电力系统远动（全套课件283P）

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统远动,第一章 概述,第一节 电力系统远动的功能,第二节 远动信息及传输模式,第三节 远动系统,第四节 调度自动化系统,第二章 远动信息传输规约,第一节 远动信息传输系统,第二节 串行通信及传输控制规程,第三节 远动信息的循环式传输规约,第四节 远动信息的问答式传输规约,第三章 远动信息的信道编译码,第一节 抗干扰编码的基本原理,第二节 奇偶校验码,第三节 循环码的编译原理,第四节 循环码的检错及纠错能力,第五节 系统循环码的编译码电路,第六节 系统循环码的编译码算法,第五节 远动信息的CRC校验,第四章 远动信息的时序及同步,第一节 远动信息的时序,第二节,帧同步,第三节 位同步,第四节 同步的性能,第五章 远动信息的信源编码,第一节 遥信信息的采集和处理,第二节,遥测量的采集,第三节 遥测信息的处理,第四节 脉冲量的采集和处理,第五节 遥控和遥调,第六章 电量变送器,第一节 交流电流变送器和,交流电压变送器,第二节,功率变送器,第三节 交流采样原理及算法,第四节 被测电量的交流采样,第五节 电量变送器的主要性能指标,第七章,远动信息的传输,第一节 数字通信,第二节,数字调制与解调,第三节 二进制移频键控,第四节 移相键控,第五节 常用远动信道,第八章,远动系统,第一节,实时系统的中断管理,第二节 远动终端的硬件结构,第三节 远动终端的软件结构,第四节 系统复位及故障自检,第五节 远动系统主站,第六节 任务管理,第七节 变电站自动化系统,第九章,电力调度自动化系统,第一节 计算机网络基础,第二节,电力调度自动化系统,第三节 电力调度自动化系统的,软件模块,第四节 前置工作站,第五节 调度工作站,第六节 远动工作站,第七节 调度自动化系统的性能指标,前言,为贯彻落实教育部关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见和教育部关于以就业为导向深化高等职业教育改革的若干意见的精神，加强教材建设，确保教材质量，中国电力教育协会组织制订了普通高等教育“十一五”教材规划。该规划强调适应不同层次、不同类型院校，满足学科发展和人才培养的需求，坚持专业基础课教材与教学急需的专业教材并重、新编与修订相结合。本书为修订教材。本书是根据高等学校电力工程类专业教学指导委员会制定的教学大纲编写的。,内容提要,全书共分九章。第一章介绍电力系统远动的功能、远动信息的内容及传输、远动系统的组成和调度自动化系统的组成。第二章介绍远动信息传输系统、串行通信及传输控制规程、远动信息的循环式传输规约和问答式传输规约。第三章介绍远动信息的信道编译码。首先阐述抗干编码的基本原理、循环码的编译码原理及方法#然后介绍远动信息常用的编码方法。第四章介绍远动信息的时序、帧同步和位同步原理及远动装置中如何实现同步。第五章介绍遥信信息遥测量、脉冲量的采集及处理#遥控和遥调的实现原理及方法。第六章介绍传统电量变送器和交流采样的原理及实现方法。第七章介绍远动信息的传输，包括二进制移频键控、移相键控及常用远动信道。第八章介绍远动系统，包括RTU的软、硬件设计和主站的设计，还介绍了变电站自动化系统的功能及结构；第九章介绍电力调度自动化系统。,作者及感谢,本书的第五章、第六章和第八章的第14节由四川大学刘晓川编写，其余内容由四川学柳永智编写，并负责统稿。,全书由西安交通大学盛寿麟教授主审。审稿中对本书的内容提出了许多宝贵意见，在此对盛寿麟教授的支持和帮助表示衷心的感谢！在编写本书的过程中，曾参考和使用了部分文献和技术资料，在此向有关作者表示感谢！,本书可以作为高等学校电力工程及其自动化专业电力系统及其自动化方向的教材，也可作为从事电力调度自动化工作人员的参考书。限于作者水平，书中难免有不妥与错误之处，恳请读者批评指正。,作者 2006年8月,第一章 概述,现代大型工业生产系统，比如电力系统、石油系统、铁路系统等，组成大型工业生产系统的生产设备及生产部门多，且分散在相距甚远的广阔地区。为了保证系统的正常工作，构成系统的各部分必须在一个调度机构的统一指挥下协调工作。为此，调度机构要随时了解系统各部分在生产过程中的实际情况，并在此基础上作出对生产过程进行指挥的策略。为了使调度工作既满足实时性好，又保证可靠性高，必须借助远动技术实现调度管理。,远动技术是一门综合性的应用技术，它的基本原理包括数据传输原理、编码理论、信号转换技术原理、计算机原理等。远动技术是调度管理和现代科技的产物，因此它随着科学技术，特别是计算机技术的迅猛发展而不断更新换代。,第一节电力系统远动的功能,远动（telecontrol）:利用远程通信技术进行信息传输,实现对远方运行设备的监视和控制。,四遥：,遥测即远程测量（telemetering）:应用远程通信技术，传输被测变量的值。