配電網(wǎng)第二章

1、農(nóng)村電力網(wǎng)自動化專題農(nóng)村電力網(wǎng)自動化專題第二章 配電自動化通信系統(tǒng) 通信系統(tǒng)的建設(shè)是配電自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。配電自動化系統(tǒng)需要借助于有效的通信手段，將控制中心的控制命令準(zhǔn)確地傳送到為數(shù)眾多的遠(yuǎn)方終端，并且將反映遠(yuǎn)方設(shè)備運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)信息收集到控制中心。和輸電網(wǎng)自動化不同，配電自動化系統(tǒng)要和在數(shù)量上多得多的遠(yuǎn)方終端通信，因此如何降低通信系統(tǒng)的造價，而且還要滿足配電自動化系統(tǒng)的要求，成為實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化要解決的重要問題。 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，目前可選用的通信手隨著通信技術(shù)的發(fā)展，目前可選用的通信手段很多，根據(jù)所實施的配電自動化系統(tǒng)的具體情段很多，根據(jù)所實施的配電自動化系統(tǒng)的具體情況，選用恰當(dāng)?shù)耐?/p>

2、信方式，必須對各種通信技術(shù)況，選用恰當(dāng)?shù)耐ㄐ欧绞?，必須對各種通信技術(shù)的長處和不足有一個較全面的了解。從目前的技的長處和不足有一個較全面的了解。從目前的技術(shù)水平看，沒有任何一種單一的通信手段能夠全術(shù)水平看，沒有任何一種單一的通信手段能夠全面滿足各種規(guī)模的配電自動化的需要，因此多種面滿足各種規(guī)模的配電自動化的需要，因此多種通信方式在配電網(wǎng)中的混合使用是難免的。通信方式在配電網(wǎng)中的混合使用是難免的。第一節(jié) 配電網(wǎng)自動化對通信系統(tǒng)的要求v一、可靠性v 準(zhǔn)確、連續(xù)、抗干擾、抗惡劣環(huán)境v二、通信系統(tǒng)的費(fèi)用v 建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用v三、通信速率v四、雙向通信功能v五、通信系統(tǒng)電源不受停電影響v六、使用和維護(hù)方

3、便第二節(jié) 信息傳輸?shù)囊话阒Rv一、數(shù)字信號和模擬信號二、二進(jìn)制數(shù)字信號比特：每一位二進(jìn)制數(shù)叫“二元碼”，也叫比特（bit）。字節(jié)：一組二進(jìn)制數(shù)組成一個字節(jié)。三、傳輸速率比特率：每秒內(nèi)通過信道傳輸?shù)男畔⒘浚琤it/s。 四、傳輸方式v 串行傳輸 并行傳輸 五、多路復(fù)用技術(shù)v一個信道同時傳輸多路信號v頻分多路復(fù)用技術(shù)v時分多路復(fù)用技術(shù)六、數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成1.信源：P、U、I 、電量等信號2.信源編碼：A/D轉(zhuǎn)換（模擬信號轉(zhuǎn)成二進(jìn)制）3.信道編碼：A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制信號分組、加糾錯碼等4.調(diào)制：將信道編碼后的信息變成便于遠(yuǎn)傳的信號v調(diào)制的方法見下圖：v5.信道：信息的傳輸媒介，有有線和無線兩

4、種形式。v6.解調(diào)器：調(diào)制的反向工作。v7.信道譯碼：信道編碼的反向工作。v8.信源譯碼：信源信道編碼的反向工作。v9.信宿：信息的歸宿，最后的顯示。第三節(jié) 配電網(wǎng)自動化能采用的通信方式v一、配電線路載波通信v電力線載波通信可分為一線對地傳輸方式、兩線對地傳輸方式、相間結(jié)合傳輸方式（即利用同一回線路的兩條線傳輸方式）和回線間結(jié)合傳輸方式。v配電線載波通信將信息調(diào)制在高頻載波信號上通過已建成的電力線進(jìn)行傳輸。v載波頻率一般為540kHZ。對于低壓配電線載波通信，載波頻率一般為50150kHZ。組成原理圖v設(shè)計配電線載波通信系統(tǒng)方案時，應(yīng)明確以下技術(shù)問題：v 1）隨著線路結(jié)構(gòu)的變動（分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)

