綜合自動化及通信

變電站綜合自動化授課：白日昶二零一二年十二月1內(nèi)容提要第一章變電站綜合自動化系統(tǒng)概述第二章變電站綜合自動化信息的測量和采集第三章變電站綜合自動化系統(tǒng)中的通信技術(shù)2第一章變電站綜合自動化系統(tǒng)概述3思考題1、常規(guī)變電站有哪些不足的地方？2、變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點有哪些？4一、變電站綜合自動化概念常規(guī)變電站

二次系統(tǒng)主要有繼電保護、故障錄波、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠動四部分組成。這四個部分的功能各不相同。所采用的硬件設(shè)備和使用的技術(shù)也完全不同。5缺點：（一）它們按各自的功能配置，彼此之間相關(guān)性小，設(shè)備之間互不兼容；（二）設(shè)備型號、類別多，很難達到標(biāo)準(zhǔn)化；（三）大量電線電纜及端子排的應(yīng)用，增加了投資，且又要花費大量人力進行眾多裝置相互之間聯(lián)系的設(shè)計、安裝、調(diào)試、維護等；（四）無自檢功能，必須定期對設(shè)備功能加以測試和校驗。不僅加重了維護工作量，還不能及時了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)，有時甚至影響對一次系統(tǒng)的監(jiān)視和控制。6變電站綜合自動化的優(yōu)越性

由于傳統(tǒng)變電站存在以上的缺點，無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，對于老站的改造、新站的建設(shè)采用綜合自動化技術(shù)勢在必行。相對與傳統(tǒng)變電站而言綜合自動化變電站存在許多優(yōu)勢：

1、提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率；

2、提高變電站的安全、可靠運行水平；

3、提高電力系統(tǒng)的運行、管理水平；

4、減小維護量，減少值班人員勞動，實現(xiàn)減員增效；

5、縮小變電站占地面積，降低造價，減小總投資。7變電站綜合自動化的發(fā)展過程1、變電站分立元件的自動裝置階段； 為了保證電力系統(tǒng)的正常運行，各科研機構(gòu)廠家推出了各種功能的自動裝置，但各自動裝置之間相互獨立，互不相干，而且缺乏智能，裝置本體的可靠性不高；2、微處理器為核心的智能自動裝置階段； 隨著微處理器的發(fā)展，將原有的晶體管等分立元件組成的自動裝置逐步由大規(guī)模集成電路或微處理器代替，從而大大提高了自動裝置的準(zhǔn)確度、可靠性，并縮短了維護的時間，但該類微機型自動裝置還基本維持原有的裝置功能和邏輯關(guān)系，多數(shù)仍舊各自獨立運行，不能相互通信，不能共享資源，實際上形成了變電站自動化孤島。3、綜合自動化階段；

8變電站綜合自動化系統(tǒng)

變電站綜合自動化是將變電站的二次設(shè)備，包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等，經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。“綜合”包括兩個方面:(1)橫向綜合，(2)縱向綜合，是指利用計算機將不同廠家的設(shè)備連在一起，替代或升級老設(shè)備的功能。是指在變電站層這一級，提供信息、優(yōu)化、綜合處理分析信息和增加新功能，增強變電站內(nèi)部、各控制中心間的協(xié)調(diào)能力。9變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能

變電站綜合自動化是多學(xué)科多專業(yè)的綜合技術(shù)，其以微計算機為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對變電站傳統(tǒng)的保護、控制方式、測量手段、通信和管理模式的全面改造。 國際大電網(wǎng)會議將變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能進行了詳細的劃分，歸納起來可以分為如下幾大類：

1、控制、監(jiān)視功能；

2、自動控制功能；

3、測量表計功能；

4、繼電保護功能；

5、與繼電保護相關(guān)功能；

6、接口功能；

7、系統(tǒng)功能。10

結(jié)合我國的情況，變電站綜合自動化的基本功能體現(xiàn)在如下五各方面：

1、監(jiān)控子系統(tǒng); 2、微機保護子系統(tǒng)；

3、電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)；

4、電力系統(tǒng)低頻減負荷控制子系統(tǒng)；

5、備用電源自投入控制子系統(tǒng)11各子系統(tǒng)的基本內(nèi)容及功能一、監(jiān)控子系統(tǒng)（1）變電站數(shù)據(jù)采集，包含模擬量、開關(guān)量和電能量；（2）事件順序記錄SOE，包含斷路器跳合閘記錄、保護動作順序記錄；（3）故障記錄、故障錄波和測距；（4）操作控制功能，其中必須包含有防誤閉鎖功能；（5）安全監(jiān)視功能；（6）人機交互功能；（7）輸出打印功能；（8）數(shù)據(jù)處理與記錄功能；（9）諧波分析與監(jiān)視功能；12二、微機保護子系統(tǒng)

微機保護是綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)該包含全變電站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護。做為關(guān)鍵的組成部分，微機保護子系統(tǒng)中的各單元除了具有獨立完整的保護功能外，必須具有如下附加功能：

1）滿足保護裝置的速動性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求；

2）具有故障記錄功能，記錄被保護對象發(fā)生故障時，保護動作前后的故障信息，以便于事后分析；

3）具有統(tǒng)一時鐘對時功能，（GPS）；

4）存儲多套保護整定值；

5）就地顯示與遠方查看定值及修改定值；

6）設(shè)置保護管理機或通信控制機，負責(zé)對各保護單元的管理；

7）通信功能；

8）故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能。13三、電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)

變電站綜合自動化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠運行和提高電能質(zhì)量的自動控制功能，電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此電壓、無功綜合控制是變電站綜合自動化的一個重要組成部分。變電站中電壓、無功的自動控制主要通過自動調(diào)節(jié)有載變壓器的分接頭和自動控制無功補償設(shè)備實現(xiàn)，其控制方式主要有如下幾種：

1）集中控制，指在調(diào)度中心對各變電站的主要變壓器的分接頭位置和無功補償設(shè)備進行統(tǒng)一控制；

2）分散控制，指在各變電站中自動調(diào)節(jié)有載變壓器分接頭的位置或其他調(diào)壓設(shè)備，以控制地區(qū)的電壓和無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi)；

3）關(guān)聯(lián)分散控制。14四、電力系統(tǒng)低頻減負荷控制子系統(tǒng)

電力系統(tǒng)的頻率是電能質(zhì)量重要的指標(biāo)之一，電力系統(tǒng)正常運行時，必須維持頻率在50±（0.1-0.2）Hz，頻率偏移過大會造成嚴重的危害。低頻減負荷控制的實現(xiàn)方式主要有如下幾種：

1）采用專用的低頻減負荷裝置實現(xiàn)；

2）將低頻減負荷的控制分散在每回饋線的保護裝置中。15五、備用電源自投入控制子系統(tǒng)

備用電源自投入裝置是因電力系統(tǒng)故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設(shè)備或其他正常工作電源自投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速地恢復(fù)供電的一種自動裝置。備用電源自投入的配置可分為：明備用控制和暗備用控制兩大類。16變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點綜上所述，變電站綜合自動化有如下明顯特點：