,遥信（teleindication；telesignalization) :对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。,遥控即远程命令（telecommand）：应用远程通信技术，使运行设备的状态产生变化。,遥调即远程调节（teleadjusting）：对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。,电力系统构成,发电厂：,变电所：,输配电线路,：,用电设备,：,发电,输电,用电,配电,国家调度,大区网调,省级调度,地区调度等,电力系统几,级调度机构,第二节 远动信息及传输模式,一、远动信息内容,遥测：发电厂、变电所的各种运行参数，它分为电量和非电量两类。,电量包括：母线电压、系统频率、流过电力设备（发电机、变压器）及输电线的有功功率、无功功率和电流。,非电量包括：发电机机内温度以及水电厂的水库水位等。这些量都是随时间作连续变化的模拟量。,信号转换,电流,电压,功率,等,交流信号,远动装置,互,感,器,变,送,器,05V、010mA直流信号,交流信号,小交流信号,交流采样,远动装置,电量脉冲 信号,计数器,数字量,远动装置,非电量,信号,温度,水位,等,传,感,器,直流信号,或数字信号,远动装置,遥信：发电厂、变电所中断路器和隔离开关的合闸或分闸状态。遥信信息所涉及的对象只有两个状态，用“0”或“1” 表示。遥信通常由运行设备的辅助接点提供。,发电厂,变电所,下级调,度中心,遥测、遥信、事件顺序记录、,系统对时中的返送报文、遥控返校信息等,上级,调度,中心,上行信息,遥控信息：传送改变运行设备状态的命令。如发电机组的启停、断路器的分合、并联电容器和电抗器的投切等。,电力系统对遥控信息的可靠性要求很高，为了提高控制的正确性，防止误动作，在遥控命令下达后必须进行返送校核。当返送命令校核无误之后，才能发出执行命令。,遥调信息：传送改变运行设备参数的命令，如改变发电厂有功出力和励磁电流的设定值，改变变压器分接头的位置等。,上级,调度,中心,遥控、遥调、设置时钟、召唤时钟、,设置时钟校正值、对远动装置的复归命令、广播命令等,发电厂,变电所,下级调,度中心,下行信息,下行信息通常由调度员人工操作发出命令，也可以自动启动发出命令，即所谓的闭环控制。例如为了保持系统频率在规定范围内，并维持联络线上的电能交换，调节发电机出力的自动发电控制（AGC）功能，就是闭环控制的例子。,二、,远动信息的传输模式,信息传输模式,循环传输模式CDT,问答传输模式POLLING,CDT传输模式：厂站端将要发送的远动信息按规约的规定组成各种帧，再编排帧的顺序，一帧一帧地循环向调度端传送。信息的传送是周期性的、周而复始的，发端不顾及收端的需要，也不要求收端给以回答。这种传输模式对信道质量的要求较低，因为任何一个被干扰的信息可望在下一循环中得到它的正确值。,三、,远动信息的编码,编码：按有关规约的规定，把远动信息变换成各 种信息字或各种报文。编码工作由远动装置完成。,采用循环传输模式时，远动信息的编码要遵守循环传输规约的规定。我国原电力部颁发的循环式传输规约的信息字格式见图1-1。,远动信息字都由48位二进制数构成。,其中前8位是功能码，区分不同信息内容。,信息码是信息内容，包括四遥信息。,最后8位是校验码，采用CRC校验。,校验码的生成规则：在信息字的前40位（功能码和信息码）后面添加8个零，再模二除以生成多项式g(x)=x,8,+x,2,+x+1，将所得余式取非之后，作为8位校验码。校验码是用于检错和纠错的部分，提高信息字在传输过程中抗信道干扰的能力。,问答式传输规约中的报文（Message） 格式见 图2-1。 报文头：34个字节，指出进行问答的RTU的地址、报文所属的类型、报文中数据区的字节数。,数据区：传送的信息内容。 校验码：用报文头和数据区的字节运算得到。可以是奇偶校验码，也可以是CRC校验码。,问答式与循环式传输规约最明显的差别是，问答式传输规约中，不同类型的报文，报文的总长度不同，且报文长度的变化总是按字节增减。,四、常用远动信道,传输远动信号的通道称为远动信道。,信道质量的好坏直接影响信号传输的可靠性。,专用有线信道,复用电力线载波信道,微波信道,光纤信道,无线电信道,卫星通信,常用远动信道,厂站端远动装置,调度端远动装置,主站,（master station）,控制站,（controlling station），,前置机,（front-end processor,子站,（slave station ）,受控站,（controlled station,远动终端装置RTU （Remote Terminal Unit）,第三节 远动系统,一、远动系统（telecontrol system,）,远动信道,前置机：接收RTU送来的实时信息，经译码后还原出被测量的实际值和被监视对象的实际状态，显示在CRT上和调度模拟屏上，也可以打印输出。