
1.供电系统的抗干扰措施
为了防止从电源系统窜入干扰，控制系统可采用如图3-3所示的供电配置。
图中交流稳压器用来保证供电的稳定性，防止电源系统的过压与欠压；隔离变压器可采用屏蔽层隔离以减小分布电容，提高抗共模干扰的能力；低通滤波器滤去高频干扰，改善电源波形。
图3-3抗干扰的供电配置
2.过程通道干扰及抗干扰措施
过程通道允许传输线的长度与计算机的主振频率有关，按照经验公式计算：
1MHz的主振频率，允许信号传输距离为0.5m；当频率升至4MHz时，允许距离为0.3m。
超出这个范围，即作长线处理。
因此在过程通道中长线传输的干扰是主要干扰。
为了保证长线传输的可靠性，主要措施有光电耦合、双绞线传输和阻抗匹配等。
3.印刷电路板及电路的抗干扰设计
（1）关于地线的处理：
（2）电源线的处理：
（3）去耦电容的配置：
（4）其他：
图3-4采用RC电路减少干扰
4.软件的抗干扰措施
在微机远动系统中，大量的干扰源虽不能造成硬件系统地损害，但常常使系统不能正常工作，控制失灵，甚至造成重
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