第二章-2-配電系統(tǒng)自動(dòng)化的通信方式及特點(diǎn)

第二章配電自動(dòng)化的通信系統(tǒng)主講人：周英華QQ:1055455616常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院2配電系統(tǒng)自動(dòng)化的通信方式及特點(diǎn)電力線：高壓、低壓的載波通信。電話線：電話專線、撥號(hào)電話等。CATV通道：有線電視網(wǎng)(原來同軸電纜，現(xiàn)代就是網(wǎng)線）光纖通信：多模光纜，單模光纜，雙絞線：現(xiàn)場總線、RS-485網(wǎng)線：4對雙絞線等2.1通信方式大致分類及特點(diǎn)問題1：為何要了解通信方式的分類？傳輸媒介有線無線調(diào)幅廣播：自由空間，<1200bps，<50km調(diào)頻廣播：自由空間，<1200bps，<50kmVHF電臺(tái)：自由空間，<128Kbps，<50kmUHF電臺(tái)：自由空間，<128Kbps，<50km多址微波：自由空間，<128Kbps，<50km衛(wèi)星：自由空間，<1200bps，全球

任何一種單一的通信手段都無法全面滿足各種規(guī)模的配電自動(dòng)化需要，一般采用多種通信方式混合使用。盡可能多的認(rèn)識(shí)和了解不同的通信方式2.1通信方式大致分類及特點(diǎn)是否調(diào)制：基帶傳輸、頻帶傳輸調(diào)制方式：連續(xù)波調(diào)制、脈沖調(diào)制信號(hào)形式：模擬通信、數(shù)字通信多路復(fù)用：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用、波分復(fù)用、時(shí)間壓縮復(fù)用傳輸方向：單工通信、半雙工通信、全雙工通信2.1通信方式大致分類及特點(diǎn)（1）光纖通信2.2有線通信問題2：選擇有線通信的方式要考慮哪些問題？光纖的結(jié)構(gòu)光纖是一種適合光波傳輸、損耗小、可彎曲的玻璃絲SiO2材料；裸纖一般分為中心高折射率玻璃芯，中間為低折射率硅玻璃包層（反射層）；最外是加強(qiáng)用的樹脂涂層（保護(hù)層）。纖芯和包層決定了光特性，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，其折射率稍高于緩沖層，但低于纖芯。保護(hù)層的作用是加大外直徑，使光纖結(jié)實(shí)，能抵抗彎曲。（1）光纖通信2.2有線通信光纖尺寸描述光纖尺寸參數(shù)有兩個(gè)：內(nèi)芯直徑和反射層直徑，其度量單位：微米(μm,1μm=1×10-6m)。最細(xì)的光纖其內(nèi)芯直徑通常只有5~10μm，粗一些的光纖其內(nèi)芯直徑為50~100μm。局域網(wǎng)中最常用的光纖是62.5μm/125μm的光纖，其中62.5μm是內(nèi)芯直徑，而125μm是反射層的直徑。多模光纖(MultimodeFiber,MMF)光信號(hào)不止一種波長，典型的多模光纖尺寸為62.5μm/125μm；外觀較粗；傳輸距離較近；價(jià)格便宜；單模光纖(SinglemodeFiber,SMF)光信息只有一種波長，典型的單模光纖尺寸為8μm/125μm；外觀較細(xì)；傳輸距離遠(yuǎn)（衰減?。?；價(jià)格貴；光纖分類2.2有線通信（1）光纖通信

光纖通信系統(tǒng)（1）光纖通信2.2有線通信通信容量大，中繼距離長（在多模光纖中光信號(hào)可傳輸6km左右，在單模光纖中可傳輸30km左右）。特點(diǎn)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(qiáng)，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)通信的主要方式，也是當(dāng)前較好的通信手段。RTU信號(hào)采集與發(fā)送SCADA接收、應(yīng)用電端機(jī)光纜光端機(jī)中繼器光端機(jī)電端機(jī)光纜完成對信息源的處理將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)將經(jīng)過遠(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)2.2有線通信（1）光纖通信光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式

