配电自动化3-通信系统ppt课件

1、 配电自动化的通讯系统第三讲 1 配电自动化通讯系统的层次构造 2 配电自动化的通讯系统的组成及作用 3 配电自动化的通讯方式及特点 4 通讯系统运用实例分析.主 站子 站子站 子 站远方终端远方终端远方终端远方终端 。同级管理信息系统同级负荷管理系统同级用电管理系统同级其它系统调度自动化系统变电站自动化系统大中型配电自动化及管理系统组成构造-三层构造1 配电自动化通讯系统的层次构造1.1 配电自动化及管理系统组成构造.主 站 调动自动化主站子站 远方终端远方终端远方终端远方终端。同级管理信息系统同级负荷管理系统同级用电管理系统同级其它系统变电站自动化系统中小型配电自动化及管理系统组成构造。.

2、配电自动化系统三层构造站端设备FTU -各类柱上开关及环网柜控制器FTU的组成：模块远方终端控制器，充电器、蓄电池、机箱外壳及各种附件组成模块远方终端控制器必需包括：交流量采集回路，数字量采集回路，数字量输出开关量输出回路，通讯接口和RAM, ROM等中心芯片。有时参与DSP芯片追求高性能的滤波和数字信号处置才干。.泰安配网自动化主站系统硬件配置表示图.郑州配网自动化主站系统硬件配置表示图调度任务站 GPS网络 II网络 ITCM公用通讯效力器数据和图形效力器镜像及WEB 系统维护任务站2M E1 V.35ATM交换机子站1调度任务站其他计算机系统配调中心调度SCADA/EMSMIS系统ARN

3、 路由器SDH通讯网络子站NARN 路由器BLN 路由器2M E1 V.35GPS抢修车调度任务站高级运用任务站磁盘阵列Catalyst 5500培训效力器数据处置任务站学员席任务站.1.2 配电自动化通讯系统的层次 一个完好的配电自动化系统包括配电自动化主站、配电自动化子站、远方监控单元三个部分。主站和子站间的通讯、子站和现场监控单元间的通讯有一个共同的特点，其中一方必为计算机系统，另一方为计算机系统或其它监控单元。另一个特点是通讯间隔比较远，能够为几公里，甚至几十公里。1主站级通讯包括： 主站调度 主站子站 主站变电站.2子站级通讯主站子站子站调度子站变电站子站远方终端RTU/DTU/TT

4、U子站起到承上启下的作用！.3终端设备通讯主FTU从1(RTU/DTU/TTU) 从2(RTU/DTU/TTU) 从3(RTU/DTU/TTU) .a) 级连方式 b) 总线方式通常采用RS232接口 通常采用RS485接口主FTU从FTU1从FTU2主FTU从FTU1从FTU2.3终端设备通讯主FTU从1(RTU/DTU/TTU) 从2(RTU/DTU/TTU) 从3(RTU/DTU/TTU) .子站主FTU远方终端RTU/DTU/TTU主站主FTU远方终端RTU/DTU/TTU终端设备通讯主要是主从方式！.1.3 配电自动化对通讯系统的要求1通讯的可靠性 配电自动化的通讯系统必需设计成为可

5、以经过常规维护就可以在恶劣情况下任务的系统。 可以跨过缺点区和停电区域坚持通讯，是对通讯系统可靠性的另一要求。 2通讯系统的费用 由于配电自动化的通讯系统的造价是很可观的，因此经过恰当地选取适宜的通讯方式，可以节省大笔的建立费用。.3通讯速率的要求 从功能的角度，在配电自动化系统中，进线监视、10kV开闭所和配电变电站监控和馈线自动化FA对于通讯的速率要求最高，其次是公用配变的巡检和负荷监控系统，远方抄表和计费自动化对于通讯的速率的要求较低。 从配电自动化系统构造的角度，集结了大量数据的主干线对通讯速率的要求要远高于分支线对通讯速率的要求。4双向通讯才干 配电自动化的大多数功能要求双向通讯，如

6、对于缺点区段隔离和恢复正常区域供电的功能，那么必需求求有双向通讯才干的信道。.5通讯不受停电的影响 配电网的调度自动化功能和缺点区段隔离，及恢复正常区域供电的功能要求，即使在停电的地域通讯仍能正常进展。6通讯系统的运用与维护方便性 配电自动化的通讯系统构成规模往往较大，而且通常采用多种通讯方式相结合，因此在设计上，应思索尽能够地简化这一复杂的通讯系统的运用与维护。.2 配电自动化的通讯系统的组成及作用2.1 数字通讯技术中的几个根本概念2.2 数据通讯传输方式2.3 通讯规约2.4 调制解调器的作用及原理.2.1数字通讯技术中的几个根本概念1码元。远动通讯系统传输的数据是用码元序列表示的。假设

