電力系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展-丁仁杰.ppt

1、電力系統(tǒng)通信技術(shù)的發(fā)展,丁仁杰 清華大學(xué)電機工程系W-I-107室 Tel:+86 10 62795566Fax:+86 10 68948538 Email: ,主要內(nèi)容 一、電力系統(tǒng)通信的概念和任務(wù) 二、電力通信與公用通信的區(qū)別 三、電力通信的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 四、電力通信系統(tǒng)的組成 五、電力通信系統(tǒng)的分類 六、通信系統(tǒng)的主要傳輸技術(shù)簡介 七、Q&A,一、電力系統(tǒng)通信的概念和任務(wù) 基本概念 電力系統(tǒng)通信-“電力專用通信” 系統(tǒng)通信 廠站通信 電力系統(tǒng)通信的一般定義是： 利用有線電、無線電、光或其他電磁系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)運行、經(jīng)營和管理等活動中需要的各種符號、信號、文字、

2、圖像、聲音或任何性質(zhì)的信息進行傳輸與交換，滿足電力系統(tǒng)要求的專用通信。,電力系統(tǒng)通信的任務(wù) 電力系統(tǒng)通信的任務(wù)就是準確和快速地完成話音、數(shù)據(jù)和圖像的傳輸。 話音業(yè)務(wù)： 電力調(diào)度和行政管理 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)： 調(diào)度自動化的檢測監(jiān)控數(shù)據(jù) 計算機和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信 繼電保護信號的傳輸 圖文傳真和用戶電報業(yè)務(wù) 水電廠水情和氣象報告等 圖像業(yè)務(wù)： 會議電視和電視網(wǎng)等,二、電力通信與公用通信的區(qū)別 電力通信與公用通信之間沒有根本區(qū)別，而主要差異在于： 結(jié)構(gòu)特點： 電力通信以單位所在區(qū)域劃分而公用通信以國家行政管理區(qū)域劃分； 經(jīng)濟性要求： 公用通信以經(jīng)濟性第一，而電力通信依附電力網(wǎng)運行；,三、電力通信的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

3、 我國電力通信的發(fā)展歷史 經(jīng)歷60年發(fā)展歷史： 早期的技術(shù)，電力線載波、架空明線或電纜通信方式； 60年代，模擬微波、特高頻或同軸電纜多路載波； 80年代，數(shù)字微波、衛(wèi)星通信、程控交換機投運和光纖通信； 90年代，架空地線復(fù)合光纜（OPGW）和全介質(zhì)自承式光纜（ADSS） 電話交換、分組交換、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)、ATM、會議電話和會議電視等通信網(wǎng),世界電力通信的發(fā)展歷史 電力通信在發(fā)展和采用新技術(shù)方面始終是通信行業(yè)的先鋒； 電力線載波（20世紀20年代初） 微波（始于20世紀50年代） 光釬（20世紀80年代） 由點對點發(fā)展到交換網(wǎng)絡(luò),我國電力通信的近10年中的變化： 一是電力專用通信裝備水平和服務(wù)質(zhì)

4、量大幅度提高； 二是充分利用資源優(yōu)勢和富余能力，參與社會電信市場競爭，已經(jīng)成為國際上電力公司的普遍趨勢。 數(shù)字微波電路總長度約為73,000km，總站數(shù)3,200個；220V及以上電力線載波機總數(shù)8,300臺，話路公里數(shù)約為340,000km；110V及以下電力線載波機總數(shù)10 000多臺，話路公里數(shù)約為224 000 ； 光纜總長16,000多km，其中ADSS約4,100km，OPGW約2,000 km，纏繞光纜約600km； 交換機總?cè)萘考s200萬門； 衛(wèi)星地球站42座； 800MHz集群移動通信系統(tǒng)。 1999年年底以來，電力通信網(wǎng)內(nèi)已開工建設(shè)了數(shù)字微波電路約10,000km，光纜線路