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2024/3/3第10頁T型光纖通信系統(tǒng)2.2有線通信（1）光纖通信光纖通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形式

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2024/3/3第11頁環(huán)型光纖通信系統(tǒng)（1）光纖通信2.2有線通信光纖自愈環(huán)網(wǎng)光端機(jī)光端機(jī)光端機(jī)光端機(jī)FTUFTUFTU配電主站A環(huán)B環(huán)F2.2有線通信（1）光纖通信光纖通信的特點(diǎn)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，無漏信號(hào)和串音干擾。(6)抗腐蝕，抗酸堿，且光纜可直埋地下。2.2有線通信（1）光纖通信光纖通信的特點(diǎn)缺點(diǎn)：（1)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(5)價(jià)格高問題3：如選擇光纖通信應(yīng)考慮哪些方面？

1）電力載波通信

電力載波通信是利用某一載波（高頻）頻率經(jīng)非通信線路（電線電纜）傳輸信息的通信方式。傳統(tǒng)的高壓線路載波技術(shù)是以實(shí)現(xiàn)長距離的兩點(diǎn)通信為目標(biāo)是一種點(diǎn)對點(diǎn)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(hào)泄露，同時(shí)也避免區(qū)外信號(hào)及噪聲進(jìn)入本區(qū)段。對于無斷點(diǎn)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，由于線路多臺(tái)配電變壓器以及線路由于柱上開關(guān)的斷點(diǎn)，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響。。2.2有線通信（2）載波通信問題4：載波通信是電力，鐵路，石油都有的通信方式，對電力載波

應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意哪些問題？2.2有線通信（2）載波通信電力線載波通信的原理

電力載波即PLC，是英文PowerlineCommunication的簡稱。電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。2.2有線通信（2）載波通信載波通信的組成應(yīng)用2.2有線通信（2）載波通信載波通信的組成應(yīng)用（相地）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連接高頻收發(fā)信機(jī)與結(jié)合濾波器防止過電壓損壞收發(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)，合上該開關(guān)，保證人身設(shè)備安全第17頁“相一相”制高頻通道的構(gòu)成特點(diǎn)是在兩相上施加高頻信號(hào)，投資大，效率高，損耗小2.2有線通信（2）載波通信以太網(wǎng)香農(nóng)信道公式：；S是容量，B是信道帶寬，S/N是信噪比；通俗的說就是不同用戶采用不同頻率，總體擴(kuò)展了信道的頻帶，提高了抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用的目的，提高了通信能力。擴(kuò)頻載波技術(shù)2.2有線通信（2）載波通信載波通信應(yīng)用時(shí)應(yīng)知道的問題：隨著線路結(jié)構(gòu)的變動(dòng)（分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分支開關(guān)的動(dòng)作），載波信號(hào)的衰減情況也要發(fā)生變化，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮最壞的情況。隨著線路的用電負(fù)荷變動(dòng)，載波信號(hào)的衰減情況也要發(fā)生變化，一般負(fù)荷越重，衰減越嚴(yán)重，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮最壞的情況。不同的用電設(shè)備對載波信號(hào)的干擾也不同，直接整流環(huán)節(jié)和高頻激勵(lì)的氣體放電燈對載波信號(hào)的干擾較大。地埋電纜的線-線、線-地之間的分布電容較大，因此對載波信號(hào)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。配電線載波頻率越低，線路衰減越小，受50Hz工頻的諧波干擾越強(qiáng)；其頻率越高，線路衰減越大，受50Hz工頻的諧波干擾越弱。故綜合考慮，配電線載波信號(hào)的頻率范圍應(yīng)為5~40kHz,在衰減可以接受的情況下，使用20~40kHz最佳。因使用的頻率較低，耦合濾波器必須在10000pF以上，阻波器和結(jié)合濾波器也與PLC不同。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(jī)采用FSK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量，以保證在最不利的情況下滿足使用要求。2.2有線通信（2）載波通信優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)；不需要得到無線電管理委員會(huì)(FCC)的許可等。電力載波通信的特點(diǎn)：缺點(diǎn)：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、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、價(jià)格也較高；21

