第二章-配電自動化通信系統(tǒng)

第二章配電自動化的通信系統(tǒng)

第一節(jié)配電自動化通信系統(tǒng)的組成及作用一、數(shù)字通信技術(shù)中的幾個基本概念

碼元：若數(shù)據(jù)用一串有具體定義的脈沖表示，則稱每個信號脈沖為碼元，即攜帶信息的信號單元叫碼元。2023/2/5第3頁碼元傳輸速率（傳碼率）：單位為波特（band），它定義為單位時間（每秒）內(nèi)通過系統(tǒng)所傳送的碼元數(shù)（脈沖數(shù)）。也稱傳碼率。碼元傳輸速率Nb可用下式表示

Nb=1/Ts（band）

碼元傳輸速率碼元信號波形脈沖寬度2023/2/5第4頁一、數(shù)字通信技術(shù)中的幾個基本概念

信息傳輸速率（傳信率）：單位是比特/秒（bit／s），它定義為單位時間內(nèi)（每秒）通過系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒘?，又稱作數(shù)據(jù)傳輸速率，可用下式表示

R=Nb1og2N（bit／s）每秒傳送的脈沖數(shù)一個脈沖所表示的有效狀態(tài)，即調(diào)制電平數(shù)2023/2/5第5頁消息傳輸速率（消息率）：單位是比特/秒（bit／s）它定義為單位時間內(nèi)（每秒）通過系統(tǒng)傳輸?shù)膹男旁窗l(fā)出的消息量。記作Rm消息率與傳信率之間的關(guān)系為：

消息傳輸效率2023/2/5第6頁誤碼率：在某一數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)生錯誤的碼元數(shù)與總傳輸碼元數(shù)之比稱為誤碼率。帶寬（Bandwindth）：它是指傳輸模擬信號的頻帶寬度，模擬信號帶寬由較高頻率減去較低頻率得到，但為了表達方便，通常利用頻率范圍來描述帶寬。2023/2/5第7頁基帶：在實際工作中人們所需要傳輸?shù)脑夹盘?，無論是模擬信號還是數(shù)字信號通常其頻率都較低，它們所占據(jù)的這部分頻帶，通常稱為基本頻帶，簡稱為基帶，基帶也就是指信號本身的基本頻帶?；鶐鬏敚簩⒒鶐盘栔苯釉谛诺乐袀鬏敗Ｕ{(diào)制與解調(diào)：就是在調(diào)制器中，將數(shù)字基帶信號調(diào)制到載波上，變?yōu)閿?shù)字載波信號。這種用載波運載基帶信號的過程稱為調(diào)制。反之，從已調(diào)制過的載波信號中，將作為調(diào)制信號的原基帶信號分離出來的過程稱為解調(diào)。頻帶傳輸：借助于載波來傳輸數(shù)字基帶信號的傳輸方式。2023/2/5第9頁報文：是一組包含數(shù)據(jù)和呼叫控制信號的二進制數(shù)，是在數(shù)據(jù)傳輸中具有多種特定含義的信息內(nèi)容。報文分組：將報文分成若干個報文段，并在每一報文段上加上傳送時所必需的控制信息。

2023/2/5第10頁報文號ID~

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到點T源點S校驗正文

報文總控制信息校驗正文1STPtolP1ID校驗正文nSTPtolPnID報文分組分控制信息分控制信息報文及報文分組示意圖P1，Pn——報文分組號；Ptol——報文分組總數(shù)；T——到點編號；S——源點編號2023/2/5第11頁以太網(wǎng)：局部通信網(wǎng)，為單一組織或單位的非公用網(wǎng)。信道帶寬寬，誤碼率低，具有高度的擴充靈活性和互聯(lián)性，建設(shè)成本低，見效快。接頭轉(zhuǎn)換器中繼器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器接口控制器主機HOST接口控制器主機HOST接口控制器主機HOST終端連接器第一ETHER段第二ETHER段同軸電纜以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)框圖2023/2/513實時（Realtime）：計算機同外部事件的交互作用，其響應(yīng)速度必須滿足整個系統(tǒng)在時間上的要求，通常這個時間要求在幾毫秒至幾秒的范圍內(nèi)，這樣就稱為具有實時性，若超出這個范圍就不是實時了。2023/2/5第14頁（一）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸方式單工通信：是指信息只能按一個方向傳送的工作方式。半雙工通信：半雙工通信方式是指信息可以雙方向傳送，但兩個方向的傳輸不能同時進行，只能分時交替進行的工作方式。全雙工通信：是指通信雙方可以同時進行雙方向的傳送信息的工作方式。二、配電自動化通信系統(tǒng)2023/2/5第15頁發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備AB通信連接通信連接通信連接數(shù)據(jù)流單工通信半雙工通信全雙工通信2023/2/516（二）配電自動化通信系統(tǒng)的組成及作用通常由數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備DCE和數(shù)據(jù)傳輸通道組成。完成信號的傳輸任務(wù)采集電網(wǎng)中一些信息如：電氣量、開關(guān)量等，并轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號用于傳輸。將數(shù)據(jù)終端設(shè)備送來的基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成適用于遠距離傳送的數(shù)字載波信號數(shù)據(jù)傳輸信道數(shù)據(jù)終端設(shè)備DETRTU數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備DCE數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備DCE數(shù)據(jù)終端設(shè)備DETSCADARS-232RS-232（二）配電自動化通信系統(tǒng)的組成及作用2023/2/5第18頁1．