5、開關(guān)的動作），載波信號的衰減情況也隨之發(fā)生變化，在設(shè)計時應(yīng)考慮最壞的情況。v 2）隨著線路的用電負(fù)荷變動，載波信號的衰減情況也隨之發(fā)生變化，一般負(fù)荷越重，衰減越嚴(yán)重，在設(shè)計時應(yīng)考慮最壞的情況。v 3）不同的用電設(shè)備對載波信號的干擾也不同，直接整流環(huán)節(jié)和高頻激勵的氣體放電燈對載波信號的干擾較大。v 4）地埋電纜的線一線、線一地之間的分布電容較大，因此對載波信號的衰減較大，并且頻率越高，衰減越大，因此要求在有地埋電纜的線路上，使用較低的載波頻率。v 5）配電線的載波頻率越低，線路衰減越小，受50HZ工頻的諧波干擾越強(qiáng)；其頻率越高，線路衰減越大，受 50HZ工頻的諧波干擾越弱。綜合考慮，配電線載波信

6、號的頻率范圍應(yīng)為540kHZ，在衰減可以接受的情況下，使用204OkHZ最佳。v 6）因使用的頻率較低，耦合濾波器電容必須在10000PF以上，阻波器則需數(shù)值大一些。v7）因線路分支較多。為降低成本，一般不在各分支上加阻波器，為此必須采取以下措施：載波機(jī)采用FSK方式提高抗干擾能力；增大輸出功率以提高信噪比和適應(yīng)范圍；具備一定的輸出功率與裕量，以保證在最不利的情況下滿足使用要求。v8）對一些非常復(fù)雜且信號衰減大的線路，或?qū)σ恍┠墚a(chǎn)生強(qiáng)干擾的分支，應(yīng)適當(dāng)加設(shè)阻波器以降低信號衰減和減少干擾信號進(jìn)入載波通道。v 9）對于一些在通信距離上滿足不了的環(huán)網(wǎng)配電線路，可以在其當(dāng)中適當(dāng)位置加設(shè)阻波器，并將其兩

7、側(cè)的線路上的設(shè)備信息分別上報給兩側(cè)相應(yīng)的主變電所，構(gòu)成較長饋線載波通信系統(tǒng)。v 10）配電線載波系統(tǒng)由于反射導(dǎo)致駐波，從而在饋線某些位置可能會存在盲點。二、光纖通信 光纖通信是以光波作為信息載體，以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)的先進(jìn)的通信手段。光纖通信技術(shù)已在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。與其它通信技術(shù)相比光纖通信有以下的優(yōu)點：v 1）傳輸頻帶很寬，通信容量大；v 2）傳輸衰耗小，適合于長距離傳輸；v 3）體積小，重量輕，可繞性強(qiáng)，敷設(shè)方便；v 4）輸入與輸出問電隔離，不怕電磁干擾；v 5）保密性好，無漏信號和串音干擾；v 6）抗腐蝕，抗酸堿，且光纜可直埋地下。光纖通信仍存在以下的缺點：v 1）強(qiáng)度不如金屬線；

8、v 2）連接比較困難；v 3）引分路和耦合不方便；v 4）彎曲半徑不宜太小。按傳輸?shù)墓獠ㄩL劃分，光纖通信系統(tǒng)可分為：v 1）短波光纖通信系統(tǒng)，工作波長為0.80.9微米，中繼距離短于 10km；v 2）長波光纖通信系統(tǒng)，工作波長為1.01.6微米，中繼距離可大于100 km；v 3）超長波光纖通信系統(tǒng)，工作波長為 2.0微米以上，中繼距離可達(dá) 1000km以上。光纖通信的組成v圖中：電端機(jī)完成對信息源的處理，如多路復(fù)用等；光端機(jī)的發(fā)送端內(nèi)含有光源，它完成將電信號轉(zhuǎn)換成為光信號，并輸人光纖傳輸至遠(yuǎn)方；v光端機(jī)的接收端內(nèi)含光檢測器，它完成將來自光纖的光信號還原成為電信號；并輸入到電端機(jī)的接收端；中

