配电自动化3-通信系统课件

配电自动化的通信系统配电自动化的通信系统第三讲1配电自动化通信系统的层次结构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配电自动化的通信系统的组成及作用3配电自动化的通信方式及特点配电自动化的通信方式及特点4通信系统应用实例分析通信系统应用实例分析配电自动化的通信系统配电自动化的通信系统1配电自动化通信系统的层配电自动化通信系统的层1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大中型配电自动化及管理系统组成结构-三层结构1 配电自动化通信系统的层次结构1.1配电自动化及管理系统组成结构配电自动化及管理系统组成结构主主站子站子站子站站子站子子站远方终端远方终端远方站远方终端远方终端远方2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中小型配电自动化及管理系统组成结构。主主站站调动自动化主站子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3配电自动化系统三层结构配电自动化系统三层结构配电自动化系统三层结构配电自动化系统三层结构站端设备站端设备FTU-各类柱上开关及环网柜控制器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、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），通字量采集回路，数字量输出（开关量输出回路），通讯接口和讯接口和RAM,ROM等核心芯片。有时加入等核心芯片。有时加入DSP芯芯片追求高性能的滤波和数字信号处理能力。片追求高性能的滤波和数字信号处理能力。配电自动化系统三层结构站端设备配电自动化系统三层结构站端设备4泰安配网自动化主站系统硬件配置示意图泰安配网自动化主站系统硬件配置示意图5调度工作站 GPSGPS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2M E1 V.35ATM交换机子站子站1调度工作站其他计算机系统配调中心配调中心调度SCADA/EMSMIS系统ARN 路由器SDH通讯网络通讯网络子站子站NARN 路由器BLN 路由器2M E1 V.35GPS抢修车调度工作站高级应用工作站磁盘阵列Catalyst 5500培训服务器数据处理工作站学员席工作站郑州配网自动化主站系统硬件配置示意图调度工作站郑州配网自动化主站系统硬件配置示意图调度工作站GPS网络网络61.2配电自动化通信系统的层次配电自动化通信系统的层次一一个个完完整整的的配配电电自自动动化化系系统统包包括括配配电电自自动动化化主主站站、配配电电自自动动化化子子站站、远远方方监监控控单单元元三三个个部部分分。主主站站和和子子站站间间的的通通信信、子子站站和和现现场场监监控控单单元元间间的的通通信信有有一一个个共共同同的的特特点点，其其中中一一方方必必为为计计算算机机系系统统，另另一一方方为为计计算算机机系系统统或或其其它它监监控控单单元元。另另一一个个特特点点是是通通信信距距离离比比较较远远，可可能能为几公里，甚至几十公里。为几公里，甚至几十公里。（1）主站级通信包括：）主站级通信包括：主站主站调度调度主站主站子站子站主站主站变电站变电站1.2配电自动化通信系统的层次配电自动化通信系统的层次一个完整的一个完整的7（2）子站级通信主站主站子站子站子站子站调度调度子站子站变电站变电站子站子站远方终端（远方终端（RTU/DTU/TTU）子站起到承上启下的作用！子站起到承上启下的作用！（2）子站级通信）子站级通信主站主站子站子站8（3）终端设备通信主主FTU从从1(RTU/DTU/TTU)从从2(RTU/DTU/TTU)从从3(RTU/DTU/TTU).a)级连方式级连方式b)总线方式总线方式通常采用通常采用RS232接口接口通常采用通常采用RS485接口接口主主FTU从从FTU1从从FTU2主主FTU从从FTU1从从FTU2（3）终端设备通信）终端设备通信主主FTU从从1(RTU/DTU/TTU9（3）终端设备通信主主FTU从从1(RTU/DTU/TTU)从从2(RTU/DTU/TTU)从从3(RTU/DTU/TTU).子站子站主主FTU远方终端（远方终端（RTU/DTU/TTU）主站主站主主FTU远方终端（远方终端（RTU/DTU/TTU）终端设备通信主要是主从模式！终端设备通信主要是主从模式！（3）终端设备通信）终端设备通信主主FTU从从1(RTU/DTU/TTU101.3 配电自动化对通讯系统的要求1）通信的可靠性）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。