1）功能綜合化，變電站綜合自動化是多種專業(yè)技術(shù)相互交叉、融合的產(chǎn)物，是建立在計算機軟、硬件技術(shù)、通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的；

2）分級分布式、微機化結(jié)構(gòu)，綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)和各功能模塊由不同配置的單片機和微型計算機組成，采用分布式結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)、總線將微機保護、數(shù)據(jù)采集、控制等子系統(tǒng)聯(lián)接為一體；

3）測量顯示數(shù)字化；

4）操作監(jiān)視屏幕化；

5）運行管理智能化。17第二章變電站綜合自動化信息的測量和采集18思考題1、遠動信息的主要內(nèi)容有哪些？2、變電站自動化信息的體系結(jié)構(gòu)如何？3、變電站綜合自動化信息傳輸有什么特點？4、變電站模擬量有哪兩種采集方式？5、A/D轉(zhuǎn)換器主要特性有哪些？6、直流采樣和和交流采樣各有什么特點？7、遙信采樣是如何實現(xiàn)的？8、影響遙信誤動的因素有哪些？9、變電站實時時鐘是如何建立和應(yīng)用的？19一、變電站綜合自動化信息的分類以信息的傳輸方向分：上行信息下行信息以信息的應(yīng)用目的分：電網(wǎng)調(diào)度控制信息當(dāng)?shù)乇O(jiān)視控制信息以信息的性質(zhì)來區(qū)分：模擬量、脈沖量開關(guān)量、數(shù)字量20二、變電站采集的典型信息：典型模擬信息有：主變壓器電流、功率；線路電流、電壓和功率；各段母線電壓；并聯(lián)補償裝置電流；直流電源電壓；站用電電壓和頻率；變壓器的上層油溫等。典型開關(guān)量信息有：變電站事故總信號；變壓器中性點接地隔離開關(guān)位置信號；變壓器的斷路器位置信號；母線保護動作信號；斷路器事故跳閘總信號；直流系統(tǒng)接地信號；斷路器閉鎖信號等。21設(shè)備異常和故障預(yù)告信息主要有：控制回路斷線總信號；操動機構(gòu)故障總信號；變壓器油溫過高、繞組溫度過高總信號；輕瓦斯動作信號；變壓器或變壓器調(diào)壓裝置油溫過低總信號、繼電保護系統(tǒng)故障總信號；保護閉鎖信號；站內(nèi)UPS交流電源消失信號；通信線路故障信號等。采集的數(shù)字量信息主要有：（指站內(nèi)微機保護或自動裝置的信息）各種保護裝置發(fā)送的測量值及定值、故障動作信息、自診斷信息、跳閘報告等；用于遠方對系統(tǒng)電能計量的電能脈沖信號；GPS全球定位系統(tǒng)信息等。22三、變電站綜合自動化信息的體系結(jié)構(gòu)變電站主計算機系統(tǒng)調(diào)度控制中心通信控制管理電氣計算自動裝置數(shù)據(jù)采集與控制直流電源系統(tǒng)繼電保護輔助設(shè)施系統(tǒng)操作控制主變壓器和電容器保護母線保護開關(guān)量信號采集電量和非電量監(jiān)測線路保護1、同變電站常規(guī)電磁式二次系統(tǒng)相比，變電站自動化系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上增添了“變電站主計算機系統(tǒng)”和“通信控制管理”兩部分；2、在二次系統(tǒng)裝置和功能實現(xiàn)上，計算機化的二次設(shè)備取代了非計算機設(shè)備，數(shù)字化的處理和邏輯運算取代了模擬運算和繼電器邏輯；3、在信號傳遞上，數(shù)字化信號傳遞取代了電壓、電流等模擬信號的傳遞。因此，較變電站常規(guī)二次系統(tǒng)而言，數(shù)字化使變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集更為精確、傳遞更為方便、處理更為靈活、運行更為可靠、擴展更為容易。23綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

變電站綜合自動化的發(fā)展過程與集成電路技術(shù)、微計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)密切相關(guān)，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系不斷的變化，從總體的發(fā)展歷程來看可分為三大類：

1）集中式結(jié)構(gòu)形式；

2）分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式；

3）分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。24集中式結(jié)構(gòu)形式

集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)是指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能。該種結(jié)構(gòu)形式的特點：1）能實時采集變電站中各種模擬量、開關(guān)量，完成對變電站數(shù)據(jù)的采集和實時監(jiān)控的功能；2）完成對變電站主要設(shè)備和進、出線的保護；3）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，減小占地面積；但該種結(jié)構(gòu)的缺點也是明顯的：1）每臺計算機的功能較為集中，如果有一臺故障，影響面大；2）軟件復(fù)雜，維護量大；3）組態(tài)不靈活，對于不同接線形式或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件多必須另行設(shè)計；25打印機顯示器鍵盤監(jiān)控用主計算機各種繼電保護裝置通信控制器A/D模塊輸入接口輸出接口模擬量開關(guān)量出口繼電器

主變壓器

TA各線路TA、TV斷路器分合狀態(tài)保護出口繼電器控制中心集中式結(jié)構(gòu)形式26分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)總體上來看就是把整套綜合自動化系統(tǒng)按照其不同的功能組裝多個屏柜，這些屏一般集中安裝在主控室。 隨著單片機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展給自動化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用注入了新的活力，將微機保護單元和數(shù)據(jù)采集單元按照回路設(shè)計，從而形成分層分布式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，一般來說，整個變電站的一、二次設(shè)備可分為3層，即：變電站層、間隔層和設(shè)備層。271、設(shè)備層，該層主要指變電站內(nèi)的變壓器和斷路器、隔離開關(guān)及其輔助觸點，電流、電壓互感器等一次設(shè)備；2、間隔層，該層一般按照斷路器為間隔劃分，具有測量、控制部件及繼電保護部件，測量、控制、保護部件負責(zé)該間隔的測量、監(jiān)視、斷路器的操作控制和聯(lián)鎖及事件記錄、保護、故障記錄等，各層由多種不同的裝置組成，各獨立的裝置直接通過局域網(wǎng)或串行總線或現(xiàn)場總線與變電站層聯(lián)系，也可通過設(shè)有數(shù)據(jù)管理機和保護管理機與變電站層通信；3、變電站層，該層包含全站性的監(jiān)控主機、遠動通信機等，變電站層設(shè)現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)，各主機和監(jiān)控主機與間隔層設(shè)備之間交換信息，該層相關(guān)設(shè)備一般安裝于控制室，而間隔層設(shè)備安裝于靠近現(xiàn)場設(shè)備，以減少電纜長度

28分層分布式集中組屏結(jié)構(gòu)的特點：

1）分層分布式的配置提高了綜合自動化系統(tǒng)整體的可靠性，整個系統(tǒng)按照功能將系統(tǒng)劃分為多CPU分布式結(jié)構(gòu)，該分散模塊結(jié)構(gòu)具有軟件相對簡單、調(diào)試方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高等特點；

