變電站綜合自動化第七章數(shù)據(jù)通信

變電站綜合自動化第七章數(shù)據(jù)通信第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述數(shù)據(jù)通信兩個主要任務：（1）完成系統(tǒng)內部各子系統(tǒng)或各種功能模塊間的信息交換（2）完成變電站與控制中心的通信任務一、變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信內容（一）變電站內的信息傳輸內容1、現(xiàn)場一次設備與間隔層間的信息傳輸：斷路器、隔離開關、主變壓器分接開關位置。2、間隔層的信息交換：保護、測量、監(jiān)視之間的數(shù)據(jù)交換；3、間隔層與變電站層的信息:測量及狀態(tài)信息、操作信息、參數(shù)信息第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述（二）綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信內容上行信息：變電站向控制中心傳送的信息下行信息：控制中心向變電站傳送的信息這些信息可按“四遙”功能劃分，即：遙測、遙信、遙控和遙調。1、遙測信息三繞組變壓器兩側P、Q、I、U，35kV及以上線路的有功功率級有功電能；各級母線電壓等。2、遙信信息所有斷路器位置信號；控制回路斷線總信號；保護動作信號；反映運行方式的隔離開關位置信號。第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述3、遙控信息變電站全部斷路器及能控的隔離開關；可進行電控的主變壓器中性點接地隔離開關。4、遙調信息有載調壓主變壓器分接頭位置調節(jié)；消弧線圈抽頭位置調節(jié)。二、通信的要求（一）變電站通信網(wǎng)絡的要求1、快速的實時響應能力；2、很高的可靠性；3、優(yōu)良的電磁兼容性能；4、分層式結構。第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述（二）信息傳輸響應速度的要求不同類型和特性的信息要求傳送的時間差異很大，其具體內容如下。1、經(jīng)常傳輸?shù)谋O(jiān)視信息（1）母線電壓、電流、有功/無功功率、功率因數(shù)、零序電壓以及頻率等測量值，一般不宜大于1-2s。（2）計量用的信息，時間間隔可以較長。（3）刷新變電站層的數(shù)據(jù)庫，需定時采集斷路器的狀態(tài)信息，繼電保護和自動裝置投入和退出的工作狀態(tài)可采用定時召喚方式。（4）監(jiān)視變電站的電氣設備的安全運行所需的信息。第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述2、突發(fā)事件產(chǎn)生的信息（1）系統(tǒng)發(fā)生事故的情況下，需要快速響應的信息，要求傳輸時延最小，優(yōu)先級最高；（2）正常操作時狀態(tài)變化信息要求立即傳送，傳輸響應時間要小，自動智能裝置和繼電保護裝置的投入和退出信息要及時傳送。（3）故障情況下，繼電保護動作的狀態(tài)信息和事件順序記錄，這些信息作為事故分析之用，不需要立即傳送，待事故處理完再送即可。（4）故障發(fā)生時的故障錄波，不必立即傳送。（5）控制命令、升降命令、修改定值命令傳輸?shù)拈g隔時間較長。第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述（三）各層次之間和每層內部傳輸信息時間的要求（1）設備層和間隔層，1～100ms。（2）間隔內各個模塊間，1～100ms。（3）間隔層的各個間隔單元之間，1～100ms。（4）間隔層與變電層之間，10～1000ms。（5）變電層的各個設備之間，≥1000ms。第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述三、數(shù)據(jù)通信的傳輸方式（一）并行數(shù)據(jù)通信與串行數(shù)據(jù)通信