前置机也可以向RTU发送遥控和遥调信息。,RTU：将电量变送器送来的05V直流电压完成A/D转换，得到与被测量对应的二进制数值；由脉冲采集电路对脉冲输入进行计数，得到与脉冲量对应的计数值；把状态量的输入状态转换成逻辑电平“0”或“1”。再将上述各种数字信息按规约编码成遥测和遥信信息字，向前置机传送。还可以接收前置机送来的遥控和遥调信息，经返送校核正确后（对遥控）输出执行。,前置机和RTU在接收对方信息时,必须保证与对方同步工作，因此收发信息双方都有同步措施。,远动系统中的前置机和RTU是的配置方式如图。,RTUn,RTU1,前置1,前置2,1n台RTU,二、远动系统配置的基本模式,远动配置（telecontrol configuration）是指主站与若干子站以及连接这些站的传输链路的组合体。常用的远动配置有下面一些类型。,1. 点对点配置（point-to-point configuration）,主站与子站之间通过专用的传输链路,相连接的一种配置，见图1-4（a）。,2. 多路点对点配置（multiple point-to-point configuration）,主站通过各自链路与多个子站相连,的一种配置，主站与各子站可同时,交换数据，见图1-4（b）。,3. 多点星形配置（multipoint-star configuration）,主站与多个子站相连接的一种配置。,只许一个子站传输数据到主站；,主站可与一个或多个子站传输数据，,也可向全部子站同时传输报文,见图1-4（c）,4. 多点共线配置（multi-partyline configuration）,主站通过一公共链路与多子站,相连的一种配置。只许一个子站,传输数据到主站；主站可选择一个,或多个子站传输数据，也可向全部,子站同时传输全局性报文，见图1-4（d）。,5. 多点环形配置（multipoint-ring configuration）,所有站之间的通信链路成环状,主站可以通过两条不同的路径与,每一子站通信，见图1-4（e）。,以上五种配置，多点共线可以节省通信链路，但远动信息的传输只能采用问答传输模式。多点环形配置使主站和子站之间有两条通信链路，可以提高传输的可靠性。,对不同结构的电网，可以根据实际情况，在各个局部选择不同的远动配置，由多种远动配置的组合，比如多点星形和多点共线，构成一个混合配置的完善的远动系统。,第四节 调度自动化系统,一、调度自动化系统的功能,调度自动化系统由远动子系统、计算机子系统和人机联系子系统组成，见图1-5。,远动子系统负责收集各发电厂、变电所的各种信息，将其传送到调度中心，完成对信息的预处理。同时也可将调度中心的控制命令传送到发电厂或变电所。计算机子系统是对远动子系统收集到的基础数局作进一步加工处理、分析、计算，为调度人员监视、分析系统运行状态以及对系统运行进行控制提供依据。,人机联系子系统包括屏幕显示器、打印机、键盘、鼠标、调度模拟屏等设备，用于向调度人员显示和输出信息，也可以输入调度人员的控制命令。,SCADA系统：数据采集、监视和控制。,（包括自动发电控制AGC和经济调度EDC功能。）,EMS系统：SCADA系统+PAS（网络拓扑、状态估计、负荷预测、在线潮流、安全分析）+ 在线调度员培训模拟（DTS）,SCADA,（,Supervisory Control And Data Acquisition）,EMS,（,Energy Management System）,调度自动,化系统,二、调度自动化系统的分层控制,国家调度,（,与各大区电网控制中心相连，协调、确定大区网间的联络线潮流和运行方式，监视、统计和分析全国电网运行情况）,大区网调,（,按统一调度，分级管理原则，负责超高压网的安全运行，并按规定的发用电计划及监控原则进行管理）,省级调度,（,负责省网的安全运行，并按规定的发电计划及监控原则进行管理，负责与相邻省网的联络线控制）,地区调度,（一般,采用若干个集控站将周围站点信息汇集、处理后送地区调度的方式）,县级调度,（,县级电网调度所可以分为超大型、大型、中型、小型四个等级来配置）,调度机构,的五级分,层控制,三、调度自动化系统基本指标,SCADA系统的基本指标包括以下内容：,测量的综合误差及遥测合格率；遥信正确率，遥控遥调正确率，站间事件顺序记录分辨率；屏幕显示分辨率；信道的传输速率，频谱，工作方式，通信规约，误码率；信息容量；站内事件顺序记录分辨率；A/D转换误差；系统响应时间，如开关变位时间、遥测全系统扫描时间、画面响应时间、遥控遥调命令响应时间等；系统可用率及平均无故障运行时间；地区负荷总加完成率；直接调度的变电所远动装置安装投运率；不停电电源可维持供电的时间等。,第二章 远动信息传输规约,第一节 远动信息传输系统,一、数字通信系统模型,传输数字信号的通信系统，称为数字通信系统。远动系统中传送的各种远动信息，在进入远动信道之前已经由远动装置将它们全部变成二进制的数字信号，所以传输远动信息的传输系统属数字通信系统。