2）繼電保護相對獨立，繼電保護裝置是電力系統(tǒng)中對可靠性要求非常嚴格的設(shè)備，在綜合自動化系統(tǒng)中繼電保護單元宜采用相對獨立的設(shè)置，其功能不依賴于通信網(wǎng)絡(luò)或其他設(shè)備；

3）具有與系統(tǒng)控制中心通信的功能；

4）模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高；

5）維護管理方便。29打印機CRT監(jiān)控用上位機調(diào)度控制中心總控制柜主變壓器保護電容器保護低壓保護……低壓保護高壓保護交流電源直流電源電能表柜遙信輸入遙測輸入

遙控輸出電壓無功控制分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式(1)30監(jiān)控工作站工程師工作站

調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù)采集管理機繼電保護管理機通信工作站控制中心總線開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出測控單元1……測控單元n故障錄波器電壓無功控制變壓器保護單元電容器保護單元線路保護單元1線路保護單元n備用電源自投……分層分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式(2)31分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)由于分布集中式的結(jié)構(gòu)，雖具有分級分布式、模塊化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，但因為采用集中組屏結(jié)構(gòu)，因此需要更多的電纜，隨著現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，變電站綜合自動化的技術(shù)不斷的提高，必須考慮全微機化的變電站二次系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。一種發(fā)展趨勢就是測控、保護一體化設(shè)計，在一個裝置中實現(xiàn)，從而可以將一體化裝置安裝在開關(guān)柜中，然后通過光纖或電纜與主機通信，進行管理和信息交換。32該種方式的特點：

1）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積；

2）減小了施工和設(shè)備安裝工程量；

3）簡化了變電站二次設(shè)備之間的互聯(lián)線；

4）分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活、維修方便；33CRT打印機

主控單元當(dāng)?shù)乇O(jiān)控監(jiān)控用計算機通信接口通信接口區(qū)調(diào)縣調(diào)現(xiàn)場總線分布式保護測控單元1分布式保護測控單元n……開關(guān)室開關(guān)柜上集中組屏式主變壓器保護主變壓器斷路器測控裝置集中組屏式高壓線路保護……分布式線路測控裝置備用電源自投裝置主控制室分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)(1)34

接口接口接口接口接口接口

操作員工作站操作員工作站數(shù)據(jù)服務(wù)器工程師工作站遠動主站A遠動主站B測控裝置測控裝置保護裝置測控裝置保護裝置控制中心光

纖光

纖500kV保護小間220kV保護小間35kV保護小間………局域網(wǎng)保護裝置分布分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)(2)35四、變電站綜合自動化信息的傳遞變電站是電力系統(tǒng)重要的組成部分，為了監(jiān)視和控制電力系統(tǒng)運行，需要將變電站內(nèi)表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的重要信息及時采集，并送到調(diào)度（或監(jiān)控）中心，調(diào)度（或監(jiān)控）中心的控制命令應(yīng)及時加以執(zhí)行。此外，變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、信息共享、命令執(zhí)行等，都涉及復(fù)雜的自動化信息傳輸。36（一）自動化信息傳輸?shù)奶攸c距離一般有幾十公里，甚至幾百公里。最大允許時延指標(biāo)要求如下：變位信息、廠站端工作狀態(tài)變化信息必須在1S內(nèi)送到調(diào)度中心，廠站端遙測信息按重要程度分別在3~20S內(nèi)在調(diào)度中心更新，電能等存儲信息允許幾分鐘或幾十分鐘傳送一次。1、距離遠2、實時性強3、可靠性高37（二）綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場級通信通信方式：并行通信、串行通信、局域網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線等。通信功能：解決自動化系統(tǒng)內(nèi)部個各系統(tǒng)與上位機（監(jiān)控主機）各個子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信以及信息交換問題。通信范圍：變電站內(nèi)部。對于集中式系統(tǒng)來說，就是在主控室內(nèi)部；對于分散式系統(tǒng)來說，其通信范圍擴大至主控室與系統(tǒng)的安裝地。38（三）綜合自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度通信通信方式：模擬通信、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)通信等。通信功能：廠、站自動化系統(tǒng)將采集的模擬量和開關(guān)狀態(tài)信息，以及事件順序記錄等遠傳至調(diào)度端，同時接收調(diào)度端下達的各種操作、控制、修改定值等命令。通信范圍：變電站外部。是廠、站的自動化系統(tǒng)與調(diào)度中心的自動化主站系統(tǒng)（監(jiān)控中心系統(tǒng)）之間的數(shù)據(jù)通信。39五、變電站綜合自動化信息采集（一）變電站模擬量信息的采集采集方法直流采樣交流采樣直流采樣：直流采樣時，模擬量一般采用變送器測取。變送器是將某種信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化信號的一種儀器。在變電站中，變送器的輸出信號通常采用統(tǒng)一的直流信號。在綜合自動化系統(tǒng)中，通常用變送器直流電壓輸出信號與后繼設(shè)備接口。40變送器的分類：按所轉(zhuǎn)換傳送內(nèi)容分電量變送器非電量變送器按輸入量的性質(zhì)分直流變送器交流變送器按所變送的是模擬量還是數(shù)字量分模擬式變送器數(shù)字式變送器41電量變送器交流電流、電壓變送器直流電流、電壓變送器有功、無功功率變送器有功、無功電能變送器頻率變送器功率因數(shù)變送器42非電量變送器溫度變送器檔位變送器壓力變送器流量變送器液位變送器轉(zhuǎn)速變送器43變送器輸入／輸出信號的類型和變化范圍：項目變送器輸入輸出允許負載變化范圍（kΩ)電壓變送器電壓：0~120v電壓：0~5v電流：0~1mA

4~20mA3~∞0~100~750電流變送器電流：0~5A

0~1A電壓：0~5v電流：0~1mA

4~20mA3~∞0~100~750功率變送器電壓：0~120v電流：0~5A

0~1A電壓：0~5v-5~0~5v電流：0~1mA-1~0~1mA

4~20mA3~∞3~∞0~100~100~750電能變送器電壓：0~120v電流：0~5A

0~1A電能計數(shù)值或脈沖44直流采樣原理：遙測量模擬量數(shù)字量脈沖量以直流模擬電壓接入直接用數(shù)字方式接入直接以脈沖信號接入其中模擬量輸出的直流模擬電壓必須經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能進行計算機處理。實現(xiàn)模／數(shù)轉(zhuǎn)換的方法有積分法和逐次逼近法等。積分法對輸入信號進行積分，取其平均值，瞬間干擾和較高頻率的噪聲對轉(zhuǎn)換結(jié)果影響較小，但積分式的轉(zhuǎn)換時間較長，一般需幾十毫秒。逐次逼近式的抗干擾能力不如積分法，但轉(zhuǎn)換速度快，完成一次轉(zhuǎn)換低速的約100微秒，高速的不到10微秒。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片大多用于單極性輸入電壓，也可以做成適用于雙極性輸入電壓。例如可以先對輸入電壓的極性進行判別，確定符號位，然后對數(shù)值部分進行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)果最高位是符號位，通常以“0”表示正極性，以“1”表示負極性，其余是數(shù)值部分。這種轉(zhuǎn)換的結(jié)果實際上是以原碼方式來表示帶符號的數(shù)。45交流采樣原理：采用變送器測量的缺點：每個變送器只能測取一個或兩個電氣量，因此變電站中必須使用的變送器較多，投資大、占用空間大；變送器輸出的模擬信號需進行模數(shù)變換，以數(shù)字形式傳送或顯示。電量變送器是互感器二次回路的負載，接入數(shù)量越多，互感器二次回路的負載就越重，實際變換的誤差也就越大。概述交流采樣技術(shù)：交流采樣原理：