高頻電壓脈動(dòng)（音頻）通信系統(tǒng)2.2有線通信（3）其他載波通信信號(hào)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。信號(hào)傳送特性受諧波和負(fù)載端裝設(shè)的并聯(lián)電容器影響，頻率選擇要恰當(dāng)(50Hz系統(tǒng)多用283.3Hz，60Hz系統(tǒng)多用260Hz)。調(diào)制方式與傳送速度的關(guān)系用移幅鍵控(ASK)方式時(shí)低于10bps,用移頻鍵控(FSK)方式時(shí)為50~60bps。高頻電壓脈動(dòng)（音頻）通信系統(tǒng)（3）其他通信方式2.2有線通信工頻控制技術(shù)的原理：是一種雙向通信方式，是利用電力傳輸線作為信號(hào)傳輸途徑，并利用電壓過零的時(shí)機(jī)進(jìn)行信號(hào)調(diào)制。信號(hào)發(fā)生原理是在工頻電源電壓過零點(diǎn)附近用晶閘管控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零點(diǎn)同時(shí)傳送多個(gè)通道脈沖，可以實(shí)現(xiàn)很高的傳送速度。

工頻控制技術(shù)2.2有線通信（3）其他載波通信工頻控制技術(shù)2.2有線通信（3）其他載波通信工頻控制技術(shù)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的電力線載波技術(shù)相比，最大的優(yōu)勢在于信號(hào)能夠直接穿透配電變壓器，實(shí)現(xiàn)跨變壓器臺(tái)區(qū)的通信而無需中繼，具有通信距離遠(yuǎn)、抗干擾性能強(qiáng)的特點(diǎn)。工頻控制技術(shù)與音頻控制技術(shù)相比，設(shè)備更簡單，投資更節(jié)?。慌c配電線載波系統(tǒng)相比，工頻控制技術(shù)不存在由于駐波而帶來盲點(diǎn)問題。缺點(diǎn)：同脈動(dòng)控制技術(shù)類似，工頻控制技術(shù)存在的突出問題是當(dāng)停電時(shí)通信將中斷，這妨礙了其應(yīng)用于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的其它功能中，但是對于自動(dòng)抄表和負(fù)荷控制卻不會(huì)受到影響。傳送可靠性受負(fù)荷阻抗變化的影響，并要注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。2.2有線通信（4）電話線通信

電話線通信已被電力公司廣泛應(yīng)用于SCADA和繼電保護(hù)中，長期的實(shí)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于電力自動(dòng)化系統(tǒng)的，利用電話線通信可以達(dá)到較高的波特率，而且容易實(shí)現(xiàn)雙向通信。

但是電話專線的租用費(fèi)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(hù)以確保其可靠運(yùn)行。2.2有線通信（4）電話線通信專線電話：能傳輸高達(dá)2400bps的數(shù)據(jù),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FTU、TTU與區(qū)域工作站之間以及區(qū)域工作站或RTU與配電自動(dòng)化主站間的通信等。電信電話：代替租用專線可以大大降低使用費(fèi)用,并且在接通后也能傳輸達(dá)到2400bps的傳輸速率,但是聯(lián)通的時(shí)間(包括撥號(hào)、振鈴檢測和摘機(jī))較長，尤其是遇上通道忙，一時(shí)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(yuǎn)程自動(dòng)抄表等。傳呼通信：從基站發(fā)射的尋呼信號(hào)和干擾中選擇出所需接收的有用信號(hào)，恢復(fù)成原來尋呼本機(jī)的基帶信號(hào)，并產(chǎn)生音響（或振動(dòng)）和顯示數(shù)字（或字母、漢字）消息。是一種單向通信、也是無線通信，與本地?fù)芴?hào)電話配合才能實(shí)現(xiàn)雙向通信，有時(shí)歸入有線通信，在一些負(fù)荷控制中得到應(yīng)用，但現(xiàn)在幾乎處于淘汰階段。2.2有線通信（4）電話線通信1)優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)。2)不足：傳輸速率受限，一般在2400bps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(hù)以確保其可靠運(yùn)行。電話線難以覆蓋到許多區(qū)域。傳輸差錯(cuò)率高，誤碼率往往高達(dá)10-3~10-5。傳輸距離受限制，因?yàn)閷τ陂L距離傳輸，由于經(jīng)多段轉(zhuǎn)接，延時(shí)大，信號(hào)畸變嚴(yán)

