配电自动化3-通信手段

配电自动化的通信系统第三讲配电自动化的通信系统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配电系统自动化的通信方式及特点4载波通信方式和光纤通信方式5通信的硬件连接技术和应用实例分析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1配电自动化系统结构主站调动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/DTU/TTU）子站起到承上启下的作用！（3）终端设备通信主FTU——从1(RTU/DTU/TTU)从2(RTU/DTU/TTU)从3(RTU/DTU/TTU)…..a)级连方式b)总线方式通常采用RS－232接口通常采用RS－485接口主FTU从FTU1从FTU2主FTU从FTU1从FTU2（3）终端设备通信主FTU——从1(RTU/DTU/TTU)从2(RTU/DTU/TTU)从3(RTU/DTU/TTU)…..子站——主FTU——远方终端（RTU/DTU/TTU）主站——主FTU——远方终端（RTU/DTU/TTU）终端设备通信主要是主从模式！（见书P51页）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、模拟量和脉冲量（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GPS无线微波基站变电所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11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電力負荷密度：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FTU安装情况配电自动化对通讯的要求（1）1.通信的可靠性配电自动化的通讯系统必须设计成为能够通过常规维护就可以在恶劣状况下工作的系统。能够跨过故障区和停电区域保持通讯，是对通讯系统可靠性的另一要求。2.通信系统的费用由于配电自动化的通讯系统的造价是很可观的，因此通过恰当地选取合适的通讯方式，可以节省大笔的建设费用。3.通信速率的要求从功能的角度，在配电自动化系统中，进线监视、10kV开闭所和配电变电站监控和馈线自动化（FA）对于通讯的速率要求最高，其次是公用配变的巡检和负荷监控系统，远方抄表和计费自动化对于通讯的速率的要求较低。从配电自动化系统结构的角度，集结了大量数据的主干线对通信速率的要求要远高于分支线对通信速率的要求。4.双向通信能力配电自动化的大多数功能要求双向通信，如对于故障区段隔离和恢复正常区域供电的功能，则必须要求有双向通讯能力的信道。配电自动化对通讯的要求（2）5.通信不受停电的影响配电网的调度自动化功能和故障区段隔离，及恢复正常区域供电的功能要求，即使在停电的地区通信仍能正常进行。6.通信系统的使用与维护方便性配电自动化的通信系统构成规模往往较大，而且通常采用多种通信方式相结合，因此在设计上，应考虑尽可能地简化这一复杂的通信系统的使用与维护。配电自动化对通讯的要求（3）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）数据自动化通信传输方式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1）数字通信技术中的几个基本概念（1）码元。远动通讯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）。（2）码元传输速率（传码率）。单位为波特（band），它定义为单位时间（秒）内通过系统所传送的码元数（脉冲数），也称传码率。码元传输速率Nb可用下式表示为Nb＝1/Ts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。（3）信息传输速（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。从式可以看出，在码元传输率Nb不变的情况下，传输码元的进制越高，即N值越大的话，则Rb越大，也就是所传输的信息量越大；但对应的系统进制数越大，其技术问题越复杂，实现越困难。另外，传输信道的频带也给传输速率带来一定的限制。（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。传码率、传信率和消息率三者定义5）误码率。在莫一数据传输过程中，发生错误的码元数与总传输码元数之比称为误码率。电力系统远动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，在进行传输。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；传输速率可达10Mbit/s;误码率很低（一般为10－8～10－11）.2)通信系统的报文组示意图通信系统的报文组示意图3）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4）典型数据通信系统的组成数据传输设备的主要作用是讲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数据传输设备的主要作用是讲数据终端设备送来的基带数字信号转变成适用于远距离传送的数字载波信号。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。逻辑电平。RS-485接口：改进的串行接口采用双线传输信号几千米差分方式的电位差，转换成逻辑电平。5）调制解调器的作用和基本原理所谓调制解调器是讲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)调制器。从已调制过的载波信号中，讲作为调制信号的原基带信号分离出来的过程称为解调过程（demodulator)解调器。调制解调器的作用a)讲基带信号的频谱移到载频附近，以适应信道频带的要求，便于发送和接收。b)实现信道的多路复用。c)压缩信号带宽，以便于利用话带传输设备进行数据传输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，角频率和初相角随冤码信号变化。1）数字调幅ASK（amplitudeshiftkeying）2)数字调频FSK(frequencyshiftkeying)3)数字调相PSK(phaseshiftkeying)调制的几个基本的脉冲波形图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。调度端和执行端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。OSI标准制订通信规约是发展趋势国际化标准组织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