第三章第一次 电力系统远动和信息

第三章电力系统远动和信息传输3.0信息传输基础

3.0.1模拟通信和数字通信

传递消息的过程称之为通信，其目的就是把含有信息的消息从一地传向另一地。所有通信都是将消息变成与之对应的信号来传递的，现代通信主要以电信号来传递消息，它传得既快又准确，而且受时间、地点、距离等方面的限制比较少。消息和信号之间有着一一对应的关系，通常寄托在电信号的某一参量上。如果电信号的参量承载着离散消息，即该参量取值是离散的，该信号就叫离散信号。人们把时间和状态都是离散的信号称为数字信号，例如：电报、数字信号、传递的数据和遥控指令等，它们不是时间的连续函数，其取值是有限可数的离散值；如果电信号的参量承载着连续消息，即该参量取值是连续的，此种随时间变化而连续取值的信号叫连续信号或模拟信号，例如普通电话机，其输出的信号就是模拟信号。用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合叫做通信系统，比如电话通信系统包括：送话器、电线、交换机、载波机和受话器等。广播通信系统包括传声器、放大器、发送设备、无线电波和收音机等。

点与点之间建立的通信系统是通信的最基本形式，其模型如图3.1所示。其包括信源、变换器、信道、噪声源、反变换器和信宿等六个部分。

信源变换器信道噪声源信宿反变换器(1)信源是指发出信息的信息源。在人与人之间通信的情况下，信源是指发出信息的人；在机器与机器之间通信的情况下，信源是发出信息的机器，如计算机或其他机器。不同的信源构成不同形式的通信系统，如对应语音形式信源的电话通信系统，对应文字形式信源的传真通信系统等。(2)变换器的功能是把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。一般分几步完成：首先把非电信号变成电信号，然后对电信号进行变换和处理，使它适合信道传输。在现代通信系统中，为满足不同的需求，需要进行不同的变换和处理，如调制、数/模转换、加密和纠错等。(3)信道是信号传输媒介的总称。不同的信源形式对应的变换处理方式不同，与之对应的信道形式也不同。从大的类别来分，传输信道的类型有两种，一种是电磁信号在自由空间中传输，这种信道叫做无线信道；另一种是使电磁信号被约束在某种传输线上传输，这种信道叫做有线信道。(4)反变换器的功能是变换器的逆变换。变换器把不同形式的信息变换和处理成适合信道传输的信号，通常这种信号不能为信息接收者直接接收，需要用反变换器把从信道上接收的信号变换为接收者可以接收的信息。(5)信宿是信息传送的终点，也就是信息接收者。(6)噪声源不是人为实现的实体，在实际的通信系统中客观存在，在模型中我们将它集中表示。实际上，干扰噪声可能在信源处就混入了，也可能从构成变换器的电子设备中引入，或者传输信道中的电磁感应以及接收端的各种设备中也都可能引入干扰。

3.0.2通信可分为以下两种根据系统中传递的信号不同：(1)模拟通信一般指的是信源发出的、信宿接收的和信道传输的等都是模拟信号的通信过程或方式。因此，模拟通信系统可以说是以模拟信道传输模拟信号的系统。(2)数字通信一般是指以数字信号的形式传输信号的系统。在早期信源发出和信宿接收的是模拟信号，而信道传输的是数字信号，随着计算机和计算机网络的发展，信源、信宿处理的大部分也都变成了数字信号。该系统相对于上述功能模块又增加了信源编码(解码)和信道编码(解码)功能模块，这也是数字通信系统的特点所在。信源编码是将模拟信息(模拟信号)转换成数字信号的功能(信源解码功能相反)；信道编码是将信源编码输出的数字信号(如最简单的编码方式是用高电平表示“1”，低电平表示“0”)变成适合于信道传输的码型(信道解码功能相反)，以提高传输的有效性和可靠性。

3.0.3数字通信具有以下特点：(1)抗干扰能力强。由于数字信号的取值个数有限(大多数情况只有0和1两个值)，因此在传输过程中我们不太关心信号的绝对值，只注意其相对值即可，比如设高电平5V为1，低电平0V为0，在传输时受噪声影响，5V变成8V，而我们只要看到大于一定值认为是5V就行了(当然，0V受干扰也可能变成8V，以至于把数据0误认为数据1。但经过信道编码后，数据0不是用简单的低电平表示，使误码出现的可能性降到最小)。同时数字通信时，传输中继器可以再生信号，消除噪声积累，比如一个中继器收到一个受干扰而变成8V的信号，若是模拟通信，中继器就会原封不动地把这个8V信号放大后送往下一级，下一级接着放大再往下送，这样一级一级下去，噪声被不断地放大，形成噪声积累直到通信终端。如果是数字通信，第一个收到这个8V信号的中继器先认为该信号为一高电平信号，然后并不将该信号往下传，而是重新生成一个标准高电平信号(比如为5V)传往下一级，这样，噪声就不会像模拟通信那样被一级一级地放大，而是被中继器“隔离”，从而消除了噪声积累。

(2)便于进行信号加工与处理。由于信号可以储存，因此可以像处理照片一样对信号随意加工处理(在技术允许的范围内)。

(3)传输中出现的差错(误码)可以设法控制，提高了传输质量。(4)数字信息易于加密且保密性强。

(5)能够传输话音、电视和数据等多种信息，增加了通信系统的灵活性和通用性。3.0.4电力系统调度的主要任务•保证供电的质量优良•保证系统运行的经济性•保证较高的安全水平——选用具有足够的承受事故冲击能力的运行方式•保证提供强有力的事故处理措施3.0.5电力系统的分区、分级调度

