请分析电力系统数据采集任务
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1、请分析电力系统数据采集任务
我国目前中小容量机组(200 MW及以下)在火电厂中占相当大的比例，这些机组的监控模式为模拟控制系统加以常规仪表为主的数据采集系统。这种监控模式存在着检修维护工作量大、没有可靠的历史记录等缺点。而且常规模拟仪表也进入老化淘汰期，设备可靠性明显降低，某些仪表的备品备件也得不到保障，因此中小型机组监控系统的技术改造工作已势在必行。结合我国国情，借鉴国内类似系统的研制经验，开发出一套经济实用的FDC-Ⅱ型分布式发电厂运行实时数据监测系统，既可用于中小机组技术改造，又可应用于变电站、供电局等电力生产、管理部门。该系统目前已在省某150 MW火力发电厂投入实际运行。1 系统功能与特点
1.1 功能简介
目前我国国产机组热控装置的质量和主辅机的可控性不尽人意，设计、安装、调试、运行水平等都存在一些问题，针对这一现状设计了FDC-Ⅱ型分布式发电厂运行实时数据监测系统。它是只有监视功能而没有控制功能的计算机监视系统，即数据采集系统——DAS〔1〕。
该系统可以采集的发电厂运行数据包括电气参数和非电气参数两类。其中电气参数主要有电流、电压、功率、频率等模拟量，断路器状态、隔离开关位置、继电保护动作信号等开关量以及表示电度的脉冲量等。而非电气参数种类较多，既可以是采集火力发电厂运行中的各种温度、压力、流量等热工信号，也可有水电厂中的水位、流速、流量等水工信号，还可以采集诸如绝缘介质状态、气象环境等其它信号。
该系统还包括用Visual C+ +开发的后台处理软件，主要有数据处理、数据库管理、实时监视、异常处理、统计计算及报表、性能分析及运行指导等功能。
1.2 主要特点
该系统具有如下特点：
a. 数据采集通用性较强。不仅可采集电气量，亦可采集非电气量。电气参数采集用交流离散采样，非电气参数采集采用继电器巡测，信号处理由高精度隔离运算放大器AD202JY调理，线性度好，精度高。
b. 整个系统采用分布式结构， 软、硬件均采用了模块化设计。数据采集部分采用自行开发的带光隔离的RS-485网， 通信效率高， 安全性好， 结构简单。后台系统可根据实际被监控系统规模大小及要求， 构成485网、Novell网及Windows NT网等分布式网络。由于软、硬件均为分布式、模块化结构，因而便于系统升级、维护， 且根据需要组成不同的系统。
c. 数据处理在Windows NT平台上采用Visual C+ +语言编程，处理能力强、速度快、界面友好，可实现网络数据共享。
d. 整个系统自行开发，符合我国国情。对发电厂原有系统的改动很小，系统造价较低，比较适合中小型发电厂技术改造需要。
2 系统结构概述
系统采用全分布式结构，模块化的软、硬件设计，RS-485光隔离通信网络。系统的结构如图1所示。采集模块完成热工量、开关量、脉冲量及电流、电压和有功、无功功率的采集处理。主通信控制器负责管理网上数据通信，通信转换器则完成RS-485与RS-232的电平转换，将采集的实时数据送到微机室、主控室、厂长室等各处的PC机中，以丰富友好的人机界面显示全面的运行信息。
图1 系统结构简图
2.1 硬件设计
硬件电路是数据采集和处理的基础。首先为该系统设计开发了一套实用的电路板。它们以Intel 80C196和Intel 80C198 CPU为基础，配合数据采集、通信控制、人机联系等电路，形成了一套比较完整实用的硬件电路系统。各电路板的尺寸与目前国内流行的STD总线板完全一致，采用我们自己定义的背部56总线连接板将若干块电路板连接在一起，构成数据采集工作站，完成数据的采集和通信工作。该系统的电路板主要有以下几种类型。
2.1.1 80C196主CPU板
a. Intel 80C196 16位微控制器及相连的程序存储器27256、数据存储器62256；
b. 1块512字节电可改写的串行E2PROM 93C66，用于存储系统定值、运行参数以及诸如电度量等累计量；
c. 2个并行口及其辅助逻辑电路，用于与外部其它电路板相连接；
d. 1个光电隔离的RS-485或RS-232接口，用于构成分布式通信网络或串行通信。