交流采樣是通過對互感器二次回路中的交流電壓信號和交流電流信號直接采樣。根據(jù)一組采樣值，通過模/數(shù)變換將其變換為數(shù)字量，再對數(shù)字量進行計算，從而獲得電壓、電流、功率、電能等電氣量值。使用交流采樣技術(shù)，可以取消變送器這一測量環(huán)節(jié)，同時有利于提高測量精度。R采樣保持器A/DCPU現(xiàn)場TA小TA46ttf(t)00fh(t)Ts保持器f(t)fh(t)++--交流采樣示意47（二）變電站開關(guān)量信息的采集開關(guān)量（遙信量）信息及其來源：遙信信息用來傳送斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)，傳送繼電保護、自動裝置的動作狀態(tài)以及系統(tǒng)、設(shè)備等運行狀態(tài)信號，它們都只取兩種狀態(tài)值，如斷路器位置可以取“合”和“開”，設(shè)備狀態(tài)可以取“運行”或“停止”。用一位二進制數(shù)，即用碼字中的一個碼元，就可傳送一個遙信對象的狀態(tài)。48遙信量采集電路：斷路器常開接點+24v或220v+5v遙信編碼電路光耦合器AGNDAGND遙信輸入的形式：1、采用定時掃查方式的遙信輸入遙信定時掃查是在實時時鐘中斷服務(wù)程序中進行，每隔5ms執(zhí)行一次。每當(dāng)發(fā)現(xiàn)有遙信變位，就更新遙信數(shù)據(jù)區(qū)，按規(guī)定插入傳送遙信信息。同時，記錄遙信變位時間，以便完成時間順序記錄（SOE）信息的發(fā)送。2、循環(huán)掃描方式的遙信輸入循環(huán)掃描是指當(dāng)?shù)刂愤x擇開關(guān)從0000~1111變化一周將128個遙信掃描一遍后，無需再間隔一定時間，而是立即重復(fù)上述對128個遙信的輸入過程。這樣每個遙信的實際掃描周期將小于原定的時間間隔。這在多智能模塊的綜合自動化系統(tǒng)中常用。。。?！瓎纹C并行接口（8255A）A端口C端口D0D0D0D074150741507415074150DI0DI0DI0DI0DI15DI15DI15DI15…………遙信信息采集輸入電路YX0YX16YX31YX127YX112YX9649六、變電站實時時鐘的建立和應(yīng)用現(xiàn)代電網(wǎng)繼電保護系統(tǒng)、AGC調(diào)頻、負荷管理和控制、運行報表統(tǒng)計、事件順序記錄等均需要既精確又統(tǒng)一的時間。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，為實現(xiàn)精確的控制，正確地分析事件的前因后果，更需要精確統(tǒng)一的時間來辨識斷路器的跳閘順序、繼電保護動作順序，所以時間的精確性和統(tǒng)一性十分重要。50（一）實時時鐘的建立在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，重要的狀態(tài)量變化需帶上時標(biāo)信息，因此，必須建立實時時鐘，并且這個時鐘的分辨率應(yīng)能夠達到毫秒級。電網(wǎng)內(nèi)實時時鐘的核心問題是要求統(tǒng)一，即要求各廠站與調(diào)度中心之間的實時時鐘相一致。為了實現(xiàn)這個時間的一致性，各廠站測控系統(tǒng)如果能接收同一授時源的時鐘，就可以解決一致性問題。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，GPS系統(tǒng)時間精度高，接收方便，應(yīng)用廣泛。51GPS系統(tǒng)的組成⒈GPS系統(tǒng)時間的接收空間衛(wèi)星地面測控站用戶設(shè)備24顆工作衛(wèi)星（均勻分布在6條軌道）、3顆備用衛(wèi)星（可隨時替補）。任何地方，任何時刻能同時收到4個以上的衛(wèi)星信號。在地面監(jiān)控站的監(jiān)控下。GPS傳遞的時間能與國際標(biāo)準(zhǔn)時UTC保持高度同步，誤差1~10ns。民用定時型的GPS接收器。52GPS時間的接收

GPS接收器由接收模塊和天線構(gòu)成，其內(nèi)部硬件電路和處理軟件通過對接收到的信號進行解碼和處理，從中提取并輸出兩種時間信號：①間隔為1s的脈沖信號1pps，其脈沖前沿與國際標(biāo)準(zhǔn)時間的同步誤差不超過1μs；②經(jīng)RS-232串行口輸出的與1PPS脈沖前沿對應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)時間和日期代碼（時、分、秒、年、月、日）。GPS接收器1ppsRS-23253由于GPS接收器提供的同步脈沖和串行接口標(biāo)準(zhǔn)不一定滿足微機裝置在對時上的接口需要，串行口輸出的國際標(biāo)準(zhǔn)時間也不同于我國時間顯示習(xí)慣，所以必須在GPS接收器的基礎(chǔ)上，配置信號轉(zhuǎn)換處理和顯示部分，以適應(yīng)我國實際應(yīng)用的需要。GPS接收器中心處理單元脈沖電路顯示1ppS1ppM1ppH頻率輸出1ppsRS-232RS-232接口RS-422接口IRIG-B接口時間碼54⒉裝置內(nèi)時鐘的建立由于GPS只提供精確到微秒的秒級時間，與電網(wǎng)內(nèi)要求的毫秒級時間信號尚有差距。因此，電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)每一套測控或監(jiān)控系統(tǒng)本身還需要建立毫秒級實時時鐘，GPS提供的秒為單位的精確時間信號可用來對毫秒級的時鐘進行對時或修正。實時時鐘分為兩個部分：一部分是兩字節(jié)的毫秒級時鐘，由CPU終端累加計數(shù)；另一部分由GPS對時鐘發(fā)進位。毫秒級時鐘（不允許其進位）只作為其毫秒級的計數(shù)，并由秒級對時脈沖清零。秒級部分具有極高（1μs）的精確度，毫秒級部分的精度取決于微機軟、硬件的配合，但在1s內(nèi)積累的誤差極其有限。毫秒（低位）毫秒（高位）秒分時日月年百年55（二）實時時鐘的統(tǒng)一對時電力系統(tǒng)實時時鐘的對時變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)調(diào)度中心（或集控中心）與變電站之間調(diào)度中心之間從理論上講，后兩種情況實現(xiàn)對時后，能節(jié)省被對時方的精確授時裝置。上述三種上級對下級的對時，能確保真正意義上的全網(wǎng)統(tǒng)一時鐘。天線T-GPST-GPSGPS-A1GPS-A1光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器IRIG-B備用接口擴展裝置RS-232RS-232變電站二次設(shè)備全站集中式GPS時鐘同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖56第三章變電站綜合自動化系統(tǒng)中的通信技術(shù)57思考題1、數(shù)據(jù)通信有哪些重要的基本概念？簡述其含義。2、數(shù)字傳輸與模擬傳輸?shù)膮^(qū)別是什么？3、數(shù)字信號的傳輸有哪幾種方式？4、什么叫數(shù)字通信？它的特點是什么？5、數(shù)據(jù)通信有幾種方式？6、什么是比特傳輸速率？什么是誤碼率？★7、簡述同步和異步傳輸?shù)倪^程。8、數(shù)字調(diào)制有幾種方式？★9、移頻鍵控信號產(chǎn)生的原理是什么？10、計算機網(wǎng)絡(luò)可以進行怎樣的分類？11、簡述網(wǎng)絡(luò)雙絞線的結(jié)構(gòu)組成。12、對各種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)進行對比。13、遠傳數(shù)據(jù)處理裝置在變電站自動化系統(tǒng)中的作用是什么。58概述：在變電站自動化系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信主要任務(wù)有兩個：一是完成綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)或各種功能模塊間的信息交換和實現(xiàn)信息共享；二是完成變電站與控制中心的通信任務(wù)。