5、約20,000km（OPGW和ADSS各占約50）。,四、通信系統(tǒng)的基本組成 1. 信息源與收信者 信源：模擬(連續(xù))和數(shù)字(離散) 模擬信源：語言、圖象、聲音、音樂及鳥聲等。 數(shù)字信源：旗語、交通信號及計 算機及數(shù)字電路信號。 抽樣：模擬信源 離散信源 量化：離散信源 數(shù)字信源,通信系統(tǒng)的組成,四、通信系統(tǒng)的組成（續(xù)） 2. 發(fā)送設(shè)備 把信源與傳輸介質(zhì)匹配起來 3. 傳輸介質(zhì) 不論傳輸介質(zhì)為有線或無線， 傳輸過程都會引入干擾 4. 接收設(shè)備 完成發(fā)送設(shè)備的逆變換,信源,通信系統(tǒng)的一般模型,發(fā)送 設(shè)備,傳輸 介質(zhì),接收 設(shè)備,收信者,信息,信號載體,信息,干擾,信源,數(shù)字通信系統(tǒng)的組成,信源

6、編碼,傳輸 介質(zhì),信源 譯碼,收信者,信道 編碼,信道 譯碼,噪聲,信源/ 收信者,一個完整和簡化的通信系統(tǒng),傳輸系統(tǒng),交換 系統(tǒng),傳輸系統(tǒng),信源/ 收信者,電路 分組 ATM,供電 縱橫,五、電力通信系統(tǒng)的分類 1. 按消息的物理特征分類 調(diào)度和管理電話、監(jiān)控數(shù)據(jù)和圖象等 2.按調(diào)制的方式分類 基帶傳輸和載波傳輸 調(diào)制方式：連續(xù)波和脈沖波 調(diào)制信號：模擬和數(shù)字信號 目的有三：便于發(fā)送/抗干擾/利用頻帶,3.按傳輸信號的特征分類 收端有效恢復(fù)消息與信號單一對應(yīng) 模擬通信系統(tǒng)：參量取值無限 數(shù)字通信系統(tǒng)：參量取值有限 數(shù)字系統(tǒng)有著顯著的優(yōu)越性 整個通信系統(tǒng)數(shù)字化世界 模擬信源數(shù)字化數(shù)字系統(tǒng),數(shù)字

7、通信系統(tǒng)的優(yōu)越性： 抗干擾能力強 便于進行各種數(shù)字信號處理 易于實現(xiàn)集成化和小型化 經(jīng)濟效益優(yōu)于模擬(載波)通信 傳輸與交換很容易結(jié)合起來綜合業(yè)務(wù) 便于實現(xiàn)多路復(fù)用 數(shù)字通信系統(tǒng)的缺憾： 占用較寬頻帶，資源利用率較低 對信號同步要求嚴格,4. 按傳輸信號的復(fù)用方式分類 頻分復(fù)用 FDM/FDMA 時分復(fù)用 TDM/TDMA 碼分復(fù)用 CDM/CDMA 波分復(fù)用 WDM/WDMA 5. 按傳輸介質(zhì)進行分類 有線：普通電纜/同軸/光纜 無線：電磁波/微波/衛(wèi)星,六、通信系統(tǒng)的主要傳輸技術(shù)簡介 架空明線和電纜通信 公用網(wǎng)早已實現(xiàn)八橫八縱的建設(shè)目標(biāo)。 1982年統(tǒng)計，長途線路18萬公里，其中90%為架

8、空明線。 滬-杭、京-漢-廣同軸電纜干線通1800路載波 目前，大部分已被或正在被光纖取代。 國際上，最高容量為13200路（或6路廣播電視）/芯，數(shù)字電話為4032路 電力系統(tǒng)的架空明線隨輸電線路敷設(shè)； 電纜線： 明線/普通/同軸(50/75/93)/雙絞線(IV)/屏蔽/RJ11和RJ45接頭,早期電力線載波技術(shù)簡介 電力線信道十分惡劣。主要干擾源有: 信道衰減、信道噪聲和多徑效應(yīng),配變載波監(jiān)測及遠程抄表系統(tǒng),總體設(shè)計 通過中壓架空線或電纜 以1對N的方式 從變電站母線注入信號,經(jīng)饋線到達配電點 信息通過載波調(diào)制解調(diào)器耦合到線路上傳回變電站 特點 雙載頻自動切換 485總線的保護 中繼功能