图2-1是数字通信系统模型。下面结合远动信息中遥测信息和遥信信息的传送加以说明。,信息源的作用是把消息转换成连续变化的模拟信号或是离散的数字信号输出。,信源编码对信息源发出的模拟信号完成模/数转换，得到它所对应的数字信号。,信道编码的作用是按一定规则，在信息序列中添加冗余码元，将信息序列变成较原来更长的二进制数字序列，即码字。通过信道编码提高了信息序列的抗干扰能力，信道编码也称差错控制编码。,调制的作用是将用数字序列表示的码字变换成适合于在信道中传输的信号形式，送入信道。电力系统远动中，常采用数字调频或数字调相的方法，将码字中的”0”或“1”码元，变成两种同频率或两种不同相位的正弦交流信号。,信道是传输信号的通道。,解调是把从信道接收到的两种不同频率或两种不同相位的正弦交流信号，还原成数字序列，即码字。,信道译码是根据信道编码规则，对接收码字进行译码校验，达到检出或纠正接收码字中错误码元的目的。,信源译码是根据信源编码规则，变接收信息序列为信息源输出的对应估值，并送给受信者予以显示或打印等。,信道中的干扰总是存在的。,随机干扰：干扰对码字中某个码元的影响是独立的，与前后码元无关。,突发干扰：如果干扰一旦发生，便同时引起码字中前后某些码元的错误，使错误之间具有相关性。,二、通信方式,当通信在点与点之间进行时，按照信息传输的方向，以及是否能双向进行，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。见图2-2。,单工通信,：指信息的传输始终是一个方向，不能进行与此相反方向的传输。单工通信线路一般采用二线制。,半双工通信,：指信息可以在两个方向上传输，但某一时刻只限于一个方向，不能同时进行双向传输。半双工通信采用二线制线路。,全双工通信,：指信息可以同时作双向传输。全双工通信线路一般采用四线制，若采用频率分割法可用二线制线路。,SCADA系统中远动信息的通信方式应当采用全双工通信方式或半双工通信方式。,三、数字通信系统的质量,通信系统的质量指标主要是信号传输的有效性和信号传输的靠性。,有效性：,在给定的信道内能够传输信息内容的多少。用传输速率来衡量。,可靠性,：在给定的信道内接收到信息的准确程度。用差错率来衡量。,传输速率可用码元传输速率或信息传输速率表示。,码元传输速率,：每秒钟传送码元的数目，单位为波特。,波特Bt：,定宽度离散时间信号码元或数字信号的调制率单位或传输率单位。,比特率,：信息传输速率。为每秒钟传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s）。,数字通信系统传输可靠性用差错率来衡量。差错率有两种表述方法：误码率及误信率（又称误比特率）。,误码率：,错误接收的码元数与传送的总码元数之比。用P,e,表示。,误比特率：,错误接收的信息量与传送信息总量之比。用P,eb,表示。,SCADA系统中，信号的传输速率用码元传输速率来表示，可以取300、600、1200Bd。差错率用误码率表示，要求在信噪比为17Bd时，满足误码率不大于10,-5。,第二节、串行通信及传输控制规程,一、异步通信,串行通信最基本的通信方式：异步通信和同步通信。,异步通信的字符格式见图2-3,图中信号的传送次序为从右至左。,异步通信按字符传送，每个字符以起始位开始，以停止位结束。起始位占一位，取逻辑“0”，停止位可以是一位“一位半或两位，取逻辑”1”。数据位可以选择5、6、7或8位组成；需要奇偶校验位时，可选择一位奇校验位或一位偶校验位或无奇偶校验。,字符传送时，可以一个字符紧接着一个字符传送，也可以用任意数目的空闲位（逻辑“1”）延续两字符之间的间隔。,异步通信中每个字符的起始位都起到对该字符的位同步作用，使频率的漂移不会积累。但由于每个字符需多占用23位开销，使异步通信的传输效率降低。,异步通信时，收发双方必须设置相同的字符格式。,二、同步通信,同步通信的格式见图2-4，图中信号的传送次序为从右至左。同步通信以同步字符作为传送开始，字符与字符之间不允许有空隙，当线路空闲或没有字符可发时，发送同步字符。同步字符可以选择单同步字符，也可以选择双同步字符。数据由若干个字符组成。每个字符可以选择一位奇校验位或一位偶校验位或无奇偶校验位。,同步通信时，收发双方必须设置相同的同步字符，另外收发双方必须保证有同步的时钟，由它们分别控制信号的发送和接收。,三、传输控制规程,传输控制规程分为两大类：面向字符的传输控制规程和面向比特的传输控制规程。异步通信的传输控制是面向字符的；同步通信的传输控制可以面向字符，也可以面向比特。,这些传输控制规程可用于点对点式的连接方式或多点式连接方式。在计算机网络中，传输控制规程属于链路级和物理级通信协议。,同步通信的传输控制规程有三种：面向字符的双同步通信协议（BSC）、面向比特的同步数链路控制协议（SDLC）和面向比特的高级数据链路控制协议（HDLC）。