第二章_配电自动化通信系统

1、 第二章第二章 配电自动化的通信系统配电自动化的通信系统 第一节 配电自动化通信系统的组成及作用 一、数字通信技术中的几个基本概念 码元：若数据用一串有具体定义的脉冲表 示，则称每个信号脉冲为码元，即携带信 息的信号单元叫码元。 2021-7-25第3页 码元传输速率（传码率）：单位为波特 （band），它定义为单位时间（每秒）内 通过系统所传送的码元数（脉冲数）。也 称传码率。 码元传输速率Nb可用下式表示 Nb=1/Ts （band） 码元传输速率码元传输速率 码元信号波形脉冲宽度码元信号波形脉冲宽度 2021-7-25第4页 一、数字通信技术中的几个基本概念 信息传输速率（传信率）：单位

2、是比特/秒 （bits），它定义为单位时间内（每秒） 通过系统所传输的信息量，又称作数据传 输速率，可用下式表示 R= R= NNb b 1og 1og2 2NN（bitbits s） 每秒传送的脉冲数每秒传送的脉冲数 一个脉冲所表示的有一个脉冲所表示的有 效状态，即调制电平数效状态，即调制电平数 2021-7-25第5页 消息传输速率（消息率）：单位是比特/秒 （bits）它定义为单位时间内（每秒）通 过系统传输的从信源发出的消息量。记作 Rm 消息率与传信率之间的关系为： bm RR 消息传输效率消息传输效率 2021-7-25第6页 误码率：在某一数据传输过程中，发生错 误的码元数与总传

3、输码元数之比称为误码 率。 带宽（Band windth）：它是指传输模拟信 号的频带宽度，模拟信号带宽由较高频率 减去较低频率得到，但为了表达方便，通 常利用频率范围来描述带宽。 2021-7-25第7页 基带：在实际工作中人们所需要传输的原 始信号，无论是模拟信号还是数字信号通 常其频率都较低，它们所占据的这部分频 带，通常称为基本频带，简称为基带，基 带也就是指信号本身的基本频带。 基带传输：将基带信号直接在信道中传输。 调制与解调：就是在调制器中，将数字基 带信号调制到载波上，变为数字载波信号。 这种用载波运载基带信号的过程称为调制。 反之，从已调制过的载波信号中，将作为 调制信号的原

4、基带信号分离出来的过程称 为解调 。 频带传输：借助于载波来传输数字基带信 号的传输方式 。 2021-7-25第9页 报文：是一组包含数据和呼叫控制信号的 二进制数，是在数据传输中具有多种特定 含义的信息内容。 报文分组：将报文分成若干个报文段，并 在每一报文段上加上传送时所必需的控制 信息。 2021-7-25第10页 报文号报文号 ID 到点到点 T 源点源点 S 校验校验正正 文文 报文报文 总控制信息总控制信息 校验正文1STPtolP1ID校验正文nSTPtolPnID 报文报文 分组分组 分控制信息分控制信息分控制信息分控制信息 报文及报文分组示 意图 P1，Pn报文分组号；Pt

5、ol 报文分组总数； T到点编号；S源点编号 2021-7-25第11页 以太网：局部 通信网，为单一组织或 单位的非公用网。信道带宽宽，误码 率低，具有高度的扩充灵活性和互联 性，建设成本低，见效快。 接头接头 转换器转换器 中继器中继器 转换器转换器 转换器转换器 转换器转换器 转换器转换器 接口接口 控制器控制器 主机主机 HOST 接接 口口 控控 制制 器器 主机主机 HOST 接接 口口 控控 制制 器器 主机主机 HOST 终端连接器终端连接器 第第 一一 E T H E R 段段 第二第二ETHER段段 同轴同轴 电缆电缆 以太网结构框图以太网结构框图 2021-7-2513

