電力系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展-丁仁杰.ppt

電力系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展 丁仁杰清華大學(xué)電機工程系W I 107室Tel 861062795566ax 861068948538Email renjied 主要內(nèi)容一 電力系統(tǒng)通信的概念和任務(wù)二 電力通信與公用通信的區(qū)別三 電力通信的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀四 電力通信系統(tǒng)的組成五 電力通信系統(tǒng)的分類六 通信系統(tǒng)的主要傳輸技術(shù)簡介七 Q A 一 電力系統(tǒng)通信的概念和任務(wù)基本概念電力系統(tǒng)通信 電力專用通信 系統(tǒng)通信廠站通信電力系統(tǒng)通信的一般定義是 利用有線電 無線電 光或其他電磁系統(tǒng) 對電力系統(tǒng)運行 經(jīng)營和管理等活動中需要的各種符號 信號 文字 圖像 聲音或任何性質(zhì)的信息進(jìn)行傳輸與交換 滿足電力系統(tǒng)要求的專用通信 電力系統(tǒng)通信的任務(wù)電力系統(tǒng)通信的任務(wù)就是準(zhǔn)確和快速地完成話音 數(shù)據(jù)和圖像的傳輸 話音業(yè)務(wù) 電力調(diào)度和行政管理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 調(diào)度自動化的檢測監(jiān)控數(shù)據(jù)計算機和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信繼電保護信號的傳輸圖文傳真和用戶電報業(yè)務(wù)水電廠水情和氣象報告等圖像業(yè)務(wù) 會議電視和電視網(wǎng)等 二 電力通信與公用通信的區(qū)別電力通信與公用通信之間沒有根本區(qū)別 而主要差異在于 結(jié)構(gòu)特點 電力通信以單位所在區(qū)域劃分而公用通信以國家行政管理區(qū)域劃分 經(jīng)濟性要求 公用通信以經(jīng)濟性第一 而電力通信依附電力網(wǎng)運行 三 電力通信的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀我國電力通信的發(fā)展歷史經(jīng)歷60年發(fā)展歷史 早期的技術(shù) 電力線載波 架空明線或電纜通信方式 60年代 模擬微波 特高頻或同軸電纜多路載波 80年代 數(shù)字微波 衛(wèi)星通信 程控交換機投運和光纖通信 90年代 架空地線復(fù)合光纜 OPGW 和全介質(zhì)自承式光纜 ADSS 電話交換 分組交換 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng) ATM 會議電話和會議電視等通信網(wǎng) 世界電力通信的發(fā)展歷史電力通信在發(fā)展和采用新技術(shù)方面始終是通信行業(yè)的先鋒 電力線載波 20世紀(jì)20年代初 微波 始于20世紀(jì)50年代 光釬 20世紀(jì)80年代 由點對點發(fā)展到交換網(wǎng)絡(luò) 我國電力通信的近10年中的變化 一是電力專用通信裝備水平和服務(wù)質(zhì)量大幅度提高 二是充分利用資源優(yōu)勢和富余能力 參與社會電信市場競爭 已經(jīng)成為國際上電力公司的普遍趨勢 數(shù)字微波電路總長度約為73 000km 總站數(shù)3 200個 220 V及以上電力線載波機總數(shù)8 300臺 話路公里數(shù)約為340 000km 110 V及以下電力線載波機總數(shù)10000多臺 話路公里數(shù)約為224000 光纜總長16 000多km 其中ADSS約4 100km OPGW約2 000km 纏繞光纜約600km 交換機總?cè)萘考s200萬門 衛(wèi)星地球站42座 800MHz集群移動通信系統(tǒng) 1999年年底以來 電力通信網(wǎng)內(nèi)已開工建設(shè)了數(shù)字微波電路約10 000km 光纜線路約20 000km OPGW和ADSS各占約50 四 通信系統(tǒng)的基本組成1 信息源與收信者信源 模擬 連續(xù) 和數(shù)字 離散 模擬信源 語言 圖象 聲音 音樂及鳥聲等 數(shù)字信源 旗語 交通信號及計算機及數(shù)字電路信號 抽樣 模擬信源離散信源量化 離散信源數(shù)字信源 通信系統(tǒng)的組成 四 通信系統(tǒng)的組成 續(xù) 2 發(fā)送設(shè)備把信源與傳輸介質(zhì)匹配起來3 傳輸介質(zhì)不論傳輸介質(zhì)為有線或無線 傳輸過程都會引入干擾4 接收設(shè)備完成發(fā)送設(shè)備的逆變換 信源 通信系統(tǒng)的一般模型 發(fā)送設(shè)備 傳輸介質(zhì) 接收設(shè)備 收信者 信息 信號載體 信息 干擾 信源 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成 信源編碼 傳輸介質(zhì) 信源譯碼 收信者 信道編碼 信道譯碼 噪聲 信源 收信者 一個完整和簡化的通信系統(tǒng) 傳輸系統(tǒng) 交換系統(tǒng) 傳輸系統(tǒng) 信源 收信者 電路分組ATM 供電縱橫 五 電力通信系統(tǒng)的分類1 按消息的物理特征分類調(diào)度和管理電話 監(jiān)控數(shù)據(jù)和圖象等2 