7、数据用一串有详细定义的脉冲表示，那么称每个信号脉冲为码元，即携带信息的信号单元叫码元。在短间隔传送中，逻辑高电平用“1表示，低电平用“0表示称为单极脉冲。在较长间隔传输中可用正负电平表示称为单双极脉冲。2码元传输速率传码率。单位为波特band，它定义为单位时间秒内经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可用下式表示为 Nb 1/Ts 假设有一个码元“1 或“0信号波形的脉冲宽度为Ts，显然Ts越小，脉冲宽度越窄，单位时间内传送的码元数越多，传送的数据、符号数目也就越多，即效率越高。例如，在一个数据传输系统中，假设传送的信号波形的脉冲宽度为1.67ms，那么信号传输速率约为60

8、0band，即每秒可传送600个脉冲。.3信息传输速传信率。单位是比特/秒bit/s，它定义为单位时间秒内经过系统所传输的信息量，又称作数据传输速率，可用下式表示为: Rb=Nblog2N 式中：N为一个脉冲所表示的有效形状，即调制电平数为2的整数倍；Nb为每秒传送的脉冲数,假设数据传输系统传送的是二进制码元，那么N2，那么码元传输速率Nb和信息传输速率Rb是一样的。从式可以看出，在码元传输率Nb不变的情况下，传输码元的进制越高，即N值越大的话，那么Rb越大，也就是所传输的信息量越大；但对应的系统进制数越大，其技术问题越复杂，实现越困难。另外，传输信道的频带也给传输速率带来一定的限制。4音讯传

9、输速率音讯率。单位是比特/秒bit/s，它定义为单位时间秒内经过系统传输的从信息源发出的信息量，记做Rm。 传码率、传信率和音讯率三者定义. 5误码率。在莫一数据传输过程中，发生错误的码元数与总传输码元数之比称为误码率。电力系统远动通讯中要求误码率小于105误码率与通讯的质量以及各种干扰的大小等要素有关.6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画带宽。例如，音频信号的带宽是3003400Hz。7基带和基带传输。在实践任务中人们所需求传输的原始信号信息信号，无论是模拟信号如语音信号、图象信号等，还是数

10、字信号如计算机和各种数字终端输出的信号，通常其频率都较低，它们所占据的这部分频带，通常成为根本频带简称为基带，基带也就是指信号本身的根本频带。基带信号中的每个基带脉冲实践上就是一个可传输的码元。假设将基带信号直接在信道以传输媒质为根底的信号通道中传输，就称为基带传输。 .8调制与频带传输。由于基带传输的信道通常是有线信道，如明线、对称电缆、同轴电缆等，所以不能远间隔传输。为了远间隔传输，普通要利用无线通道或载波通道，如利用载波通道，这时就须借助于正弦载波，经过频谱变换和搬移后，在进展传输。 所谓调制就是在调制器中，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

11、制。反之，从已调制过的载波信号中，将作为调制信号的原基带信号分别出来的过程称为解调。(9) 报文及报文分组。报文是一组包含数据和呼叫控制信号例如地址的二进制数，是在数据传输中具有多种特定含义的信息内容。10以太网ETHERNET。它是一种部分通讯网，通常在线路半径110km中等规模的范围内运用，为单一组织或单位的非公用网，网中的传输介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤等。它的特点是：信道带宽较宽；传输速率可达10Mbit/s;误码率很低普通为1081011. .2.2数据通讯的传输方式1通讯系统的传输方式按照信息传输的方向和时间可分为：单工通讯、半双工通讯和全双工通讯三种方式单工通讯：按单一方向传

12、送的任务方式.半双工通讯：是指信息可以双方向传送，只能分时交替进展全双工通讯：可以同时进展双方向的传送信息.2典型数据通讯系统的组成数据传输设备DCE的主要作用是将数据终端设备DTE送来的基带数字信号转变成运用与远间隔传送的数字载波信号。常见数据传输设备有：调制解调器modem、复接分接器、数传电台、载波机和光端机。数据传输信道：按载体传输方式：有线传输和无线传输按数据传输方式：模拟信道和数字信道.3典型数据通讯系统的接口数据传输设备的主要作用是讲数据终端设备送来的基带数字信号转变成适用于远间隔传送的数字载波信号。常见数据传输设备DCE与数据终端设备DTE之间的接口：RS-232或RS-485