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。的另一要求。2）通信系统的费用）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。当地选取合适的通讯方式，可以节省大笔的建设费用。1.3配电自动化对通讯系统的要求配电自动化对通讯系统的要求113）通信速率的要求）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、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（开闭所和配电变电站监控和馈线自动化（FA）对于通讯的速）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。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。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）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。力的信道。3）通信速率的要求）通信速率的要求125）通信不受停电的影响）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。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）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。这一复杂的通信系统的使用与维护。配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件132配电自动化的通信系统的组成及作用配电自动化的通信系统的组成及作用2.1 数字通信技术中的几个基本概念2.2 数据通信传输方式2.3 通信规约2.4 调制解调器的作用及原理2配电自动化的通信系统的组成及作用配电自动化的通信系统的组成及作用2.1数字通信技术中的数字通信技术中的142.1数字通信技术中的几个基本概念（1）码码元元。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）码码元元传传输输速速率率（传传码码率率）。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。2.1数字通信技术中的几个基本概念数字通信技术中的几个基本概念（1）码元。远动通讯系统）码元。远动通讯系统15（3）信息传输速（传信率）。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N2，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）消消息息传传输输速速率率（消消息息率率）。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（3）信息传输速（传信率）。单位是比特信息传输速（传信率）。单位是比特/秒（秒（bit/s）16 5）误码率。）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105误码率与通信的质量以及各种干扰的大小等因素有关.（6）带带宽宽（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3003400Hz。（7）基带和基带传输。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。5）误码率。在莫一数据传输过程中，发生错误的码元数与总）误码率。在莫一数据传输过程中，发生错误的码元数与总17（8）调制与频带传输）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)(9)报文及报文分组报文及报文分组。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。（1010）以太网（）以太网（ETHERNETETHERNET）。它是一种局部通信网，通常在线路半径110km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1081011）.