配电网第二章

1、农村电力网自动化专题农村电力网自动化专题 第二章 配电自动化通信系统 通信系统的建设是配电自动化系统的关键之一。 配电自动化系统需要借助于有效的通信手段，将控制 中心的控制命令准确地传送到为数众多的远方终端， 并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制 中心。和输电网自动化不同，配电自动化系统要和在 数量上多得多的远方终端通信，因此如何降低通信系 统的造价，而且还要满足配电自动化系统的要求，成 为实现配电网自动化要解决的重要问题。 随着通信技术的发展，目前可选用的通信手随着通信技术的发展，目前可选用的通信手 段很多，根据所实施的配电自动化系统的具体情段很多，根据所实施的配电自动化系统的具体

2、情 况，选用恰当的通信方式，必须对各种通信技术况，选用恰当的通信方式，必须对各种通信技术 的长处和不足有一个较全面的了解。从目前的技的长处和不足有一个较全面的了解。从目前的技 术水平看，没有任何一种单一的通信手段能够全术水平看，没有任何一种单一的通信手段能够全 面满足各种规模的配电自动化的需要，因此多种面满足各种规模的配电自动化的需要，因此多种 通信方式在配电网中的混合使用是难免的。通信方式在配电网中的混合使用是难免的。 第一节 配电网自动化对通信系统的要求 v一、可靠性 v 准确、连续、抗干扰、抗恶劣环境 v二、通信系统的费用 v 建设费用、运行费用 v三、通信速率 v四、双向通信功能 v五

3、、通信系统电源不受停电影响 v六、使用和维护方便 第二节 信息传输的一般知识 v一、数字信号和模拟信号 二、二进制数字信号 比特：每一位二进制数叫“二元码”，也叫比特（bit）。 字节：一组二进制数组成一个字节。 三、传输速率 比特率：每秒内通过信道传输的信息量，bit/s。 四、传输方式 v 串行传输 并行传输 五、多路复用技术 v一个信道同时传输多路信号 v頻分多路复用技术 v时分多路复用技术 六、数字信号传输系统的构成 1.信源：P、U、I 、电量等信号 2.信源编码：A/D转换（模拟信号转成二进制） 3.信道编码：A/D转换后的二进制信号分组、加纠错码等 4.调制：将信道编码后的信息变

4、成便于远传的信号 v调制的方法见下图： v5.信道：信息的传输媒介，有有线和无线两种形式。 v6.解调器：调制的反向工作。 v7.信道译码：信道编码的反向工作。 v8.信源译码：信源信道编码的反向工作。 v9.信宿：信息的归宿，最后的显示。 第三节 配电网自动化能采用的通信方式 v一、配电线路载波通信 v电力线载波通信可分为一线对地传输方式、两线对地传输方 式、相间结合传输方式（即利用同一回线路的两条线传输方 式）和回线间结合传输方式。 v配电线载波通信将信息调制在高频载波信号上通过已建成的 电力线进行传输。 v载波频率一般为540kHZ。对于低压配电线载波通信，载 波频率一般为50150kH

5、Z。 组成原理图 v设计配电线载波通信系统方案时，应明确以下技术问题： v 1）随着线路结构的变动（分段开关、联络开关的动作） ，载波信号的衰减情况也随之发生变化，在设计时应考虑 最坏的情况。 v 2）随着线路的用电负荷变动，载波信号的衰减情况也随 之发生变化，一般负荷越重，衰减越严重，在设计时应考 虑最坏的情况。 v 3）不同的用电设备对载波信号的干扰也不同，直接整流 环节和高频激励的气体放电灯对载波信号的干扰较大。 v 4）地埋电缆的线一线、线一地之间的分布电容较大，因 此对载波信号的衰减较大，并且频率越高，衰减越大，因 此要求在有地埋电缆的线路上，使用较低的载波频率。 v 5）配电线的载