6、实时（Realtime）：计算机同外部事件的交 互作用，其响应速度必须满足整个系统在 时间上的要求，通常这个时间要求在几毫 秒至几秒的范围内，这样就称为具有实时 性，若超出这个范围就不是实时了。 2021-7-25第14页 （一）数据通信系统的传输方式 单工通信：是指信息只能按一个方向传送 的工作方式 。 半双工通信：半双工通信方式是指信息可 以双方向传送，但两个方向的传输不能同 时进行，只能分时交替进行的工作方式。 全双工通信 ：是指通信双方可以同时进行 双方向的传送信息的工作方式。 二、 配电自动化通信系统 2021-7-25第15页 发送设备发送设备接收设备接收设备 接收设备接收设备发送

7、设备发送设备 接收设备接收设备 接收设备接收设备发送设备发送设备 接收设备接收设备 接收设备接收设备发送设备发送设备 接收设备接收设备 接收设备接收设备接收设备接收设备 发送设备发送设备 2021-7-2516 （二）配电自动化通信系统的组成及作用 通常由数据终端设备DTE、数据传输设 备DCE和数据传输通道组成。 完成信号的完成信号的 传输任务传输任务 采集电网中一采集电网中一 些信息如：电些信息如：电 气量、开关量气量、开关量 等，并转变为等，并转变为 数字信号用于数字信号用于 传输。传输。 将数据终端设将数据终端设 备送来的基带备送来的基带 数字信号转变数字信号转变 成适用于远距成适用于

8、远距 离传送的数字离传送的数字 载波信号载波信号 数据传输信道数据传输信道 数据数据 终端终端 设备设备 DET RTU 数据数据 传输传输 设备设备 DCE 数据数据 传输传输 设备设备 DCE 数据数据 终端终端 设备设备 DET SCADA RS-232RS-232 （二）配电自动化通信系统的组成及作用 2021-7-25第18页 1 调制解调器作用 （1）将基带信号的频谱搬移到载频附近，以 适应信道频带的要求，便于发送和接收。 （2）实现信道的多路复用。 （3）压缩信号带宽，以便于利用话带传输设 备进行数据传输。 （三）调制解调器作用及调制的基本原理 2021-7-25第19页 2 2

9、、调制的基本原理、调制的基本原理 ）（ 设有一个正弦波电压：设有一个正弦波电压： tUu m sin 就载荷了码元信号。就载荷了码元信号。 一个正弦波电压一个正弦波电压随码元信号变化，这样随码元信号变化，这样、 、因此我们可以让因此我们可以让变成另一个不同电压。变成另一个不同电压。 来的来的中的任何一个就会使原中的任何一个就会使原、改变改变 t U utU m m 2021-7-25第20页 数字调幅ASK利用正弦波的振幅变化来 代表码元信号的“0”或“1”，频率及相 位不变 。 数字调频FSK是让正弦波频率随码元的 不同而变化，振幅和相位不变。 三种调制方式 2021-7-25第21页 数字

10、调相PSK是让正弦波初相角随码元 “0”、“1”而变化，而振幅和频率保持 不变。根据初相位不同，又分成二元绝对 调相和二元相对调相两种。在绝对调相中， 初相位为0代表码元“0”，初相位为 代表 码元“1”，二元相对调相是利用相邻两个 正弦波的相位差代表码元，相位差为 ，代 表码元“1”，相位差为0，代表码元“0”。 调制的几种基本脉冲波形 码元波形码元波形 调幅波形调幅波形 调频波形调频波形 二元绝对调二元绝对调 相波形相波形 二元相对调二元相对调 相波形相波形 2021-7-25第23页 第二节 配电系统自动化的通信方式及其 特点 通信方式通信方式 有线通信有线通信 无线通信无线通信 调调