調(diào)制解調(diào)器作用（1）將基帶信號的頻譜搬移到載頻附近，以適應(yīng)信道頻帶的要求，便于發(fā)送和接收。（2）實現(xiàn)信道的多路復(fù)用。（3）壓縮信號帶寬，以便于利用話帶傳輸設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。

（三）調(diào)制解調(diào)器作用及調(diào)制的基本原理2023/2/5第19頁2、調(diào)制的基本原理2023/2/5第20頁數(shù)字調(diào)幅ASK——利用正弦波的振幅變化來代表碼元信號的“0”或“1”，頻率及相位不變。數(shù)字調(diào)頻FSK——是讓正弦波頻率隨碼元的不同而變化，振幅和相位不變。三種調(diào)制方式2023/2/5第21頁數(shù)字調(diào)相PSK——是讓正弦波初相角隨碼元“0”、“1”而變化，而振幅和頻率保持不變。根據(jù)初相位不同，又分成二元絕對調(diào)相和二元相對調(diào)相兩種。在絕對調(diào)相中，初相位為0代表碼元“0”，初相位為代表碼元“1”，二元相對調(diào)相是利用相鄰兩個正弦波的相位差代表碼元，相位差為，代表碼元“1”，相位差為0，代表碼元“0”。調(diào)制的幾種基本脈沖波形碼元波形調(diào)幅波形調(diào)頻波形二元絕對調(diào)相波形二元相對調(diào)相波形2023/2/5第23頁第二節(jié)配電系統(tǒng)自動化的通信方式及其特點通信方式有線通信無線通信調(diào)幅廣播甚高頻無線電超高頻無線電微波通信衛(wèi)星通信光纖通信載波通信專線電信本地網(wǎng)傳呼2023/2/5第25頁光纖通信：是以光波作為信息載體，以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)的先進的通信手段。光纖網(wǎng)：架空光纜、地埋光纜、架空地線復(fù)合光纜。光調(diào)制解調(diào)器；中繼器。一、有線通信

(一）光纖通信2023/2/5第26頁1、光纖通信的優(yōu)點：（1）傳輸頻帶很寬，通信容量大。（2）傳輸衰耗小，適合于長距離傳輸。（3）體積小，重量輕，可繞性強，敷設(shè)方便。（4）輸入與輸出間電隔離，不怕電磁干擾。（5）保密性好，無漏信號和串音干擾。（6）抗腐蝕，抗酸堿，且光纜可直埋地下。光纖通信的缺點：（l）強度不如金屬線。（2）連接比較困難。（3）分路和耦合不方便。（4）彎曲半徑不宜太小。2023/2/5第28頁2、光纖通信系統(tǒng)的組成2023/2/529發(fā)送接收電端機光纜光端機中繼器光端機電端機光纜完成對信息源的處理。將電信號轉(zhuǎn)換成光信號。將經(jīng)過遠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度后，繼續(xù)傳送。將光信號還原成電信號。光纖通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式

點對點光纖通信系統(tǒng)光電適配器光纖光電適配器RS-232C或RS-485RS-232C或RS-4852023/2/5第30頁光纖通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式