傳輸方式與傳輸?shù)男盘柺悄M數(shù)據(jù)還是數(shù)字數(shù)據(jù)無關(guān)，而是根據(jù)信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號還是模擬信號而定。59一、數(shù)字通道電力通信系統(tǒng)基本模型信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源由變電站送出的原始數(shù)據(jù)信號通常包含很低頻率分量甚至直流分量，它所占用的頻帶稱為基本頻帶，該數(shù)據(jù)信號稱為基帶信號，大部分遠動信道并不能直接傳輸基帶信號，應(yīng)將基帶信號變換后才能在信道上傳輸，在信息接收端應(yīng)將接受信號進行反變換成基帶信號。60數(shù)字通信的特點

數(shù)字通信就是在通道上傳遞某種離散的數(shù)字信號。數(shù)字通信比模擬通信更能適應(yīng)對通信技術(shù)越來越高的要求。原因如下：⑴數(shù)字傳輸抗干擾能力強，尤其在中繼端，數(shù)字信號可以再生而消除噪聲的積累，通信質(zhì)量高。⑵傳輸差錯可以控制，從而改善了傳輸質(zhì)量。⑶設(shè)備便于集成化/微型化，便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對數(shù)字信息處理。⑷保密性能好，數(shù)字信息易于做高保密性的加密處理。⑸便于構(gòu)成數(shù)字化的綜合通信網(wǎng)，可以綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)功能增強。61數(shù)字通信參數(shù)1、信息

信息用于描述客觀世界事實概念和指令。信息有多種存在的形式，如數(shù)字、文字、聲音、圖像等。2、數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是信息的表現(xiàn)形式。信息可以用數(shù)據(jù)來表示，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)在含義或解釋。數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)在時間和幅度上都是連續(xù)的，其數(shù)值隨時間連續(xù)變化。數(shù)字數(shù)據(jù)在時間上是離散的，在幅值上是經(jīng)過量化的，一般是由0、1的二進制數(shù)代碼組成的數(shù)字序列。3、信號

信號是數(shù)據(jù)的電磁形式。表示數(shù)字數(shù)據(jù)的信號稱數(shù)字信號。624、信道

傳輸信息的通路。從通道本身傳輸?shù)男盘栴悇e可以將遠動通道分為數(shù)字和模擬兩種信道。5、碼元

承載信息量的基本信號單位。一個碼元就是一個單位電脈沖。一個碼元所承載的信息量是脈沖信號所能表示的數(shù)據(jù)的有效離散值個數(shù)決定的。6、碼制

每一碼元能代表幾種狀態(tài)稱幾元碼制。如：111100二元碼制3321001/3E1/3E四元碼制637、數(shù)據(jù)傳送速率傳輸速率是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸能力的主要指標(biāo)。傳輸速率比特傳輸速率碼元傳輸速率每秒鐘通過信道的碼元數(shù)，單位是波特（Baud），通稱波特率，簡記Bd。每秒鐘通過信道傳輸?shù)男畔⒘?，單位是比?秒（bit/s)，通稱比特率，簡記bps在用二進制傳輸信息時，每秒鐘傳送的信息量也就等于每秒鐘傳送碼元數(shù)，因此，上述兩種速率在數(shù)值上是相等的。在串行通信中，常用的碼元傳輸速率有300Bd、600Bd、1200Bd等。而在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，常用每秒傳送的字節(jié)數(shù)b/s表示，如10Mb/s、100Mb/s等。648、信道容量表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位為位/秒（bps）。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者是實際的數(shù)據(jù)傳輸速率。9、帶寬指信道能傳送信號的頻率寬度，也就是可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差。帶寬在一定程度上體現(xiàn)了信道的性能，是衡量傳輸系統(tǒng)的一個重要性能指標(biāo)。10、基帶傳輸指在通信電纜上原封不動地傳輸由計算機或終端產(chǎn)生的0或1數(shù)字脈沖信號。這樣一個信號的基本頻帶可以從零到數(shù)兆赫茲，頻帶越寬，傳輸線路的電容電感等對傳輸信號波形衰減的影響越大，傳輸距離和傳輸速率都受到很大制約。6511、寬帶傳輸寬帶傳輸是指傳輸介質(zhì)頻帶寬度較寬的信息傳輸，一般在300~400MHz左右。采用“多路復(fù)用技術(shù)”，在一個信道中間同時傳播聲音、圖像和數(shù)據(jù)多種信息。12、串行傳輸指一位一位地傳送數(shù)據(jù)，從發(fā)送端到接收端只要一根傳輸線即可。14、誤碼率一次可以傳送一個字節(jié)（8位），發(fā)送端到接收端用8根線。目前，計算機內(nèi)部操作多用并行傳輸。13、并行傳輸誤碼率又稱碼元差錯率，是指在傳輸?shù)拇a元總數(shù)中發(fā)生差錯的碼元所占的比例。電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)要求誤碼率不大于10-5。66數(shù)據(jù)通信工作模式AB發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備通信連接（a）單工方式數(shù)據(jù)流發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備AB通信連接（b）半雙工方式數(shù)據(jù)流發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備接收設(shè)備AB通信連接（c）全雙工方式數(shù)據(jù)流67異步傳輸和同步傳輸在串行通信中，信息是以幀為單位傳輸?shù)?，每一幀包含若干碼元，具體格式又分為異步傳輸和同步傳輸兩種。⒈異步通信格式起始位奇偶校驗停止位起始位…1011110七位數(shù)據(jù)第n位字符第n+1位字符空閑位異步傳輸方式傳送一個八位字符優(yōu)點：不需要傳送同步脈沖，字符幀長度不受到限制。設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)。缺點：字符幀中因為包含了起始位和停止位，因此降低了有效數(shù)據(jù)的傳輸速率。68⒉同步通信格式…同步字控制字信息字數(shù)據(jù)同步字…第n幀第n+1幀同步通信的最大特點是收發(fā)兩端的時鐘嚴格保持一致，能正確地接收每一位數(shù)據(jù)碼元。省去了傳送時所附加的碼元，允許采取數(shù)據(jù)長度變動的方式，使多個數(shù)據(jù)碼的有效位緊密排列成數(shù)據(jù)幀，形成數(shù)據(jù)流，在接收端再把這些數(shù)據(jù)分離出來。同步字雖然也占了時間，但因一幀信息很長，一幀中有效信息所占比例仍比異步傳輸時大，因此傳輸效率提高了。69遠動信號經(jīng)過數(shù)字信道的傳輸過程相對低速的遠動信號在數(shù)字信道上傳輸，首先要將遠動信號經(jīng)PCM設(shè)備復(fù)接成為高速信號，然后再接到光機上，在數(shù)字信道上傳輸，數(shù)字信號接收端應(yīng)將接收的數(shù)字信號分接成低速的遠動信號，由此完成遠動信號的傳輸。遠動數(shù)據(jù)數(shù)字復(fù)接數(shù)字通道數(shù)字分接遠動數(shù)據(jù)噪聲源發(fā)送端接收端70二、模擬通道傳統(tǒng)的電話通信信道是傳輸語音一級的模擬信道，無法直接傳輸計算機的數(shù)字信號。為了利用現(xiàn)有的模擬線路傳輸數(shù)字信號，必須將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號。補充兩個概念：⒈頻帶傳輸在遠距離通信時，需將數(shù)字信號調(diào)制成音頻信號再發(fā)送和傳輸，接收端再將音頻信號解調(diào)成數(shù)字信號。這就要求在發(fā)送和接收端安裝調(diào)制解調(diào)器，使數(shù)字信號可利用電話線路進行傳輸，而且可以實現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用率。⒉調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號的過程稱作調(diào)制，將模擬信號還原成數(shù)字信號的過程稱作解調(diào)。能進行這兩種過程的設(shè)備就稱作調(diào)制解調(diào)器（Modem）71數(shù)字信號的調(diào)制和解調(diào)的方法