6、波频率越低，线路衰减越小，受50HZ工 频的谐波干扰越强；其频率越高，线路衰减越大，受 50HZ工频的谐波干扰越弱。综合考虑，配电线载波信号 的频率范围应为540kHZ，在衰减可以接受的情况下， 使用204OkHZ最佳。 v 6）因使用的频率较低，耦合滤波器电容必须在10000PF 以上，阻波器则需数值大一些。 v7）因线路分支较多。为降低成本，一般不在各分支上加 阻波器，为此必须采取以下措施：载波机采用FSK方式提 高抗干扰能力；增大输出功率以提高信噪比和适应范围； 具备一定的输出功率与裕量，以保证在最不利的情况下满 足使用要求。 v8）对一些非常复杂且信号衰减大的线路，或对一 些能产生强干

7、扰的分支，应适当加设阻波器以降 低信号衰减和减少干扰信号进入载波通道。 v 9）对于一些在通信距离上满足不了的环网配电 线路，可以在其当中适当位置加设阻波器，并将 其两侧的线路上的设备信息分别上报给两侧相应 的主变电所，构成较长馈线载波通信系统。 v 10）配电线载波系统由于反射导致驻波，从而在 馈线某些位置可能会存在盲点。 二、光纤通信 光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤 维作为传输介质的先进的通信手段。光纤通信技术 已在电力系统中广泛应用。与其它通信技术相比光 纤通信有以下的优点： v 1）传输频带很宽，通信容量大； v 2）传输衰耗小，适合于长距离传输； v 3）体积小，重量轻，可绕

8、性强，敷设方便； v 4）输入与输出问电隔离，不怕电磁干扰； v 5）保密性好，无漏信号和串音干扰； v 6）抗腐蚀，抗酸碱，且光缆可直埋地下。 光纤通信仍存在以下的缺点： v 1）强度不如金属线； v 2）连接比较困难； v 3）引分路和耦合不方便； v 4）弯曲半径不宜太小。 按传输的光波长划分，光纤通信系统可分为： v 1）短波光纤通信系统，工作波长为0.80.9微米 ，中继距离短于 10km； v 2）长波光纤通信系统，工作波长为1.01.6微米 ，中继距离可大于100 km； v 3）超长波光纤通信系统，工作波长为 2.0微米以 上，中继距离可达 1000km以上。 光纤通信的组成

9、v图中：电端机完成对信息源的处理，如多路复用等；光端机 的发送端内含有光源，它完成将电信号转换成为光信号，并 输人光纤传输至远方； v光端机的接收端内含光检测器，它完成将来自光纤的光信号 还原成为电信号；并输入到电端机的接收端；中继器完成将 经过长距离传输后被衰减和畸变了的光信号放大、整形和再 生成一定强度后，继续送向远方。 三、微波通信 微波通信的频率在1GHZ以上，这种通信方式目前广泛应 用于继电保护和输电网调度自动化系统中。微波通信方式的 传输容量大，质量高，配置灵活。 微波通信一般是点对点的通信方式，因此，如果在配电 自动化系统中完全采用微波通信方式，则对于为数众多的测 控单元，每个点

10、都要建设一对微波通信设备。 微波通信虽可以省去建设有线传输线的费用，并且具有 很宽的带宽，可以实现很高的数据传输速率。但是，对于配 电自动化，由于通信距离较短且数据收输速率要求不高，加 上建设一套微波通信系统的技术复杂性和造价高等，使得微 波通信在配电自动化中不具有吸引力。 微波通信的组成 四、卫星通信 v地面通信线路的成本随着距离的增加而提高，而卫星通信 与距离无关。这就使得长距离干线或幅员广大的地区采用 卫星通信较合适。 v卫星通信是利用位于同步轨道的通信卫星作为中继站来转 发或反射地面站间进行通信。和微波通信相比，卫星通信 的优点是不限制，通信容量大，不受大气层骚动的影响， 通信可靠。要

