變電站綜合自動化-數(shù)據(jù)通信概述

數(shù)據(jù)通信概述數(shù)據(jù)通信的主要任務(wù)：

在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通信是一個重要環(huán)節(jié)，其主要任務(wù)體現(xiàn)在兩個方面：一方面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。這是因為變電站綜合自動化系統(tǒng)實質(zhì)上是分層分布式的多臺微機組成的控制系統(tǒng)。在各個系統(tǒng)中，往往又由各個智能模塊組成。因此，必須通過內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)部和各子系統(tǒng)之間的信息交換和信息共享。另一方面是完成變電站與控制中心的通信任務(wù)。因為綜合自動化系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的故障信息要及時上報控制中心，如采集到的測量信息、斷路器和隔離開關(guān)的狀態(tài)信息、繼電保護的動作信息等。同時，綜合自動化系統(tǒng)也要接受和執(zhí)行控制中心下達的各種操作和調(diào)控命令。

一、變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信內(nèi)容1.現(xiàn)場一次設(shè)備與間隔層間的信息傳輸：斷路器、隔離開關(guān)位置，變壓器的分接頭位置，變壓器、互感器、避雷器的診斷信息以及斷路器操作信息。2.間隔層的信息交換：繼電保護和控制、監(jiān)視、測量之間有數(shù)據(jù)交換。這類信息有測量數(shù)據(jù)、斷路器狀態(tài)、器件的運行狀態(tài)、同步采樣信息等。3.間隔層與變電站層的信息(1)測量及狀態(tài)信息。(2)操作信息。(3)參數(shù)信息。(二)綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信內(nèi)容

1.遙測信息2.遙信信息3.遙控信息4.遙調(diào)信息二、變電站綜合自動化系統(tǒng)通信的要求

(一)變電站通信網(wǎng)絡(luò)的要求（1）快速的實時響應(yīng)能力。（2）很高的可靠性。（3）優(yōu)良的電磁兼容性。（4）分層式結(jié)構(gòu)。（二）信息傳輸響應(yīng)速度的要求

（1）經(jīng)常傳輸?shù)谋O(jiān)視信息。①監(jiān)視變電站的運行狀態(tài)，這類信息需要經(jīng)常傳送，響應(yīng)時間需滿足SCADA的要求，一般不宜大于1-2s;②計量用的信息，如有功電能量和無功電能量，這類信息傳送的時間間隔可以較長，傳送的優(yōu)先級可以較低；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，繼電保護裝置和自動裝置投入和退出的工作狀態(tài)信息可以采用定時召喚方式，以刷新數(shù)據(jù)庫；④監(jiān)視變電站的電氣設(shè)備的安全運行所需要的信息，如變壓器、避雷器等的狀態(tài)監(jiān)視信息，變電站保安、防火有關(guān)的運行信息。

（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(yīng)的信息，例如事故時斷路器的位置信號，這種信號要求傳輸時延最小，優(yōu)先級最高；②正常操作時的狀態(tài)變化信息（如斷路器狀態(tài)變化）要求立即傳送，傳輸響應(yīng)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，這些信息作為事故后分析事故之用，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，帶時標的擾動記錄的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)量大，傳輸時占用時間長，也不必立即傳送；⑤控制命令、升降命令、繼電保護和自動設(shè)備的投入和退出命令，修改定值命令的傳輸不是固定的，傳輸?shù)臅r間間隔比較長；⑥隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在高壓電氣設(shè)備內(nèi)裝設(shè)的智能傳感器和智能執(zhí)行器，高速地和自動化系統(tǒng)單元層地設(shè)備交換數(shù)據(jù)，這些信息地傳輸速率取決于正常狀態(tài)時對模擬量地采樣速率，以及故障情況下快速傳輸?shù)貭顟B(tài)量。（二）信息傳輸響應(yīng)速度的要求

（三）各層次之間和每層內(nèi)部傳輸信息時間的要求

（1）設(shè)備層和間隔層，1-100ms。（2）間隔層內(nèi)各個模塊間，1-100ms。（3）間隔層的各個間隔單元之間，1-100ms。（4）間隔層和變電站層之間，10-1000ms。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，可以字節(jié)為單位（8位數(shù)據(jù)總線)并行傳送，也可以字為單位(16位數(shù)據(jù)總線)通過專用或通用的并行接口電路傳輸，各位數(shù)據(jù)同時傳輸，同時接收。