11、幅幅 广广 播播 甚甚 高高 频频 无无 线线 电电 超超 高高 频频 无无 线线 电电 微微 波波 通通 信信 卫卫 星星 通通 信信 光光 纤纤 通通 信信 载载 波波 通通 信信 专专 线线 电电 信信 本本 地地 网网 传传 呼呼 2021-7-25第25页 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。 光纤网：架空光缆、地埋光缆、架空 地线复合光缆。 光调制解调器；中继器。 一、有线通信 (一）光纤通信 2021-7-25第26页 1、光纤通信的优点： （1）传输频带很宽，通信容量大。 （2）传输衰耗小，适合于长距离传输。 （3）体积小，重量轻，可绕性

12、强，敷设方 便。 （4）输入与输出间电隔离，不怕电磁干扰。 （5）保密性好，无漏信号和串音干扰。 （6）抗腐蚀，抗酸碱，且光缆可直埋地下。 光纤通信的缺点： （l）强度不如金属线。 （2）连接比较困难。 （3）分路和耦合不方便。 （4） 弯曲半径不宜太小。 2021-7-25第28页 2、光纤通信系统的组成 2021-7-2529 发送发送 接收接收 电端机电端机 光缆光缆 光端机光端机中继器中继器光端机光端机电端机电端机 光缆光缆 完成对完成对 信息源信息源 的处理。的处理。 将电信将电信 号转换号转换 成光信成光信 号。号。 将经过远距离传将经过远距离传 输后被衰减和畸输后被衰减和畸 变了

13、的光信号放变了的光信号放 大、整形和再生大、整形和再生 成一定强度后，成一定强度后， 继续传送。继续传送。 将光信将光信 号还原号还原 成电信成电信 号。号。 光纤通信系统的网络形式 点对点光纤通信系统 光电适配器光电适配器 光纤光纤 光电适配器光电适配器 RS-232C 或 RS-485 RS-232C 或 RS-485 2021-7-25第30页 光纤通信系统的网络形式 T型光纤通信系统 光纤光纤 电端机电端机 光端机光端机 电端机电端机 光端机光端机 电端机电端机 光端机光端机 光纤光纤光纤光纤 光纤光纤 双向双向T耦合器耦合器双向双向T耦合器耦合器双向双向T耦合器耦合器 传输方向传输方

14、向 2021-7-25第31页 光纤通信系统的网络形式 环型光纤通信系统 电端机电端机 光端机光端机 电端机电端机 光端机光端机 电端机电端机 光端机光端机 光纤光纤 中继器中继器中继器中继器 电端机电端机 光端机光端机 光纤光纤 中继器中继器 中继器中继器 光纤光纤 光纤光纤 2021-7-25第32页 载波通信是利用某一载波频率经非通 信线路传输信息的通信方式。 （二）载波通信 2021-7-25第33页 电力线载波通道（高频通道）的组成及各元 件作用 QF1 QF2 耦合电容器 高频电缆 高频阻波器 输电线路 隙隙 间间 电电 放放 关 开 地 接 M N 结结合合滤滤波波器器 GFX

15、GSX GFX GSX 将低压的高频收将低压的高频收 发信机耦合到高发信机耦合到高 压线路上压线路上 只让高频电只让高频电 流在本线路流在本线路 上流动上流动 让高频电流让高频电流 能顺利通过能顺利通过 连接高频收连接高频收 发信机与结发信机与结 合滤波器合滤波器 防止过电压防止过电压 损坏收发信损坏收发信 机机 接收和发出接收和发出 高频信号高频信号 在调试收发信机在调试收发信机 等设备时，合上等设备时，合上 该开关，保证人该开关，保证人 身设备安全身设备安全 2021-7-25第34页 配电线载波通信系统 2021-7-25第35页 专线的“挂灯笼”连接方式 （三）专线 双绞线或音频电缆，