（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）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182.2数据通信的传输方式数据通信的传输方式（1）通信系统的传输方式按照信息传输的）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和全双工通信三种方式单工通信：单工通信：按单一方向传送的工作方式2.2数据通信的传输方式（数据通信的传输方式（1）通信系统的传输方式按照信息传输）通信系统的传输方式按照信息传输19半双工通信：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：全双工通信：可以同时进行双方向的传送信息半双工通信：是指信息可以双方向传送，只能分时交替进行半双工通信：是指信息可以双方向传送，只能分时交替进行202）典型数据通信系统的组成）典型数据通信系统的组成数据传输设备数据传输设备（DCE）的主要作用是将数据终端设备数据终端设备（DTE）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：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2）典型数据通信系统的组成）典型数据通信系统的组成21（3）典型数据通信系统的接口）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。（3）典型数据通信系统的接口）典型数据通信系统的接口222.3通信规约通信规约（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。2.3通信规约（通信规约（Protocol）23（1）物理层物理层物理层提供两个通信实体之间的数据传输路径，它负责在连接两个相邻的节点之间的各种媒介上透明地传输任意位流。该层定义物理网络结构、所使用的媒介的机械和电气特性以及传输编码和计时时间等。（2）数据链路层）数据链路层数据链路层是将物理层的“位”组成“帧”，定义网络逻辑拓扑结构、媒介访问策略、物理地址、寻址方式，并提供连接服务。（3）网络层网络层网络层的作用是将数据转移到一个特定的网络位置，并且确保正确数据经过路由选择发送到由不同网络组成的网际网，即提供连接服务。（4）传输层）传输层传输层提供端到端的数据报文传输，它将下层的信息组成段，并将这些段提交给回话层，或者更上层的协议处理；它使用网络层的路由服务，并提供数据连接服务。（1）物理层物理层24（5）会话层）会话层会话层实现服务请求者和提供者之间的通信。通信会话被用来建立、维护、同步并且管理通信实体之间的对话机制所制约。通常，本层协议也帮助较高层协议识别和连接到网络上提供的各种服务。（6）表示层）表示层表示层能把数据转换成一种能被各个计算机以及允许的应用程序相互理解的约定格式（传输语法）。表示层的主要作用是翻译和加密。（7）应用层）应用层应用层包含了针对每一项网络服务的所有问题和功能。换句话说，上面6层协议包含了通常支持网络服务的任务和技术，而应用层则提供了完成指定网络服务功能所需的协议。（5）会话层）会话层252.4调制解调器的作用和原理调制解调器的作用和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2.4调制解调器的作用和原理调制解调器的作用和原理26调制的基本原理调制的基本原理有一个正弦电压信号 u=UMax Sin(wt+)我们可以让正弦波电压的幅值，角频率和初相角随源码信号变化。1）数字调幅ASK（amplitude shift keying）2)数字调频FSK(frequency shift keying)3)数字调相PSK(phase shift keying)调制的基本原理调制的基本原理27调制的几个基本的脉冲波形图调制的几个基本的脉冲波形图a)码元波形码元波形b)调幅波形调幅波形c)调频波形调频波形d)二元绝对调相波形二元绝对调相波形e)二元相对调相波形二元相对调相波形调制的几个基本的脉冲波形图调制的几个基本的脉冲波形图283配电系统自动化的通信方式及特点配电系统自动化的通信方式及特点3配电系统自动化的通信方式及特点配电系统自动化的通信方式及特点29（1 1）电力线载波通信的特点）电力线载波通信的特点传传统统的的高高压压线线路路载载波波技技术术是是以以实实现现长长距距离离的的两两点点通通信信为为目目标标是是一一种种点点对对点点的的传传输输方方式式，因因此此在在线线路路两两侧侧装装有有阻阻波波器器以以防防止止区区内内信信号号泄泄露露，同同时时也也避避免免区区外外信信号号及及噪噪声声进进入入本本区区段段。对对于于无无断断点点的的线线路路，例例如如变变电电站站与与变变电电站站之之间间，采采用用载载波波通通信信，效效果果较较好好。对对于于配配电电网网线线路路，由由于于线线路路多多台台配配电电变变压压器器以以及及线线路路由由于于柱柱上上开开关关的的断断点点，还还有有配配电电线线路路本本身身存存在在的的高高噪噪声声、阻阻抗抗变变化化大大和和衰衰耗耗大大等等因因素素，使使载载波波通通信信在在配配电电线线路路中中使使用用受受到到了了较较大大的的影影响。