2.1.2 80C198交流采样数据采集板
a. Intel 80C198准16位微控制器及相连的程序存储器27256、数据存储器62256。
b. 512字节的串行E2PROM 93C66。
c. 交流采样电路，由3块多路切换开关13508和1块模数转换器AD574组成。通过交流采样的方式，采集16路电气参数，省却了电量变送器等辅助设备。由于采用了12位A/D转换器AD574，系统的数据采集精度得到了较大程度的提高。
d. 测频电路，用于测量工频周期。
其功能主要是与主CPU板相配合，完成交流离散采样电气参数的数据采集。该板上有自己的CPU(Intel 80C198)，进行交流离散采样采集数据时将大大减轻主CPU的工作负担，并能够完成一些较为复杂的数据处理工作。
2.1.3 遥信、脉冲量采集板
可采集16路遥信信号或16路脉冲信号，各路信号均采用光电隔离技术，以保证系统的安全和可靠性。每一块CPU板可以支持4块遥信量、脉冲量采集板，这样一个采集结点，最多可以采集64路遥信量或者脉冲量。该电路板主要用于对开关位置状态信号、继电保护动作信号的遥信量和各种脉冲量的数据采集。
对遥信量的采集可用两种方式实现。查询方式可以简化采集软件的设计；中断方式则能够保证遥信变位时的快速响应，以提高对紧急事件的处理能力和事件顺序记录的分辨率。
2.1.4 热工量信号采集板
通过继电器巡测的方法，采集16路热工信号，可用于热电偶输出的毫伏级信号、毫安级的小电流信号和热电阻输出的电阻信号的数据采集。
使用继电器巡测的目的是隔离，在继电器没有闭合时，整个采集系统与热工测量元件之间是隔离的，即使是在继电器闭合期间，各路采集信号之间也是相互隔离的。这既保证了系统的安全可靠，又不至由于采集系统的投入而影响原有的测量仪表的测量精度。考虑到热工信号共同的特点是变化相对较慢，所以采用继电器巡测。经过反复实验证明，每一路信号的采集时间最小控制在10 ms，就能保证信号采集正确，完全能够满足热工量采集的时间要求。
在该电路板上，设有一块高精度线性隔离运算放大器AD202，用于信号调理放大。这种运算放大器最大非线性度仅为±0.025%，这就为高精度数据采集测量提供了可能；具有较高的共模抑制比，在放大倍数为100时，其共模抑制比可达130 dB，抗共模干扰能力较强；具有隔离作用，其内部有专门的振荡电路(振荡波频率为25 kHz)，将输入端测量信号用振幅调制的方法，经变压器隔离耦合到输出端，从而实现隔离放大的目的，其输入和输出之间的隔离电压可以达到峰—峰值±2 000 V，完全可以满足一般电力系统数据采集隔离放大的需要。对于热工信号的数据采集和处理，它是较为理想的隔离运算放大器。
2.2 软件设计
若数据采集的工作对硬件设计有较高的要求，则数据处理主要依赖于软件。我们为电力系统数据采集与处理系统开发的系统软件分为两大部分：实时监控软件和后台数据处理软件。这里主要介绍实时监控软件的设计。
软件采用Intel 80C196的汇编语言编写。由于系统需要采集的电气量和热工量的数目很多，如何保证系统的实时性则显得至关重要。对电气参数的采集采用了交流离散采样技术，该技术现在已经发展得比较成熟，实时性比较容易保证；而对热工量采集，由于采用了继电器作为隔离和多路选择器件，其动作速度相对于电子电路来说则比较慢，因此更需要重视数据测量的实时性。为此设计了实时多任务操作系统，同时在通信方面作了精心设计，有效地提高了系统的实时性。
对于CPU所要完成的各种不同任务，根据其重要性和执行特点，赋予了不同的优先级，原则上是优先级越高的任务被执行的频率越高。例如，对遥信量扫查采集任务每隔10 ms执行一次，而对LED显示刷新任务则每隔500 ms执行一次。这样既可以保证紧急任务的随时执行，又不至于使CPU过多地忙于处理一些非紧急任务而影响系统的实时性。具体的做法是通过设置一个任务标志字，规定其16位分别对应着16个用户任务，如果需要执行某个任务，则置对应的任务标志位为1，反之则清0。通过80C196的软件定时中断程序，定时地为各种任务设置执行标志，操作系统就可以确定在任意时刻需要执行的任务。然后，设计一个任务扫查程序，它循环地检查任务标志字中的每一位，以确定是否需要执行对应的任务，从而保证对于各个任务的及时处理.