11、想采用卫星通信方式，必须租用或拥有一个 星上应答器，并具有必要的上行和下行联络设备。 v由于卫星在同步轨道的超高空上，报文来回一次的时间约 为14秒，传输延迟大，所以不能用于响应速度要求很快 的场合（如继电保护等）。 五、无线扩频通信 v扩展频谱通信扩展频谱通信(Spread Spectrum Communication)，它与光纤通信、卫星 通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。 v扩频通信是将待传送的信息数据通过一个独立的序列随机编码(扩频序列 码)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相 关处理，恢复原始信息数据。 这一定义包含了以下三方面的意思：这

12、一定义包含了以下三方面的意思： v信号的频谱被展宽了信号的频谱被展宽了 如如人类的语音的信息带宽为300Hz - 3400Hz，电视图像信息带宽 数为MHz。为了充分利用频率资源，通常都是尽量采用大体相当的带宽的 信号来传输信息。如用调幅信号来传送语音信息，其带宽为语音信息带宽 的两倍，这属于窄带通信。 v一般的调频信号，或脉冲编码调制信号，它们的带宽与信息带宽之比为几 到十几倍，而扩展频谱通信信号带宽与信息带宽之比则高达100 - 1000， 属于宽带通信。 v采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱采用扩频码序列调制的方式来展宽信号频谱 我们知道，在时间上有限的信号，其频谱是无限 的。例如很

13、窄的脉冲信号，其频谱则很宽。取决调制 速度。1微秒的脉冲的带宽约为1MHz。 扩频系统 就是采用很窄的脉冲码序列，其码速率是很高的，称 为扩频码序列。所采用的扩频码序列与所传信息数据 是无关的，也就是说它与一般的正弦载波信号一样， 丝毫不影响信息传输的透明性。扩频码序列仅仅起扩 展信号频谱的作用。 v在接收端用相关解调来解扩在接收端用相关解调来解扩 在扩频通信中接收端则用与发送端相同的扩频码 序列与收到的扩频信号进行相关解调，恢复所传的信 息。换句话说，这种相关解调起到解扩的作用。即把 扩展以后的信号又恢复成原来所传的信息。 v使扩频通信有如下的优点： v 抗干扰 v 抗噪音 v 抗多径衰减

14、v 具有保密性 v 功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率 v 可多址复用和任意选址 v 高精度测量等 六、其它通信 v 电话网、互联网、有线电视网等 v 第四节 配电自动化中通信系统规约配电自动化中通信系统规约 v建设配电自动化通信系统时，必须认真考虑采用的通信规约 。目前普遍运用于电网调度自动化和变电站综合自动化的通 信规约大致可以分为应答式规约（如 SC1801、 4F和 Modbus等）、循环式规约（如CDT、 DXF5和 C01等）和 对等方式规约（如 DNP3 0）三类。 v 应答式规约又称Polling规约。它以主站为主，依次向各 RTU发出查询命令，各RTU依查询命令进行回答，

15、回答信息 串的长度是可变的。 v 应答式规约的特点是：应答式规约的特点是： v1）RTU有问必答，当RTU收到主机查询命令后，必须在规 定的时间内应答，否则视本次通信失败； v2）RTU无问不答，当RTU未收到主机查询命令时，绝对不 允许主动上报信息。 v应答式规约的优点：应答式规约的优点： v1）应答式规约允许多台RTU以共线的方式共用一个通道， 这样有助于节省通道，提高通道占用率，对于区域工作站和 为数众多的FTU通信的情形，这种方式是很合适的； v2）应答式规约采用变化信息传送策略，从而大大压缩了数 据块的长度，提高了数据传输速度； v3）应答式规约既可以采用全双工通道，也可以采用半双工

16、 的通道，既可以采用点对点方式，也可以采用一点多址或环 形结构，因此通道适应性强。 v应答式规约的不足表现为：应答式规约的不足表现为： v1）由于不允许主动上报，应答式规约对事故的响应速度 慢，尤其是传输速率较低时，这个问题会更突出； v2）应答式规约对通道的要求较高，因为一次通信失败会 有较大的损失，虽然可以采用通信失败后补发的方法解决 上述问题，但补发次数有限。 v3）应答式规约往往采用整桢校验的方式，如果一桢信息 量较大，出错的概率较大，校验出错后就必须整帧丢弃， 并阻止重发桢，从而更加降低了实时性； v4）应答式规约一般仅允许多个从站和一个主站间进行数 据传输。 v循环式规约又称循环式