信號調(diào)制就是用基帶信號對載波信號的某些量進行調(diào)制，使得這些量隨基帶信號的變化而變化，調(diào)制過程就是按調(diào)制信號（基帶信號）的變化規(guī)律去改變載波的某些參數(shù)的過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程，是將正弦波形的模擬信號轉(zhuǎn)換成方波形的數(shù)字信號的過程。f1f2“1”“0”數(shù)據(jù)信號控制已調(diào)信號1100tt舉例：72數(shù)字調(diào)制（鍵控）數(shù)字調(diào)幅（ASK）（振幅偏移鍵控）數(shù)字調(diào)頻（FSK）（移頻鍵控）數(shù)字調(diào)相（PSK）（移相鍵控）AmplitudeShiftKeyingFrequencyShiftKeying

PhaseShiftKeying

⒈各種數(shù)字調(diào)制方式73⒉

各種數(shù)字調(diào)制方式的比較數(shù)字調(diào)幅——容易受通道電平變動和噪聲的影響，抗幅度干擾能力差，因此較少采用。數(shù)字調(diào)頻——在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中采用最多的方式。這是因為它能適合于在多種信道上運行，且設(shè)備比較簡單，抗干擾能力也較好，在低速（1200Bd）以下傳輸系統(tǒng)中得到廣泛采用。數(shù)字調(diào)相——中速（2400~4800Bd）傳輸系統(tǒng)多采用此方式。這是因為調(diào)相方式抗干擾能力更強，所占帶寬更窄。74⒊

常用的解調(diào)方法解調(diào)是調(diào)制的逆過程。各種不同的調(diào)制波，要用不同的解調(diào)電路。常用的數(shù)字調(diào)頻（FSK）的解調(diào)方法是零交點檢測法。零交點檢測法——

由于數(shù)字調(diào)頻是以兩個不同的頻率f1和f2來分別代表數(shù)碼“1”和“0”，鑒別這兩種不同頻率可以用檢查單位時間內(nèi)調(diào)制波（正弦波）與時間軸的零交點數(shù)的方法。因為正弦波在單位時間內(nèi)經(jīng)過零點的次數(shù)可用來衡量頻率的高低。然后用不同的過零點數(shù)產(chǎn)生兩種不同的電壓，以代表“1”和“0”，就實現(xiàn)了解調(diào)。1100tt75遠動信號經(jīng)過模擬信道的傳輸過程遠動數(shù)據(jù)調(diào)制模擬通道解調(diào)遠動數(shù)據(jù)噪聲源發(fā)送端接收端采用頻帶傳輸時，要求在發(fā)送端和接收端安裝調(diào)制解調(diào)器，這不僅解決了數(shù)字信號可用電話線路傳輸，而且可以實現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用率。76三、網(wǎng)絡(luò)通道計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按跨度按拓撲結(jié)構(gòu)按管理性質(zhì)按交換方式按功能廣域網(wǎng)局域網(wǎng)城域網(wǎng)星形結(jié)構(gòu)總線形結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)公用網(wǎng)專用網(wǎng)利用公用網(wǎng)組建專用電路交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)報文交換網(wǎng)通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)77⒈按跨度分類（1）廣域網(wǎng)（WAN）WideAreaNetwork

也稱遠程網(wǎng)，覆蓋范圍通常在數(shù)十千米以上，可以覆蓋整個城市、國家，甚至整個世界，具有規(guī)模大、傳輸延遲大的特征。廣域網(wǎng)通常使用的傳輸裝置和傳輸介質(zhì)由電信部門提供；但隨著多家經(jīng)營的政策落實，也出現(xiàn)其他部門自行組網(wǎng)的現(xiàn)象。在我國，除電信網(wǎng)外，還有廣電網(wǎng)、聯(lián)通網(wǎng)等為用戶提供遠程通信服務(wù)，國家電網(wǎng)公司的電力調(diào)度數(shù)據(jù)也屬于廣域網(wǎng)的范疇。