响。3.1电力线载波通信电力线载波通信（1）电力线载波通信的特点）电力线载波通信的特点3.1电力线载波通信电力线载波通信30（2）载波通信的组成应用）载波通信的组成应用配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件31 图 “相一地”制高频通道的构成1一输电线；2 高频阻波器；3耦合电容器；4 结合滤波器5 放电间隙；6接地隔离开关；7 高频电缆；8 高频收发信机图图“相一地相一地”制高频通道的构成制高频通道的构成32（3）在设计配电线载波通信系统方案时，应明）在设计配电线载波通信系统方案时，应明确以下技术问题：确以下技术问题：l随着线路结构的变动（分段开关、联络开关和分支开关的动随着线路结构的变动（分段开关、联络开关和分支开关的动作），载波信号的衰减情况也要发生变化，在设计时应考虑最作），载波信号的衰减情况也要发生变化，在设计时应考虑最坏的情况。坏的情况。l随着线路的用电负荷变动，载波信号的衰减情况也要发生变化，随着线路的用电负荷变动，载波信号的衰减情况也要发生变化，一般负荷越重，衰减越严重，在设计时应考虑最坏的情况。一般负荷越重，衰减越严重，在设计时应考虑最坏的情况。l不同的用电设备对载波信号的干扰也不同，直接整流环节和不同的用电设备对载波信号的干扰也不同，直接整流环节和高频激励的气体放电灯对载波信号的干扰较大。高频激励的气体放电灯对载波信号的干扰较大。l地埋电缆的线地埋电缆的线-线、线线、线-地之间的分布电容较大，因此对载波信地之间的分布电容较大，因此对载波信号的衰减较大，并且频率越高，衰减越大，因此要求在有地埋号的衰减较大，并且频率越高，衰减越大，因此要求在有地埋电缆的线路上，使用较低的载波频率。电缆的线路上，使用较低的载波频率。配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件33l配电线载波频率越低，线路衰减越小，受配电线载波频率越低，线路衰减越小，受50Hz工频的谐波干扰工频的谐波干扰越强；其频率越高，线路衰减越大，受越强；其频率越高，线路衰减越大，受50Hz工频的谐波干扰越弱。工频的谐波干扰越弱。故综合考虑，配电线载波信号的频率范围应为故综合考虑，配电线载波信号的频率范围应为540kHz,在衰减在衰减可以接受的情况下，使用可以接受的情况下，使用2040kHz最佳。最佳。l因使用的频率较低，耦合滤波器必须在因使用的频率较低，耦合滤波器必须在10000pF以上，阻波器以上，阻波器和结合滤波器也与和结合滤波器也与PLC不同。不同。l因线路分支较多，为降低成本，一般不在各分支上加阻波器，因线路分支较多，为降低成本，一般不在各分支上加阻波器，为此必须采取以下措施：载波机采用为此必须采取以下措施：载波机采用FSK方式提高抗干扰能力；方式提高抗干扰能力；增大输出功率以提高信噪比和适应范围；具备一定的输出功率裕增大输出功率以提高信噪比和适应范围；具备一定的输出功率裕量，以保证在最不利的情况下满足使用要求。量，以保证在最不利的情况下满足使用要求。配电线载波频率越低，线路衰减越小，受配电线载波频率越低，线路衰减越小，受50Hz工频的谐波干扰越工频的谐波干扰越34l对一些非常复杂且信号衰减大的线路，或对一些能产生对一些非常复杂且信号衰减大的线路，或对一些能产生强干扰的分支，应适当加设阻波器以降低信号衰减和减少强干扰的分支，应适当加设阻波器以降低信号衰减和减少干扰信号进入载波通道。干扰信号进入载波通道。l对于一些在通信距离上满足不了的环网配电线路，可以对于一些在通信距离上满足不了的环网配电线路，可以在其当中适当位置加设阻波器，并将其两侧的线路上的设在其当中适当位置加设阻波器，并将其两侧的线路上的设备信息分别上报给两侧相应的主变电所，如下图所示为较备信息分别上报给两侧相应的主变电所，如下图所示为较长馈线载波通信系统的组成。长馈线载波通信系统的组成。对一些非常复杂且信号衰减大的线路，或对一些能产生强干扰的分支对一些非常复杂且信号衰减大的线路，或对一些能产生强干扰的分支35（4）电力线载波通信的优缺点）电力线载波通信的优缺点综合上述，配电线载波通信有如下优点和缺点：综合上述，配电线载波通信有如下优点和缺点：优点：优点：可以完全为电力公司所控制，因而便于管理；可以完全为电力公司所控制，因而便于管理；可以沟通电力公司所关心的任何测控点；可以沟通电力公司所关心的任何测控点；不需要得到无线电管理委员会不需要得到无线电管理委员会(FCC)的许可等。的许可等。