第三章第一次 電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)和信息

第三章電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)和信息傳輸3.0信息傳輸基礎(chǔ)

3.0.1模擬通信和數(shù)字通信

傳遞消息的過(guò)程稱(chēng)之為通信，其目的就是把含有信息的消息從一地傳向另一地。所有通信都是將消息變成與之對(duì)應(yīng)的信號(hào)來(lái)傳遞的，現(xiàn)代通信主要以電信號(hào)來(lái)傳遞消息，它傳得既快又準(zhǔn)確，而且受時(shí)間、地點(diǎn)、距離等方面的限制比較少。消息和信號(hào)之間有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，通常寄托在電信號(hào)的某一參量上。如果電信號(hào)的參量承載著離散消息，即該參量取值是離散的，該信號(hào)就叫離散信號(hào)。人們把時(shí)間和狀態(tài)都是離散的信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)，例如：電報(bào)、數(shù)字信號(hào)、傳遞的數(shù)據(jù)和遙控指令等，它們不是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，其取值是有限可數(shù)的離散值；如果電信號(hào)的參量承載著連續(xù)消息，即該參量取值是連續(xù)的，此種隨時(shí)間變化而連續(xù)取值的信號(hào)叫連續(xù)信號(hào)或模擬信號(hào)，例如普通電話(huà)機(jī)，其輸出的信號(hào)就是模擬信號(hào)。用于進(jìn)行通信的設(shè)備硬件、軟件和傳輸介質(zhì)的集合叫做通信系統(tǒng)，比如電話(huà)通信系統(tǒng)包括：送話(huà)器、電線(xiàn)、交換機(jī)、載波機(jī)和受話(huà)器等。廣播通信系統(tǒng)包括傳聲器、放大器、發(fā)送設(shè)備、無(wú)線(xiàn)電波和收音機(jī)等。

點(diǎn)與點(diǎn)之間建立的通信系統(tǒng)是通信的最基本形式，其模型如圖3.1所示。其包括信源、變換器、信道、噪聲源、反變換器和信宿等六個(gè)部分。

信源變換器信道噪聲源信宿反變換器(1)信源是指發(fā)出信息的信息源。在人與人之間通信的情況下，信源是指發(fā)出信息的人；在機(jī)器與機(jī)器之間通信的情況下，信源是發(fā)出信息的機(jī)器，如計(jì)算機(jī)或其他機(jī)器。不同的信源構(gòu)成不同形式的通信系統(tǒng)，如對(duì)應(yīng)語(yǔ)音形式信源的電話(huà)通信系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)文字形式信源的傳真通信系統(tǒng)等。(2)變換器的功能是把信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)。一般分幾步完成：首先把非電信號(hào)變成電信號(hào)，然后對(duì)電信號(hào)進(jìn)行變換和處理，使它適合信道傳輸。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，為滿(mǎn)足不同的需求，需要進(jìn)行不同的變換和處理，如調(diào)制、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、加密和糾錯(cuò)等。(3)信道是信號(hào)傳輸媒介的總稱(chēng)。不同的信源形式對(duì)應(yīng)的變換處理方式不同，與之對(duì)應(yīng)的信道形式也不同。從大的類(lèi)別來(lái)分，傳輸信道的類(lèi)型有兩種，一種是電磁信號(hào)在自由空間中傳輸，這種信道叫做無(wú)線(xiàn)信道；另一種是使電磁信號(hào)被約束在某種傳輸線(xiàn)上傳輸，這種信道叫做有線(xiàn)信道。(4)反變換器的功能是變換器的逆變換。變換器把不同形式的信息變換和處理成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，通常這種信號(hào)不能為信息接收者直接接收，需要用反變換器把從信道上接收的信號(hào)變換為接收者可以接收的信息。(5)信宿是信息傳送的終點(diǎn)，也就是信息接收者。(6)噪聲源不是人為實(shí)現(xiàn)的實(shí)體，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中客觀存在，在模型中我們將它集中表示。實(shí)際上，干擾噪聲可能在信源處就混入了，也可能從構(gòu)成變換器的電子設(shè)備中引入，或者傳輸信道中的電磁感應(yīng)以及接收端的各種設(shè)備中也都可能引入干擾。

