配電自動化通信系統(tǒng)

1、 配電自動化的通信系統(tǒng)配電自動化的通信系統(tǒng)第三講 1 配電自動化通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)配電自動化通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 2 配電自動化的通信系統(tǒng)的組成及作用配電自動化的通信系統(tǒng)的組成及作用 3 配電自動化的通信方式及特點配電自動化的通信方式及特點 4 通信系統(tǒng)應(yīng)用實例分析通信系統(tǒng)應(yīng)用實例分析主 站子 站子站 子 站遠方終端遠方終端遠方終端遠方終端 。同級管理信息系統(tǒng)同級負荷管理系統(tǒng)同級用電管理系統(tǒng)同級其它系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)大中型配電自動化及管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)-三層結(jié)構(gòu)1 配電自動化通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1.1 配電自動化及管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)配電自動化及管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)主 站 調(diào)動自動化主站子站

2、 遠方終端遠方終端遠方終端遠方終端。同級管理信息系統(tǒng)同級負荷管理系統(tǒng)同級用電管理系統(tǒng)同級其它系統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)中小型配電自動化及管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)。站端設(shè)備站端設(shè)備FTU -各類柱上開關(guān)及環(huán)網(wǎng)柜控制器各類柱上開關(guān)及環(huán)網(wǎng)柜控制器FTU的組成：模塊遠方終端控制器，充電器、蓄電池的組成：模塊遠方終端控制器，充電器、蓄電池、機箱外殼及各種附件組成、機箱外殼及各種附件組成模塊遠方終端控制器必須包括：交流量采集回路，數(shù)模塊遠方終端控制器必須包括：交流量采集回路，數(shù)字量采集回路，數(shù)字量輸出（開關(guān)量輸出回路），通字量采集回路，數(shù)字量輸出（開關(guān)量輸出回路），通訊接口和訊接口和RAM, ROM等核心芯片。有時加入

3、等核心芯片。有時加入DSP芯芯片追求高性能的濾波和數(shù)字信號處理能力。片追求高性能的濾波和數(shù)字信號處理能力。IBM AS/400IBM S/88IBM 9370Ethernet通信前置機Desktop SystemDesktop SystemDesktop SystemIBM 3720/25/45通信前置機GPS無線微波基站變電所變電所CBCBCBCB柱上開關(guān)柱上開關(guān)箱變FTUFTUFTUCB集控中心集中轉(zhuǎn)發(fā)器用戶表用戶表用戶表用戶表主站系統(tǒng)主站系統(tǒng)配電自動化及其管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖配電自動化及其管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖泰安配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)硬件配置示意圖泰安配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)硬件配置示意圖鄭州配網(wǎng)自動

4、化主站系統(tǒng)硬件配置示意圖鄭州配網(wǎng)自動化主站系統(tǒng)硬件配置示意圖調(diào)度工作站 GPSGPS網(wǎng)絡(luò) II網(wǎng)絡(luò) ITCM專用通信服務(wù)器數(shù)據(jù)和圖形服務(wù)器鏡像及WEB 系統(tǒng)維護工作站2M E1 V.35ATM交換機子站子站1調(diào)度工作站其他計算機系統(tǒng)配調(diào)中心配調(diào)中心調(diào)度SCADA/EMSMIS系統(tǒng)ARN 路由器SDH通訊網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)子站子站NARN 路由器BLN 路由器2M E1 V.35GPS搶修車調(diào)度工作站高級應(yīng)用工作站磁盤陣列Catalyst 5500培訓(xùn)服務(wù)器數(shù)據(jù)處理工作站學(xué)員席工作站1.2 配電自動化通信系統(tǒng)的層次配電自動化通信系統(tǒng)的層次 一個完整的配電自動化系統(tǒng)包括配電自動化主站、一個完整的配電自動

5、化系統(tǒng)包括配電自動化主站、配電自動化子站、遠方監(jiān)控單元三個部分。主站和子站配電自動化子站、遠方監(jiān)控單元三個部分。主站和子站間的通信、子站和現(xiàn)場監(jiān)控單元間的通信有一個共同的間的通信、子站和現(xiàn)場監(jiān)控單元間的通信有一個共同的特點，其中一方必為計算機系統(tǒng)，另一方為計算機系統(tǒng)特點，其中一方必為計算機系統(tǒng)，另一方為計算機系統(tǒng)或其它監(jiān)控單元。另一個特點是通信距離比較遠，可能或其它監(jiān)控單元。另一個特點是通信距離比較遠，可能為幾公里，甚至幾十公里。為幾公里，甚至幾十公里。（1）主站級通信包括：）主站級通信包括： 主站主站調(diào)度調(diào)度 主站主站子站子站 主站主站變電站變電站（2）子站級通信主站主站子站子站子站子站調(diào)度

6、調(diào)度子站子站變電站變電站子站子站遠方終端（遠方終端（RTU/DTU/TTU）子站起到承上啟下的作用！子站起到承上啟下的作用！（3）終端設(shè)備通信主主FTU從從1(RTU/DTU/TTU) 從從2(RTU/DTU/TTU) 從從3(RTU/DTU/TTU) .a) 級連方式級連方式 b) 總線方式總線方式通常采用通常采用RS232接口接口 通常采用通常采用RS485接口接口主主FTU從從FTU1從從FTU2主主FTU從從FTU1從從FTU2（3）終端設(shè)備通信主主FTU從從1(RTU/DTU/TTU) 從從2(RTU/DTU/TTU) 從從3(RTU/DTU/TTU) .子站子站主主FTU遠方終端（