□为中心调度，；○为省级调度中心，●则为地区调度所或供电局图3-2分级调度示意图图3-3分级调度结构3.0.6电力系统调度自动化系统的功能概述安全水平是电力系统调动的首要问题•在电力系统调度自动化的控制系统中，调度中心计算机必须具有两个功能，其一是与所属电厂及省级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离的可靠性高的双向交换，简称为电力系统监控系统，即SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）；另一是本身应具有的协调功能。具有这两种功能的电力系统调度自动化系统称为能量管理系统EMS（EnergyManagementSystem）。图3-4表示了EMS信息流程的主线，还给出了远方省级调度及远方电厂与调度中心进行信息交换的功能示意框图。图3-4EMS功能组合示意图3.0.7电力系统调度自动化系统的发展历程1．电网调度自动化的初级阶段

•布线逻辑式远动技术的采用2．电网调度自动化的第二阶段

•电子计算机在电力系统调度工作中的应用3．电网调度自动化系统的快速发展阶段

•随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADA／EMS技术进入了一个快发展阶段3.0.8SCADA/EMS系统的子系统划分1.支撑平台子系统2.SCADA子系统3.AGC/EDC（AutomaticGenerationControl/EconomicDispatchControl）子系统4.高级应用软件PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系统5.调度员仿真培训系统DTS（DispatcherTrainingSimulator）6.调度管理信息子系统DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)3.0.9电力系统调度自动化系统的设备构成电网调度自动化系统的设备可以统称为硬件，这是相对于各种功能程序－软件而言的。它的核心是计算机系统，其典型的系统构成可参见图3-5。图3-5电网调度自动化系统构成示意图数据通信通讯规约

一、并行传输与串行传输1．并行传输

•如果用8根线（另有1根公共线）将数字通信双方连接起来，每根线传一位码元将这组信息传送过去，这种方式就称为并行传输2．串行传输

•串行传输仅需要一回传输线（2根）。是根据一个字节中个码元的顺序一位一位地传过去图3-6并行传输和串行传输(a)并行传输(b)串行传输图

3-7串行数据发送和接收过程原理图3．串行数据发送和接收二、数据通信中的传输速率和误码率1．码元。把每个信号脉冲称为一个码元。2．码元速率。每秒传送的码元数，以Bd（波特）为单位。3．信息速率。系统每秒传送的信息量。单位是bit/s（比特/秒）。4．误码率。数据经传输后发生错误的码元数与总传输码元数之比。5．差错控制。在一个实用的通信系统中一定要能发现差错，并采取纠正措施，把出错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制。最简单和最常用的检错方法是奇偶校验。三、数据通信系统的工作方式图

3-8数据通信三种工作方式（a）四线全双工；（b）单工通信；（c）半双工通信四、异步传输和同步传输1.异步通信格式•每帧以“起始位”（低电平）开头，接着传送信息码元，最后附加一位“奇偶校验位”和“停止位”（高电平）。图

3-9异步数据传输的格式（a）一般信息帧；（b）ASCII码帧2.同步通信格式•同步通信方式的发、收必须时刻严格保持同步。图3-10同步数据传输示意图五、远距离数据通信的基本模型图3-111．信源：即电网中的各种信息源.2．信源编码器：它是把各种信源转换成易于数字传输的器件。3．信道编码器：为了保护所传送的信息内容，增加保护码元。4．调制器与解调器（MODEM）：为增加传输距离，将基带信号进行调制传送，可减弱干扰信号。5．信道：信号远距离传输的载体。6．解调器：调制器的逆过程。7．信道译码器：编码器的逆过程，除去保护码元。8．信源译码器：将二进制信号恢复到模拟信号的过程。9．信宿：信息的接收地或接收人员能观察的设备。六、数字信号的调制与解调图

3-12调制与解调示意图图3-13•1．数字调幅

•又称振幅键控方式（ASK），它是用正弦波不同的振幅来代表“1”和“0”两个码•2．数字调频•数字调频又称移频键控（FSK），它是用不同频率来代表“1”和“0”，而其振幅和相位则相同。•3．数字调相•数字调相又称移相键控（PSK），又分为二元绝对调相和二元相对调相两种方式。•（1）二元绝对调相。波形中初相位为代表“0”，而初相位为则代表“1”。•（2）二元相对调相。波形中后一周波的相位继续与前一周波相同的，代表码元“0”；而后一周波相位与前一周波相位相反的则代表码元“1”。•数字调相抗干扰性能最好，但硬、软件均比较复杂。七、局域网及其应用•局部网络是一种在较小区域内使各种数据通信设备互连在一起的通信网络。1．令牌环（TokenRing）2．以太网（Ehternet）图3-14图3-15以太网（Ethernet）拓扑结构及发送工作流程（a）拓扑结构；（b）发送报文工作流程八、现场总线.•现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、特别在变电站的分层分布式综合自动化系统中具有广泛的应用前景。九、循环式规约（CDT）和问答式规约（polling）（一）通讯规约

•在通信网中，为了保证通信双方能正确、有效、可靠地进行数据传输，在通信的发送和接收的过程中有一系列的规定，以约束双方进行正确、协调的工作，我们将这些规定称为数据传输控制规程，简称为通信规约。明确规范以下几个问题：

•1．有共同的语言。

•2．有一致的操作步骤。

•3．规定检查错误以及出现异常情况时计算机的应付方法。图

3-16通信规约的含义•一个通信规约包括的主要内容有：代码（数据编码）、传输控制字符、传输报文格式、呼叫和应答方式、差错控制步骤、通信方式（指单工、半双工、全双工通信方式）、同步方式及传输速率等。（二）循环式通信规约•按循