T型光纖通信系統(tǒng)光纖電端機光端機電端機光端機電端機光端機光纖光纖光纖雙向T耦合器雙向T耦合器雙向T耦合器傳輸方向2023/2/5第31頁光纖通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式

環(huán)型光纖通信系統(tǒng)電端機光端機電端機光端機電端機光端機光纖中繼器中繼器電端機光端機光纖中繼器中繼器光纖光纖2023/2/5第32頁載波通信是利用某一載波頻率經(jīng)非通信線路傳輸信息的通信方式。（二）載波通信2023/2/5第33頁電力線載波通道（高頻通道）的組成及各元件作用將低壓的高頻收發(fā)信機耦合到高壓線路上只讓高頻電流在本線路上流動讓高頻電流能順利通過連接高頻收發(fā)信機與結(jié)合濾波器防止過電壓損壞收發(fā)信機接收和發(fā)出高頻信號在調(diào)試收發(fā)信機等設(shè)備時，合上該開關(guān)，保證人身設(shè)備安全2023/2/5第34頁配電線載波通信系統(tǒng)2023/2/5第35頁

專線的“掛燈籠”連接方式（三）專線

雙絞線或音頻電纜，架設(shè)在現(xiàn)有的電線桿上或在電纜溝、地溝中，電力部門專用。監(jiān)控中心開關(guān)設(shè)備開關(guān)設(shè)備2023/2/5第36頁利用電信通信網(wǎng)(市內(nèi)電話網(wǎng))組成配網(wǎng)通信系統(tǒng)租用電話線：指電力公司租用專門的電話線路用于配電網(wǎng)自動化通信。撥號電話：在需要進行數(shù)據(jù)采集與控制的配電網(wǎng)點上，安裝或利用現(xiàn)成撥號電話，在被監(jiān)控點和監(jiān)控中心之間通過電話網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)和命令。

（四）電信本地網(wǎng)2023/2/5第37頁利用商業(yè)傳呼網(wǎng)的自動傳呼服務(wù)，實現(xiàn)從監(jiān)控中心到RTU的單向通信。具體實現(xiàn)方法：為每個RTU申請一個自動傳呼號，并安裝一套特制的接收裝置；當(dāng)需要對配電網(wǎng)某RTU進行操作時，由監(jiān)控中心的監(jiān)控計算機撥打相應(yīng)的傳呼號；撥通之后，將轉(zhuǎn)換成電話按鍵號的命令信息連續(xù)撥打出去；RTU端接收到傳呼信息之后，作逆向轉(zhuǎn)換，確認(rèn)無誤后，執(zhí)行相應(yīng)操作。(五)傳呼（Calling）2023/2/5第38頁（一）調(diào)幅（AM）廣播用于配電自動化的調(diào)幅廣播采用不干擾現(xiàn)有調(diào)幅廣播電臺的頻率范圍工作，一般用于對大量用戶進行負(fù)荷控制，是一種單向通信方式。它使用調(diào)幅廣播電臺把已調(diào)制的負(fù)荷控制信號發(fā)送到位于配電系統(tǒng)各地的負(fù)荷控制單元。二、無線通信2023/2/5第39頁甚高頻：頻率在（30～300）MHz之間無線電波段稱為甚高頻（VeryHighFrequency，簡稱VHF）。甚高頻（VHF）無線電優(yōu)缺點：在配電自動化通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用800MHZ的信道。其信號覆蓋面積有限，容易產(chǎn)生失真和陰影，可用于單通道的負(fù)荷控制，可以保持與停電區(qū)域通信，投資較低。