7、遠方終端（RTU/DTU/TTU）主站主站主主FTU遠方終端（遠方終端（RTU/DTU/TTU）終端設(shè)備通信主要是主從模式！終端設(shè)備通信主要是主從模式！1.3 配電自動化對通訊系統(tǒng)的要求1）通信的可靠性）通信的可靠性 配電自動化的通訊系統(tǒng)必須設(shè)計成為能夠通過常規(guī)維護就配電自動化的通訊系統(tǒng)必須設(shè)計成為能夠通過常規(guī)維護就可以在惡劣狀況下工作的系統(tǒng)。可以在惡劣狀況下工作的系統(tǒng)。 能夠跨過故障區(qū)和停電區(qū)域保持通訊，是對通訊系統(tǒng)可靠能夠跨過故障區(qū)和停電區(qū)域保持通訊，是對通訊系統(tǒng)可靠性的另一要求。性的另一要求。 2）通信系統(tǒng)的費用）通信系統(tǒng)的費用 由于配電自動化的通訊系統(tǒng)的造價是很可觀的，因此通過由于配電

8、自動化的通訊系統(tǒng)的造價是很可觀的，因此通過恰當?shù)剡x取合適的通訊方式，可以節(jié)省大筆的建設(shè)費用。恰當?shù)剡x取合適的通訊方式，可以節(jié)省大筆的建設(shè)費用。3）通信速率的要求）通信速率的要求 從功能的角度，在配電自動化系統(tǒng)中，進線監(jiān)視、從功能的角度，在配電自動化系統(tǒng)中，進線監(jiān)視、10kV開閉所和配電變電站監(jiān)控和饋線自動化（開閉所和配電變電站監(jiān)控和饋線自動化（FA）對于通訊的速）對于通訊的速率要求最高，其次是公用配變的巡檢和負荷監(jiān)控系統(tǒng)，遠方率要求最高，其次是公用配變的巡檢和負荷監(jiān)控系統(tǒng)，遠方抄表和計費自動化對于通訊的速率的要求較低。抄表和計費自動化對于通訊的速率的要求較低。 從配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度，集結(jié)

9、了大量數(shù)據(jù)的主干線從配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的角度，集結(jié)了大量數(shù)據(jù)的主干線對通信速率的要求要遠高于分支線對通信速率的要求。對通信速率的要求要遠高于分支線對通信速率的要求。4）雙向通信能力）雙向通信能力 配電自動化的大多數(shù)功能要求雙向通信，如對于故障區(qū)段配電自動化的大多數(shù)功能要求雙向通信，如對于故障區(qū)段隔離和恢復(fù)正常區(qū)域供電的功能，則必須要求有雙向通訊能隔離和恢復(fù)正常區(qū)域供電的功能，則必須要求有雙向通訊能力的信道。力的信道。5）通信不受停電的影響）通信不受停電的影響 配電網(wǎng)的調(diào)度自動化功能和故障區(qū)段隔離，及恢復(fù)正常區(qū)配電網(wǎng)的調(diào)度自動化功能和故障區(qū)段隔離，及恢復(fù)正常區(qū)域供電的功能要求，即使在停電的地區(qū)通

10、信仍能正常進行。域供電的功能要求，即使在停電的地區(qū)通信仍能正常進行。6）通信系統(tǒng)的使用與維護方便性）通信系統(tǒng)的使用與維護方便性 配電自動化的通信系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模往往較大，而且通常采用配電自動化的通信系統(tǒng)構(gòu)成規(guī)模往往較大，而且通常采用多種通信方式相結(jié)合，因此在設(shè)計上，應(yīng)考慮盡可能地簡化多種通信方式相結(jié)合，因此在設(shè)計上，應(yīng)考慮盡可能地簡化這一復(fù)雜的通信系統(tǒng)的使用與維護。這一復(fù)雜的通信系統(tǒng)的使用與維護。2 配電自動化的通信系統(tǒng)的組成及作用配電自動化的通信系統(tǒng)的組成及作用2.1 數(shù)字通信技術(shù)中的幾個基本概念2.2 數(shù)據(jù)通信傳輸方式2.3 通信規(guī)約2.4 調(diào)制解調(diào)器的作用及原理2.1數(shù)字通信技術(shù)中的幾個基本

11、概念（1）碼元。）碼元。遠動通訊系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是用碼元序列表示的。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。在短距離傳送中，邏輯高電平用“1”表示，低電平用“0”表示（稱為單極脈沖）。在較長距離傳輸中可用正負電平表示（稱為單雙極脈沖）。（2）碼元傳輸速率（傳碼率）碼元傳輸速率（傳碼率）。單位為波特（band），它定義為單位時間（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可用下式表示為 Nb 1/Ts 假設(shè)有一個碼元（“1” 或“0”）信號波形的脈沖寬度為Ts，顯然Ts越小，脈沖寬度越窄，單位時間內(nèi)傳送的碼元數(shù)越多，傳送的數(shù)據(jù)

