配电自动化-5-通信(2018)

配电自动化的通信系统输配电系统研究所曾博主要内容1配电自动化通信系统的层次结构2配电自动化的通信系统的组成及作用3载波通信方式和光纤通信方式主站子站子站子站远方终端远方终端远方终端远方终端。。。。。。。。。。。同级管理信息系统同级负荷管理系统同级用电管理系统同级其它系统调度自动化系统变电站自动化系统图2大中型配电自动化及管理系统组成结构--三层结构配电自动化配电自动化系统结构-大型主站调度自动化主站子站远方终端远方终端远方终端远方终端。。。。。。。。。同级管理信息系统同级负荷管理系统同级用电管理系统同级其它系统变电站自动化系统等级划分及组成结构图3中小型配电自动化及管理系统组成结构配电自动化。。。配电自动化系统结构--中小型1）配电自动化通信的特点一个完整的配电自动化系统包括配电自动化主站、配电自动化子站、远方监控单元三个部分。主站和子站间的通信、子站和现场监控单元间的通信有一个共同的特点，其中一方必为计算机系统，另一方为计算机系统或其它监控单元。另一个特点是通信距离比较远，可能为几公里，甚至几十公里。（1）主站级通信包括：主站——调度主站——子站主站——变电站（2）子站级通信主站——子站子站——调度子站——变电站子站——远方终端（RTU/FTU/TTU）子站起到承上启下的作用！（3）终端设备通信主FTU——从1(RTU/FTU/TTU)从2(RTU/FTU/TTU)从3(RTU/FTU/TTU)…..a)级连方式（串行）b)总线方式（并行）主FTU从FTU1从FTU2主FTU从FTU1从FTU2配电自动化(4)数据子站系统功能◆监视、控制管辖范围内的RTU、DTU、FTU、TTU，实现“四遥”功能◆数据采集，子站实时采集其连接设备的状态量、模拟量（其中还包括子站通信系统、通道的状态信息）◆数据转发，向主站系统转发RTU、DTU、FTU、TTU的数据，向主站系统转发子站系统自身的运行状态数据◆控制和调节，接收主站下发的（或在子站处直接下发）控制和调节命令，实施现场设备的控制和调节，如开合一个开关、改变变压器的分接头位置，调节FTU整定参数等配电自动化系统三层结构站端设备FTU--各类柱上开关及环网柜控制器FTU的组成：模块远方终端控制器，充电器、蓄电池、机箱外壳及各种附件组成模块远方终端控制器必须包括：交流量采集回路，数字量采集回路，数字量输出（开关量输出回路），通讯接口和RAM,ROM等核心芯片。有时加入DSP芯片追求高性能的滤波和数字信号处理能力。IBMAS/400IBMS/88IBM9370Ethernet通信前置机DesktopSystemDesktopSystemDesktopSystemIBM3720/25/45通信前置机微波基站变电所CBCBCBCB柱上开关柱上开关箱变FTUFTUFTUCB集控中心集中转发器用户表用户表用户表用户表主站系统配电自动化及其管理系统总体结构图光纤10配电自动化系统（日本东京电力为例）银座支店管辖区域状况电力负荷密度：148,000kW／km2東京電力銀座支店配電自動化系統日本国内第一个配电自动化系统工程泰安配网自动化主站系统硬件配置示意图郑州配网自动化主站系统硬件配置示意图调度工作站GPS网络II网络ITCM专用通信服务器数据和图形服务器镜像及WEB系统维护工作站2ME1V.35ATM交换机子站1调度工作站其他计算机系统配调中心调度SCADA/EMSMIS系统ARN路由器SDH通讯网络子站NARN路由器BLN路由器2ME1V.35GPS抢修车调度工作站高级应用工作站磁盘阵列Catalyst5500培训服务器数据处理工作站学员席工作站2配电自动化的通信系统的组成及作用1）数字通信技术中的几个基本概念2）通信传输方式3）配电自动化通信系统的组成及作用4）调制解调器作用及调制的基本原理5）数据通信协议（1）码元通信系统传输的数据是用码元序列表示的。若数据用一串有具体定义的脉冲表示，则称每个信号脉冲为码元，即携带信息的信号单元叫码元。