（二）甚高頻（VHF）無線電2023/2/5第40頁超高頻：頻率在（300～1000）MHZ的無線電波段被稱作超高頻（UltraHighFrequency，簡稱UHF）。超高頻無線電優(yōu)缺點：比低頻無線電容易被大氣吸收、產(chǎn)生失真和陰影，但可靠性相當(dāng)高，不易產(chǎn)生互相干擾。（三）超高頻（UHF）無線電2023/2/5第41頁微波通信的頻率在1GHz以上，這種通信方式目前廣泛應(yīng)用于繼電保護和輸電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中。微波通信方式的帶寬充足、傳輸容量大、質(zhì)量高、配置靈活，尤其是在一點多址的小微波（TDMA）推出后，其使用性能更加加強。（四）微波通信2023/2/5第42頁衛(wèi)星通信：利用位于同步軌道的通信衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號，在地面站進行通信的一種通信方式。（五）衛(wèi)星通信2023/2/5第43頁第三節(jié)配電自動化通信系統(tǒng)的抗干擾及其保護措施一、雷電的形式及其危害雷電引起的過電壓，叫做大氣過電壓。這種過電壓危害相當(dāng)大。大氣過電壓可分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種基本形式。2023/2/5第45頁帶有大量電荷的雷云，當(dāng)其周圍的電場強度達到使空氣絕緣破壞的程度時，空氣開始游離，形成導(dǎo)電性的通道，通道從云中帶電中心向地面發(fā)展。當(dāng)距離地面達某一高度時，先導(dǎo)通道就沿其頭部至感應(yīng)電荷集中點的方向連續(xù)發(fā)展，直至放電。若對線路或設(shè)備放電，則線路或設(shè)備就稱為被雷擊，那么線路或設(shè)備遭受雷擊時，將通過很大的電流，由此產(chǎn)生的過電壓稱為直擊雷過電壓。(一）直擊雷過電壓2023/2/5第46頁帶有負(fù)電荷的雷云接近輸電線路時，強大的電場在導(dǎo)線上產(chǎn)生靜電感應(yīng)。由于帶有負(fù)電荷雷云的存在，束縛著導(dǎo)線上的正電荷。當(dāng)雷云對導(dǎo)線附近地面地物放電后，雷云電荷被中和而失去對導(dǎo)線上電荷的束縛作用，電荷便向?qū)Ь€兩側(cè)流動。由此而產(chǎn)生的過電壓稱為感應(yīng)過電壓。

（二）感應(yīng)雷過電壓2023/2/5第47頁雷電的機械效應(yīng)：擊毀桿塔和建筑，傷害人畜；雷電的熱效應(yīng)：可以燒斷導(dǎo)線、燒毀設(shè)備、造成火災(zāi)雷電的電熱效應(yīng)：產(chǎn)生過電壓，擊穿電氣絕緣、絕緣子閃絡(luò)，造成輸電線短路故障，引起繼電保護動作跳開線路開關(guān)，線路停電或引起火災(zāi)、人身傷亡等。（三）雷電的危害2023/2/5第48頁采用避雷設(shè)備（避雷針、避雷線、避雷器）對建筑和設(shè)備進行保護；在被保護設(shè)備的前后安裝避雷器和保護間隙，將雷電波的峰值和陡度降低，以保證設(shè)備的絕緣水平；針對不同的裝置在安裝接線和制造中采取一些相應(yīng)的防雷措施。二、自動化通信系統(tǒng)的防雷措施2023/2/5第49頁三、雜音干擾以及防止措施雜音干擾類型線路雜音路際串?dāng)_通信設(shè)備固有的雜音制際串?dāng)_2023/2/5第50頁抗干擾編碼：就是對要傳送的信息進行加工，按預(yù)定的規(guī)則附加若干監(jiān)督碼元，使它具有一定的特征，在接收端則按約定的規(guī)則對收到的碼進行檢驗，從而檢查出錯誤，或者進行糾正錯誤防止雜音干擾的措施改善通道電性能，降低信道干擾采用抗干擾編碼減少干擾

循環(huán)檢錯法檢錯重發(fā)法前向糾正法反饋檢驗法混合糾錯法2023/2/5第51頁通信規(guī)約(Protocol)：是調(diào)度端和執(zhí)行端通信時共同使用的人工語言的語法規(guī)則及應(yīng)答關(guān)系。規(guī)約規(guī)定怎樣開始/結(jié)束通信、誰管理通信、怎樣傳輸信息、數(shù)據(jù)是怎樣表示和保護的、工作機理、支持的數(shù)據(jù)類、支持的命令以及怎樣檢測/糾錯等內(nèi)容。第四節(jié)通信規(guī)約2023/2/5第52頁一、開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型標(biāo)準(zhǔn)OSI一、開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型標(biāo)準(zhǔn)OSI物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層會話層傳輸層表示層應(yīng)用層2023/2/5第53頁IEC60870一5系列遠動通信規(guī)約體系IEC61850系列變電站數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系IEC60870一6系列計算機（控制中心）數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系IEC870—5一101、適用于遠動IEC870一5一102、適用于電能計量IEC870一5一103適用于繼電保護設(shè)備通信二、IEC系列通信規(guī)約2023/2/5第54