第二章-配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)

第二章配電自動(dòng)化的通信系統(tǒng)

第一節(jié)配電自動(dòng)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(gè)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(chēng)每個(gè)信號(hào)脈沖為碼元，即攜帶信息的信號(hào)單元叫碼元。2023/2/5第3頁(yè)碼元傳輸速率（傳碼率）：?jiǎn)挝粸椴ㄌ兀╞and），它定義為單位時(shí)間（每秒）內(nèi)通過(guò)系統(tǒng)所傳送的碼元數(shù)（脈沖數(shù)）。也稱(chēng)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(hào)波形脈沖寬度2023/2/5第4頁(yè)一、數(shù)字通信技術(shù)中的幾個(gè)基本概念

信息傳輸速率（傳信率）：?jiǎn)挝皇潜忍?秒（bit／s），它定義為單位時(shí)間內(nèi)（每秒）通過(guò)系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒘浚址Q(chēng)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(gè)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(yè)消息傳輸速率（消息率）：?jiǎn)挝皇潜忍?秒（bit／s）它定義為單位時(shí)間內(nèi)（每秒）通過(guò)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(yè)誤碼率：在某一數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，發(fā)生錯(cuò)誤的碼元數(shù)與總傳輸碼元數(shù)之比稱(chēng)為誤碼率。帶寬（Bandwindth）：它是指?jìng)鬏斈M信號(hào)的頻帶寬度，模擬信號(hào)帶寬由較高頻率減去較低頻率得到，但為了表達(dá)方便，通常利用頻率范圍來(lái)描述帶寬。2023/2/5第7頁(yè)基帶：在實(shí)際工作中人們所需要傳輸?shù)脑夹盘?hào)，無(wú)論是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)通常其頻率都較低，它們所占據(jù)的這部分頻帶，通常稱(chēng)為基本頻帶，簡(jiǎn)稱(chēng)為基帶，基帶也就是指信號(hào)本身的基本頻帶?；鶐鬏敚簩⒒鶐盘?hào)直接在信道中傳輸。調(diào)制與解調(diào)：就是在調(diào)制器中，將數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到載波上，變?yōu)閿?shù)字載波信號(hào)。這種用載波運(yùn)載基帶信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)制。反之，從已調(diào)制過(guò)的載波信號(hào)中，將作為調(diào)制信號(hào)的原基帶信號(hào)分離出來(lái)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)。頻帶傳輸：借助于載波來(lái)傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸方式。2023/2/5第9頁(yè)報(bào)文：是一組包含數(shù)據(jù)和呼叫控制信號(hào)的二進(jìn)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(bào)文分組：將報(bào)文分成若干個(gè)報(bào)文段，并在每一報(bào)文段上加上傳送時(shí)所必需的控制信息。

2023/2/5第10頁(yè)報(bào)文號(hào)ID~

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到點(diǎn)T源點(diǎn)S校驗(yàn)正文

報(bào)文總控制信息校驗(yàn)正文1STPtolP1ID校驗(yàn)正文nSTPtolPnID報(bào)文分組分控制信息分控制信息報(bào)文及報(bào)文分組示意圖P1，Pn——報(bào)文分組號(hào)；Ptol——報(bào)文分組總數(shù)；T——到點(diǎn)編號(hào)；S——源點(diǎn)編號(hào)2023/2/5第11頁(yè)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(kuò)充靈活性和互聯(lián)性，建設(shè)成本低，見(jiàn)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(jī)HOST接口控制器主機(jī)HOST接口控制器主機(jī)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(shí)時(shí)（Realtime）：計(jì)算機(jī)同外部事件的交互作用，其響應(yīng)速度必須滿足整個(gè)系統(tǒng)在時(shí)間上的要求，通常這個(gè)時(shí)間要求在幾毫秒至幾秒的范圍內(nèi)，這樣就稱(chēng)為具有實(shí)時(shí)性，若超出這個(gè)范圍就不是實(shí)時(shí)了。2023/2/5第14頁(yè)（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(gè)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(gè)方向的傳輸不能同時(shí)進(jìn)行，只能分時(shí)交替進(jìn)行的工作方式。全雙工通信：是指通信雙方可以同時(shí)進(jìn)行雙方向的傳送信息的工作方式。二、配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)2023/2/5第15頁(yè)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(dòng)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(hào)的傳輸任務(wù)采集電網(wǎng)中一些信息如：電氣量、開(kāi)關(guān)量等，并轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)用于傳輸。將數(shù)據(jù)終端設(shè)備送來(lái)的基帶數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成適用于遠(yuǎn)距離傳送的數(shù)字載波信號(hào)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(dòng)化通信系統(tǒng)的組成及作用2023/2/5第18頁(yè)1．