12、、符號數(shù)目也就越多，即效率越高。例如，在一個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，如果傳送的信號波形的脈沖寬度為1.67ms，則信號傳輸速率約為600（band），即每秒可傳送600個脈沖。（3） 信息傳輸速（傳信率）。信息傳輸速（傳信率）。單位是比特/秒（bit/s），它定義為單位時間（秒）內(nèi)通過系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒘?，又稱作數(shù)據(jù)傳輸速率，可用下式表示為: Rb=Nblog2N 式中：N為一個脈沖所表示的有效狀態(tài)，即調(diào)制電平數(shù)（為2的整數(shù)倍）；Nb為每秒傳送的脈沖數(shù),如果數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳送的是二進制碼元，則N2，那么碼元傳輸速率Nb和信息傳輸速率Rb是一樣的。從式可以看出，在碼元傳輸率Nb不變的情況下，傳輸碼元的進制越

13、高，即N值越大的話，則Rb越大，也就是所傳輸?shù)男畔⒘吭酱?；但對?yīng)的系統(tǒng)進制數(shù)越大，其技術(shù)問題越復(fù)雜，實現(xiàn)越困難。另外，傳輸信道的頻帶也給傳輸速率帶來一定的限制。（4） 消息傳輸速率（消息率）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（秒）內(nèi)通過系統(tǒng)傳輸?shù)膹男畔⒃窗l(fā)出的信息量，記做Rm。 傳碼率、傳信率和消息率三者定義 5）誤碼率。）誤碼率。在莫一數(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。電力系統(tǒng)遠動通信中要求誤碼率小于105誤碼率與通信的質(zhì)量以及各種干擾的大小等因素有關(guān).（6）帶寬（）帶寬（Band Windth）。它是指傳輸模擬信號的頻帶寬度，

14、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。例如，音頻信號的帶寬是3003400Hz。（7）基帶和基帶傳輸?；鶐Ш突鶐鬏?。在實際工作中人們所需要傳輸?shù)脑夹盘枺ㄐ畔⑿盘枺?，無論是模擬信號（如語音信號、圖象信號等），還是數(shù)字信號（如計算機和各種數(shù)字終端輸出的信號），通常其頻率都較低，它們所占據(jù)的這部分頻帶，通常成為基本頻帶（簡稱為基帶），基帶也就是指信號本身的基本頻帶?；鶐盘栔械拿總€基帶脈沖實際上就是一個可傳輸?shù)拇a元。如果將基帶信號直接在信道（以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號通道）中傳輸，就稱為基帶傳輸。 （8）調(diào)制與頻帶傳輸）調(diào)制與頻帶傳輸。由于基帶傳輸?shù)男诺?/p>

15、通常是有線信道，如明線、對稱電纜、同軸電纜等，所以不能遠距離傳輸。為了遠距離傳輸，一般要利用無線通道或載波通道，如利用載波通道，這時就須借助于正弦載波，通過頻譜變換和搬移后，在進行傳輸。 所謂調(diào)制就是在調(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)。(9) (9) 報文及報文分組報文及報文分組。報文是一組包含數(shù)據(jù)和呼叫控制信號（例如地址）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。（1010）以太網(wǎng)（）以太網(wǎng)（ETHERNETETHERNET）。它是一種局部通

16、信網(wǎng)，通常在線路半徑110km中等規(guī)模的范圍內(nèi)使用，為單一組織或單位的非公用網(wǎng)，網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖等。它的特點是：信道帶寬較寬；傳輸速率可達10Mbit/s;誤碼率很低（一般為1081011）. 2.2數(shù)據(jù)通信的傳輸方式數(shù)據(jù)通信的傳輸方式（1）通信系統(tǒng)的傳輸方式按照信息傳輸?shù)模┩ㄐ畔到y(tǒng)的傳輸方式按照信息傳輸?shù)姆较蚝蜁r間可分為：單工通信、半雙工通信方向和時間可分為：單工通信、半雙工通信和全雙工通信三種方式和全雙工通信三種方式單工通信：單工通信：按單一方向傳送的工作方式半雙工通信：半雙工通信：是指信息可以雙方向傳送，只能分時交替進行全雙工通信：全雙工通信：可以同時進行雙方向

17、的傳送信息2）典型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成）典型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DCE）的主要作用是將數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）送來的基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成使用與遠距離傳送的數(shù)字載波信號。常見數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備有：調(diào)制解調(diào)器（modem）、復(fù)接分接器、數(shù)傳電臺、載波機和光端機。數(shù)據(jù)傳輸信道：數(shù)據(jù)傳輸信道：按載體傳輸形式：有線傳輸和無線傳輸按數(shù)據(jù)傳輸形式：模擬信道和數(shù)字信道（3）典型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的接口）典型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的主要作用是講數(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。常見數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DCE）與數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）之間的接口：RS-232或

18、RS-485接口。 RS-232接口：美國電子工程學(xué)會1973年制訂的串行接口 幾百米。邏輯電平。RS-485接口：改進的串行接口采用雙線傳輸信號幾千米 差分方式的電位差，轉(zhuǎn)換成邏輯電平。2.3 通信規(guī)約通信規(guī)約（Protocol） 所謂通信規(guī)約是指調(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。調(diào)度端和執(zhí)行端只有使用相同的通信規(guī)約，彼此才能明白對方所發(fā)信息的意義，通信才能正常進行。 OSI標準制訂通信規(guī)約是發(fā)展趨勢標準制訂通信規(guī)約是發(fā)展趨勢 國