3.0.2通信可分為以下兩種根據(jù)系統(tǒng)中傳遞的信號(hào)不同：(1)模擬通信一般指的是信源發(fā)出的、信宿接收的和信道傳輸?shù)牡榷际悄M信號(hào)的通信過(guò)程或方式。因此，模擬通信系統(tǒng)可以說(shuō)是以模擬信道傳輸模擬信號(hào)的系統(tǒng)。(2)數(shù)字通信一般是指以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸信號(hào)的系統(tǒng)。在早期信源發(fā)出和信宿接收的是模擬信號(hào)，而信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，信源、信宿處理的大部分也都變成了數(shù)字信號(hào)。該系統(tǒng)相對(duì)于上述功能模塊又增加了信源編碼(解碼)和信道編碼(解碼)功能模塊，這也是數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)所在。信源編碼是將模擬信息(模擬信號(hào))轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的功能(信源解碼功能相反)；信道編碼是將信源編碼輸出的數(shù)字信號(hào)(如最簡(jiǎn)單的編碼方式是用高電平表示“1”，低電平表示“0”)變成適合于信道傳輸?shù)拇a型(信道解碼功能相反)，以提高傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴?/p>

3.0.3數(shù)字通信具有以下特點(diǎn)：(1)抗干擾能力強(qiáng)。由于數(shù)字信號(hào)的取值個(gè)數(shù)有限(大多數(shù)情況只有0和1兩個(gè)值)，因此在傳輸過(guò)程中我們不太關(guān)心信號(hào)的絕對(duì)值，只注意其相對(duì)值即可，比如設(shè)高電平5V為1，低電平0V為0，在傳輸時(shí)受噪聲影響，5V變成8V，而我們只要看到大于一定值認(rèn)為是5V就行了(當(dāng)然，0V受干擾也可能變成8V，以至于把數(shù)據(jù)0誤認(rèn)為數(shù)據(jù)1。但經(jīng)過(guò)信道編碼后，數(shù)據(jù)0不是用簡(jiǎn)單的低電平表示，使誤碼出現(xiàn)的可能性降到最小)。同時(shí)數(shù)字通信時(shí)，傳輸中繼器可以再生信號(hào)，消除噪聲積累，比如一個(gè)中繼器收到一個(gè)受干擾而變成8V的信號(hào)，若是模擬通信，中繼器就會(huì)原封不動(dòng)地把這個(gè)8V信號(hào)放大后送往下一級(jí)，下一級(jí)接著放大再往下送，這樣一級(jí)一級(jí)下去，噪聲被不斷地放大，形成噪聲積累直到通信終端。如果是數(shù)字通信，第一個(gè)收到這個(gè)8V信號(hào)的中繼器先認(rèn)為該信號(hào)為一高電平信號(hào)，然后并不將該信號(hào)往下傳，而是重新生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高電平信號(hào)(比如為5V)傳往下一級(jí)，這樣，噪聲就不會(huì)像模擬通信那樣被一級(jí)一級(jí)地放大，而是被中繼器“隔離”，從而消除了噪聲積累。

(2)便于進(jìn)行信號(hào)加工與處理。由于信號(hào)可以?xún)?chǔ)存，因此可以像處理照片一樣對(duì)信號(hào)隨意加工處理(在技術(shù)允許的范圍內(nèi))。

(3)傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)(誤碼)可以設(shè)法控制，提高了傳輸質(zhì)量。(4)數(shù)字信息易于加密且保密性強(qiáng)。

(5)能夠傳輸話(huà)音、電視和數(shù)據(jù)等多種信息，增加了通信系統(tǒng)的靈活性和通用性。3.0.4電力系統(tǒng)調(diào)度的主要任務(wù)?保證供電的質(zhì)量?jī)?yōu)良?保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性?保證較高的安全水平——選用具有足夠的承受事故沖擊能力的運(yùn)行方式?保證提供強(qiáng)有力的事故處理措施3.0.5電力系統(tǒng)的分區(qū)、分級(jí)調(diào)度