并行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)的各位同時傳送，如圖7-1所示?？梢宰止?jié)為單位（8位），也可以字為單位（16位），同時傳送，同時接受。優(yōu)點：速度快、每秒可傳輸幾十、幾百兆字節(jié)。缺點：需要的傳輸信號線多，成本高。應用：在短距離傳輸中（10m），要求傳輸速度高的場合。圖7-1并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述串行通信是數(shù)據(jù)一位一位地傳送，如圖7-2所示。優(yōu)點：可以節(jié)約傳輸線，簡化了接線。缺點：傳輸速度慢，通訊軟件相對復雜些。應用：適合于位數(shù)很多和遠距離傳送，距離可以達數(shù)千千米。圖7-2串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述（二）異步數(shù)據(jù)傳輸和同步數(shù)據(jù)傳輸1、異步數(shù)據(jù)傳輸在串行數(shù)據(jù)傳送中，有異步傳送和同步傳送兩種基本的通信方式。在異步通信方式中，發(fā)送的每一個字符均帶有起始位、停止位和可選擇的奇偶校驗位。用一個起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結束構成－幀。其幀格式如圖7-3所示。第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述圖7-3異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷剑╝）一般信息幀（b）ASCII碼幀第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述2、同步數(shù)據(jù)傳輸在數(shù)據(jù)塊的開始處集中使用同步字符來做傳遞的指示，其成幀格式如圖7-4所示。圖7-4同步數(shù)據(jù)傳輸示意圖第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述（三）報文及報文分組報文交換的本質是存儲轉發(fā)。報文就是站點一次性要發(fā)數(shù)的數(shù)據(jù)塊，其長度不限且可變，當一個站要發(fā)送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，網(wǎng)絡節(jié)點根據(jù)報文上的目的地址信息把報文發(fā)送到下一個節(jié)點，一直逐個節(jié)點地轉送到目的節(jié)點。第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.1數(shù)據(jù)通信概述圖7-5報文及報文分組示意圖P1Pn－報文分組號Pt01－報文分組總數(shù)T－到點編號S－源點編號第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理一、遠距離通信的基本模型圖7-6遠距離數(shù)據(jù)通信的基本模型第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理1、信源：電網(wǎng)中的各種信息源，如電壓、電流、頻率、功率、電能脈沖量、各種指令、開關信號。2、信源編碼器：把各種信源轉化成易于數(shù)字傳輸?shù)钠骷?，如A/D。3、信道編碼器：為了保護所傳輸?shù)男畔热?，增加保護碼元。4、調制器：將基帶數(shù)字信號進行調制傳送。5、信道：信號遠距離傳送的載體。第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理6、解調器：它是調制器的逆過程，以恢復基帶信號。7、信道譯碼器：它是編碼器的逆過程，除去保護碼元獲得發(fā)送側的二進制數(shù)字序列。8、信源譯碼器：它是將二進制信號恢復到模擬信號的過程，例如D/A轉換器。9、信宿：信息的接收地或接收人員能觀察的設備，如電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)中的模擬屏、顯示器CRT等，均為信宿。第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理二、數(shù)字信號的調制與解調

基帶信號：由信源產(chǎn)生的原始電信號為一系列的方形脈沖，基帶信號不能直接在模擬信道上傳輸，因為傳輸距離越遠或傳輸速率越高，方形脈沖失真現(xiàn)象就越嚴重，甚至使正常信號無法進行。

調制解調器：將數(shù)字基帶信號變換成適合于遠距離傳輸?shù)男盘枺也ㄐ盘?，這種正弦信號攜帶了原基帶信號的數(shù)字信息，通過線路傳輸?shù)浇邮斩撕?，可將攜帶的數(shù)字信號取出來，這就是調制與解調的過程。完成調制與解調的設備叫調制解調器（MODEM）。第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理

調制的過程就是按調制信號（基帶信號）的變化規(guī)律去改變載波的某些參數(shù)的過程。一個正弦電壓可表示為：

（1）數(shù)字調幅(ASK)：使用正弦波的振幅隨數(shù)碼的不同而變化，但頻率和相位保持不變。用振幅為0來代替碼元0，振幅為某一值來代表碼元1。（2）數(shù)字調頻(FSK)：使正弦波的頻率隨數(shù)碼不同而變化，而振幅和相位保持不變。表示數(shù)碼1，表示數(shù)碼0。（3）數(shù)字調相(PSK)：使正弦波的相位隨數(shù)碼不同而變化，而振幅和頻率保持不變。第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理圖7-8數(shù)字調制波形圖（a）數(shù)碼（b）調幅波（c）調頻波（d）二元絕對調相波（e）二元相對調相波0第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理圖7-9數(shù)字調頻原理圖圖7-9是用數(shù)字電路開關來實現(xiàn)FSK調制的原理圖。第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理圖7-10零交點檢測法原理圖和相應波形圖（a）原理框圖（b）相應波形圖數(shù)字調頻解調方法—零點檢測法第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理三、數(shù)據(jù)通信的工作方式根據(jù)收發(fā)通信雙方是否同時工作，可分為單工、半雙工和全雙工三種不同的方式。圖7-11數(shù)據(jù)通信三種工作方式（a）單工通信；（b）半雙工通信；（c）四線全雙工第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理（a）單工通信：信息只能按一個方向傳送的工作方式（b）半雙工：信息可雙向傳輸，但兩個方向的傳輸不能同時進行，只能分時交替進行，因而半雙工實際是可以切換方向的單工方式。（c）全雙工：通信雙方可同時進行雙方向的傳送信息。第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理四、數(shù)據(jù)遠傳信息通道有線信道信道明線或電纜信道電力線載波信道光纖信道無線信道微波中繼信道衛(wèi)星信道散射信道短波信道第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2遠距離數(shù)據(jù)通信的原理五、數(shù)據(jù)規(guī)約的含義