19、際化標準組織ISO定義了一個開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型標準OSI，該模型包含了七層協(xié)議，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層，每一層都強調(diào)特殊的網(wǎng)絡(luò)功能。任何一層只向它的上一層提供服務(wù)，并接受下一層的服務(wù)申請，每一層只與它的對應(yīng)層進行通信。 （1） 物理層物理層物理層提供兩個通信實體之間的數(shù)據(jù)傳輸路徑，它負責(zé)在連接兩個相鄰的節(jié)點之間的各種媒介上透明地傳輸任意位流。該層定義物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、所使用的媒介的機械和電氣特性以及傳輸編碼和計時時間等。（2）數(shù)據(jù)鏈路層）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是將物理層的“位”組成“幀”，定義網(wǎng)絡(luò)邏輯拓撲結(jié)構(gòu)、媒介訪問策略、物理地址、尋址方式，并提供連接服務(wù)。

20、（3）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的作用是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到一個特定的網(wǎng)絡(luò)位置，并且確保正確數(shù)據(jù)經(jīng)過路由選擇發(fā)送到由不同網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)際網(wǎng)，即提供連接服務(wù)。（4）傳輸層）傳輸層傳輸層提供端到端的數(shù)據(jù)報文傳輸，它將下層的信息組成段，并將這些段提交給回話層，或者更上層的協(xié)議處理；它使用網(wǎng)絡(luò)層的路由服務(wù)，并提供數(shù)據(jù)連接服務(wù)。（5）會話層）會話層會話層實現(xiàn)服務(wù)請求者和提供者之間的通信。通信會話被用來建立、維護、同步并且管理通信實體之間的對話機制所制約。通常，本層協(xié)議也幫助較高層協(xié)議識別和連接到網(wǎng)絡(luò)上提供的各種服務(wù)。（6）表示層）表示層表示層能把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種能被各個計算機以及允許的應(yīng)用程序相互理解的約定格式（傳輸語法）

21、。表示層的主要作用是翻譯和加密。（7）應(yīng)用層）應(yīng)用層應(yīng)用層包含了針對每一項網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的所有問題和功能。換句話說，上面6層協(xié)議包含了通常支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的任務(wù)和技術(shù)，而應(yīng)用層則提供了完成指定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能所需的協(xié)議。2.4 調(diào)制解調(diào)器的作用和原理調(diào)制解調(diào)器的作用和原理所謂調(diào)制解調(diào)器是講數(shù)字基帶信號調(diào)制在載波上，變?yōu)閿?shù)字載波信號，這種過程叫調(diào)制（modulate)調(diào)制器。從已調(diào)制過的載波信號中，講作為調(diào)制信號的原基帶信號分離出來的過程 稱為解調(diào)過程（demodulator)解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器的作用調(diào)制解調(diào)器的作用a) 講基帶信號的頻譜移到載頻附近，以適應(yīng)信道頻帶的要求，便于發(fā)送和接收。b)實現(xiàn)信道的多路復(fù)

22、用。c)壓縮信號帶寬，以便于利用話帶傳輸設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制的基本原理調(diào)制的基本原理有一個正弦電壓信號 u=UMax Sin(wt+) 我們可以讓正弦波電壓的幅值，角頻率和初相角隨源碼信號變化。1）數(shù)字調(diào)幅ASK（amplitude shift keying）2) 數(shù)字調(diào)頻FSK(frequency shift keying)3) 數(shù)字調(diào)相PSK(phase shift keying) 調(diào)制的幾個基本的脈沖波形圖調(diào)制的幾個基本的脈沖波形圖a) 碼元波形碼元波形b) 調(diào)幅波形調(diào)幅波形c) 調(diào)頻波形調(diào)頻波形d) 二元絕對調(diào)相波形二元絕對調(diào)相波形e)二元相對調(diào)相波形二元相對調(diào)相波形3 配電系統(tǒng)自動化

23、的通信方式及特點配電系統(tǒng)自動化的通信方式及特點（1 1）電力線載波通信的特點）電力線載波通信的特點 傳統(tǒng)的高壓線路載波技術(shù)是以實現(xiàn)長距離的兩點通傳統(tǒng)的高壓線路載波技術(shù)是以實現(xiàn)長距離的兩點通信為目標是一種點對點的傳輸方式，因此在線路兩側(cè)裝信為目標是一種點對點的傳輸方式，因此在線路兩側(cè)裝有阻波器以防止區(qū)內(nèi)信號泄露，同時也避免區(qū)外信號及有阻波器以防止區(qū)內(nèi)信號泄露，同時也避免區(qū)外信號及噪聲進入本區(qū)段。對于無斷點的線路，例如變電站與變噪聲進入本區(qū)段。對于無斷點的線路，例如變電站與變電站之間，采用載波通信，效果較好。對于配電網(wǎng)線路，電站之間，采用載波通信，效果較好。對于配電網(wǎng)線路，由于線路多臺配電變壓器以

24、及線路由于柱上開關(guān)的斷點，由于線路多臺配電變壓器以及線路由于柱上開關(guān)的斷點，還有配電線路本身存在的高噪聲、阻抗變化大和衰耗大還有配電線路本身存在的高噪聲、阻抗變化大和衰耗大等因素，使載波通信在配電線路中使用受到了較大的影等因素，使載波通信在配電線路中使用受到了較大的影響。響。3.1 電力線載波通信電力線載波通信 （2）載波通信的組成應(yīng)用）載波通信的組成應(yīng)用 圖 “相一地”制高頻通道的構(gòu)成1一輸電線；2 高頻阻波器；3耦合電容器；4 結(jié)合濾波器5 放電間隙；6接地隔離開關(guān)；7 高頻電纜；8 高頻收發(fā)信機（3）在設(shè)計配電線載波通信系統(tǒng)方案時，應(yīng)明）在設(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