13、接口。 RS-232接口：美国电子工程学会1973年制定的串行接口 几百米。逻辑电平。RS-485接口：改良的串行接口采用双线传输信号几千米 差分方式的电位差，转换成逻辑电平。.2.3 通讯规约Protocol 所谓通讯规约是指调度端和执行端通讯时共同运用的人工言语的语法规那么及应对关系。规约规定怎样开场/终了通讯、谁管理通讯、怎样传输信息、数据是怎样表示和维护的、任务机理、支持的数据类、支持的命令以及怎样检测/纠错等内容。调度端和执行端只需运用一样的通讯规约，彼此才干明白对方所发信息的意义，通讯才干正常进展。 OSI规范制定通讯规约是开展趋势 国际化规范组织ISO定义了一个开放式系统互联模型

14、规范OSI，该模型包含了七层协议，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和运用层，每一层都强调特殊的网络功能。任何一层只向它的上一层提供效力，并接受下一层的效力恳求，每一层只与它的对应层进展通讯。 .1 物理层物理层提供两个通讯实体之间的数据传输途径，它担任在衔接两个相邻的节点之间的各种媒介上透明地传输恣意位流。该层定义物理网络构造、所运用的媒介的机械和电气特性以及传输编码和计时时间等。2数据链路层数据链路层是将物理层的“位组成“帧，定义网络逻辑拓扑构造、媒介访问战略、物理地址、寻址方式，并提供衔接效力。 3网络层网络层的作用是将数据转移到一个特定的网络位置，并且确保正确数据经过

15、路由选择发送到由不同网络组成的网际网，即提供衔接效力。4传输层传输层提供端到端的数据报文传输，它将下层的信息组成段，并将这些段提交给回话层，或者更上层的协议处置；它运用网络层的路由效力，并提供数据衔接效力。.5会话层会话层实现效力恳求者和提供者之间的通讯。通讯会话被用来建立、维护、同步并且管理通讯实体之间的对话机制所制约。通常，本层协议也协助较高层协议识别和衔接到网络上提供的各种效力。6表示层表示层能把数据转换成一种能被各个计算机以及允许的运用程序相互了解的商定格式传输语法。表示层的主要作用是翻译和加密。7运用层运用层包含了针对每一项网络效力的一切问题和功能。换句话说，上面6层协议包含了通常支

16、持网络效力的义务和技术，而运用层那么提供了完成指定网络效力功能所需的协议。.2.4 调制解调器的作用和原理所谓调制解调器是讲数字基带信号调制在载波上，变为数字载波信号，这种过程叫调制modulate)调制器。从已调制过的载波信号中，讲作为调制信号的原基带信号分别出来的过程 称为解调过程demodulator)解调器。调制解调器的作用a) 讲基带信号的频谱移到载频附近，以顺应信道频带的要求，便于发送和接纳。b)实现信道的多路复用。c)紧缩信号带宽，以便于利用话带传输设备进展数据传输.调制的根本原理有一个正弦电压信号 u=UMax Sin(wt+) 我们可以让正弦波电压的幅值，角频率和初相角随源码

17、信号变化。1数字调幅ASKamplitude shift keying2) 数字调频FSK(frequency shift keying)3) 数字调相PSK(phase shift keying) .调制的几个根本的脉冲波形图a) 码元波形b) 调幅波形c) 调频波形d) 二元绝对调相波形e)二元相对调相波形.3 配电系统自动化的通讯方式及特点.1电力线载波通讯的特点 传统的高压线路载波技术是以实现长间隔的两点通讯为目的是一种点对点的传输方式，因此在线路两侧装有阻波器以防止区内信号泄露，同时也防止区外信号及噪声进入本区段。对于无断点的线路，例如变电站与变电站之间，采用载波通讯，效果较好。对于

18、配电网线路，由于线路多台配电变压器以及线路由于柱上开关的断点，还有配电线路本身存在的高噪声、阻抗变化大和衰耗大等要素，使载波通讯在配电线路中运用遭到了较大的影响。3.1 电力线载波通讯. 2载波通讯的组成运用. 图 “相一地制高频通道的构成1一输电线；2 高频阻波器；3耦合电容器；4 结合滤波器5 放电间隙；6接地隔分开关；7 高频电缆；8 高频收发信机.3在设计配电线载波通讯系统方案时，应明确以下技术问题： 随着线路构造的变动分段开关、联络开关和分支开关的动作，载波信号的衰减情况也要发生变化，在设计时应思索最坏的情况。随着线路的用电负荷变动，载波信号的衰减情况也要发生变化，普通负荷越重，衰减