9、繼器完成將經(jīng)過長距離傳輸后被衰減和畸變了的光信號放大、整形和再生成一定強(qiáng)度后，繼續(xù)送向遠(yuǎn)方。三、微波通信 微波通信的頻率在1GHZ以上，這種通信方式目前廣泛應(yīng)用于繼電保護(hù)和輸電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中。微波通信方式的傳輸容量大，質(zhì)量高，配置靈活。 微波通信一般是點對點的通信方式，因此，如果在配電自動化系統(tǒng)中完全采用微波通信方式，則對于為數(shù)眾多的測控單元，每個點都要建設(shè)一對微波通信設(shè)備。 微波通信雖可以省去建設(shè)有線傳輸線的費(fèi)用，并且具有很寬的帶寬，可以實現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。但是，對于配電自動化，由于通信距離較短且數(shù)據(jù)收輸速率要求不高，加上建設(shè)一套微波通信系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜性和造價高等，使得微波通信在配電

10、自動化中不具有吸引力。微波通信的組成四、衛(wèi)星通信v地面通信線路的成本隨著距離的增加而提高，而衛(wèi)星通信與距離無關(guān)。這就使得長距離干線或幅員廣大的地區(qū)采用衛(wèi)星通信較合適。v衛(wèi)星通信是利用位于同步軌道的通信衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射地面站間進(jìn)行通信。和微波通信相比，衛(wèi)星通信的優(yōu)點是不限制，通信容量大，不受大氣層騷動的影響，通信可靠。要想采用衛(wèi)星通信方式，必須租用或擁有一個星上應(yīng)答器，并具有必要的上行和下行聯(lián)絡(luò)設(shè)備。v由于衛(wèi)星在同步軌道的超高空上，報文來回一次的時間約為14秒，傳輸延遲大，所以不能用于響應(yīng)速度要求很快的場合（如繼電保護(hù)等）。五、無線擴(kuò)頻通信v擴(kuò)展頻譜通信擴(kuò)展頻譜通信(Spread Sp

11、ectrum Communication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽(yù)為進(jìn)入信息時代的三大高技術(shù)通信傳輸方式。v擴(kuò)頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)通過一個獨立的序列隨機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列碼)調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。這一定義包含了以下三方面的意思：這一定義包含了以下三方面的意思：v信號的頻譜被展寬了信號的頻譜被展寬了 如如人類的語音的信息帶寬為300Hz - 3400Hz，電視圖像信息帶寬數(shù)為MHz。為了充分利用頻率資源，通常都是盡量采用大體相當(dāng)?shù)膸挼男盘杹韨鬏斝畔?。如用調(diào)幅信號來傳送語音信息，其帶寬為語音信息帶寬的兩倍，這屬于窄帶通

12、信。v一般的調(diào)頻信號，或脈沖編碼調(diào)制信號，它們的帶寬與信息帶寬之比為幾到十幾倍，而擴(kuò)展頻譜通信信號帶寬與信息帶寬之比則高達(dá)100 - 1000，屬于寬帶通信。 v采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜采用擴(kuò)頻碼序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜 我們知道，在時間上有限的信號，其頻譜是無限的。例如很窄的脈沖信號，其頻譜則很寬。取決調(diào)制速度。1微秒的脈沖的帶寬約為1MHz。 擴(kuò)頻系統(tǒng)就是采用很窄的脈沖碼序列，其碼速率是很高的，稱為擴(kuò)頻碼序列。所采用的擴(kuò)頻碼序列與所傳信息數(shù)據(jù)是無關(guān)的，也就是說它與一般的正弦載波信號一樣，絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍?。擴(kuò)頻碼序列僅僅起擴(kuò)展信號頻譜的作用。v在接收端用相關(guān)解調(diào)來

13、解擴(kuò)在接收端用相關(guān)解調(diào)來解擴(kuò) 在擴(kuò)頻通信中接收端則用與發(fā)送端相同的擴(kuò)頻碼序列與收到的擴(kuò)頻信號進(jìn)行相關(guān)解調(diào)，恢復(fù)所傳的信息。換句話說，這種相關(guān)解調(diào)起到解擴(kuò)的作用。即把擴(kuò)展以后的信號又恢復(fù)成原來所傳的信息。v使擴(kuò)頻通信有如下的優(yōu)點： v 抗干擾 v 抗噪音 v 抗多徑衰減 v 具有保密性 v 功率譜密度低，具有隱蔽性和低的截獲概率 v 可多址復(fù)用和任意選址 v 高精度測量等六、其它通信v 電話網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等v 第四節(jié) 配電自動化中通信系統(tǒng)規(guī)約配電自動化中通信系統(tǒng)規(guī)約v建設(shè)配電自動化通信系統(tǒng)時，必須認(rèn)真考慮采用的通信規(guī)約。目前普遍運(yùn)用于電網(wǎng)調(diào)度自動化和變電站綜合自動化的通信規(guī)約大致可以分為