25、：確以下技術(shù)問題：l 隨著線路結(jié)構(gòu)的變動（分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分支開關(guān)的動隨著線路結(jié)構(gòu)的變動（分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分支開關(guān)的動作），載波信號的衰減情況也要發(fā)生變化，在設(shè)計時應(yīng)考慮最作），載波信號的衰減情況也要發(fā)生變化，在設(shè)計時應(yīng)考慮最壞的情況。壞的情況。l隨著線路的用電負荷變動，載波信號的衰減情況也要發(fā)生變隨著線路的用電負荷變動，載波信號的衰減情況也要發(fā)生變化，一般負荷越重，衰減越嚴重，在設(shè)計時應(yīng)考慮最壞的情況?；?，一般負荷越重，衰減越嚴重，在設(shè)計時應(yīng)考慮最壞的情況。l 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

26、對載波信號的干擾較大。高頻激勵的氣體放電燈對載波信號的干擾較大。l地埋電纜的線地埋電纜的線-線、線線、線-地之間的分布電容較大，因此對載波信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。電纜的線路上，使用較低的載波頻率。l配電線載波頻率越低，線路衰減越小，受配電線載波頻率越低，線路衰減越小，受50Hz工頻的諧波干擾工頻的諧波干擾越強；其頻率越高，線路衰減越大，受越強；其頻率越高，線路衰減越大，受50Hz工頻的諧波干擾越弱。工頻的諧波干擾越弱。故綜合考慮，配電線載波信

27、號的頻率范圍應(yīng)為故綜合考慮，配電線載波信號的頻率范圍應(yīng)為540kHz, 在衰減在衰減可以接受的情況下，使用可以接受的情況下，使用2040kHz最佳。最佳。l因使用的頻率較低，耦合濾波器必須在因使用的頻率較低，耦合濾波器必須在10000pF以上，阻波器以上，阻波器和結(jié)合濾波器也與和結(jié)合濾波器也與PLC不同。不同。l因線路分支較多，為降低成本，一般不在各分支上加阻波器，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：載波機采用為此必須采取以下措施：載波機采用FSK方式提高抗干擾能力；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裕增大輸出功率

28、以提高信噪比和適應(yīng)范圍；具備一定的輸出功率裕量，以保證在最不利的情況下滿足使用要求。量，以保證在最不利的情況下滿足使用要求。l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)生強干擾的分支，應(yīng)適當加設(shè)阻波器以降低信號衰減和減少強干擾的分支，應(yīng)適當加設(shè)阻波器以降低信號衰減和減少干擾信號進入載波通道。干擾信號進入載波通道。l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，可以在其當中適當位置加設(shè)阻波器，并將其兩側(cè)的線路上的設(shè)在其當中適當位置加設(shè)阻波器，并將其兩側(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，

29、如下圖所示為較備信息分別上報給兩側(cè)相應(yīng)的主變電所，如下圖所示為較長饋線載波通信系統(tǒng)的組成。長饋線載波通信系統(tǒng)的組成。（4）電力線載波通信的優(yōu)缺點）電力線載波通信的優(yōu)缺點綜合上述，配電線載波通信有如下優(yōu)點和缺點：綜合上述，配電線載波通信有如下優(yōu)點和缺點：優(yōu)點：優(yōu)點：可以完全為電力公司所控制，因而便于管理；可以完全為電力公司所控制，因而便于管理；可以溝通電力公司所關(guān)心的任何測控點；可以溝通電力公司所關(guān)心的任何測控點；不需要得到無線電管理委員會不需要得到無線電管理委員會(FCC)的許可等。的許可等。缺點：缺點：配電線載波通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，容易受到干擾、配電線載波通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率較低，

30、容易受到干擾、非線性失真和信道間交叉調(diào)制的影響；非線性失真和信道間交叉調(diào)制的影響；配電線載波通信系統(tǒng)采用的電容器和電感器的體積較大、配電線載波通信系統(tǒng)采用的電容器和電感器的體積較大、價格也較高；價格也較高；（1）光纖的結(jié)構(gòu)與尺寸3.2 光纖通信光纖通信光纖是一種適合光波傳輸、損耗小、可彎曲的玻璃絲光纖是一種適合光波傳輸、損耗小、可彎曲的玻璃絲SiO2材料；材料；其結(jié)構(gòu)包括纖芯、緩沖層和包層，它們都是玻璃的，外其結(jié)構(gòu)包括纖芯、緩沖層和包層，它們都是玻璃的，外面還有由涂復(fù)材料和塑料制成的涂層和保護層。纖芯和面還有由涂復(fù)材料和塑料制成的涂層和保護層。纖芯和包層決定了光特性，所以纖芯采用高純度材料，以

31、避免包層決定了光特性，所以纖芯采用高純度材料，以避免雜質(zhì)引起損耗；包層采用純度稍差的材料，其折射率稍雜質(zhì)引起損耗；包層采用純度稍差的材料，其折射率稍高于緩沖層，但低于纖芯。包層的作用是加大外直徑，高于緩沖層，但低于纖芯。包層的作用是加大外直徑，使光纖結(jié)實，能抵抗彎曲。使光纖結(jié)實，能抵抗彎曲。光纖的結(jié)構(gòu)光纖的尺寸n描述光纖尺寸的參數(shù)有兩個：n內(nèi)芯直徑和反射層直徑，其度量單位都為微米(m, 1m=110-6m)。n最細的光纖其內(nèi)芯直徑通常只有510m，粗一些的光纖其內(nèi)芯直徑為50100m。n局域網(wǎng)中最常用的光纖是62.5m/125m的光纖，其中62.5m是內(nèi)芯直徑，而125m是反射層的直徑。（2）