78（2）局域網(wǎng)（LAN）LocalAreaNetwork也稱局部網(wǎng)，是在有限的地理范圍內(nèi)構(gòu)成的規(guī)模相對較小的計算機網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋范圍通常在幾千米以內(nèi)，限于單位內(nèi)部或建筑物內(nèi)，常由一個單位投資組建，具有規(guī)模小、專用、傳輸延遲小的特征。它的特點是分布距離近（通常在1000~2000m范圍內(nèi)），傳輸速率高，連接費用低，數(shù)據(jù)傳輸可靠，誤碼率低。（3）城域網(wǎng)（MAN）MetropolitanAreaNetwork也稱市域網(wǎng)，是在一個城市內(nèi)部組建的計算機網(wǎng)絡(luò)，提供全市的信息服務(wù)。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳輸媒體的廣泛應(yīng)用，距離的概念逐漸淡化，局域網(wǎng)以及局域網(wǎng)互聯(lián)之間的區(qū)別也逐漸模糊。79⒉按拓撲結(jié)構(gòu)分類（1）星形結(jié)構(gòu)中心處理機采用分時或輪詢的方法為入網(wǎng)機器服務(wù)，所有的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過中心處理機。星形網(wǎng)的特點：1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于管理(集中式）。2）每臺入網(wǎng)機均需物理線路與處理機互聯(lián)，線路利用率低。3）處理機負載重（需處理所有的服務(wù)），因為任何兩臺入網(wǎng)機之間交換信息，都必須通過中心處理機。4）入網(wǎng)主機故障不影響整個網(wǎng)絡(luò)的正常工作，中心處理機的故障將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

星形網(wǎng)適用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中80（2）總線形結(jié)構(gòu)所有入網(wǎng)設(shè)備共用一條物理傳輸線路，所有的數(shù)據(jù)發(fā)往同一條線路，并能夠由附接在線路上的所有設(shè)備感知。入網(wǎng)設(shè)備通過專用的分接頭接入線路。總線網(wǎng)的特點：1）多臺機器共用一條傳輸信道，信道利用率較高。2）同一時刻只能由兩臺計算機通信。3）某個結(jié)點的故障不影響網(wǎng)絡(luò)工作。4）網(wǎng)絡(luò)的延伸距離有限，結(jié)點數(shù)有限。總線網(wǎng)適用于局域網(wǎng)等對實時性要求不高的環(huán)境81（3）環(huán)形結(jié)構(gòu)所有入網(wǎng)設(shè)備通過轉(zhuǎn)發(fā)器接入網(wǎng)絡(luò)，每個轉(zhuǎn)發(fā)器僅與兩個相鄰的轉(zhuǎn)發(fā)器有直接的物理線路。環(huán)形網(wǎng)的數(shù)據(jù)具有單向性，一個轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)出的數(shù)據(jù)只能被另一個轉(zhuǎn)發(fā)器接收并轉(zhuǎn)發(fā)。環(huán)形網(wǎng)的特點：1）實時性較好（信息在網(wǎng)中傳輸?shù)淖畲髸r間固定）。2）每個結(jié)點只與相鄰兩個結(jié)點有物理鏈路。3）傳輸機制比較簡單。4）某個結(jié)點的故障將導(dǎo)致物理癱瘓。5）單個環(huán)網(wǎng)的結(jié)點數(shù)有限。環(huán)形網(wǎng)適用于局域網(wǎng)等實時性要求較高的環(huán)境。82（4）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)利用專門負責(zé)數(shù)據(jù)通信和傳輸?shù)慕Y(jié)點機構(gòu)成的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，入網(wǎng)設(shè)備直接接入結(jié)點機進行通信。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通常利用冗余的設(shè)備和線路來提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，因此，結(jié)點機可以根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)信息流量有選擇地將數(shù)據(jù)發(fā)往不同的線。1）系統(tǒng)可靠性高，比較容易擴展。2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每一結(jié)點都與多點進行連結(jié)，線路費用高。3）必須采用路由算法和流量控制方法，因此控制復(fù)雜，軟件復(fù)雜。網(wǎng)狀網(wǎng)的特點：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)適用于地域范圍大，入網(wǎng)主機（機型多）的環(huán)境，常用于構(gòu)造廣域網(wǎng)83⒊按管理性質(zhì)分類（1）公用網(wǎng)有電信部門或其他提供通信服務(wù)的經(jīng)營部門組建、管理、和控制，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸和轉(zhuǎn)接裝置可供任何部門和個人使用；公用網(wǎng)常用于廣域網(wǎng)的構(gòu)造，支持用戶的遠程通信。如我國的電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、聯(lián)通網(wǎng)等。（2）專用網(wǎng)由用戶部門自己組建經(jīng)營的網(wǎng)絡(luò)，不容許其他用戶和部門使用；由于投資的因素，專用網(wǎng)常為局域網(wǎng)或者是通過租借電信部門的線路而組建的廣域網(wǎng)絡(luò)。如由學(xué)校組建的校園網(wǎng)、由企業(yè)組建的企業(yè)網(wǎng)等。（3）利用公網(wǎng)組建專用網(wǎng)許多部門直接租用電信部門的通信網(wǎng)絡(luò)，并配置一臺或多臺主機，向社會各界提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這些部門構(gòu)成的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)稱為增值網(wǎng)絡(luò)，及在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提供了增值的服務(wù)。如中國教育科研網(wǎng)——Cernet，全國各大銀行的網(wǎng)絡(luò)等。84⒋按交換方式分類每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機）一般都具有多個輸入/輸出端口，交換是指將一個端口的輸入信號轉(zhuǎn)發(fā)（交換）到另一個端口，并通過附接該端口的線路傳輸給其他設(shè)備。根據(jù)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中經(jīng)交換機的處理的不同方式，可分為：（1）電路交換采用電話工作方式，具有建立鏈路、數(shù)據(jù)傳輸和釋放鏈路三個階段。通信過程中，自始至終占用該條線路，且不允許其他用戶共享其信道容量。電路交換的特點：實時性強，數(shù)據(jù)傳輸時延小。但電路接續(xù)時間長，會出現(xiàn)呼叫阻塞現(xiàn)象；線路利用率低。85（2）報文交換交換的數(shù)據(jù)傳送單位是報文，即站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限，而且可以改變。本質(zhì)就是儲存轉(zhuǎn)發(fā),端與端之間不必先通過呼叫來建立連接。在傳送報文時，一個時刻僅占用一段通道。報文交換的特點：①電路利用率高。由于許多報文可以分時共享兩個結(jié)點之間的通道，所以對于相同的通信量來說，對電路的傳輸能力要求較低。②通信量大的時候仍然可以接收報文，不過傳送時延會增加。③可以把一個報文發(fā)送到多個目的地。④可以進行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。⑤由于不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲時間長且不定。⑥有時結(jié)點收到過多的數(shù)據(jù)而無存儲空間或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時，就不得不丟棄報文，而且發(fā)出的報文不按順序到達目的地。⑦報文交換對網(wǎng)絡(luò)的要求太高，由于對報文的長度沒有限制，網(wǎng)絡(luò)中間結(jié)點的存儲容量就必須無限大。86（3）分組交換在分組交換網(wǎng)中，有兩種常采用的處理整個報文的方法：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式。它是綜合了電路交換和報文交換兩者的優(yōu)點的一種交換方式。分組交換是報文交換的一種改進，它將報文分成若干個分組，每個分組的長度有一個上限，有限長度的分組使得每個結(jié)點所需要的存儲容量降低了，分組可以存儲到內(nèi)存中，提高了交換速度。