調(diào)制解調(diào)器作用（1）將基帶信號(hào)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(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用。（3）壓縮信號(hào)帶寬，以便于利用話帶傳輸設(shè)備進(jìn)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(yè)2、調(diào)制的基本原理2023/2/5第20頁(yè)數(shù)字調(diào)幅ASK——利用正弦波的振幅變化來(lái)代表碼元信號(hào)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(yè)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(duì)調(diào)相和二元相對(duì)調(diào)相兩種。在絕對(duì)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(duì)調(diào)相是利用相鄰兩個(gè)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(duì)調(diào)相波形二元相對(duì)調(diào)相波形2023/2/5第23頁(yè)第二節(jié)配電系統(tǒng)自動(dòng)化的通信方式及其特點(diǎn)通信方式有線通信無(wú)線通信調(diào)幅廣播甚高頻無(wú)線電超高頻無(wú)線電微波通信衛(wèi)星通信光纖通信載波通信專(zhuān)線電信本地網(wǎng)傳呼2023/2/5第25頁(yè)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(jìn)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(yè)1、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：（1）傳輸頻帶很寬，通信容量大。（2）傳輸衰耗小，適合于長(zhǎng)距離傳輸。（3）體積小，重量輕，可繞性強(qiáng)，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(wú)漏信號(hào)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(diǎn)：（l）強(qiáng)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(yè)2、光纖通信系統(tǒng)的組成2023/2/529發(fā)送接收電端機(jī)光纜光端機(jī)中繼器光端機(jī)電端機(jī)光纜完成對(duì)信息源的處理。將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。將經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸后被衰減和畸變了的光信號(hào)放大、整形和再生成一定強(qiáng)度后，繼續(xù)傳送。將光信號(hào)還原成電信號(hào)。光纖通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(yè)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(jī)光端機(jī)電端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)光端機(jī)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(yè)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(jī)光端機(jī)電端機(jī)光端機(jī)電端機(jī)光端機(jī)光纖中繼器中繼器電端機(jī)光端機(jī)光纖中繼器中繼器光纖光纖2023/2/5第32頁(yè)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(yè)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(jī)耦合到高壓線路上只讓高頻電流在本線路上流動(dòng)讓高頻電流能順利通過(guò)連接高頻收發(fā)信機(jī)與結(jié)合濾波器防止過(guò)電壓損壞收發(fā)信機(jī)接收和發(fā)出高頻信號(hào)在調(diào)試收發(fā)信機(jī)等設(shè)備時(shí)，合上該開(kāi)關(guān)，保證人身設(shè)備安全2023/2/5第34頁(yè)配電線載波通信系統(tǒng)2023/2/5第35頁(yè)