32、光纖的類型n多模光纖(Multimode Fiber, MMF) 光信號不止一種波長，典型的多模光纖尺寸為62.5m/125mn單模光纖(Singlemode Fiber, SMF ) 光信息只有一種波長，典型的單模光纖尺寸為8m/125m（3）光纖通信系統(tǒng)（4）光纖通信的優(yōu)缺點）光纖通信的優(yōu)缺點優(yōu)優(yōu)點：點： (1) (1)傳輸頻帶傳輸頻帶很很寬寬，通信容量大。，通信容量大。 (2) (2)傳輸傳輸衰耗小，適合于衰耗小，適合于長長距離距離傳輸傳輸。 (3) (3)體體積積小，重量小，重量輕輕，可，可繞繞性性強強，敷，敷設(shè)設(shè)方便。方便。 (4) (4)輸輸入與入與輸輸出出間電間電隔離，不怕隔離，

33、不怕電電磁干磁干擾擾。 (5) (5)保密性好，無漏信號和串音干保密性好，無漏信號和串音干擾擾。 (6) (6)抗腐抗腐蝕蝕，抗酸堿，且光，抗酸堿，且光纜纜可直埋地下?？芍甭竦叵?。缺點：缺點： （1)1)強強度不如金屬度不如金屬線線。 (2) (2)連連接比接比較較困困難難。 (3) (3)分路和耦合不方便。分路和耦合不方便。 (4) (4)彎曲半徑不宜太小。彎曲半徑不宜太小。( (5 5) )光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成 通信容量大，中繼距離長（在多模光纖中光信號可傳輸通信容量大，中繼距離長（在多模光纖中光信號可傳輸6 6kmkm左右，左右，在單模光纖中可傳輸在單模光纖中可傳輸303

34、0kmkm左右）。特點是可靠性高，傳輸速率高，左右）。特點是可靠性高，傳輸速率高，不受雷電、開關(guān)操作的影響，抗電磁等干擾的能力強，可作為語言、不受雷電、開關(guān)操作的影響，抗電磁等干擾的能力強，可作為語言、數(shù)據(jù)和圖象的傳輸。因此光纖通信已經(jīng)成為城市配電網(wǎng)通信的主要數(shù)據(jù)和圖象的傳輸。因此光纖通信已經(jīng)成為城市配電網(wǎng)通信的主要方式，也是當前較好的通信手段。方式，也是當前較好的通信手段。光纖自愈環(huán)網(wǎng)光纖自愈環(huán)網(wǎng)光端機光端機光端機光端機光端機光端機光端機光端機FTUFTUFTUFTUFTUFTU配電主站配電主站A A環(huán)環(huán)B B環(huán)環(huán)F光纖自愈環(huán)網(wǎng)光纖自愈環(huán)網(wǎng)光端機光端機光端機光端機光端機光端機光端機光端機FT

35、UFTUFTUFTUFTUFTU配電主站配電主站A環(huán)B B環(huán)環(huán)FA A環(huán)環(huán)多通道光端機多通道光端機COM1COM2COM3COM4COM5網(wǎng)管A進B出B進A出多通道光端機示意圖多通道光端機示意圖數(shù)據(jù)子站513.3 高頻電壓脈動控制系統(tǒng)高頻電壓脈動控制系統(tǒng)信號傳送范圍可以從高壓配電線經(jīng)柱上變壓器信號傳送范圍可以從高壓配電線經(jīng)柱上變壓器或箱式變壓器至低壓用戶端?；蛳涫阶儔浩髦恋蛪河脩舳?。信號傳送特性受諧波和負載端裝設(shè)的并聯(lián)電容信號傳送特性受諧波和負載端裝設(shè)的并聯(lián)電容器影響，頻率選擇要恰當器影響，頻率選擇要恰當(50Hz系統(tǒng)多用系統(tǒng)多用283.3Hz，60Hz系統(tǒng)多用系統(tǒng)多用260Hz)。調(diào)制方式與

36、傳送速度的關(guān)系用移幅幅控調(diào)制方式與傳送速度的關(guān)系用移幅幅控(ASK)方式時低于方式時低于10bps, 用移頻幅控用移頻幅控(FSK)方式時為方式時為5060bps。高頻電壓脈動控制技術(shù)特點：高頻電壓脈動控制技術(shù)特點：3.4 工頻控制技術(shù)工頻控制技術(shù)工頻控制技術(shù)的特點：工頻控制技術(shù)的特點：信號發(fā)生原理是在工頻電源電壓過過點附近用用晶管控信號發(fā)生原理是在工頻電源電壓過過點附近用用晶管控制電容放電或通過電感吸收電流產(chǎn)生脈沖波。制電容放電或通過電感吸收電流產(chǎn)生脈沖波。傳送速度是通過在過過點同時傳送多個通道脈沖，可以傳送速度是通過在過過點同時傳送多個通道脈沖，可以實現(xiàn)很高的傳送速度。實現(xiàn)很高的傳送速度。