在短距离传送中，逻辑高电平用“1”表示，低电平用“0”表示（称为单极脉冲）。在较长距离传输中可用正负电平表示（称为单双极脉冲）。1）数字通信技术中的几个基本概念（2）码元传输速率（传码率）定义为单位时间（秒）内通过系统所传送的码元数（脉冲数），也称传码率。单位为波特（band）码元传输速率Nb可用下式表示为Nb＝1/Ts（脉冲宽度）假设有一个码元（“1”或“0”）信号波形的脉冲宽度为Ts，显然Ts越小，脉冲宽度越窄，单位时间内传送的码元数越多，传送的数据、符号数目也就越多，即效率越高。例如，在一个数据传输系统中，如果传送的信号波形的脉冲宽度为1.67ms，则信号传输速率约为600（band），即每秒可传送600个脉冲（码元）。（3）信息传输速率（传信率）单位是比特/秒（bit/s），它定义为单位时间（秒）内通过系统所传输的信息量，又称作数据传输速率，可用下式表示为:Rb=Nblog2N式中：N为一个脉冲所表示的有效状态，即调制电平数（为2的整数倍）；Nb为每秒传送的脉冲数，如果数据传输系统传送的是二进制码元，则N＝2，那么码元传输速率Nb和信息传输速率Rb是一样的。（4）消息传输速率（消息率）单位是比特/秒（bit/s），它定义为单位时间（秒）内通过系统传输的从信息源发出的信息量，记做Rm。消息传输速率与信息传输速率的关系是Rm=ηRb通常在传输数据的过程，总要加入一些多余度，这些多余的比特携带的不是数据信息，而是为数据可靠传输服务的信息。因此，传输效率η总是小于1的（5）误码率在某一数据传输过程中，发生错误的码元数与总传输码元数之比称为误码率。电力系统通信中要求误码率小于10－5误码率与通信的质量以及各种干扰的大小等因素有关.（6）带宽（BandWindth）它是指传输模拟信号的频带宽度，模拟信号带宽由较高频率减去较低频率得到，但为了表达方便，通常利用频率范围来描述带宽。例如，音频信号的带宽是300～3400Hz。（7）基带和基带传输在实际工作中人们所需要传输的原始信号（信息信号），无论是模拟信号（如语音信号、图象信号等），还是数字信号（如计算机和各种数字终端输出的信号），通常其频率都较低，它们所占据的这部分频带，通常成为基本频带（简称为基带），基带也就是指信号本身的基本频带。基带信号中的每个基带脉冲实际上就是一个可传输的码元。如果将基带信号直接在信道（以传输媒质为基础的信号通道）中传输，就称为基带传输。（8）调制与频带传输由于基带传输的信道通常是有线信道，如明线、对称电缆、同轴电缆等，所以不能远距离传输。为了远距离传输，一般要利用无线通道或载波通道，如利用载波通道，这时就须借助于正弦载波，通过频谱变换和搬移后，再进行传输。所谓调制就是在调制器中，将数字基带信号调制到载波上，变为数字载波信号。这种用载波运载基带信号的过程称为调制。反之，从已调制过的载波信号中，将作为调制信号的原基带信号分离出来的过程称为解调。(9)报文及报文分组报文是一组包含数据和呼叫控制信号（例如地址）的二进制数，是在数据传输中具有多种特定含义的信息内容。（10）以太网（ETHERNET）。它是一种局部通信网，通常在线路半径1～10km中等规模的范围内使用，为单一组织或单位的非公用网，网中的传输介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤等。它的特点是：信道带宽较宽；传输速率为10-1000Mbit/s;误码率很低（一般为10－8～10－11）.2）数据自动化通信的传输方式通信系统的传输方式按照信息传输的方向和时间可分为：单工通信、半双工通信和全双工通信三种方式单工通信：按单一方向传送的工作方式半双工通信：是指信息可以双方向传送，只能分时交替进行全双工通信：可以同时进行双方向的传送信息3）典型数据通信系统的组成数据传输设备的主要作用是将数据终端设备送来的基带数字信号转变成使用与远距离传送的数字载波信号。常见数据传输设备（DCE）有：调制解调器（modem）、复接分接器、数传电台、载波机和光端机。