2、请分析电力系统数据采集任务的流程
目录
第1章绪论
1.1现代电力系统的特点
1.2电力系统调度的主要任务
1.3电力系统调度体制和现代调度自动化系统的发展
1.3.1我国的电力系统的分区分级调度
1.3.2调度自动化系统的发展
1.4调度自动化系统的基本结构
1.4.1信息采集和控制执行子系统
1.4.2信息传输子系统
1.4.3信息处理子系统
1.4.4人机联系子系统
第2章子站系统——变电站自动化
2.1引言
2.2变电站自动化的基本内容
2.2.1继电保护的功能
2.2.2监视控制的功能
2.2.3自动控制装置功能
2.2.4远动及数据通信功能
2.3变电站自动化的结构
2.3.1变电站自动化的设计原则和要求
2.3.2集中式变电站自动化系统
2.3.3分层分布式结构集中组屏的变电站自动化系统
2.3.4分散分布式与集中相结合的变电站自动化系统
2.4变电站自动化的发展
第3章电力系统数据采集
3.1引言
3.2开关量输入电路
3.2.1隔离电路
3.2.2滤波去抖电路
3.2.3驱动控制
3.2.4地址译码电路
3.2.5输入/输出的控制方式
3.3开关量输出电路
3.4模拟量输入电路
3.5模拟量输出电路
3.5.1结构形式
3.5.2D/A转换器
第4章电力系统数据通信
4.1引言
4.1.1电力系统远动通信的基本功能
4.1.2电力系统远动通信的基本结构
4.1.3数据通信的基本原理
4.1.4远动通信配置的基本类型
4.2信息传输与信道
4.2.1电力系统传输信道
4.2.2多路复用
4.2.3数字调制与解调
4.3差错控制
4.3.1概述
4.3.2差错控制方式
4.3.3误码控制编码的分类
4.3.4有关误码控制编码的几个基本概念
4.3.5纠错编码方式简介
4.3.6循环冗余校验码
4.4远动信息传输的基本模式及其规约
4.4.1概述
4.4.2远动信息传输规约
4.4.3IEC的相关国际标准
第5章主站系统——SCADA/EMS系统
5.1引言
5.2调度自动化的硬件结构
5.2.1集中式系统
5.2.2分布式系统
5.3调度自动化系统的系统软件
5.3.1操作系统
5.3.2开发支持环境
5.4调度自动化系统的应用支持平台
5.4.1任务调度与实时通信子系统
5.4.2数据库管理系统
5.4.3图形系统
5.5SCADA系统
5.5.1SCADA系统基本功能
5.5.2SCADA数据库
5.5.3SCADA系统的评价指标
5.6EMS应用软件基本功能
5.7电网与电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护
5.8EMS系统的发展方向——标准化和组件化
5.8.1开放系统
5.8.2CORBA简介
5.8.3概要分析
5.8.4主要优点
5.8.5CORBA的基本框架
5.8.6IEC 61970标准
第6章电力系统实时拓扑分析与状态估计
6.1引言
6.1.1什么是状态
6.1.2谁决定状态
6.1.3厂站的典型接线方式
6.2网络拓扑的实时确定
6.2.1厂站的接线分析
6.2.2网络的接线分析
6.3电力系统静态状态估计
6.3.1概述
6.4量测系统可观测性分析的拓扑方法
6.4.1对量测系统分析的一些基本认识
6.4.2可观测性分析的步骤
6.4.3利用边界注入量测合并量测岛
6.4.4基于潮流定解条件的可观测性分析
6.4.5实时数据的误差和不良数据
6.4.6状态估计问题的数学模型
6.4.7极大似然估计
6.5电力系统静态状态估计的算法
6.5.1Newton法解加权最小二乘估计问题
6.5.2快速分解状态估计算法
6.5.3稀疏矩阵技术的应用
6.5.4状态估计和常规潮流的关系
6.6电力系统状态估计中不良数据的检测和辨识
6.6.1概述
6.6.2残差方程——量测误差和残差之间的关系
6.6.3不良数据的检测
6.6.4不良数据的辨识
6.7抗差状态估计
6.7.1概述
6.7.2M-估计
6.7.3最大指数平方抗差状态估计
第7章电力系统实时静态安全分析
7.1绪言
7.1.1电力系统运行的安全性和可靠性
7.1.2电力系统运行状况的数学模型