按調(diào)制的方式分類基帶傳輸和載波傳輸調(diào)制方式 連續(xù)波和脈沖波調(diào)制信號 模擬和數(shù)字信號目的有三 便于發(fā)送 抗干擾 利用頻帶 3 按傳輸信號的特征分類收端有效恢復(fù) 消息與信號單一對應(yīng)模擬通信系統(tǒng) 參量取值無限數(shù)字通信系統(tǒng) 參量取值有限數(shù)字系統(tǒng)有著顯著的優(yōu)越性整個通信系統(tǒng) 數(shù)字化世界模擬信源 數(shù)字化 數(shù)字系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)越性 抗干擾能力強便于進(jìn)行各種數(shù)字信號處理易于實現(xiàn)集成化和小型化經(jīng)濟效益優(yōu)于模擬 載波 通信傳輸與交換很容易結(jié)合起來 綜合業(yè)務(wù)便于實現(xiàn)多路復(fù)用數(shù)字通信系統(tǒng)的缺憾 占用較寬頻帶 資源利用率較低對信號同步要求嚴(yán)格 4 按傳輸信號的復(fù)用方式分類頻分復(fù)用FDM FDMA時分復(fù)用TDM TDMA碼分復(fù)用CDM CDMA波分復(fù)用WDM WDMA5 按傳輸介質(zhì)進(jìn)行分類有線 普通電纜 同軸 光纜無線 電磁波 微波 衛(wèi)星 六 通信系統(tǒng)的主要傳輸技術(shù)簡介架空明線和電纜通信公用網(wǎng)早已實現(xiàn)八橫八縱的建設(shè)目標(biāo) 1982年統(tǒng)計 長途線路18萬公里 其中90 為架空明線 滬 杭 京 漢 廣同軸電纜干線通1800路載波目前 大部分已被或正在被光纖取代 國際上 最高容量為13200路 或6路廣播電視 芯 數(shù)字電話為4032路電力系統(tǒng)的架空明線隨輸電線路敷設(shè) 電纜線 明線 普通 同軸 50 75 93 雙絞線 I V 屏蔽 RJ11和RJ45接頭 早期電力線載波技術(shù)簡介電力線信道十分惡劣 主要干擾源有 信道衰減 信道噪聲和多徑效應(yīng) 配變載波監(jiān)測及遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) 總體設(shè)計通過中壓架空線或電纜以1對N的方式從變電站母線注入信號 經(jīng)饋線到達(dá)配電點信息通過載波調(diào)制解調(diào)器耦合到線路上傳回變電站特點雙載頻自動切換485總線的保護中繼功能 最長線上距離達(dá)20km耦合電容與結(jié)合濾波器一體化中繼功能與載波從MODEM一體化設(shè)計通用化 技術(shù)指標(biāo) 接入方式 寬帶電力線載波OFDM技術(shù)簡介 微波中繼通信微波傳輸具有視距傳播特性微波傳播具有傳播損耗 必須中繼 微波中繼的傳輸容量采用多電平調(diào)制 在40MHz標(biāo)準(zhǔn)頻道間隔內(nèi) 可傳輸1920 7680PCM數(shù)字電話 公用通信網(wǎng) 我國目前有約十多萬公里微波中繼通信線路 在長途業(yè)務(wù)上曾經(jīng)是重要的傳輸手段之一 美國曾擁有數(shù)十萬公里微波中繼線路 前蘇聯(lián)最長的一條微波中繼通信線路長達(dá)1萬多公里 該線路直達(dá)東歐 微波中繼通信微波通信系統(tǒng)的主要設(shè)備 用戶終端 交換機 微波接入 終端復(fù)用設(shè)備 微波站模擬微波中繼方式已被淘汰數(shù)字微波中繼比例相對減少 部分將會被光纖所取代 但是 山區(qū)和施工難度較大的地域內(nèi)還在使用 電力系統(tǒng)還有較多的應(yīng)用實例 多在南方電網(wǎng) 衛(wèi)星通信運行軌道 赤道 極軌道 傾斜軌道衛(wèi)星距離地面的高度 低高度 軌道 衛(wèi)星 低于5000公里中高度 軌道 衛(wèi)星 在5000公里到20000公里之間高高度 軌道 衛(wèi)星 高于20000公里衛(wèi)星與地球任何一點相對位置關(guān)系 同步衛(wèi)星 沿赤道上空35800公里與地球同向非同步衛(wèi)星 運行周期不等于地球自轉(zhuǎn)周期 其軌道傾角 高度 形狀因需要而定 赤道軌道均勻分布三顆衛(wèi)星可覆蓋除兩極外全部表面 通信衛(wèi)星的工作方式和頻率分配 頻率需要申請 衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖 衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點 通信距離遠(yuǎn) 覆蓋面積大 40 的地球表面 具有多址連接特性 通信靈活性好 可利用頻帶寬 通信容量大 傳播穩(wěn)定可靠 通信質(zhì)量高 成本與通信距離無關(guān) 衛(wèi)星通信的主要缺點 通信衛(wèi)星使用壽命較短 通信衛(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)比較復(fù)雜和投入較大 衛(wèi)星通信有較大的傳輸延遲 衛(wèi)星通信示例GPS 單向 Glonass 伽利略 軍用 民用實例GPS 20183公里 6軌道 18顆星 前蘇聯(lián)的GLONASS 24顆星 90年代初兩系統(tǒng)擬合二為一 是美國現(xiàn)積極推行的NMD和TMD系統(tǒng)的基礎(chǔ) 越洋電視信號傳送 單向 轉(zhuǎn)發(fā)器依系統(tǒng) 低軌道衛(wèi)星 Iridium 象形于分子結(jié)構(gòu) 通信衛(wèi)星與軌道35800公里3顆星 約10000公里10顆星 765公里77 66顆星于6條極軌道 該系統(tǒng)由于市場定位和營銷體制失誤 運行兩年后終止服務(wù) 