16、架设在现有的电线杆上 或在电缆沟、地沟中，电力部门专用。 监监 控控 中中 心心 开关设备开关设备开关设备开关设备 2021-7-25第36页 利用电信通信网(市内电话网)组成配网通信系统 租用电话线：指电力公司租用专门的电话线路 用于配电网自动化通信。 拨号电话：在需要进行数据采集与控制的配电 网点上，安装或利用现成拨号电话，在被监控 点和监控中心之间通过电话网传送数据和命令。 （四）电信本地网 2021-7-25第37页 利用商业传呼网的自动传呼服务，实现从 监控中心到RTU的单向通信。 具体实现方法：为每个RTU申请一个自动 传呼号，并安装一套特制的接收装置；当 需要对配电网某RTU进行

17、操作时，由监控 中心的监控计算机拨打相应的传呼号；拨 通之后，将转换成电话按键号的命令信息 连续拨打出去；RTU端接收到传呼信息之 后，作逆向转换，确认无误后，执行相应 操作。 (五)传呼（Calling） 2021-7-25 第38页 （一）调幅（AM）广播 用于配电自动化的调幅广播采用不干扰现 有调幅广播电台的频率范围工作，一般用 于对大量用户进行负荷控制，是一种单向 通信方式。 它使用调幅广播电台把已调制的负荷控制 信号发送到位于配电系统各地的负荷控制 单元。 二、无线通信 2021-7-25第39页 甚高频：频率在（30300）MHz之间无 线电波段称为甚高频（Very High Fr

18、equency，简称VHF）。 甚高频（VHF）无线电优缺点：在配电自 动化通信系统中经常采用800MHZ的信道。 其信号覆盖面积有限，容易产生失真和阴 影，可用于单通道的负荷控制，可以保持 与停电区域通信，投资较低。 （二）甚高频（VHF）无线电 2021-7-25第40页 超高频：频率在（3001000）MHZ的无 线电波段被称作超高频（Ultra High Frequency，简称UHF）。 超高频无线电优缺点：比低频无线电容易 被大气吸收、产生失真和阴影，但可靠性 相当高，不易产生互相干扰。 （三）超高频（UHF）无线电 2021-7-25第41页 微波通信的频率在1GHz以上，这种通

19、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。微波通信方式的带宽充足、 传输容量大、质量高、配置灵活，尤其是 在一点多址的小微波（TDMA）推出后，其 使用性能更加加强。 （四）微波通信 2021-7-25第42页 卫星通信：利用位于同步轨道的通信卫星 作为中继站来转发或反射无线电信号，在 地面站进行通信的一种通信方式。 （五）卫星通信 2021-7-25第43页 第三节 配电自动化通信系统的抗干扰及 其保护措施 一、雷电的形式及其危害 雷电引起的过电压，叫做大气过电压。这 种过电压危害相当大。大气过电压可分为 直击雷过电压和感应雷过电压两种基本形 式。 2021-7-25第45页

20、 带有大量电荷的雷云，当其周围的电场强 度达到使空气绝缘破坏的程度时，空气开 始游离，形成导电性的通道，通道从云中 带电中心向地面发展。当距离地面达某一 高度时，先导通道就沿其头部至感应电荷 集中点的方向连续发展，直至放电。若对 线路或设备放电，则线路或设备就称为被 雷击，那么线路或设备遭受雷击时，将通 过很大的电流，由此产生的过电压称为直 击雷过电压。 (一）直击雷过电压 2021-7-25第46页 带有负电荷的雷云接近输电线路时，强大 的电场在导线上产生静电感应。由于带有 负电荷雷云的存在，束缚着导线上的正电 荷。当雷云对导线附近地面地物放电后， 雷云电荷被中和而失去对导线上电荷的束 缚作

21、用，电荷便向导线两侧流动。由此而 产生的过电压称为感应过电压。 （二）感应雷过电压 2021-7-25第47页 雷电的机械效应：击毁杆塔和建筑，伤害人 畜； 雷电的热效应：可以烧断导线、烧毁设备、 造成火灾 雷电的电热效应：产生过电压，击穿电气绝 缘、绝缘子闪络，造成输电线短路故障，引 起继电保护动作跳开线路开关，线路停电或 引起火灾、人身伤亡等。 （三）雷电的危害 2021-7-25第48页 采用避雷设备（避雷针、避雷线、避雷器） 对建筑和设备进行保护； 在被保护设备的前后安装避雷器和保护间 隙，将雷电波的峰值和陡度降低，以保证 设备的绝缘水平； 针对不同的装置在安装接线和制造中采取 一些相