,第三节、远动信息的循环式传输规约,远动信息传输的帧结构、信息字结构和传输规则等各种约定，应遵照部颁的循环式传输规约，也称为循环式远动规约。,一、帧结构,循环式远动规约DL451-1991的帧结构见图2-6。每帧远动信息都以同步字开头，并有控制字，除少数帧外均应有信息字。信息字的数量依实际需要设定，因此帧的长度是可变的。但同步字、控制字和信息字都由48位二进制数组成，字长不变。,同步字标明一帧的开始，它取固定的48位二进制数。,控制字由6个字节组成，它们是控制字节、帧类别、信息字数n、源站址、目的站址和校验码字节，见图2-7。,二、信息字结构：每个信息字由6个字节组成，见图2-8。其中第一个字节是功能码字节，第25个字节是信息数据字节，第6字节是校验码。,信息字有上行和下行，并有遥测信息字和遥信信息字。其字格式如图2-9，2-10。,三、帧的组织方式,在循环式远动规约中，远动信息按其重要性和实时性要求，分为五种不同的帧：A、B、C、D（D1和D2）和E帧。这些帧在循环时间上有不同要求，所以应正确安排各种帧,的传送顺序，并控制一帧中信息字的数量。,上行信息的优先级排列顺序和传送时间要求如下：子站收到主站的召唤子站时钟命令后，在上行信息中优先插入两个返送信息字，插入传送一遍；变位遥信和子站工作状态变化信息，以信息字为单位优先插入传送，连送三遍，并要求在1s内送到主站；遥控、升降命令的返送校核信息，以信息字为单位插入传送，连送三遍；重要遥测量安排在A帧传送，循环时间不大于3s；次要遥测量安排在B帧传送，循环时间一般不大于6s；一般遥测量安排在C帧传送，循环时间一般不大于20s；,遥信状态信息安排在D1帧定时传送；电能脉冲计数值安排在D2帧定时传送；事件顺序记录（SOE）安排在E帧，以帧插入方式传送三遍；D1、D2帧传送的是慢变化量，以几分钟至几十分钟的周期循环传送。,E帧传送的事件顺序记录是随机量，同一事件顺序记录应分别在三个E帧内重复传送三次。,下行命令的优先级排列如下：召唤子站时钟、设置子站时钟校正值、设置子站时钟；遥控选择、执行、撤消命令；升降选择、执行、撤消命令；设定命令；广播命令、复归命令。,下行命令是按需要传送，非循环传送。 当不发下行命令时，应连续发送同步码。,在满足规定的循环时间前提下，帧系列可以根据要求任意组织。,下图为E帧、变位遥信、遥控返校插入传送的示图,四、帧结构的简化,在国产的远动装置中，一种较简单的循环式远动规约也常使用，这种规约对帧结构作了简化处理，它的帧结构如图2-14所示。和部颁的循环式远动规约见图2-6比较可以看出，这种帧结构中取消了控制字，增加了慢变化字,。,除上述区别外，这种规约的同步字、信息字结构、校验码生成规则都满足部颁规约。,第四节、远动信息的问答式传输规约,报文：POLLING方式中，无论是主站向子站发送的命令，还是子站向主站回送的数据，都称为报文。每个报文含有一个完整的意义，但不同的报文长度不一定相同。,类型与类别：类型指数据的不同分类。数据的类型分为模拟量、状态量、状态变化量、时标量等。 类别指数据或信息依其不同扫描周期划分为07类。对各种类型的数据要分别指定属于某一类别，任一类别的扫描周期可由外面输入定义。时标量定义为类别8。,报文的格式,本规约中的报文，可分为三种报文格式：,主站向子站询问的报文；子站向主站回答确认或否定确认的报文；主站向子站或子站向主站传送数据的报文。主站向子站询问的报文格式见图2-15。,第一字节为子站地址，取00H-FEH。,当取FEH时，该询问报文为广播命令。,第二字节报文类型可以取05H和1AH。当报文,类型代码为05H时,该报文为类别询问报文；,为1AH时,该报文为重复询问报文。,子站向主站回答确认或否定确认的报文格式见图2-18。,传送数据的报文格式见图2-19。,第一字节为子站地址，取00H-FEH。,第二字节报文类型取06H时，为确认报文：,子站正确收到主站的命令；取15H时为否定,确认报文。第三字节类别标志字节的07位。,与数据类别相对应。,第一字节为子站地址。,第二字节低6位作为报文类型的代码；,第三字节为报文中数据区的字节数。,报文的校验码为两个字节。,主站与子站间的问答过程：见下图,第三章、远动信息的信道编译码,第一节、抗干扰编码的基本原理,信道编码是对信源编码得到的信息序列按照某种规律添加一定的校验码元，由信息序列和校验码元构成一个有抗干扰能力的码字。添加校验码元的规律或规则不同，就形成不同的编码方法。远动信息的信道编码方法大多采用奇偶校验和循环冗余校验CRC。,一、最小距离与码的检错、纠错能力,码的最小距离是衡量这种码抗干扰能力的重要参数。对最小距离为d,min,的码,它能,纠正的码字中的错误个数t,和能检出的码字中的错误个,数l满足关系：,二、信道编码的代数基础,1、伽罗华域及域上多项式,2、二元域上的多项式运算,第二节、奇偶校验码,一、奇偶校验码,奇偶校验码是一个（n,n-1）分组码。