光纖通信 參見十五綱要 我國全光纜通信網(wǎng)已進(jìn)入實驗階段 光纜入戶 目前 光纜的可利用資源僅為1 99 待開發(fā) 總長度為200萬公里 大力采用波分復(fù)用技術(shù)WDM DWDM UDWDM90年代中期 8 16 32路幾種 1999年 出現(xiàn)40 100 160路復(fù)用技術(shù)2003年 制成400至1000路系統(tǒng)2010年 進(jìn)一步達(dá)到15000路 UDWDM系統(tǒng)信令網(wǎng) 同步網(wǎng)和管理網(wǎng)逐步完善 SDH IP多模 單模技術(shù)的成熟和提升 損耗進(jìn)一步減小多用途光纜和基于光交換技術(shù)設(shè)備大量問世 光纖通信主要特點通信容量大一對光纖3萬路 多纖成纜 波分復(fù)用技術(shù) 傳輸容量十分驚人 中繼距離長單模1 55 m波長處損耗可達(dá)0 15dB km 若采用非石英超長波 波長 2 m 光纜有望實現(xiàn)1000km以上無中繼 抗電磁干擾電力輸送線 電氣化鐵路沿線 雷擊多發(fā)區(qū) 不產(chǎn)生串?dāng)_ 保密性好光纜尺寸小 重量輕 電纜的1 3 1 10 光纜不會銹蝕 使用壽命長光纜接頭不會產(chǎn)生放電 沒有點火花 運行安全節(jié)省金屬材料和能源 電力光纖通信 移動通信的工作方式單向單工工作方式 尋呼 雙向同頻單工工作方式 收發(fā)不能同時進(jìn)行對講機異頻半雙工工作方式 收發(fā)不同頻 集群電話系統(tǒng)異頻雙工工作方式 移動電話 移動通信的類型無線電尋呼系統(tǒng) Paging無繩電話 Cordless集群移動通信系統(tǒng)小靈通 PHS PAS PCT公用蜂窩移動通信系統(tǒng)早期的模擬移動通信采用FDMA現(xiàn)已發(fā)展過渡到2 5G移動通信系統(tǒng)TDMA FDM TDMA系統(tǒng) GSMCDMA FDM CDMA系統(tǒng) IS 95移動衛(wèi)星通信系統(tǒng) 廣州市電力通信網(wǎng)絡(luò)分割圖 目前廣州市電力系統(tǒng)已采用的通信方式有 一 傳輸方式 1 光纖通信 OPGW ADSS及管道光纜等光纜 SDH PDH傳輸技術(shù) 2 SDH PDH數(shù)字微波3 一點多址微波 4 載波通信 5 音頻電纜二 寬帶IP網(wǎng)絡(luò)通信方式 千兆以太網(wǎng) 綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù) 光纖直連路由器 調(diào)度數(shù)據(jù) 接入SDH三 語音交換方式 數(shù)字程控交換技術(shù)四 視頻方式 會議電視 在建 廣州市電力通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 廣州市電力通信網(wǎng)分為以下兩個層次 第一層 傳輸骨干網(wǎng)絡(luò)層 傳輸及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備組成 第二層 業(yè)務(wù)層 含公眾用戶及專用用戶 接入通信網(wǎng)絡(luò)層 廣州電力變電站監(jiān)視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 110kV 變電站 E1 廣州電力會議電視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 省局主MCU 廣州主MCU 惠州主MCU 汕頭主MCU 一級樞紐 二級樞紐 終端 市局 母站 區(qū)局 會議電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 七 Q A 常用調(diào)制方式及用途連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM廣播抑制載波常規(guī)雙邊帶調(diào)幅DSB立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信 無線電臺 數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播 數(shù)傳 傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼 衛(wèi)星通信 廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻率鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控PSK DPSK QPSK等數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)字微波 空間通信其他數(shù)字調(diào)制QAM MSK等數(shù)字微波 空間通信 有效利用f 常用調(diào)制方式及用途脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式 遙測脈寬調(diào)制PDM PWM 中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測 光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話 衛(wèi)星 空間通信增量調(diào)制DM CVSD DVSD等軍用 民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話 圖象編碼其他語音編碼ADP