專(zhuān)線的“掛燈籠”連接方式（三）專(zhuān)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(mén)專(zhuān)用。監(jiān)控中心開(kāi)關(guān)設(shè)備開(kāi)關(guān)設(shè)備2023/2/5第36頁(yè)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(zhuān)門(mén)的電話線路用于配電網(wǎng)自動(dòng)化通信。撥號(hào)電話：在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制的配電網(wǎng)點(diǎn)上，安裝或利用現(xiàn)成撥號(hào)電話，在被監(jiān)控點(diǎn)和監(jiān)控中心之間通過(guò)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(yè)利用商業(yè)傳呼網(wǎng)的自動(dòng)傳呼服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從監(jiān)控中心到RTU的單向通信。具體實(shí)現(xiàn)方法：為每個(gè)RTU申請(qǐng)一個(gè)自動(dòng)傳呼號(hào)，并安裝一套特制的接收裝置；當(dāng)需要對(duì)配電網(wǎng)某RTU進(jìn)行操作時(shí)，由監(jiān)控中心的監(jiān)控計(jì)算機(jī)撥打相應(yīng)的傳呼號(hào)；撥通之后，將轉(zhuǎn)換成電話按鍵號(hào)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(wú)誤后，執(zhí)行相應(yīng)操作。(五)傳呼（Calling）2023/2/5第38頁(yè)（一）調(diào)幅（AM）廣播用于配電自動(dòng)化的調(diào)幅廣播采用不干擾現(xiàn)有調(diào)幅廣播電臺(tái)的頻率范圍工作，一般用于對(duì)大量用戶進(jìn)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(tái)把已調(diào)制的負(fù)荷控制信號(hào)發(fā)送到位于配電系統(tǒng)各地的負(fù)荷控制單元。二、無(wú)線通信2023/2/5第39頁(yè)甚高頻：頻率在（30～300）MHz之間無(wú)線電波段稱(chēng)為甚高頻（VeryHighFrequency，簡(jiǎn)稱(chēng)VHF）。甚高頻（VHF）無(wú)線電優(yōu)缺點(diǎn)：在配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用800MHZ的信道。其信號(hào)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(wú)線電2023/2/5第40頁(yè)超高頻：頻率在（300～1000）MHZ的無(wú)線電波段被稱(chēng)作超高頻（UltraHighFrequency，簡(jiǎn)稱(chēng)UHF）。超高頻無(wú)線電優(yōu)缺點(diǎn)：比低頻無(wú)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(wú)線電2023/2/5第41頁(yè)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(hù)和輸電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)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(diǎn)多址的小微波（TDMA）推出后，其使用性能更加加強(qiáng)。（四）微波通信2023/2/5第42頁(yè)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(lái)轉(zhuǎn)發(fā)或反射無(wú)線電信號(hào)，在地面站進(jìn)行通信的一種通信方式。（五）衛(wèi)星通信2023/2/5第43頁(yè)第三節(jié)配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的抗干擾及其保護(hù)措施一、雷電的形式及其危害雷電引起的過(guò)電壓，叫做大氣過(guò)電壓。這種過(guò)電壓危害相當(dāng)大。大氣過(guò)電壓可分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種基本形式。2023/2/5第45頁(yè)帶有大量電荷的雷云，當(dāng)其周?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)度達(dá)到使空氣絕緣破壞的程度時(shí)，空氣開(kāi)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(dá)某一高度時(shí)，先導(dǎo)通道就沿其頭部至感應(yīng)電荷集中點(diǎn)的方向連續(xù)發(fā)展，直至放電。若對(duì)線路或設(shè)備放電，則線路或設(shè)備就稱(chēng)為被雷擊，那么線路或設(shè)備遭受雷擊時(shí)，將通過(guò)很大的電流，由此產(chǎn)生的過(guò)電壓稱(chēng)為直擊雷過(guò)電壓。(一）直擊雷過(guò)電壓2023/2/5第46頁(yè)帶有負(fù)電荷的雷云接近輸電線路時(shí)，強(qiáng)大的電場(chǎng)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(duì)導(dǎo)線附近地面地物放電后，雷云電荷被中和而失去對(duì)導(dǎo)線上電荷的束縛作用，電荷便向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)。由此而產(chǎn)生的過(guò)電壓稱(chēng)為感應(yīng)過(guò)電壓。

（二）感應(yīng)雷過(guò)電壓2023/2/5第47頁(yè)雷電的機(jī)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(guò)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(hù)動(dòng)作跳開(kāi)線路開(kāi)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(yè)采用避雷設(shè)備（避雷針、避雷線、避雷器）對(duì)建筑和設(shè)備進(jìn)行保護(hù)；在被保護(hù)設(shè)備的前后安裝避雷器和保護(hù)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(duì)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(dòng)化通信系統(tǒng)的防雷措施2023/2/5第49頁(yè)三、雜音干擾以及防止措施雜音干擾類(lèi)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(yè)抗干擾編碼：就是對(duì)要傳送的信息進(jìn)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(duì)收到的碼進(jìn)行檢驗(yàn)，從而檢查出錯(cuò)誤，或者進(jìn)行糾正錯(cuò)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(cuò)法檢錯(cuò)重發(fā)法前向糾正法反饋檢驗(yàn)法混合糾錯(cuò)法2023/2/5第51頁(yè)通信規(guī)約(Protocol)：是調(diào)度端和執(zhí)行端通信時(shí)共同使用的人工語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則及應(yīng)答關(guān)系。規(guī)約規(guī)定怎樣開(kāi)始/結(jié)束通信、誰(shuí)管理通信、怎樣傳輸信息、數(shù)據(jù)是怎樣表示和保護(hù)的、工作機(jī)理、支持的數(shù)據(jù)類(lèi)、支持的命令以及怎樣檢測(cè)/糾錯(cuò)等內(nèi)容。第四節(jié)通信規(guī)約2023/2/5第52頁(yè)一、開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)模型標(biāo)準(zhǔn)OSI一、開(kāi)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(huì)話層傳輸層表示層應(yīng)用層2023/2/5第53頁(yè)IEC60870一5系列遠(yuǎn)動(dòng)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(jì)算機(jī)（控制中心）數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系IEC870—5一101、適用于遠(yuǎn)動(dòng)IEC870一5一102、適用于電能計(jì)量IEC870一5一103適用于繼電保護(hù)設(shè)備通信二、IEC系列通信規(guī)約2023/2/5第54