重，為此必須對線路采取均衡措施。撥號(hào)電話的接續(xù)時(shí)間長且有時(shí)接不通。2.2有線通信（5）現(xiàn)場總線通信現(xiàn)場總線(FieldBus)是近年來發(fā)展的新技術(shù)，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)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)。1）現(xiàn)場總線的特點(diǎn)：全數(shù)字化雙向數(shù)據(jù)傳輸，智能程度高，可完成差錯(cuò)控制、采集與控制算法，具有報(bào)文處理能力。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，有總線型、環(huán)形、星形等各種結(jié)構(gòu)。開放式結(jié)構(gòu)，便于設(shè)備互連。2)現(xiàn)場總線的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：現(xiàn)場總線的一對傳輸線上可共線聯(lián)接多臺(tái)設(shè)備，使現(xiàn)場設(shè)備的通信簡單化?，F(xiàn)場總線采用經(jīng)打包后的數(shù)字信息傳輸，并具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)手段，因而抗干擾能力強(qiáng)?，F(xiàn)場總線是開放式系統(tǒng)，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,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，便于掌握。2.2有線通信（5）現(xiàn)場總線通信常用的現(xiàn)場總線：有CANBUS(ControllerAreaNetwork)、LONWORKS(LocalOperatingNetworks)和PROFIBUS(ProcessFieldBus),MODBUS等。2.3無線通信系統(tǒng)

實(shí)踐證明無線通信系統(tǒng)在電力自動(dòng)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，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)都能夠和停電區(qū)域通訊。傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)包括以下幾種：（1）常規(guī)傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)調(diào)幅(AM)廣播調(diào)頻(FM)廣播無線尋呼網(wǎng)甚高頻(VHF)通信特高頻(UHF)通信微波通信衛(wèi)星通信（提供GPS對時(shí)功能，延時(shí)較大、不能用于速度較快的場所）問題5：無線通信有哪些？應(yīng)用時(shí)有何特點(diǎn)？

擴(kuò)頻通信技術(shù)（SpreadSpectrumCommunication），其傳輸信息所用信號(hào)的帶寬遠(yuǎn)大于信息本身的帶寬。長期以來，擴(kuò)頻通信主要用于軍事保密通信和電子對抗系統(tǒng)，近年來才逐步轉(zhuǎn)向“商業(yè)化”。1993年,

吉隆公司開始致力于向我國引進(jìn)擴(kuò)頻產(chǎn)品,已在電力、金融、公安、交通等行業(yè)收到了明顯的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

目前，專用于輸電網(wǎng)和配電自動(dòng)化的無線擴(kuò)頻通信設(shè)備已經(jīng)產(chǎn)品化，可以點(diǎn)對點(diǎn)的方式工作，又可以點(diǎn)對面的方式工作，可滿足CDT和POLLING等遠(yuǎn)程通信規(guī)約的需要。無線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)比較適合于構(gòu)成10kV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(dòng)化SCADA控制中心間的數(shù)據(jù)通信。由于存在成本方面的原因，在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，不便于采用無線擴(kuò)頻通信方式和為數(shù)眾多的分散測控點(diǎn)（如FTU）通信。（2）無線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)明人海蒂·拉瑪（1914年11月9日-2000年1月19日），好萊塢巨星，被譽(yù)為是全世界最美麗的女人，她是當(dāng)今大熱的通信技術(shù)LAN和手機(jī)移動(dòng)通信技