并行傳輸速度快，需要的傳輸信號線多、成本高，因此常用在短距離傳輸中(通常<10m),要求傳輸速度高的場合。早期的變電站綜合自動化系統(tǒng)，由于受當時通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等具體條件的限制，變電站內(nèi)部通信大多采用并行通信，在綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，多為集中組屏式。(一)并行數(shù)據(jù)通信與串行數(shù)據(jù)通信

串行通信是數(shù)據(jù)一位一位順序地傳送，顯而易見，串行通信數(shù)據(jù)的各不同位，可以分時使用同一傳輸線，故串行通信最大的優(yōu)點是可以節(jié)約傳輸線，特別是當位數(shù)很多和遠距離傳送時，這個優(yōu)點更為突出，這不僅可以降低傳輸線的投資，而且簡化了接線。但串行通信的缺點是傳輸速度慢，且通信軟件相對復(fù)雜些。因此適合于遠距離的傳輸，數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)木嚯x可達數(shù)千公里。在變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部，各種自動裝置間或繼電保護裝置與監(jiān)控系統(tǒng)間，為了減少連接電纜，簡化配線，降低成本，常采用串行通信。(一)并行數(shù)據(jù)通信與串行數(shù)據(jù)通信

圖5-1并行數(shù)據(jù)傳輸

圖5-2串行數(shù)據(jù)傳輸(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。用一起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束構(gòu)成一幀。圖5-3異步數(shù)據(jù)傳輸成幀格式(a)一般信息幀；（b）ASCⅡ碼幀2、同步數(shù)據(jù)傳輸在異步傳輸中，每一個字符要用起始位和停止位作為字符開始和結(jié)束的標志，占用了時間。所以在數(shù)據(jù)塊傳輸時，為了提高速度，就去掉這些標準，采用同步傳輸。同步傳輸?shù)奶攸c是在數(shù)據(jù)塊的開始處集中使用同步字符來作為傳輸?shù)闹甘?，其成幀格式如圖5-4所示。(二)異步數(shù)據(jù)傳輸和同步數(shù)據(jù)傳輸圖5-4同步數(shù)據(jù)傳輸成幀格式同步傳輸中，每個幀以一個或多個同步字符開始。同步字符通常稱SYN，是一種特殊的碼元組合。通知接收裝置這是一個字符塊的開始，接著是控制字符。幀的長度可包括在控制字符中，這樣接收裝置是尋找SYN字符，確定幀長，讀出指定數(shù)目的字符，然后再尋找下一個SYN府，以便開始下一幀。同步是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。數(shù)字式遠傳的各種信息是按規(guī)定的順序一個碼元一個碼元的逐位發(fā)送，接收端也必須對應(yīng)的一個碼元一個碼元地逐位接收，收發(fā)兩端必須同步快速地工作。同步是指收發(fā)兩端地時鐘頻率相同、相位一致地運轉(zhuǎn)。(二)異步數(shù)據(jù)傳輸和同步數(shù)據(jù)傳輸碼元：指數(shù)據(jù)通信中，信息以數(shù)字方式傳送，開關(guān)位置狀態(tài)、測量值或遠動命令等都變成數(shù)字代碼，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理信號，如電脈沖等，把每個信號脈沖稱為一個碼元，再經(jīng)過適當變換后由信道傳輸給對方。常用的是二元制代碼“0”“1”。數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤梢杂妹棵雮鬏數(shù)拇a元數(shù)來衡量，稱碼元速率，單位為Bd（波特）。在串行數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)傳輸速率是用每秒傳輸二進制數(shù)碼的位數(shù)來表示的，單位為bps或b/s（位/秒）。數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸后發(fā)生錯誤的碼元數(shù)與總傳輸碼元數(shù)之比，稱為誤碼率。在電網(wǎng)遠動通信中，一般要求誤碼率應(yīng)小于10-5數(shù)量級。誤碼率與線路質(zhì)量、干擾等因素有關(guān)。(二)異步數(shù)據(jù)傳輸和同步數(shù)據(jù)傳輸（三）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。報文分組：就是將報文分成若干個報文