7.1.3电力系统实时运行状态的分类
7.1.4电力系统安全控制的分类
7.1.5安全控制功能的总框图
7.2电力系统静态安全分析中的潮流算法
7.2.1直流潮流法简介
7.2.2Newton-Raphson法潮流计算
7.2.3快速解耦潮流计算
7.3电力系统静态安全评定
7.3.1矩阵求逆辅助定理
7.3.2快速分解法交流开断潮流的计算
7.3.3发电机开断的模拟
7.4安全控制对策
7.4.1灵敏度分析
7.4.2准稳态灵敏度
7.4.3校正控制的数学模型
7.4.4控制变量变化量Δu的求解
7.4.5线性规划的数学模型
7.5电力系统安全控制对策
7.5.1电力系统有功安全校正对策分析
7.5.2电力系统无功安全校正对策分析
7.6电力系统最优潮流简介
第8章自动发电控制
8.1引言
8.2分级的有功频率控制
8.2.1一次调频
8.2.2二次调频
8.2.3三次调频
8.3互联电力系统的自动发电控制
8.3.1联合电力系统的自动调频特性分析
8.3.2互联电力系统的控制区和区域控制偏差
8.3.3互联电力系统中单个控制区的AGC控制策略
8.3.4互联电力系统多区域控制策略的应用与配合
8.3.5多区域的优化控制
8.4AGC主站软件的基本构成及其工作原理
8.4.1AGC主站软件概述
8.4.2负荷频率控制的基本流程
8.4.3时差修正和无意电量偿还
8.4.4AGC中的若干问题
8.5自动发电控制性能评价标准与参数的确定
第9章无功电压自动控制
9.1概述
9.2无功电压的基本特性
9.3无功电源、无功补偿及电压调节设备
9.3.1同步发电机
9.3.2输电线路
9.3.3变压器
9.3.4并联电容器
9.3.5并联电抗器
9.3.6串联电容器
9.3.7同步调相机
9.3.8静止补偿器
9.4网省级电网的自动电压控制
9.4.1两级电压控制模式
9.4.2三级电压控制模式
9.4.3第三级电压控制的模型和算法
9.4.4第二级电压控制的模型和算法
9.4.5第一级电压控制的基本工作原理
9.5地区电网的自动电压控制
9.5.1自动电压控制的软件结构
9.5.2滤波
9.5.3校正控制
9.5.4全局优化控制
9.5.5安全监视模块
第10章调度员培训仿真系统
10.1概述
10.2DTS体系结构
10.2.1DTS系统基本概念
10.2.2DTS系统基本功能与模块
10.2.3DTS仿真室结构
10.2.4DTS系统在调度中心网络的位置
10.3软件支撑平台
10.4仿真支持系统（教员台系统）
10.4.1教案制作与管理
10.4.2仿真过程控制
10.5电力系统模型
10.5.1稳态模型
10.5.2稳态仿真
10.5.3动态模型
10.5.4暂态时域仿真
10.5.5中长期动态模型
10.6二次设备模型
10.6.1概述
10.6.2自动装置模型
10.6.3继电保护模型
10.7控制中心模型
10.7.1SCADA模型
10.7.2PAS模型（EMS高级应用模型）
10.7.3AGC模型
10.7.4AVC模型
10.8培训评估
10.9DTS与EMS的一体化
10.10多调度中心联合培训和反事故演习
10.10.1模型集中式
10.10.2分解协调模式
10.11DTS的应用
10.11.1调度员电网调频操作、调压与无功控制的训练
10.11.2调度员倒闸操作训练
10.11.3事故处理的训练
10.11.4恢复操作的训练
10.11.5二次系统的学习
10.11.6运行方式研究和事故分析
10.11.7电网规划研究
10.11.8SCADA/EMS的测试考核工具
参考文献
3、请分析电力系统数据采集任务是什么
一般分为三类：PQ节点：节点注入的有功功率无功功率是已知的
PV节点：节点注入的有功功率已知，节点电压幅值恒定，一般由武功储备比较充足的电厂和电站充当；
slack节点：节点的电压为1*exp(0°)，其注入的有功无功功率可以任意调节，一般由具有调峰能力的水电厂充当。
更复杂的潮流计算，还有其他节点，或者是这三种节点的组合，在一定条件下可以相互转换。具体的内容可以参考相应的文献，或者BPA潮流计算手册