以上三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)中，電路交換比較適用與一次傳送的信息量大，并且通信過程中實時性要求高的業(yè)務(wù)；報文交換在實際網(wǎng)絡(luò)中沒有被采用；分組交換適用與交互式通信，是計算機網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。87傳輸介質(zhì)1、同軸電纜

同軸電纜由繞在同一軸線上的兩個導(dǎo)體組成。具有抗干擾能力強，連接簡單等特點，信息傳輸速度可達每秒幾百兆位，是中、高檔局域網(wǎng)的首選傳輸介質(zhì)。同軸電纜需用帶BNC頭的T型連接器連接。按直徑的不同，可分為粗纜和細纜兩種：

粗纜：

傳輸距離長，性能好但成本高、網(wǎng)絡(luò)安裝、維護困難，一般用于大型局域網(wǎng)的干線，連接時兩端需終接器。細纜：

安裝較容易，造價較低，但日常維護不方便，一旦一個用戶出故障，便會影響其他用戶的正常工作。

根據(jù)傳輸頻帶的不同，可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜兩種類型：基帶同軸電纜：傳輸數(shù)字信號，信號占整個信道，同一時間內(nèi)能傳送一種信號。

寬帶同軸電纜：可傳送不同頻率的信號。882、雙絞線

雙絞線簡稱TP，將一對以上的雙絞線封裝在一個絕緣外套中，為了降低信號的干擾程度，電纜中的每一對雙絞線一般是由兩根絕緣銅導(dǎo)線相互扭繞而成，也因此把它稱為雙絞線。雙絞線分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。適合于短距離通信。雙絞線需用RJ-45或RJ-11連接頭插接。

非屏蔽雙絞線價格便宜，傳輸速度偏低，抗干擾能力較差。

屏蔽雙絞線抗干擾能力較好，具有更高的傳輸速度，但價格相對較貴。

目前市面上出售的UTP分為3類，4類，5類和超5類四種：

3類：傳輸速率支持10Mbps，外層保護膠皮較薄，皮上注有“cat3”；

4類：網(wǎng)絡(luò)中不常用；

5類（超5類）：傳輸速率支持100Mbps或10Mbps，外層保護膠皮較厚，皮上注有“cat5”。

STP分為3類和5類兩種，STP的內(nèi)部與UTP相同，外包鋁箔，抗干擾能力強、傳輸速率高但價格昂貴。

雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接，兩端安裝有RJ-45頭(水晶頭)，連接網(wǎng)卡與集線器，最大網(wǎng)線長度為100米，如果要加大網(wǎng)絡(luò)的范圍，在兩段雙絞線之間可安裝中繼器，最多可安裝4個中繼器，如安裝4個中繼器連5個網(wǎng)段，最大傳輸范圍可達500米。893、光纖光纜(opticalfibercable)主要是由光導(dǎo)纖維（細如頭發(fā)的玻璃絲）和塑料保護套管及塑料外皮構(gòu)成，光纜內(nèi)沒有金、銀、銅鋁等金屬，一般無回收價值。光纜是一定數(shù)量的光纖按照一定方式組成纜心，外包有護套，有的還包覆外護層，用以實現(xiàn)光信號傳輸?shù)囊环N通信線路。即:由光纖(光傳輸載體)經(jīng)過一定的工藝而形成的線纜。光纖的優(yōu)點：1）光纖的通頻帶很寬，理論可達30億兆赫茲。2）無中繼段長：幾十到100多公里，銅線只有幾百米。3）不受電磁場和電磁輻射的影響。

4)重量輕，體積小。5)光纖通訊不帶電，使用安全可用于易燃，易暴場所。6)使用環(huán)境溫度范圍寬。7)抗化學(xué)腐蝕，使用壽命長。

90不同傳輸介質(zhì)比較和選擇項目無屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線同軸電纜光纖傳輸容量三類線適合傳輸語音信號和速率不超過10Mb/s的數(shù)字信號，五類線纜適合于傳輸速率為100Mb/s的數(shù)字信號有較高的傳輸速率，傳輸數(shù)據(jù)時速率不超過155Mb/s適合傳輸速率10Mb/s的數(shù)字信號，但具有比雙絞線更高的傳輸帶寬支持極高的傳輸帶寬，目前技術(shù)可以在光纖上1000Mb/s的速率進行數(shù)據(jù)傳輸信號衰減嚴重，傳輸數(shù)據(jù)時限定100M范圍內(nèi)嚴重，傳輸數(shù)據(jù)時限定100M范圍內(nèi)嚴重，傳輸數(shù)據(jù)時限定100M范圍內(nèi)極低，傳輸距離可達20KM以上抗干擾能力易受電磁干擾和被竊聽優(yōu)于無屏蔽雙絞線，仍易受電磁干擾和被竊聽抗電磁干擾較好不受外界的電磁干擾，適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境安裝難度容易安裝和管理，需要使用RJ-45連接器較無屏蔽雙絞線困難，需要使用特殊的連接器及相關(guān)的屏蔽安裝技術(shù)容易安裝和管理，需要使用BNC連接器，線纜兩端需要使用終結(jié)器并接地良好比較復(fù)雜和精細，需要使用光纖連接器和光電轉(zhuǎn)換器價格相對便宜較無屏蔽雙絞線貴相對便宜相對便宜91四、遠傳數(shù)據(jù)處理裝置原理（一）遠傳數(shù)據(jù)處理裝置的基本概念1、遠傳數(shù)據(jù)處理裝置的作用遠傳數(shù)據(jù)處理裝置在變電站自動化系統(tǒng)中，承擔(dān)著電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信、保護測控單元、自動化設(shè)備和變電站計算機系統(tǒng)的控制、協(xié)調(diào)、監(jiān)視和管理任務(wù)。2、變電站自動化系統(tǒng)對遠傳數(shù)據(jù)處理裝置的要求（1）較高的可靠性、穩(wěn)定性；（2）滿足實時性要求；（3）支持多種、多路通信接口；（4）具備多種通信規(guī)約；（5）能夠提供轉(zhuǎn)發(fā)信息的編輯和修改；（6）提供聯(lián)機檢查和維護手段。92（二）遠傳數(shù)據(jù)處理裝置的構(gòu)成及功能1、遠傳數(shù)據(jù)處理裝置的構(gòu)成保護測控單元保護測控單元遠方計算機遠方計算機CPUGPS對時模塊串行接口模塊遠傳MODEM模塊人機對話932、遠傳數(shù)據(jù)處理裝置的功能和原理功能主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。原理通過與各測控裝置、保護裝置、通信管理機、其他智能設(shè)備之間的通信獲得數(shù)據(jù)，并進行匯總和相應(yīng)轉(zhuǎn)換處理。通信方式有串口、現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)等；采用的通信協(xié)議一般有問答式和主動上送式，可根據(jù)不同情況選用。遠傳數(shù)據(jù)處理裝置將獲得的數(shù)據(jù)進行處理和存儲，按照設(shè)定的規(guī)約與調(diào)度主站通信，將數(shù)