缺点：缺点：配电线载波通信系统的数据传输速率较低，容易受到干扰、配电线载波通信系统的数据传输速率较低，容易受到干扰、非线性失真和信道间交叉调制的影响；非线性失真和信道间交叉调制的影响；配电线载波通信系统采用的电容器和电感器的体积较大、配电线载波通信系统采用的电容器和电感器的体积较大、价格也较高；价格也较高；（4）电力线载波通信的优缺点）电力线载波通信的优缺点36（1）光纤的结构与尺寸3.2光纤通信光纤通信（1）光纤的结构与尺寸）光纤的结构与尺寸3.2光纤通信光纤通信37光光纤纤是是一一种种适适合合光光波波传传输输、损损耗耗小小、可可弯弯曲曲的的玻玻璃璃丝丝SiO2材料；材料；其其结结构构包包括括纤纤芯芯、缓缓冲冲层层和和包包层层，它它们们都都是是玻玻璃璃的的，外外面面还还有有由由涂涂复复材材料料和和塑塑料料制制成成的的涂涂层层和和保保护护层层。纤纤芯芯和和包包层层决决定定了了光光特特性性，所所以以纤纤芯芯采采用用高高纯纯度度材材料料，以以避避免免杂杂质质引引起起损损耗耗；包包层层采采用用纯纯度度稍稍差差的的材材料料，其其折折射射率率稍稍高高于于缓缓冲冲层层，但但低低于于纤纤芯芯。包包层层的的作作用用是是加加大大外外直直径径，使光纤结实，能抵抗弯曲。使光纤结实，能抵抗弯曲。光纤的结构光纤的结构光纤的结构38光纤的尺寸n描述光纤尺寸的参数有两个：n内芯直径和反射层直径，其度量单位都为微米(m,1m=110-6m)。n最细的光纤其内芯直径通常只有510m，粗一些的光纤其内芯直径为50100m。n局域网中最常用的光纤是62.5m/125m的光纤，其中62.5m是内芯直径，而125m是反射层的直径。光纤的尺寸描述光纤尺寸的参数有两个：光纤的尺寸描述光纤尺寸的参数有两个：39（2）光纤的类型n多模光纤(Multimode Fiber,MMF)n 光信号不止一种波长，典型的多模光纤尺寸为62.5m/125mn单模光纤(Singlemode Fiber,SMF)n 光信息只有一种波长，典型的单模光纤尺寸为8m/125m（2）光纤的类型多模光纤）光纤的类型多模光纤(MultimodeFiber,40配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件41（3）光纤通信系统（3）光纤通信系统）光纤通信系统42（4）光纤通信的优缺点）光纤通信的优缺点优点：点：(1)(1)传输频带很很宽，通信容量大。，通信容量大。(2)(2)传输衰耗小，适合于衰耗小，适合于长距离距离传输。(3)(3)体体积小，重量小，重量轻，可，可绕性性强，敷，敷设方便。方便。(4)(4)输入与入与输出出间电隔离，不怕隔离，不怕电磁干磁干扰。(5)(5)保密性好，无漏信号和串音干保密性好，无漏信号和串音干扰。(6)(6)抗腐抗腐蚀，抗酸碱，且光，抗酸碱，且光缆可直埋地下。可直埋地下。缺点：缺点：（1)1)强度不如金属度不如金属线。(2)(2)连接比接比较困困难。(3)(3)分路和耦合不方便。分路和耦合不方便。(4)(4)弯曲半径不宜太小。弯曲半径不宜太小。配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件43(5 5)光光纤通信系通信系统的的组成成通通信信容容量量大大，中中继继距距离离长长（在在多多模模光光纤纤中中光光信信号号可可传传输输6 6kmkm左左右右，在在单单模模光光纤纤中中可可传传输输3030kmkm左左右右）。特特点点是是可可靠靠性性高高，传传输输速速率率高高，不不受受雷雷电电、开开关关操操作作的的影影响响，抗抗电电磁磁等等干干扰扰的的能能力力强强，可可作作为为语语言言、数数据据和和图图象象的的传传输输。因因此此光光纤纤通通信信已已经经成成为为城城市市配配电电网网通通信信的的主主要要方式，也是当前较好的通信手段。方式，也是当前较好的通信手段。(5)光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成44光纤自愈环网光纤自愈环网光纤自愈环网光纤自愈环网光端机光端机光端机光端机光端机光端机光端机光端机FTUFTUFTUFTUFTUFTU配电主站配电主站A A环环B B环环F光纤自愈环网光端机光端机光端机光端机光纤自愈环网光端机光端机光端机光端机FTUFTUFTU 配电主配电主45光纤自愈环网光纤自愈环网光纤自愈环网光纤自愈环网光端机光端机光端机光端机光端机光端机光端机光端机FTUFTUFTUFTUFTUFTU配电主站配电主站A环B B环环FA A环环光纤自愈环网光端机光端机光端机光端机光纤自愈环网光端机光端机光端机光端机FTUFTUFTU 配电主配电主46多通道光端机多通道光端机COM1COM2COM3COM4COM5网管A进B出B进A出多通道光端机示意图多通道光端机示意图多通道光端机多通道光端机COM1COM2COM3COM4COM5网管网管A进进47配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件48配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件49现场配置模式实例（架空系统）现场配置模式实例（架空系统）现场配置模式实例（架空系统）现场配置模式实例（架空系统）现场配置模式实例（架空系统）现场配置模式实例（架空系统）数据子站现场配置模式实例（架空系统）数据子站现场配置模式实例（架空系统）数据子站503.3高频电压脉动控制系统高频电压脉动控制系统513.3高频电压脉动控制系统高频电压脉动控制系统51 信号传送范围可以从高压配电线经柱上变压器或信号传送范围可以从高压配电线经柱上变压器或箱式变压器至低压用户端。