19、越严重，在设计时应思索最坏的情况。 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鼓励的气体放电灯对载波信号的干扰较大。地埋电缆的线-线、线-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，运用较低的载波频率。.配电线载波频率越低，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。故综合思索，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，运用2040kHz最正确。因运用的频率较低，耦合滤波器必需在10000pF以上，阻波器和结合滤波器也与PLC不同。因线路分支

20、较多，为降低本钱，普通不在各分支上加阻波器，为此必需采取以下措施：载波机采用FSK方式提高抗干扰才干；增大输出功率以提高信噪比和顺应范围；具备一定的输出功率裕量，以保证在最不利的情况下满足运用要求。.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。对于一些在通讯间隔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，如以下图所示为较长馈线载波通讯系统的组成。.4电力线载波通讯的优缺陷综合上述，配电线载波通讯有如下优点和缺陷：优点：可以完全为电力公司所控制，因此

21、便于管理；可以沟通电力公司所关怀的任何测控点；不需求得到无线电管理委员会(FCC)的答应等。缺陷：配电线载波通讯系统的数据传输速率较低，容易遭到干扰、非线性失真和信道间交叉调制的影响；配电线载波通讯系统采用的电容器和电感器的体积较大、价钱也较高；.1光纤的构造与尺寸3.2 光纤通讯.光纤是一种适宜光波传输、损耗小、可弯曲的玻璃丝SiO2资料；其构造包括纤芯、缓冲层和包层，它们都是玻璃的，外面还有由涂复资料和塑料制成的涂层和维护层。纤芯和包层决议了光特性，所以纤芯采用高纯度资料，以防止杂质引起损耗；包层采用纯度稍差的资料，其折射率稍高于缓冲层，但低于纤芯。包层的作用是加大外直径，使光纤结实，能抵

22、抗弯曲。光纤的构造.光纤的尺寸描画光纤尺寸的参数有两个：内芯直径和反射层直径，其度量单位都为微米(m, 1m=110-6m)。最细的光纤其内芯直径通常只需510m，粗一些的光纤其内芯直径为50100m。局域网中最常用的光纤是62.5m/125m的光纤，其中62.5m是内芯直径，而125m是反射层的直径。.2光纤的类型多模光纤(Multimode Fiber, MMF) 光信号不止一种波长，典型的多模光纤尺寸为62.5m/125m单模光纤(Singlemode Fiber, SMF ) 光信息只需一种波长，典型的单模光纤尺寸为8m/125m.3光纤通讯系统.4光纤通讯的优缺陷优点： (1)传输频

23、带很宽，通讯容量大。 (2)传输衰耗小，适宜于长间隔传输。 (3)体积小，分量轻，可绕性强，敷设方便。 (4)输入与输出间电隔离，不怕电磁干扰。 (5)严密性好，无漏信号和串音干扰。 (6)抗腐蚀，抗酸碱，且光缆可直埋地下。缺陷： 1)强度不如金属线。 (2)衔接比较困难。 (3)分路和耦合不方便。 (4)弯曲半径不宜太小。.(5)光纤通讯系统的组成 通讯容量大，中继间隔长在多模光纤中光信号可传输6km左右，在单模光纤中可传输30km左右。特点是可靠性高，传输速率高，不受雷电、开关操作的影响，抗电磁等干扰的才干强，可作为言语、数据和图象的传输。因此光纤通讯曾经成为城市配电网通讯的主要方式，也是

24、当前较好的通讯手段。.光纤自愈环网光端机光端机光端机光端机FTUFTUFTU配电主站A环B环F.光纤自愈环网光端机光端机光端机光端机FTUFTUFTU配电主站A环B环FA环.多通道光端机COM1COM2COM3COM4COM5网管A进B出B进A出多通道光端机表示图.现场配置方式实例架空系统数据子站.513.3 高频电压脉动控制系统.信号传送范围可以从高压配电线经柱上变压器或箱式变压器至低压用户端。信号传送特性受谐波和负载端装设的并联电容器影响，频率选择要恰当(50Hz系统多用283.3Hz，60Hz系统多用260Hz)。调制方式与传送速度的关系用移幅键控(ASK)方式时低于10bps, 用移频