22、应的防雷措施。 二、自动化通信系统的防雷措施 2021-7-25第49页 三、杂音干扰以及防止措施 杂音干扰类型杂音干扰类型 线路杂音线路杂音 路际串扰路际串扰 通信设备通信设备 固有的杂音固有的杂音 制际串扰制际串扰 2021-7-25第50页 抗干扰编码：就是对要传送的信息进行加工， 按预定的规则附加若干监督码元，使它具有 一定的特征，在接收端则按约定的规则对收 到的码进行检验，从而检查出错误，或者进 行纠正错误 防止杂音干扰的措施防止杂音干扰的措施 改善通道电性能，改善通道电性能， 降低信道干扰降低信道干扰 采用抗干扰编码减少干扰采用抗干扰编码减少干扰 循循 环环 检检 错错 法法 检检

23、 错错 重重 发发 法法 前前 向向 纠纠 正正 法法 反反 馈馈 检检 验验 法法 混混 合合 纠纠 错错 法法 2021-7-25第51页 通信规约通信规约( (Protocol)Protocol)：是调度端和执行端通信时共同使用是调度端和执行端通信时共同使用 的人工语言的语法规则及应答关系。的人工语言的语法规则及应答关系。 规约规定怎样开始规约规定怎样开始/ /结束通信、谁管理通信、怎样传输信结束通信、谁管理通信、怎样传输信 息、数据是怎样表示和保护的、工作机理、支持的数据类、息、数据是怎样表示和保护的、工作机理、支持的数据类、 支持的命令以及怎样检测支持的命令以及怎样检测/ /纠错等内

24、容。纠错等内容。 第四节 通信规约 2021-7-25第52页 一、开放式系统互联模型标准OSI 一、开放式系统互联模型标准一、开放式系统互联模型标准OSI 物物 理理 层层 数数 据据 链链 路路 层层 网网 络络 层层 会会 话话 层层 传传 输输 层层 表表 示示 层层 应应 用用 层层 2021-7-25第53页 IEC60870IEC60870一一5 5系列远动通信规约体系系列远动通信规约体系 IEC61850IEC61850系列变电站数据通信协议体系系列变电站数据通信协议体系 IEC60870IEC60870一一6 6系列计算机（控制中心）数据通信协议体系系列计算机（控制中心）数据

25、通信协议体系 IEC8705IEC8705一一101101、适用于远动、适用于远动 IEC870IEC870一一5 5一一102102、适用于电能计量、适用于电能计量 IEC870IEC870一一5 5一一103 103 适用于继电保护设备通信适用于继电保护设备通信 二、IEC系列通信规约 2021-7-25第54页 三、电力系统通信协议体系UCA 通信协议体系通信协议体系UCA主要内容主要内容 控制中心之间通信协议控制中心之间通信协议现场设备模型现场设备模型数据访问集中服务数据访问集中服务 2021-7-25第55页 应答式规约又称应答式规约又称PollingPolling规约。它以主站为主，依次向各规约。它以主站为主，依次向各 RTURTU发出查询命令，各发出查询命令，各RTURTU依查询命令进行回答，回答信息依查询命令进行回答，回答信息 串的长度是可变的。串的长度是可变的。 应答式规约的特点：一是，应答式规约的特点：一是，RTURTU有问必答，当有问必答，当RTURTU收到主机收到主机 查询命令后，必须在规定的时间内应答，否则视为本次通查询命令后，必须在规定的时间内应答，否则视为本次通 信失败；二是，信失败；二是，RTURTU无问不答，当无问不答，当RTURTU未收到