箱式变压器至低压用户端。信号传送特性受谐波和负载端装设的并联电容器信号传送特性受谐波和负载端装设的并联电容器影响，频率选择要恰当影响，频率选择要恰当(50Hz系统多用系统多用283.3Hz，60Hz系统多用系统多用260Hz)。调制方式与传送速度的关系用移幅键控调制方式与传送速度的关系用移幅键控(ASK)方方式时低于式时低于10bps,用移频键控用移频键控(FSK)方式时为方式时为5060bps。高频电压脉动控制技术特点：高频电压脉动控制技术特点：高频电压脉动控制技术特点：高频电压脉动控制技术特点：523.4工频控制技术工频控制技术工频控制技术的特点：工频控制技术的特点：信号发生原理是在工频电源电压过零点附近用晶闸管控制信号发生原理是在工频电源电压过零点附近用晶闸管控制电容放电或通过电感吸收电流产生脉冲波。电容放电或通过电感吸收电流产生脉冲波。传送速度是通过在过零点同时传送多个通道脉冲，可以实传送速度是通过在过零点同时传送多个通道脉冲，可以实现很高的传送速度。现很高的传送速度。传送可靠性受负荷阻抗变化的影响，并要注意利用控制相传送可靠性受负荷阻抗变化的影响，并要注意利用控制相位原理的其他设备所发出的脉冲的干扰。位原理的其他设备所发出的脉冲的干扰。是一种双向通信方式，它也是利用电力传输线作为信号是一种双向通信方式，它也是利用电力传输线作为信号传输途径，并利用电压过零的时机进行信号调制。传输途径，并利用电压过零的时机进行信号调制。是一种双向通信方式，它也是利用电力传输线作为信是一种双向通信方式，它也是利用电力传输线作为信53工频控制技术的优点和缺点：工频控制技术的优点和缺点：工频控制技术与脉动控制技术相比，设备更简单，投工频控制技术与脉动控制技术相比，设备更简单，投资更节省；资更节省；与配电线载波系统相比，工频控制技术不存在由于驻与配电线载波系统相比，工频控制技术不存在由于驻波而带来的盲点问题。波而带来的盲点问题。同脉动控制技术类似，工频控制技术存在的突出问题同脉动控制技术类似，工频控制技术存在的突出问题是当停电时通信将中断，这妨碍了其应用于配电自动化是当停电时通信将中断，这妨碍了其应用于配电自动化系统的其它功能中，但是对于自动抄表和负荷控制却不系统的其它功能中，但是对于自动抄表和负荷控制却不会受到影响。会受到影响。配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件54电话线已被电力公司广泛应用于电话线已被电力公司广泛应用于SCADA和继电保护中，长期的实践证和继电保护中，长期的实践证明它是一种成熟的通信方式。单从技术角度看，利用电话线通信是很适合明它是一种成熟的通信方式。单从技术角度看，利用电话线通信是很适合于配电自动化系统的，利用电话线通信可以达到较高的波特率，而且容易于配电自动化系统的，利用电话线通信可以达到较高的波特率，而且容易实现双向通信。但是电话专线的租用费用往往较高，并且电力公司无法完实现双向通信。但是电话专线的租用费用往往较高，并且电力公司无法完全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行。全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行。3.5电话线通信电话线通信专线电话：专线电话：能传输高达能传输高达2400bps的数据的数据,但必须支付较高的租金。这种方但必须支付较高的租金。这种方式适用于对通信速率有较高要求的场合，如式适用于对通信速率有较高要求的场合，如FTU、TTU与区域工作站之间与区域工作站之间以及区域工作站或以及区域工作站或RTU与配电自动化主站间的通信等。与配电自动化主站间的通信等。公用电话网的拨号电话公用电话网的拨号电话：代替租用专线可以大大降低使用费用：代替租用专线可以大大降低使用费用,并且在接并且在接通后也能传输达到通后也能传输达到2400bps的传输速率的传输速率,但是联通的时间但是联通的时间(包括拨号、振铃包括拨号、振铃检测和摘机检测和摘机)较长，尤其是遇上通道忙，一时接不通的情形，因此仅适用较长，尤其是遇上通道忙，一时接不通的情形，因此仅适用于对通信速率要求不高的场合，如远程自动抄表等。于对通信速率要求不高的场合，如远程自动抄表等。电话线已被电力公司广泛应用于电话线已被电力公司广泛应用于SCADA和继电保护和继电保护55采用电话线的优点和不足：采用电话线的优点和不足：a)优点：采用电话线传输数据利用了电话网的现有资源，因优点：采用电话线传输数据利用了电话网的现有资源，因此具有简单、投资少和使用方便等优点。