14、應(yīng)答式規(guī)約（如 SC1801、 4F和 Modbus等）、循環(huán)式規(guī)約（如CDT、 DXF5和 C01等）和對等方式規(guī)約（如 DNP3 0）三類。v 應(yīng)答式規(guī)約又稱Polling規(guī)約。它以主站為主，依次向各RTU發(fā)出查詢命令，各RTU依查詢命令進(jìn)行回答，回答信息串的長度是可變的。v 應(yīng)答式規(guī)約的特點是：應(yīng)答式規(guī)約的特點是：v1）RTU有問必答，當(dāng)RTU收到主機(jī)查詢命令后，必須在規(guī)定的時間內(nèi)應(yīng)答，否則視本次通信失??；v2）RTU無問不答，當(dāng)RTU未收到主機(jī)查詢命令時，絕對不允許主動上報信息。v應(yīng)答式規(guī)約的優(yōu)點：應(yīng)答式規(guī)約的優(yōu)點：v1）應(yīng)答式規(guī)約允許多臺RTU以共線的方式共用一個通道，這樣有助于節(jié)省

15、通道，提高通道占用率，對于區(qū)域工作站和為數(shù)眾多的FTU通信的情形，這種方式是很合適的；v2）應(yīng)答式規(guī)約采用變化信息傳送策略，從而大大壓縮了數(shù)據(jù)塊的長度，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度；v3）應(yīng)答式規(guī)約既可以采用全雙工通道，也可以采用半雙工的通道，既可以采用點對點方式，也可以采用一點多址或環(huán)形結(jié)構(gòu)，因此通道適應(yīng)性強(qiáng)。v應(yīng)答式規(guī)約的不足表現(xiàn)為：應(yīng)答式規(guī)約的不足表現(xiàn)為：v1）由于不允許主動上報，應(yīng)答式規(guī)約對事故的響應(yīng)速度慢，尤其是傳輸速率較低時，這個問題會更突出；v2）應(yīng)答式規(guī)約對通道的要求較高，因為一次通信失敗會有較大的損失，雖然可以采用通信失敗后補(bǔ)發(fā)的方法解決上述問題，但補(bǔ)發(fā)次數(shù)有限。v3）應(yīng)答式規(guī)約往往采

16、用整楨校驗的方式，如果一楨信息量較大，出錯的概率較大，校驗出錯后就必須整幀丟棄，并阻止重發(fā)楨，從而更加降低了實時性；v4）應(yīng)答式規(guī)約一般僅允許多個從站和一個主站間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。v循環(huán)式規(guī)約又稱循環(huán)式規(guī)約又稱CDT規(guī)約規(guī)約v它是一種RTU自發(fā)地不斷循環(huán)上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)的規(guī)約，上報信息的長度是可變的。循環(huán)式規(guī)約的特點是：v1）數(shù)據(jù)傳送以現(xiàn)場端為主，RTU自發(fā)地不斷循環(huán)上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)給主站，而主站被動接受。v2）數(shù)據(jù)格式在發(fā)送端與接收端事先約定好，周而復(fù)始，連續(xù)循環(huán)發(fā)送；v3）重要數(shù)據(jù)發(fā)送周期短，實時性強(qiáng)，一般數(shù)據(jù)發(fā)送周期長，實時性差，遙信變位優(yōu)先插入傳送。v循環(huán)式規(guī)約的優(yōu)點有：循環(huán)式規(guī)約的優(yōu)點有：v1)