17、规约又称CDT规约规约 v它是一种RTU自发地不断循环上报现场数据的规约，上报信 息的长度是可变的。循环式规约的特点是： v1）数据传送以现场端为主，RTU自发地不断循环上报现场 数据给主站，而主站被动接受。 v2）数据格式在发送端与接收端事先约定好，周而复始，连 续循环发送； v3）重要数据发送周期短，实时性强，一般数据发送周期长 ，实时性差，遥信变位优先插入传送。 v循环式规约的优点有：循环式规约的优点有： v1)由于采用循环式规约的RTU不断循环上报现场数据，即使 发生暂时通信失败丢失一些数据，当通信恢复正常后，被丢 失的信息仍有机会上报，而不致于造成显著危害。因此这种 方式对通道的要求

18、不高，适合于在我国质量比较差的通道环 境下使用。 v2）循环式规约采用信息字校验的方式，将整桢信息化 整为零，当某个字符出错时，只丢弃相应的信息字即可 ，而其它校验正确的信息字就可以接收处理，大大提高 了传输数据的利用率。从而更加适合于在质量比较差的 通道环境下使用； v3)循环式规约采用遥信变位优先插入传送的方式，大大 提高了事故传送的相应速度； v4）循环式规约的容量比应答式大得多。 v5）循环式规约允许多个从站和多个主站间通信。 v循环式规约的不足表现为：循环式规约的不足表现为： v1）循环式规约的RTU自发地不断地上报数据，必须用双工 通道，并且不允许多台RTU共线连接，而只能采用点对

19、点的 方式连接。 v 2)由于采用现场数据不断循环上报的策略，主机对一般遥 测量变化的响应速度慢。 vDNP规约 (分布式网络规约) v是美国电力工程协会制定的美国国家标准。近年来逐渐被引 进到国内复杂的大规模远动系统中。 DNP3.0规约的功能庞大，在现有配电网的设备 上实现其全部功能很困难，也没有必要，如果应用 应根据实际情况选择其合适的子集。 v 适合于配电自动化的通信系统必须同时满足技 术上和经济上的要求，一般需要采用混合通信系统 。混合通信系统采用多种不同的通信方式，对应于 配电自动化系统中的某些功能或层次。设计人员必 须在通信性能和造价两者之间全面考虑，以便于增 大由于自动化而带来

20、的回报。 第五节配用自动化通信系统的防过电压和防雷配用自动化通信系统的防过电压和防雷 v配电自动化系统的通信网络错综复杂，且大多处于室外环 境，容易受到雷电过电压（直击雷和感应雷）的危害，此 外通信线路横跨或平行高压线路时，也会受到较强磁场的 感应。因此，配电自动化中通信系统防过电压和防雷问题 非常突出。 v 一、配电自动化控制中心的防雷 v 1.配电自动化控制中心的计算机系统应安放在带屏蔽的房 子内，且应在避雷器的保护范围之内。 v2.整个房子是一个屏蔽体，必须有单独的接地网并且电 气设备接地和避雷器接地网之间有一定距离。 v3.机房内应设接地汇流排（地母线），配电自动化 控制中心的计算机系统的外壳应通过接地汇流排与 接地网可靠接地，通往计算机系统的电缆应有屏蔽 层，且屏蔽层也要接地。 v电源系统一般采取多级防雷保护措施，在外级选用 通流能量大的保护装置，而在用户侧采用低动作残 压的保护装置。弱电专用的防雷保护装置。 二、有线通信电缆的防雷保护 v 1.通信线应采用屏蔽双绞线，屏蔽层应可靠接地，并 且当线路较长时，仅在电缆首尾两点接地是不够的，由于 通信线路上分布电容的不均匀性，造成等效环路阻抗增加 ，导致在逢雷电时，因泄漏点少使电荷积累，产生瞬时过 电压。所以要充分利用线杆处的接地体，进行多点接地， 分段泻流，