此具有简单、投资少和使用方便等优点。b)不足：不足：传输速率受限，一般在传输速率受限，一般在2400bps以内。以内。有的街区从市容角度考虑不允许架线横跨马路，这使得架有的街区从市容角度考虑不允许架线横跨马路，这使得架设电话线困难重重。设电话线困难重重。电力公司无法完全掌握电话线的维护以确保其可靠运行。电力公司无法完全掌握电话线的维护以确保其可靠运行。电话线难以覆盖到许多区域。电话线难以覆盖到许多区域。传输差错率高，误码率往往高达传输差错率高，误码率往往高达10-310-5。传输距离受限制，因为对于长距离传输，由于经多段转接，传输距离受限制，因为对于长距离传输，由于经多段转接，群延时大，信号畸变严重，为此必须对线路采取均衡措施。群延时大，信号畸变严重，为此必须对线路采取均衡措施。拨号电话的接续时间长且有时接不通。拨号电话的接续时间长且有时接不通。采用电话线的优点和不足：采用电话线的优点和不足：56现场总线现场总线(FieldBus)是近二十年来发展起来的新技术，它是近二十年来发展起来的新技术，它是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。支结构的通信网络。(1)现场总线的特点：现场总线的特点：全数字化的双向数据传输。全数字化的双向数据传输。智能程度高，可以完成差错控制和一些采集与控制算法，可智能程度高，可以完成差错控制和一些采集与控制算法，可以具有一定的报文处理能力。以具有一定的报文处理能力。拓扑结构灵活，可构成总线型、环形、星形等各种结构。拓扑结构灵活，可构成总线型、环形、星形等各种结构。开放式结构，便于设备间互连。开放式结构，便于设备间互连。3.6现场总线和现场总线和RS485配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件57现场总线的一对传输线上可以共线联接多台设备，使现场现场总线的一对传输线上可以共线联接多台设备，使现场设备的通信简单化。设备的通信简单化。现场总线采用经打包后的数字信息传输，并具有检错和纠现场总线采用经打包后的数字信息传输，并具有检错和纠错手段，因而抗干扰能力强。错手段，因而抗干扰能力强。现场总线是开放式系统，它是根据开放互连系统协议现场总线是开放式系统，它是根据开放互连系统协议(OSI)的七层协议制订的，可根据需要将不同厂商的设备互换互连的七层协议制订的，可根据需要将不同厂商的设备互换互连,还可以共享数据库。还可以共享数据库。采用现场总线的所有厂商都采用统一的组态方法，因而设采用现场总线的所有厂商都采用统一的组态方法，因而设备便于掌握。备便于掌握。(2)现场总线的优越性体现在以下几个方面：现场总线的优越性体现在以下几个方面：常用的现场总线：有常用的现场总线：有CANBUS(ControllerAreaNetwork)、LONWORKS(LocalOperatingNetworks)和和PROFIBUS(ProcessFieldBus)等。等。现场总线的一对传输线上可以共线联接多台设备，使现场设备的通现场总线的一对传输线上可以共线联接多台设备，使现场设备的通58它是一种改进的串行接口标准，其接口环节简单且不含它是一种改进的串行接口标准，其接口环节简单且不含CPU。与。与RS-232C不同，不同，RS-485采用双线传输信号，在采用双线传输信号，在发送时采用差分的方式将逻辑电平转换为电位差来传送，在发送时采用差分的方式将逻辑电平转换为电位差来传送，在接收时将电位差还原为逻辑电平。接收时将电位差还原为逻辑电平。RS-485最多可支持最多可支持64256个发送个发送/接收器对，最远传输距离为接收器对，最远传输距离为2.5km(9600bps)，最高传输速率为，最高传输速率为2.4Mbps。(3)RS-485：(3)RS-485：593.7无线通信系统无线通信系统实践证明无线通信系统在配电自动化中是具有生命力的。实践证明无线通信系统在配电自动化中是具有生命力的。无线通信系统是一种覆盖面广的通信方式，它不需要传输线，无线通信系统是一种覆盖面广的通信方式，它不需要传输线，而且可以构成双向通信系统。所有的无线通信系统都能够和而且可以构成双向通信系统。所有的无线通信系统都能够和停电区域通讯。传统的无线通信系统包括以下几种：停电区域通讯。传统的无线通信系统包括以下几种：（1）传统无线通信系统）传统无线通信系统调幅调幅(AM)广播。广播。调频调频(FM)广播。广播。无线寻呼网。无线寻呼网。甚高频甚高频(VHF)通信。通信。特高频特高频(UHF)通信。通信。微波通信。微波通信。卫星通信。卫星通信。