在通信網(wǎng)中，為了保證通信雙方能正確、有效、可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸，在通信的發(fā)送和接收的過程中有一系列的規(guī)定，以約束雙方進行正確、諧調的工作，我們將這些規(guī)定稱為數(shù)據(jù)傳輸控制規(guī)程，簡稱通信規(guī)約。在主站和各個遠程終端之間進行通信時，通信規(guī)約明確規(guī)范以下幾個問題：（1）要用共同的語言。（2）要有一致的操作步驟，即控制步驟。（3）要規(guī)定檢查錯誤以及出現(xiàn)異常情況時計算機的應付辦法。

第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3串行數(shù)據(jù)通信及其接口串行通信在數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約“開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型”的七層結構中屬于物理層，主要解決的是建立、保持和拆除數(shù)據(jù)終端設備(DTE)和數(shù)據(jù)傳輸設備(DCE)之間的數(shù)據(jù)鏈路的規(guī)約。在設計串行通信接口時，主要考慮的問題是串行標準通信接口、傳輸介質、電平轉換等問題。DTE：RTU、計量表、圖像設備、計算機等。DCE：一般指可直接發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的通信設備，如調制解調器。第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3串行數(shù)據(jù)通信及其接口一、RS-232D（點對點）美國電子協(xié)會制定的物理接口標準，也是目前數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡中應用最廣泛的一種標準。1、功能特性：規(guī)定了接口連接的各數(shù)據(jù)線的功能。數(shù)據(jù)線：TD、RD；設備準備好線：DTR、DSR；半雙工聯(lián)絡線：RTS、CTS；電話信號和載波狀態(tài)線。第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3串行數(shù)據(jù)通信及其接口2、規(guī)約特性：規(guī)定了DTE和DCE之間控制信號與數(shù)據(jù)信號的發(fā)送時序、應答關系與操作過程。3、機械特性：（DB-25）DB-9(3根)4、電氣特性：信號速率限于20kb/s之內，電纜長度限于15m之內。在數(shù)據(jù)線上：mark(傳號)＝－5V～－15V，邏輯“1”電平；space(空號)＝+5V～＋15V，邏輯“0”電平；在控制線上：on（通）＝＋5V～＋15V，邏輯“0”電平；Off(斷)＝－5V～－15V，邏輯“1”電平；第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3串行數(shù)據(jù)通信及其接口二、物理接口標準R5－485（半雙工）

R5－485適用于多個點之間共用一對線路進行總線式聯(lián)網(wǎng)，用于多站互聯(lián)非常方便，在點對點遠程通信時，其電氣連接如圖7-16所示。某一時刻兩個站中，只有一個站可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而另一個站只能接收數(shù)據(jù)，因此其通信只能是半雙工的，且其發(fā)送電路必須由使能端加以控制。傳輸速率達到93.75kb/s，傳輸距離可達1.2km.。第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3串行數(shù)據(jù)通信及其接口圖7-16RS-485電氣連接圖第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.3串行數(shù)據(jù)通信及其接口RS232通信接口RS485通信接口第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約通信規(guī)約（通信協(xié)議）：為保證通信雙方能有效、自動、可靠地通信，在發(fā)送端和接收端之間規(guī)定了一系列約定和順序，這種約定和順序稱為通信規(guī)約。