17、由于采用循環(huán)式規(guī)約的RTU不斷循環(huán)上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)，即使發(fā)生暫時通信失敗丟失一些數(shù)據(jù)，當(dāng)通信恢復(fù)正常后，被丟失的信息仍有機(jī)會上報，而不致于造成顯著危害。因此這種方式對通道的要求不高，適合于在我國質(zhì)量比較差的通道環(huán)境下使用。v2）循環(huán)式規(guī)約采用信息字校驗的方式，將整楨信息化整為零，當(dāng)某個字符出錯時，只丟棄相應(yīng)的信息字即可，而其它校驗正確的信息字就可以接收處理，大大提高了傳輸數(shù)據(jù)的利用率。從而更加適合于在質(zhì)量比較差的通道環(huán)境下使用；v3)循環(huán)式規(guī)約采用遙信變位優(yōu)先插入傳送的方式，大大提高了事故傳送的相應(yīng)速度；v4）循環(huán)式規(guī)約的容量比應(yīng)答式大得多。v5）循環(huán)式規(guī)約允許多個從站和多個主站間通信。v循環(huán)式規(guī)

18、約的不足表現(xiàn)為：循環(huán)式規(guī)約的不足表現(xiàn)為：v1）循環(huán)式規(guī)約的RTU自發(fā)地不斷地上報數(shù)據(jù)，必須用雙工通道，并且不允許多臺RTU共線連接，而只能采用點對點的方式連接。v 2)由于采用現(xiàn)場數(shù)據(jù)不斷循環(huán)上報的策略，主機(jī)對一般遙測量變化的響應(yīng)速度慢。vDNP規(guī)約 (分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)約) v是美國電力工程協(xié)會制定的美國國家標(biāo)準(zhǔn)。近年來逐漸被引進(jìn)到國內(nèi)復(fù)雜的大規(guī)模遠(yuǎn)動系統(tǒng)中。 DNP3.0規(guī)約的功能龐大，在現(xiàn)有配電網(wǎng)的設(shè)備上實現(xiàn)其全部功能很困難，也沒有必要，如果應(yīng)用應(yīng)根據(jù)實際情況選擇其合適的子集。v 適合于配電自動化的通信系統(tǒng)必須同時滿足技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的要求，一般需要采用混合通信系統(tǒng)?；旌贤ㄐ畔到y(tǒng)采用多種不同的通

19、信方式，對應(yīng)于配電自動化系統(tǒng)中的某些功能或?qū)哟?。設(shè)計人員必須在通信性能和造價兩者之間全面考慮，以便于增大由于自動化而帶來的回報。第五節(jié)配用自動化通信系統(tǒng)的防過電壓和防雷配用自動化通信系統(tǒng)的防過電壓和防雷v配電自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)錯綜復(fù)雜，且大多處于室外環(huán)境，容易受到雷電過電壓（直擊雷和感應(yīng)雷）的危害，此外通信線路橫跨或平行高壓線路時，也會受到較強(qiáng)磁場的感應(yīng)。因此，配電自動化中通信系統(tǒng)防過電壓和防雷問題非常突出。v 一、配電自動化控制中心的防雷v 1.配電自動化控制中心的計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)安放在帶屏蔽的房子內(nèi)，且應(yīng)在避雷器的保護(hù)范圍之內(nèi)。v2.整個房子是一個屏蔽體，必須有單獨的接地網(wǎng)并且電氣設(shè)備接地和避雷器接地網(wǎng)之間有一定距離。v3.機(jī)房內(nèi)應(yīng)設(shè)接地匯流排（地母線），配電自動化控制中心的計算機(jī)系統(tǒng)的外殼應(yīng)通過接地匯流排與接地網(wǎng)可靠接地，通往計算機(jī)系統(tǒng)的電纜應(yīng)有屏蔽層，且屏蔽層也要接地。v電源系統(tǒng)一般采取多級防雷保護(hù)措施，在外級選用通流能量大的保護(hù)裝置，而在用戶側(cè)采用低動作殘壓的保護(hù)裝置。弱電專用的防雷保護(hù)裝置。二、有線通信電纜的防雷保護(hù)v 1.通信線應(yīng)采用屏蔽雙絞線，屏蔽層應(yīng)可靠接地，并且當(dāng)線路較長時，僅在電纜首尾兩點接地是不夠的，由于通信線路上分布電容的不均勻性，造成等效環(huán)路阻抗增加，導(dǎo)致在逢雷電時，因泄漏點少使電荷積累，產(chǎn)生瞬時過電壓。所以要充分利用線桿處的接地體，進(jìn)行多點接地，分段