它的编码规则是在n-1位信息元后面,添加一位奇校验或偶校验的校验码元,使每个码字中“1”码元的个数恒为奇数或偶数。,奇偶校验码的检错能力较差。当接收码字错奇数个码元时，奇偶校验只能检测出码字有错，而不能确定是哪几位码元的错误。若接收码字中出现偶数个错误，则使奇偶校验码失去检错能力。但奇偶校验码的编码效率很高,二、水平垂直奇偶校验码,水平垂直奇偶校验码是水平和垂直两个方向的奇偶校验码，也称纵横奇偶校验码。,三、水平垂直奇偶校验码,水平垂直奇偶校验码是水平和垂直两个方向的奇偶校验码，也称纵横奇偶校验码。,第三节、循环码的编译码原理,一、线性分组码,当分组码满足每个码字中的每一位校验码元，都是本码字中某些位信息码元的线性模2和时，这个分组码为线性分组码。线性分组码的编码可以用生成矩阵G实现。,二、循环码的编译码原理,循环码是线性分组码的一个重要子类，因此循环码可以像线性分组码一样，用生成矩阵实现编码。但由于循环码的一些重要特性，使循环码的编码和译码用一个生成多项式便可以实现。,循环码分为非系统循环码和系统循环码。,实现非系统循环码的编码只要根据码长n和信息位k选定生成多项式g(x)，再完成m(x)g(x)的乘法运算,便得到信息多项式m(x)对应的循环码的码多项式c(x)。,(n,k)系统循环码的编码过程是：首先把信息多项式m(x)乘以x,n-k,，得到x,n-k,m(x)；然后以生成多项式g(x)去除x,n-k,m(x)，如果商为q(x)，余式为r(x)，则x,n-k,m(x)=q(x)g(x)+r(x)；最后用r(x)模2加x,n-k,m(x)，便得到所需的系统循环码码字c(x)=x,n-k,m(x)+r(x)。,三、缩短循环码,任何一个给定的（n,k）系统循环码的2,k个,码字中，一定存在2,k-j,（jn-k时，检测不出的突发错误占同样长度的可能的突发错误总数的百分比为,2,-(n-k),当b-1n-k,2,-(n-k-1),当b-1=n-k,第五节 系统循环码的编译码电路,一、除法电路,系统循环码的编码是将信息多项式m(x)乘以xn-k，再除以生成多项g(x)，把所得余式r(x)与x,n-k,m(x)模2加，便得到码字c(x)=x,n-k,m(x)+r(x)。译码时用接收码字去除以生成多项式g(x)，判余式是否为零。由此可见，无论编码还是译码，都要进行多项式的除法运算，求余式。,多项式的除法运算，可以用反馈移位寄存器实现。当除式g(x)为n-k次多项式时，完成除法运算的电路见图3-3，称为除法电路。只要除式g(x)被确定，与它对应的除法电路也唯一地被确定。,二、系统循环码的译码电路,按照图3-3，当g(x)=x,3,+x+1时可以构成图3-4所示的除法电路。这种除法电路的被除数从移位寄存器的低端输入，所以称它为低端输入除法电路。被除数为1111111，它在低端输入除法电路中的运算过程如表3-5所示。,当被除数是n位二进制数时，低端输入除法电路要经过n次移位运算得到最后余数。如果接收端按生成多项式g(x)构成低端输入除法电路，并把从信道中接收的码字按接收节拍逐位送入除法电路，那么当n位码元接收完后，除法电路中寄存器状态便是接收码字除以生成多项式之后的余式，即伴随式。这时，低端输入除法电路完成了译码运算。,三、系统循环码的编码电路,图3-5为g(x)=x,3,+x+1对应的高端输入除法电路，它仍由生成多项式g(x)唯一地确定。,如果被除数为信息序列1111，即m(x)=x,3,+x,2,+x+1，当信息序列送入该除法电路时，除法电路的运算过程如表3-7所示。这时电路经过四次移位运算得到余式111。,用高端输入除法电路完成编码运算时，只需将k位信息码元在向信道发送的同时，也送入除法电路，当k位信息位发送结束时，k次运算同时完成，在除法电路中便得到信息位对应的余数。再把信息的余数紧跟信息位发向信道，就保证了一个码字中的n位码元向信道发送是不间断的。,第六节 系统循环码的编译码算法,在计算机系统中，而直接用程序来完成编码和译码的除法运算，称为软件表算法。,一、软件表算法I,设k位信息序列m=m,k-1,m,k-2,m,1,m,0,，软件表算法I的步骤是：,（1）把k位信息序列m分成长度为n-k位的p信息段，记为m=M,1,M,2,M,p,。,（2）在第一个信息段M,1,后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)得余数r,1,。再将余数r,1,与第二个信息段M,2,模2加得M,2,。,（3）在M,2,后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)得余数r,2,，将与第三个信息段M,3,模2加得M,3,。,（4）对M,3,按步骤（3）进行得M,4,，如此下去直到对M,p,按步骤（3）进行得到r,p,，它就是信息序列m编码应得的余数。