□為中心調(diào)度，；○為省級(jí)調(diào)度中心，●則為地區(qū)調(diào)度所或供電局圖3-2分級(jí)調(diào)度示意圖圖3-3分級(jí)調(diào)度結(jié)構(gòu)3.0.6電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的功能概述安全水平是電力系統(tǒng)調(diào)動(dòng)的首要問(wèn)題?在電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的控制系統(tǒng)中，調(diào)度中心計(jì)算機(jī)必須具有兩個(gè)功能，其一是與所屬電廠(chǎng)及省級(jí)調(diào)度等進(jìn)行測(cè)量讀值、狀態(tài)信息及控制信號(hào)的遠(yuǎn)距離的可靠性高的雙向交換，簡(jiǎn)稱(chēng)為電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，即SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）；另一是本身應(yīng)具有的協(xié)調(diào)功能。具有這兩種功能的電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)稱(chēng)為能量管理系統(tǒng)EMS（EnergyManagementSystem）。圖3-4表示了EMS信息流程的主線(xiàn)，還給出了遠(yuǎn)方省級(jí)調(diào)度及遠(yuǎn)方電廠(chǎng)與調(diào)度中心進(jìn)行信息交換的功能示意框圖。圖3-4EMS功能組合示意圖3.0.7電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷程1．電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的初級(jí)階段

?布線(xiàn)邏輯式遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的采用2．電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的第二階段

?電子計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)調(diào)度工作中的應(yīng)用3．電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的快速發(fā)展階段

?隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，SCADA／EMS技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)快發(fā)展階段3.0.8SCADA/EMS系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分1.支撐平臺(tái)子系統(tǒng)2.SCADA子系統(tǒng)3.AGC/EDC（AutomaticGenerationControl/EconomicDispatchControl）子系統(tǒng)4.高級(jí)應(yīng)用軟件PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系統(tǒng)5.調(diào)度員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)DTS（DispatcherTrainingSimulator）6.調(diào)度管理信息子系統(tǒng)DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)3.0.9電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備可以統(tǒng)稱(chēng)為硬件，這是相對(duì)于各種功能程序－軟件而言的。它的核心是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其典型的系統(tǒng)構(gòu)成可參見(jiàn)圖3-5。圖3-5電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成示意圖數(shù)據(jù)通信通訊規(guī)約

一、并行傳輸與串行傳輸1．并行傳輸

?如果用8根線(xiàn)（另有1根公共線(xiàn)）將數(shù)字通信雙方連接起來(lái)，每根線(xiàn)傳一位碼元將這組信息傳送過(guò)去，這種方式就稱(chēng)為并行傳輸2．串行傳輸

?串行傳輸僅需要一回傳輸線(xiàn)（2根）。是根據(jù)一個(gè)字節(jié)中個(gè)碼元的順序一位一位地傳過(guò)去圖3-6并行傳輸和串行傳輸(a)并行傳輸(b)串行傳輸圖

3-7串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過(guò)程原理圖3．串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收二、數(shù)據(jù)通信中的傳輸速率和誤碼率1．碼元。把每個(gè)信號(hào)脈沖稱(chēng)為一個(gè)碼元。2．碼元速率。每秒傳送的碼元數(shù)，以Bd（波特）為單位。3．信息速率。系統(tǒng)每秒傳送的信息量。單位是bit/s（比特/秒）。4．誤碼率。數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸后發(fā)生錯(cuò)誤的碼元數(shù)與總傳輸碼元數(shù)之比。5．差錯(cuò)控制。在一個(gè)實(shí)用的通信系統(tǒng)中一定要能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，并采取糾正措施，把出錯(cuò)控制在所能允許的盡可能小的范圍內(nèi)，這就是差錯(cuò)控制。最簡(jiǎn)單和最常用的檢錯(cuò)方法是奇偶校驗(yàn)。三、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的工作方式圖

3-8數(shù)據(jù)通信三種工作方式（a）四線(xiàn)全雙工；（b）單工通信；（c）半雙工通信四、異步傳輸和同步傳輸1.異步通信格式?每幀以“起始位”（低電平）開(kāi)頭，接著傳送信息碼元，最后附加一位“奇偶校驗(yàn)位”和“停止位”（高電平）。圖