数据传输信道：按载体传输形式：有线传输和无线传输按数据传输形式：模拟信道和数字信道典型数据通信系统的接口常见数据传输设备（DCE）与数据终端设备（DTE）之间的接口：RS-232或RS-485接口。RS-232接口：美国电子工程学会1973年制订的串行接口，几百米。RS-485接口：改进的串行接口采用双线传输信号，几千米。4）调制解调器的作用和基本原理所谓调制解调器是将数字基带信号调制在载波上，变为数字载波信号，这种过程叫调制（modulate)。从已调制过的载波信号中，将作为调制信号的原基带信号分离出来的过程称为解调（demodulator)。调制的基本原理有一个正弦电压信号u=UMaxSin(wt+Ψ)我们可以让正弦波电压的幅值，角频率和初相角随码元信号变化。1）数字调幅ASK(amplitudeshiftkeying）2)数字调频FSK(frequencyshiftkeying)3)数字调相PSK(phaseshiftkeying)调制的基本的脉冲波形图a)码元波形b)调幅波形c)调频波形d)二元绝对调相波形e)二元相对调相波形5）通信规约（Protocol）所谓通信规约是指调度端和执行端通信时共同使用的人工语言的语法规则及应答关系。规约规定怎样开始/结束通信、谁管理通信、怎样传输信息、数据是怎样表示和保护的、工作机理、支持的数据类、支持的命令以及怎样检测/纠错等内容。通信双方只有使用相同的通信规约，彼此才能明白对方所发信息的意义，通信才能正常进行。国际化标准组织ISO定义了一个开放式系统互联模型标准OSI，该模型包含了七层协议，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每一层都强调特殊的网络功能。任何一层只向它的上一层提供服务，并接受下一层的服务申请，每一层只与它的对应层进行通信。1层--物理层主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流（就是由1、0转化为电流强弱来进行传输,到达目的地后在转化为1、0，也就是我们常说的模数转换与数模转换）。这一层的数据叫做比特。2层--数据链路层主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。3层--网络层主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。4层--传输层定义了一些传输数据的协议和端口号（等）如：TCP（传输控制协议，传输效率低，可靠性强，用于传输可靠性要求高，数据量大的数据）；UDP（用户数据包协议，与TCP特性恰恰相反，用于传输可靠性要求不高的数据）。主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后在进行重组。常常把这一层数据叫做段。5层--会话层负责在网络中的两节点之间建立、维持和终止通信。会话层的功能包括：建立通信链接，保持会话过程通信链接的畅通，同步两个节点之间的对话，决定通信是否被中断以及通信中断时决定从何处重新发送。6--表示层与7--应用层6层表示层：应用程序和网络之间的翻译官，在表示层，数据将按照网络能理解的方案进行格式化；这种格式化会随着所使用网络的类型不同而不同。7层应用层：负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务。电力线载波通信发展与分类电力线载波通信也称为PLC，自从本世纪20年推出以来，已经有效地应用于电力系统，主要服务于用电力传输线继电保护、SCADA和语音通信所需的信息。分类：根据所采用的通信线的不同，PLC分为输电线载波通信（简称为TLC）、配电线载波通信（简称为DLC）和低压配电线载波通信（又称为入户线载波通信）三类。3载波通信方式和光纤通信方式电力线载波通信特点传统的高压线路载波技术以实现长距离的两点通信为目标，因此是一种点对点的传输方式。对于无断点