这时信息序列m对应的码字是c=M,1,M,2,M,p,r,p,。,软件表算法I把x,n-k,m(x)/g(x)的除法运算变成了分段进行的除法运算。.并且每一段运算都是在n-k位二进制序列后面添加n-k个零，再除以生成多项式g(x)求余数。因此可以事先完成这2,n-k,个被除数除以生成多项式的除法运算，并把计算出的2,n-k,个余数称为中间余数存在内存中，建立一个中间余数表。便可以找到该信息段对应的中间余数。软件表算法I一般用在n-k比较小的情况。,二、 软件表算法II,设信息序列,m=m,k-1,m,k-2,m,1,m,0,，软件表算法II的步骤是：,（1）,把信息序列m分成长度为(n-k)/2位的p信息段，记为m=M,1,M,2,M,p,。,（2）在第一个信息段M,1,后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)得中间余数r,1,。再将n-k位中间余数r,1,分成两段，前半段的(n-k)/2位是高位段，记为r,1H,，后半段的(n-k)/2位是低位段，记为r,1L,。,（3）将r,1H与,第二个信息段M,2,模2加，得M,2,。在M,2, 后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)，得中间余数r,3,，再将n-k位中间余数 分成两段，前半段的(n-k)/2位记为r,3H,，后半段的(n-k)/2位记为r,3L,。,（4）将r,2H,和r,1L,与第三个信息段M,3,模2加，得M,3,= r,2H,+r,1L,+M,3,。在M,3, 后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)，得中间余数r,3,，再将n-k位中间余数分为两段，前半段的(n-k)/2位记为r,3H,，后半段的(n-k)/2位记为r,3L,。,（5）对M,3,后面的信息段M,4，,M,5,.M,p,重复步骤（4）,直到求出M,p,=r,(p-1)H,+r,(p-2)L,+M,p,。在M,p,后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)，得中间余数r,p,，再将n-k位中间余数r,p,分为两段，前半段的(n-k)/2位记为r,pH,，后半段的(n-k)/2位记为r,pL 。,将r,pH,与r,(p-1)L,模2加得r,H,= r,pH,+r,(p-1)L,令r,l,=r,pL,，,则r,H,和r,L,分别是信息序列m的余式r的高(n-k)/2位和低(n-k)/2位。记为,r,=,r,H,r,L,。,对软件表算法II也可以事先分别对长度为(n-k)/2位的所有二进制序列，其后添n-k个零，再除以生成多项式求中间余数，并在内存中建立一个中间余数表。以后对任何长度为k位的信息编码，都可以通过查表和模2加运算完成。,三、两段查表法,如果把算法中划分的信息段再进行处理，把一个信息段分解成两个信息段的模2和，并且使分解后得到的两个信息段各有一半的位数取零，其中一个高半段取零，另一个低半段取零。然后对分解后得到的信息段建立中间余数表，便可以进一步减少余数表所占内存的数量。,两段查表法减少了中间余数表占用的内存空间，但计算一个信息段的余数要进行两次查表和一次模2加运算。,第七节 远动信息的CRC校验,一、生成多项式,我国部颁循环式远动规约规定，每帧远动信息中的控制字和信息字都采用CRC校验，并选用生成多项式g(x)=x,8,+x,2,+x+1生成(48,40)循环码，其陪集码为FFH。,我国部颁问答式远动规约中的报文，有校验码为16位的报文和校验码为8位的报文。16位校验码的报文采用CRC校验，生成多项式是g(x)=x,16,+x,15,+x,2,+x+1，它是ISO制定的HDLC标准CRC校验码。8位校验码的报文中，校验码由7位CRC校验码和一位奇偶校验码组成。7位CRC校验码的生成多项式g(x)=x,7,+x,6,+x+1。,二、 循环传输规约的CRC校验,生成软件表的,程序框图见图3-6。,发端用软件表算法I编码,时，要将40位信息分为5个,八位的信息段。,按照程序框图图3-7设计,出编码程序。,编码程序在发送端使用，对接收端应该将接收到的48位码元分成6个8位长的字节，对前面5个字节（信息位）先按编码程序处理计算出r,5,，对r,5,取非得r,5,，然后将r,5,与接收到的第六个字节异或，如果异或结果为零，认为接收码字正确；否则表示发送码字在信道中受到干扰 。,三、我国问答式远动规约的CRC校验,1. 16位校验码的报文校验,16位校验码的报文格式，见图2-19。,16位校验码的编码程序,框图见图3-9。,2. 8位校验码的报文校验,把8位校验码的重复询问报文用图3-10表示，其中 表示校验码字节。,校验码字节的最高位由报文中其余字节的最高位进行模2加产生，剩余7位是CRC校验码，生成多项式g(x)=x,7,+x,6,+x+1。