37、傳送可靠性受負荷阻抗變化的影響，并要要意利用控制傳送可靠性受負荷阻抗變化的影響，并要要意利用控制相位原理的其他設(shè)備所發(fā)出的脈沖的干擾。相位原理的其他設(shè)備所發(fā)出的脈沖的干擾。 是一種雙向通信方式，它也是利用電力傳輸線作為信是一種雙向通信方式，它也是利用電力傳輸線作為信號傳輸途徑，并利用電壓過過的時機進行信號調(diào)制。號傳輸途徑，并利用電壓過過的時機進行信號調(diào)制。工頻控制技術(shù)的優(yōu)點和缺點：工頻控制技術(shù)的優(yōu)點和缺點：工頻控制技術(shù)與脈動控制技術(shù)相比，設(shè)備更簡單，工頻控制技術(shù)與脈動控制技術(shù)相比，設(shè)備更簡單，投資更節(jié)?。煌顿Y更節(jié)??；與配電線載波系統(tǒng)相比，工頻控制技術(shù)不存在由于與配電線載波系統(tǒng)相比，工頻控制技術(shù)

38、不存在由于駐波而帶來的盲點問題。駐波而帶來的盲點問題。同脈動控制技術(shù)類類，工頻控制技術(shù)存在的的出問同脈動控制技術(shù)類類，工頻控制技術(shù)存在的的出問題是當停電時通信將中斷，這妨礙了其應(yīng)用于配電自動題是當停電時通信將中斷，這妨礙了其應(yīng)用于配電自動化系統(tǒng)的其它功能中，但是對于自動抄表和負荷控制卻化系統(tǒng)的其它功能中，但是對于自動抄表和負荷控制卻不會受到影響。不會受到影響。 電話線已被電力公司廣泛應(yīng)用于電話線已被電力公司廣泛應(yīng)用于SCADA和繼電保護中，長期的實踐證和繼電保護中，長期的實踐證明它是一種成熟的通信方式。單從技術(shù)角度看，利用電話線通信是很適合明它是一種成熟的通信方式。單從技術(shù)角度看，利用電話線通

39、信是很適合于配電自動化系統(tǒng)的，利用電話線通信可以達到較高的波特率，而且容易于配電自動化系統(tǒng)的，利用電話線通信可以達到較高的波特率，而且容易實現(xiàn)雙向通信。但是電話專線的租用費用往往較高，并且電力公司無法完實現(xiàn)雙向通信。但是電話專線的租用費用往往較高，并且電力公司無法完全掌握電話線通信的維護以確保其可靠運行。全掌握電話線通信的維護以確保其可靠運行。3.5 電話線通信電話線通信專線電話：專線電話：能傳輸高達能傳輸高達2400bps的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù), 但必須支付較高的租金。這種方但必須支付較高的租金。這種方式適用于對通信速率有較高要求的場合，如式適用于對通信速率有較高要求的場合，如FTU、TTU與區(qū)域工作

40、站之間與區(qū)域工作站之間以及區(qū)域工作站或以及區(qū)域工作站或RTU與配電自動化主站間的通信等。與配電自動化主站間的通信等。公用電話網(wǎng)的撥號電話公用電話網(wǎng)的撥號電話：代替租用專線可以大大降低使用費用：代替租用專線可以大大降低使用費用, 并且在接并且在接通后也能傳輸達到通后也能傳輸達到2400bps的傳輸速率的傳輸速率, 但是聯(lián)通的時間但是聯(lián)通的時間(包括撥號、振包括撥號、振鈴檢測和摘機鈴檢測和摘機) 較長，尤其是遇上通道忙，一時接不通的情形，因此僅適較長，尤其是遇上通道忙，一時接不通的情形，因此僅適用于對通信速率要求不高的場合，如遠程自動抄表等。用于對通信速率要求不高的場合，如遠程自動抄表等。采用電話

41、線的優(yōu)點和不足：采用電話線的優(yōu)點和不足：a)優(yōu)點：采用電話線傳輸數(shù)據(jù)利用了電話網(wǎng)的現(xiàn)有資源，因優(yōu)點：采用電話線傳輸數(shù)據(jù)利用了電話網(wǎng)的現(xiàn)有資源，因此具有簡單、投資少和使用方便等優(yōu)點。此具有簡單、投資少和使用方便等優(yōu)點。b)不足：不足： 傳輸速率受限，一般在傳輸速率受限，一般在2400bps以內(nèi)。以內(nèi)。 有的街區(qū)從市容角度考慮不允許架線橫跨馬路，這使得架有的街區(qū)從市容角度考慮不允許架線橫跨馬路，這使得架設(shè)電話線困難重重。設(shè)電話線困難重重。 電力公司無法完全掌握電話線的維護以確保其可靠運行。電力公司無法完全掌握電話線的維護以確保其可靠運行。 電話線難以覆蓋到許多區(qū)域。電話線難以覆蓋到許多區(qū)域。 傳輸

42、差錯率高，誤碼率往往高達傳輸差錯率高，誤碼率往往高達10-310-5。 傳輸距離受限制，因為對于長距離傳輸，由于經(jīng)多段轉(zhuǎn)接，傳輸距離受限制，因為對于長距離傳輸，由于經(jīng)多段轉(zhuǎn)接，群延時大，信號畸變嚴重，為此必須對線路采取均衡措施。群延時大，信號畸變嚴重，為此必須對線路采取均衡措施。 撥號電話的接續(xù)時間長且有時接不通。撥號電話的接續(xù)時間長且有時接不通。 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線(Field Bus)是近二十年來發(fā)展起來的新技術(shù)，它是近二十年來發(fā)展起來的新技術(shù)，它是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。(1)