3.7无线通信系统无线通信系统60目前，专门用于输电网和配电自动化的无线扩频通信设备已目前，专门用于输电网和配电自动化的无线扩频通信设备已经产品化，它既可以点对点的方式工作，又可以点对多点的经产品化，它既可以点对点的方式工作，又可以点对多点的方式工作，可满足方式工作，可满足CDT和和POLLING等远程通信规约的需要。等远程通信规约的需要。无线扩频通信系统比较适合于构成无线扩频通信系统比较适合于构成10kV开闭所、小区变或用开闭所、小区变或用于集结分散测控对象的区域工作站对配电自动化于集结分散测控对象的区域工作站对配电自动化SCADA控制控制中心间的数据通信。由于存在成本方面的原因，在配电自动中心间的数据通信。由于存在成本方面的原因，在配电自动化系统中，不便于采用无线扩频通信方式和为数众多的分散化系统中，不便于采用无线扩频通信方式和为数众多的分散测控点（如测控点（如FTU）通信。）通信。（2）无线扩频通信系统）无线扩频通信系统（2）无线扩频通信系统）无线扩频通信系统61GPRS 是是 通通 用用 分分 组组 无无 线线 业业 务务(General Packet RadioService)的英文简称，的英文简称，它具有以下特点：它具有以下特点：永久在线永久在线接入设备一直保持在线状态，数据中心服务器和监测装置接入设备一直保持在线状态，数据中心服务器和监测装置可以随时通信。可以随时通信。按量收费按量收费设备虽然一直在线，但是只有在发送和接收数据时才按照设备虽然一直在线，但是只有在发送和接收数据时才按照数据流量收费。数据流量收费。高速传输高速传输GPRS的数据传输速率达到的数据传输速率达到170Kbit/S。是普通有线。是普通有线MODEM的理论最大速率的理论最大速率56Kbit/S的的2倍还多。完全可支倍还多。完全可支持本系统的数据传输量。持本系统的数据传输量。（3）GPRS通信系统通信系统GPRS是通用分组无线业务是通用分组无线业务(GeneralPacket62无缝链接无缝链接GPRS的核心网络层采用的核心网络层采用IP技术，完全支持技术，完全支持TCP/IP协协议。可无缝的与议。可无缝的与INTERNET相链接。相链接。建立连接迅速建立连接迅速从呼叫到应答，从呼叫到应答，GPRS建立一个可靠的建立一个可靠的TCP连接只需要连接只需要1S，完全满足实时性的要求。，完全满足实时性的要求。信号好，覆盖面广信号好，覆盖面广中国移动的网络覆盖面广，可保证绝大多数的变电站在中国移动的网络覆盖面广，可保证绝大多数的变电站在联网的范围之内。联网的范围之内。无缝链接无缝链接63n GPRS的通讯需要固定IP的支持，因此采用一台拥有固定IP的主机作为服务器，结构上采用C/S模式，对监测站点通过GPRS网络实现集中管理、控制和数据采集，GPRS通信网络拓扑图如下图所示：64GPRS的通讯需要固定的通讯需要固定IP的支持，因此采用一台的支持，因此采用一台为了较经济的满足配电自动化的要求，通常根据配电网的具体情，为了较经济的满足配电自动化的要求，通常根据配电网的具体情，在在不同层次上采用不同的通信方式，从而构成混合通信系统。不同层次上采用不同的通信方式，从而构成混合通信系统。3.8混合通信系统混合通信系统为了较经济的满足配电自动化的要求，通常根据配电网的具体情，在为了较经济的满足配电自动化的要求，通常根据配电网的具体情，在65通信系统的建设是配电自动化系统的关键之通信系统的建设是配电自动化系统的关键之一。从目前的技术水平看，没有任何一种单一一。从目前的技术水平看，没有任何一种单一的通讯手段能够全面满足各种规模的配电自动的通讯手段能够全面满足各种规模的配电自动化的需要，因此多种通讯方式在配电网中的混化的需要，因此多种通讯方式在配电网中的混合使用就难于避免，下表列出配电网可能用到合使用就难于避免，下表列出配电网可能用到的各种通讯方式。的各种通讯方式。配电自动化的多种通讯方式4 通信系统应用实例分析通信系统应用实例分析配电自动化的多种通讯方式配电自动化的多种通讯方式4通信系统应用实例分析通信系统应用实例分析66配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件67配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件68与DTU、FTU互联与DTU、FTU互联光端机与其它设备通信变电站 RTU保护子站高速光纤网络到主站监控子站路由器光端设备通信前置装置配电自动化的通讯系统与与DTU、FTU互联与互联与DTU、FTU互联光端机与其它设备通信互联光端机与其它设备通信69主站与子站的通讯主站与子站的通讯主站与子站的通讯70子站与终端之间的通讯子站与终端之间的通讯子站与终端之间的通讯71配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件72配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件73配电自动化配电自动化3-通信系统课件通信系统课件74