25、键控(FSK)方式时为5060bps。高频电压脉动控制技术特点：.3.4 工频控制技术工频控制技术的特点：信号发生原理是在工频电源电压过零点附近用晶闸管控制电容放电或经过电感吸收电流产生脉冲波。传送速度是经过在过零点同时传送多个通道脉冲，可以实现很高的传送速度。传送可靠性受负荷阻抗变化的影响，并要留意利用控制相位原理的其他设备所发出的脉冲的干扰。 是一种双向通讯方式，它也是利用电力传输线作为信号传输途径，并利用电压过零的时机进展信号调制。.工频控制技术的优点和缺陷：工频控制技术与脉动控制技术相比，设备更简单，投资更节省；与配电线载波系统相比，工频控制技术不存在由于驻波而带来的盲点问题。同脉动控

26、制技术类似，工频控制技术存在的突出问题是当停电时通讯将中断，这妨碍了其运用于配电自动化系统的其它功能中，但是对于自动抄表和负荷控制却不会遭到影响。. 线已被电力公司广泛运用于SCADA和继电维护中，长期的实际证明它是一种成熟的通讯方式。单从技术角度看，利用线通讯是很适宜于配电自动化系统的，利用线通讯可以到达较高的波特率，而且容易实现双向通讯。但是专线的租用费用往往较高，并且电力公司无法完全掌握线通讯的维护以确保其可靠运转。3.5 线通讯专线：能传输高达2400bps的数据, 但必需支付较高的租金。这种方式适用于对通讯速率有较高要求的场所，如FTU、TTU与区域任务站之间以及区域任务站或RTU与

27、配电自动化主站间的通讯等。公用网的拨号：替代租用专线可以大大降低运用费用, 并且在接通后也能传输到达2400bps的传输速率, 但是联通的时间(包括拨号、振铃检测和摘机) 较长，尤其是遇上通道忙，一时接不通的情形，因此仅适用于对通讯速率要求不高的场所，如远程自动抄表等。.采用线的优点和缺乏：a)优点：采用线传输数据利用了网的现有资源，因此具有简单、投资少和运用方便等优点。b)缺乏： 传输速率受限，普通在2400bps以内。 有的街区从市容角度思索不允许架线横跨马路，这使得架设线困难重重。 电力公司无法完全掌握线的维护以确保其可靠运转。 线难以覆盖到许多区域。 传输过失率高，误码率往往高达10-

28、310-5。 传输间隔受限制，由于对于长间隔传输，由于经多段转接，群延时大，信号畸变严重，为此必需对线路采取平衡措施。 拨号的接续时间长且有时接不通。. 现场总线(Field Bus)是近二十年来开展起来的新技术，它是衔接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支构造的通讯网络。 现场总线的特点：全数字化的双向数据传输。智能程度高，可以完成过失控制和一些采集与控制算法，可以具有一定的报文处置才干。拓扑构造灵敏，可构成总线型、环形、星形等各种构造。开放式构造，便于设备间互连。3.6 现场总线和RS485. 现场总线的一对传输线上可以共线联接多台设备，使现场设备的通讯简单化。 现场总线采用经

29、打包后的数字信息传输，并具有检错和纠错手段，因此抗干扰才干强。 现场总线是开放式系统，它是根据开放互连系统协议(OSI)的七层协议制定的，可根据需求将不同厂商的设备互换互连, 还可以共享数据库。 采用现场总线的一切厂商都采用一致的组态方法，因此设备便于掌握。(2) 现场总线的优越性表达在以下几个方面： 常用的现场总线：有CAN BUS(Controller Area Network)、LON WORKS(Local Operating Networks)和PROFI BUS(Process Field Bus)等。. 它是一种改良的串行接口规范，其接口环节简单且不含CPU。与RS-232C不同，RS-485采用双线传输信号，在发送时采用差分的方式将逻辑电平转换为电位差来传送，在接纳时将电位差复原为逻辑电平。RS-485最多可支持64256个发送/接纳器对，最远传输间隔为2.5km(9600bps)，最高传输速率为2.4Mbps。(3) RS-485：.3.7 无线通讯系统 实际证明无线通讯系统在配电自动化中是具有生命力的。无线通讯系统是一种覆盖面广的通讯方式，它不需求传输线，而且可以构成双向通讯系统。一切的无线通讯系统都可以和停电区域通讯。传统的无线通讯系统包括以下几种：1传统无线通讯系统调幅(AM)广播。调频(FM)广播。无线寻呼网。甚高频(VHF)