9、,最長線上距離達20km 耦合電容與結(jié)合濾波器一體化 中繼功能與載波從MODEM一體化設(shè)計 通用化,技術(shù)指標(biāo),接入方式,寬帶電力線載波OFDM技術(shù)簡介,微波中繼通信 微波傳輸具有視距傳播特性 微波傳播具有傳播損耗必須中繼,微波中繼的傳輸容量 采用多電平調(diào)制，在40MHz標(biāo)準頻道間隔內(nèi)，可傳輸19207680PCM數(shù)字電話。 公用通信網(wǎng)： 我國目前有約十多萬公里微波中繼通信線路，在長途業(yè)務(wù)上曾經(jīng)是重要的傳輸手段之一。 美國曾擁有數(shù)十萬公里微波中繼線路； 前蘇聯(lián)最長的一條微波中繼通信線路長達1萬多公里，該線路直達東歐。,微波中繼通信 微波通信系統(tǒng)的主要設(shè)備： 用戶終端/交換機微波接入終端復(fù)用設(shè)備/

10、微波站 模擬微波中繼方式已被淘汰 數(shù)字微波中繼比例相對減少，部分將會被光纖所取代。 但是，山區(qū)和施工難度較大的地域內(nèi)還在使用，電力系統(tǒng)還有較多的應(yīng)用實例，多在南方電網(wǎng)。,衛(wèi)星通信 運行軌道：赤道/極軌道/傾斜軌道 衛(wèi)星距離地面的高度： 低高度（軌道）衛(wèi)星，低于5000公里 中高度（軌道）衛(wèi)星，在5000公里到20000公里之間 高高度（軌道）衛(wèi)星，高于20000公里 衛(wèi)星與地球任何一點相對位置關(guān)系： 同步衛(wèi)星：沿赤道上空35800公里與地球同向 非同步衛(wèi)星：運行周期不等于地球自轉(zhuǎn)周期，其軌道傾角/高度/形狀因需要而定。 赤道軌道均勻分布三顆衛(wèi)星可覆蓋除兩極外全部表面, 通信衛(wèi)星的工作方式和頻率

11、分配。(頻率需要申請),衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖,衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點： 通信距離遠，覆蓋面積大/40%的地球表面； 具有多址連接特性，通信靈活性好； 可利用頻帶寬，通信容量大； 傳播穩(wěn)定可靠，通信質(zhì)量高； 成本與通信距離無關(guān)。 衛(wèi)星通信的主要缺點： 通信衛(wèi)星使用壽命較短； 通信衛(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)比較復(fù)雜和投入較大； 衛(wèi)星通信有較大的傳輸延遲。,衛(wèi)星通信示例 GPS（單向）/Glonass/伽利略/軍用/民用實例 GPS：20183公里，6軌道/18顆星。前蘇聯(lián)的GLONASS，24顆星，90年代初兩系統(tǒng)擬合二為一。 是美國現(xiàn)積極推行的NMD和TMD系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 越洋電視信號傳送（單向） 轉(zhuǎn)發(fā)器 依系統(tǒng)（低

12、軌道衛(wèi)星）Iridium（象形于分子結(jié)構(gòu)） 通信衛(wèi)星與軌道 35800公里3顆星，約10000公里10顆星， 765公里7766顆星于6條極軌道， 該系統(tǒng)由于市場定位和營銷體制失誤，運行兩年后終止服務(wù)。,光纖通信（參見十五綱要） 我國全光纜通信網(wǎng)已進入實驗階段（光纜入戶） 目前，光纜的可利用資源僅為1%，99%待開發(fā)?？傞L度為200萬公里。 大力采用波分復(fù)用技術(shù)WDM/DWDM/ UDWDM 90年代中期：8/16/32路幾種。 1999年：出現(xiàn)40/100/160路復(fù)用技術(shù) 2003年：制成400至1000路系統(tǒng) 2010年：進一步達到15000路/UDWDM系統(tǒng) 信令網(wǎng)、同步網(wǎng)和管理網(wǎng)逐步