國內兩類通信規(guī)約：（1）循環(huán)式數(shù)據(jù)傳送規(guī)約（CDT）（2）問答式傳送規(guī)約，簡稱：Polling規(guī)約第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約一、循環(huán)式傳輸規(guī)約（CDT）用于點對點通道結構的兩點之間通信，信息傳遞采用循環(huán)同步的方式。CDT規(guī)約是以廠站端為主動的遠動數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約。在調度中心與廠站端的遠動通信中，廠站端周而復始地按一定規(guī)則向調度中心傳送各種遙測、遙信、數(shù)字量、事件記錄等信息。調度中心也可以向廠站端傳送遙控、遙調命令以及時鐘對時等信息。第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約(一)幀結構

圖7-17循環(huán)式遠動規(guī)約的幀結構圖7-18控制字和控制字節(jié)的組成EB90第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約表7-1幀類別代碼定義表幀類別代碼定義幀類別代碼定義上行E=0下行E=0上行E=0下行E=061H重要遙測(A幀)遙控選擇57H設置命令C2H次要遙測(B幀)遙控執(zhí)行7AH設置時鐘B3H一般遙測(C幀)遙控撤銷0BH設置時鐘校正值F4H遙信狀態(tài)(D1幀)升降選擇4CH召喚子站時鐘85H電能脈沖計數(shù)值(D2幀)升降執(zhí)行3DH復歸命令26H事件順序記錄(E幀)升降撤銷9EH廣播命令第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約（二）信息字結構每個信息字由6個字節(jié)組成，見圖7-19。

圖7-19信息字結構功能碼字節(jié)的8位二進制數(shù)可以取256種不同的值，對不同的信息字其功能碼的取值范圍不同。功能碼的分配情況見表7-2。第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約信息字可以分為上行信息字和下行信息字。上行信息字包括遙測、總加遙測、電能脈沖計數(shù)值、事件順序記錄，頻率、子站時鐘校返和子站狀態(tài)信息、遙信等。下行信息字包括遙控命令、升降命令、設定命令、復歸命令、設置時鐘命令等。不同的信息字除功能碼取值范圍不同外，信息字中第2~5字節(jié)的各位含義不一樣。以遙信信息字為例說明。第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約遙信信息字的功能碼取值范圍是F0～FFH，每個遙信信息字傳送兩個遙信字。一個遙信字包含16個狀態(tài)位，所以遙信的最大容量為512路。當bi=0時，表示斷路器或隔離開關狀態(tài)為斷開、繼電保護未動作；當bi=1時，表示斷路器或隔離開關狀態(tài)為閉合、繼電保護動作。第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約（三）幀的組織形式幀類別傳送信息類別建議傳送周期A重要遙測信息≤3sB次要遙測信息≤6sC一般遙測信息≤20sD1遙信狀態(tài)信息定時D2電能脈沖記數(shù)值定時E隨機量、事件順序記錄隨機第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約（三）幀的組織形式

上行信息的優(yōu)先級排列順序和傳送時間要求：子站時鐘信息字和等待時間信息字，插入傳送一遍；變位遙信和子站工作狀態(tài)變化信息，以信息字為單位優(yōu)先插入傳位，連送三遍，并要求在1s內送到主站；遙控、升降命令的返送校核信息，以信息字為單位插入傳送，連送三遍；重要遙測信息在A幀傳送(≤3s);次要遙測信息B幀傳送(≤6s);一般遙測信息C幀傳送(≤20s);遙信狀態(tài)信息安排在D1幀定時傳送，電能脈沖記數(shù)值安排在D12幀定時傳送定時；事件順序記錄安排在E幀，以幀插入方式傳送三遍。第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約

下行信息：召喚子站時鐘，設置子站時鐘校正值、設置子站時鐘；遙控選擇、執(zhí)行、撤銷命令；升降選擇、執(zhí)行、撤銷命令；設定命令；廣播命令、復歸命令，下行是非循環(huán)傳送，按需要傳送。在滿足規(guī)定的循環(huán)時間前提下，幀系列可以根據(jù)需要任意組織。對于A、B、C、D1、D2幀，可以按要求的循環(huán)時間，固定各幀的排列順序循環(huán)傳送。如：

ABACABACABAD1ABACABACABAD2第42頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月7.4變電站信息傳輸?shù)耐ㄐ乓?guī)約對E幀在需要傳送時，可以用幀插入方式將E幀插入到原來的幀系列中，取代原有的某一幀傳送。D1D1D2

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