43、 現(xiàn)場總線的特點：現(xiàn)場總線的特點：全數(shù)字化的雙向數(shù)據(jù)傳輸。全數(shù)字化的雙向數(shù)據(jù)傳輸。智能程度高，可以完成差錯控制和一些采集與控制算法，可以智能程度高，可以完成差錯控制和一些采集與控制算法，可以具有一定的報文處理能力。具有一定的報文處理能力。拓撲結(jié)構(gòu)靈活，可構(gòu)成總線型、環(huán)形、星形等各種結(jié)構(gòu)。拓撲結(jié)構(gòu)靈活，可構(gòu)成總線型、環(huán)形、星形等各種結(jié)構(gòu)。開放式結(jié)構(gòu)，便于設(shè)備間互連。開放式結(jié)構(gòu)，便于設(shè)備間互連。3.6 現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線和RS485 現(xiàn)場總線的一對傳輸線上可以共線聯(lián)接多臺設(shè)備，使現(xiàn)場設(shè)現(xiàn)場總線的一對傳輸線上可以共線聯(lián)接多臺設(shè)備，使現(xiàn)場設(shè)備的通信簡單化。備的通信簡單化。 現(xiàn)場總線采用經(jīng)打包后的數(shù)字信

44、息傳輸，并具有檢錯和糾錯現(xiàn)場總線采用經(jīng)打包后的數(shù)字信息傳輸，并具有檢錯和糾錯手段，因而抗干擾能力強。手段，因而抗干擾能力強。 現(xiàn)場總線是開放式系統(tǒng)，它是根據(jù)開放互連系統(tǒng)協(xié)議現(xiàn)場總線是開放式系統(tǒng)，它是根據(jù)開放互連系統(tǒng)協(xié)議(OSI)的七層協(xié)議制訂的，可根據(jù)需要將不同廠商的設(shè)備互換互連的七層協(xié)議制訂的，可根據(jù)需要將不同廠商的設(shè)備互換互連, 還可以共享數(shù)據(jù)庫。還可以共享數(shù)據(jù)庫。 采用現(xiàn)場總線的所有廠商都采用統(tǒng)一的組態(tài)方法，因而設(shè)備采用現(xiàn)場總線的所有廠商都采用統(tǒng)一的組態(tài)方法，因而設(shè)備便于掌握。便于掌握。(2) 現(xiàn)場總線的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個方面：現(xiàn)場總線的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個方面： 常用的現(xiàn)場總線：有常

45、用的現(xiàn)場總線：有CAN BUS(Controller Area Network)、LON WORKS(Local Operating Networks)和和PROFI BUS(Process Field Bus)等。等。 它是一種改進的串行接口標準，其接口環(huán)節(jié)簡單且不它是一種改進的串行接口標準，其接口環(huán)節(jié)簡單且不含含CPU。與。與RS-232C不同，不同，RS-485采用雙線傳輸信號，采用雙線傳輸信號，在發(fā)送時采用差分的方式將邏輯電平轉(zhuǎn)換為電位差來傳送，在發(fā)送時采用差分的方式將邏輯電平轉(zhuǎn)換為電位差來傳送，在接收時將電位差還原為邏輯電平。在接收時將電位差還原為邏輯電平。RS-485最多可支持最多

46、可支持64256個發(fā)送個發(fā)送/接收器對，最遠傳輸距離為接收器對，最遠傳輸距離為2.5km(9600bps)，最高傳輸速率為，最高傳輸速率為2.4Mbps。(3) RS-485：3.7 無線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng) 實踐證明無線通信系統(tǒng)在配電自動化中是具有生命力的。實踐證明無線通信系統(tǒng)在配電自動化中是具有生命力的。無線通信系統(tǒng)是一種覆蓋面廣的通信方式，它不需要傳輸線，無線通信系統(tǒng)是一種覆蓋面廣的通信方式，它不需要傳輸線，而且可以構(gòu)成雙向通信系統(tǒng)。所有的無線通信系統(tǒng)都能夠和而且可以構(gòu)成雙向通信系統(tǒng)。所有的無線通信系統(tǒng)都能夠和停電區(qū)域通訊。傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)包括以下幾種：停電區(qū)域通訊。傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)

47、包括以下幾種：（1）傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)）傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)調(diào)幅調(diào)幅(AM)廣播。廣播。調(diào)頻調(diào)頻(FM)廣播。廣播。無線尋呼網(wǎng)。無線尋呼網(wǎng)。甚高頻甚高頻(VHF)通信。通信。特高頻特高頻(UHF)通信。通信。微波通信。微波通信。衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信。目前，專門用于輸電網(wǎng)和配電自動化的無線擴頻通信設(shè)備已目前，專門用于輸電網(wǎng)和配電自動化的無線擴頻通信設(shè)備已經(jīng)產(chǎn)品化，它既可以點對點的方式工作，又可以點對多點的經(jīng)產(chǎn)品化，它既可以點對點的方式工作，又可以點對多點的方式工作，可滿足方式工作，可滿足CDT和和POLLING等遠程通信規(guī)約的需要。等遠程通信規(guī)約的需要。無線擴頻通信系統(tǒng)比較適合于構(gòu)成無線擴頻通信系統(tǒng)比較適合于構(gòu)成10kV開閉所、小區(qū)變或開閉所、小區(qū)變或用于集結(jié)分散測控對象的區(qū)域工作站對配電自動化用于集結(jié)分散測控對象的區(qū)