3-9異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷剑╝）一般信息幀；（b）ASCII碼幀2.同步通信格式?同步通信方式的發(fā)、收必須時(shí)刻嚴(yán)格保持同步。圖3-10同步數(shù)據(jù)傳輸示意圖五、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信的基本模型圖3-111．信源：即電網(wǎng)中的各種信息源.2．信源編碼器：它是把各種信源轉(zhuǎn)換成易于數(shù)字傳輸?shù)钠骷?．信道編碼器：為了保護(hù)所傳送的信息內(nèi)容，增加保護(hù)碼元。4．調(diào)制器與解調(diào)器（MODEM）：為增加傳輸距離，將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制傳送，可減弱干擾信號(hào)。5．信道：信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)妮d體。6．解調(diào)器：調(diào)制器的逆過(guò)程。7．信道譯碼器：編碼器的逆過(guò)程，除去保護(hù)碼元。8．信源譯碼器：將二進(jìn)制信號(hào)恢復(fù)到模擬信號(hào)的過(guò)程。9．信宿：信息的接收地或接收人員能觀察的設(shè)備。六、數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)圖

3-12調(diào)制與解調(diào)示意圖圖3-13?1．?dāng)?shù)字調(diào)幅

?又稱(chēng)振幅鍵控方式（ASK），它是用正弦波不同的振幅來(lái)代表“1”和“0”兩個(gè)碼?2．?dāng)?shù)字調(diào)頻?數(shù)字調(diào)頻又稱(chēng)移頻鍵控（FSK），它是用不同頻率來(lái)代表“1”和“0”，而其振幅和相位則相同。?3．?dāng)?shù)字調(diào)相?數(shù)字調(diào)相又稱(chēng)移相鍵控（PSK），又分為二元絕對(duì)調(diào)相和二元相對(duì)調(diào)相兩種方式。?（1）二元絕對(duì)調(diào)相。波形中初相位為代表“0”，而初相位為則代表“1”。?（2）二元相對(duì)調(diào)相。波形中后一周波的相位繼續(xù)與前一周波相同的，代表碼元“0”；而后一周波相位與前一周波相位相反的則代表碼元“1”。?數(shù)字調(diào)相抗干擾性能最好，但硬、軟件均比較復(fù)雜。七、局域網(wǎng)及其應(yīng)用?局部網(wǎng)絡(luò)是一種在較小區(qū)域內(nèi)使各種數(shù)據(jù)通信設(shè)備互連在一起的通信網(wǎng)絡(luò)。1．令牌環(huán)（TokenRing）2．以太網(wǎng)（Ehternet）圖3-14圖3-15以太網(wǎng)（Ethernet）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及發(fā)送工作流程（a）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；（b）發(fā)送報(bào)文工作流程八、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn).?現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。它在制造業(yè)、流程工業(yè)、特別在變電站的分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。九、循環(huán)式規(guī)約（CDT）和問(wèn)答式規(guī)約（polling）（一）通訊規(guī)約

?在通信網(wǎng)中，為了保證通信雙方能正確、有效、可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在通信的發(fā)送和接收的過(guò)程中有一系列的規(guī)定，以約束雙方進(jìn)行正確、協(xié)調(diào)的工作，我們將這些規(guī)定稱(chēng)為數(shù)據(jù)傳輸控制規(guī)程，簡(jiǎn)稱(chēng)為通信規(guī)約。明確規(guī)范以下幾個(gè)問(wèn)題：

?1．有共同的語(yǔ)言。

?2．有一致的操作步驟。

?3．規(guī)定檢查錯(cuò)誤以及出現(xiàn)異常情況時(shí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)付方法。圖

3-16通信規(guī)約的含義?一個(gè)通信規(guī)約包括的主要內(nèi)容有：代碼（數(shù)據(jù)編碼）、傳輸控制字符、傳輸報(bào)文格式、呼叫和應(yīng)答方式、差錯(cuò)控制步驟、通信方式（指單工、半雙工、全雙工通信方式）、同步方式及傳輸速率等。（二）循環(huán)式通信規(guī)約?按循