13、完善：SDH/IP 多模/單模技術(shù)的成熟和提升；損耗進一步減小 多用途光纜和基于光交換技術(shù)設(shè)備大量問世,光纖通信主要特點 通信容量大 一對光纖3萬路/多纖成纜/波分復(fù)用技術(shù)，傳輸容量十分驚人； 中繼距離長 單模1.55m波長處損耗可達0.15dB/km；若采用非石英超長波(波長2 m)光纜有望實現(xiàn)1000km以上無中繼； 抗電磁干擾 電力輸送線/電氣化鐵路沿線/雷擊多發(fā)區(qū)； 不產(chǎn)生串?dāng)_，保密性好 光纜尺寸小、重量輕(電纜的1/31/10) 光纜不會銹蝕，使用壽命長 光纜接頭不會產(chǎn)生放電，沒有點火花，運行安全 節(jié)省金屬材料和能源,電力光纖通信,移動通信的工作方式 單向單工工作方式（尋呼） 雙向同

14、頻單工工作方式 收發(fā)不能同時進行 對講機 異頻半雙工工作方式 收發(fā)不同頻， 集群電話系統(tǒng) 異頻雙工工作方式 移動電話,移動通信的類型 無線電尋呼系統(tǒng)/Paging 無繩電話/Cordless 集群移動通信系統(tǒng) 小靈通/PHS/PAS/PCT 公用蜂窩移動通信系統(tǒng) 早期的模擬移動通信采用FDMA 現(xiàn)已發(fā)展過渡到2.5G移動通信系統(tǒng) TDMA/FDMTDMA系統(tǒng)/GSM CDMA/FDMCDMA系統(tǒng)/IS-95 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng),廣州市電力通信網(wǎng)絡(luò)分割圖,目前廣州市電力系統(tǒng)已采用的通信方式有： 一、傳輸方式： 1、光纖通信：OPGW、ADSS及管道光纜等光纜，SDH/PDH傳輸技術(shù)。 2、SDH/

15、PDH數(shù)字微波 3、一點多址微波、 4、載波通信、 5、音頻電纜 二、寬帶IP網(wǎng)絡(luò)通信方式： 千兆以太網(wǎng)（綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)） 光纖直連 路由器（調(diào)度數(shù)據(jù)） 接入SDH 三、語音交換方式：數(shù)字程控交換技術(shù) 四、視頻方式：會議電視（在建）,廣州市電力通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,廣州市電力通信網(wǎng)分為以下兩個層次： 第一層：傳輸骨干網(wǎng)絡(luò)層；（傳輸及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備組成） 第二層：業(yè)務(wù)層（含公眾用戶及專用用戶）接入通信網(wǎng)絡(luò)層,廣州電力變電站監(jiān)視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,110kV,變電站,E1,廣州電力會議電視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,省局 主MCU,廣州 主MCU,惠州 主MCU,汕頭 主MCU,一級樞紐,二級樞紐,終端,市局,母站,區(qū)局,會議

16、電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,七、Q&A,常用調(diào)制方式及用途 連續(xù)波調(diào)制 線性調(diào)制 常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM 廣播 抑制載波常規(guī)雙邊帶調(diào)幅DSB 立體聲廣播 單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺、數(shù)傳 殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真 非線性調(diào)制 頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播 相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式 數(shù)字調(diào)制 幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸 頻率鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸 相位鍵控PSK,DPSK,QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信 其他數(shù)字調(diào)制QAM,MSK等數(shù)字微波、空間通信（有效利用f）,常用調(diào)制方式及用途 脈沖調(diào)制 脈沖模擬調(diào)制 脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測 脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式 脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸 脈沖數(shù)字調(diào)制 脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信 增量調(diào)制DM,CVSD,DVSD等 軍用、民用電話 差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖象編碼 其他語音編碼ADPCM,APC,LPC等 中