,第四章 远动信息的时序及同步,第一节 远动信息的时序,远动信息的发送时间顺序和接收时间顺序，可以用位、字节、码字来表征。,一、远动信息的位,微机远动装置中，串行接口电路向信道发送或从信道接收的一位数据就是远动信息的一个码元，也称为一位。每秒钟向信道发送或从信道接收的码元数，称为码元传输速率或波特率。,总之，微机远动装置中远动信息的码元传输速率由串行接口电路的发送时钟和接收时钟进行控制。同步通信时，串行接口电路发送/接收时钟频率等于远动信息的码元传输速率，即波特率。异步通信时，发送/接收时钟频率和远动信息的波特率之间有一个系数关系。,二、字节和码字,远动装置发送远动信息时，CPU每次通过数据总线并行地向串行接口电路输出一个字节，串行接口电路再一位一位地向信道串行输出。接收远动信息时，串行接口电路从信道一位一位地串行接收，当收满一个字节后CPU通过数据总线并行地从串行接口电路读入一个字节。,发送端设有发送字节计数器，接收端有接收字节计数器，在接收和发送远动信息的过程中，收发两端还必须对码字个数进行计数。,三 、同步的必要性,远动装置的同步，就是要保证收发两端码字计数器和字节计数器的计数值一致，并使接收时钟的相位与发送时钟的相位差不超过允许值。这样才能保证接收端对接收信息识别的正确性。 实现同步的方法有帧同步和位同步两种。,第二节 帧 同 步,一、帧同步（frame synchronization）,如果发送端在每帧发送信息字之前，先发送同步码字，即每帧以同步码字开头，标明一帧的开始。接收端从接收信息中检测到正确的同步码字后，将接收端的码字计数器和字节计数器置成与发送端相同的计数状态，这种同步方式叫帧同步。帧同步中的同步字取一组特定的不变的字符。,二、同步字的检测,接收端对同步字的检测分为两种情况。一种是接收端正确接收完一帧信息后，在下一帧的同步字应该出现的时间间隔内寻找同步字，这叫惯性同步状态。另一种是收发两端处于失步状态，比如接收端刚开机工作，这时接收端必须从接收信息中首先寻找出同步字才能进入对后续码字的接收，这种工作状态叫搜索同步状态。,图4-4是同步字检出原理框图。,第三节 位 同 步,位同步是指收发两端的位相位一致，就是要使发送端串行接口电路的发送时钟和接收端串行接口电路的接收时钟始终保持相位一致。,一、数字锁相原理,发送端发送时钟的周期等于一位码元的时间宽度，因此接收端收到的数字信息中含有发送端发送时钟的相位信息。接收端可以在接收信息的过程中!以接收到的信息相位为基准，不断调整收端接收时钟的相位，减小收发两端的位相差，从而不至于出现因位相差的积累而失步的现象。这就是用数字锁相实现位同步的原理。,图4-5是接收端完成位同步的数字锁相电路原理框图。,u,a,是收端接收到的经解调后的信息序列， u,a,出现变位时，校正脉冲发生器输出u,b,，它可以代表发送端的位相位。分频电路的输出u,c,，是收端串行接口电路的接收时钟。,为了使两端的位相差不超过半个码元，相位比较器完成将u,b（,它代表发送端的位相位）和u,c （,它代表接收端的位相位）进行相位比较。,计数脉冲控制电路的作用是：根据相位比较器的比较结果，调整收端分频电路的分频系数。,二 、数字锁相电路,数字锁相电路的功能一是完成对收发两端位相位的比较，判断其超前和滞后状态；二是根据判断结果，调整接收端分频电路的分频系数，使收端的位，即码元的宽度变长或变短，从而达到缩小两端位相差的目的。,图4-7是用硬件构成的数字锁相电路。图中的两个JK触发器和CD4520加法计数器构成收端的分频电路。分频电路的输出f6是串行接口电路的接收时钟。校正脉冲产生电路由图4-7中的异或门、触发器ZX1和ZX2组成。Y1和Y2 和H1完成相位比较和计数脉冲控制。,图4-8是用可编程定时器8253构成的数字锁相电路。8253的计数器0作分频电路；计数器2、D触发器和与门完成相位比较；分频系数的调整由软件实现。,三 、通信方式与位同步,以同步通信方式发送信息时，收端的帧同步措施可以通过对同步字的检测，将信息序列按字节划分开。但在实现帧同步后，按字节接收的过程中，为了消除发端的发送时钟和收端的接收时钟之间的频差所产生的位相差，收端必须同时采用位同步措施。,异步通信用一位起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束，以此构成一帧信息。由于起始位起到使该字符内各位码元保持位同步的作用，因此收端不必再采用其它措施实现位同步。,第四节 同步的性能,通过检测同步字完成帧同步时，由于信道的干扰，可能出现漏同步和假同步。用数字锁相电路完成位同步时，存在反校的可能性。,一、漏同步和假同步,当同步字在信道中受到干扰，使其中某些码元发生变位，致使收端检测不出同步字，称为漏同步。当接收到的信息序列中，出现与同步字相同的码序列时，在对同步字检测时会把它误判为同步字，造成假同步。,二、位同步的反校,收发两端发送时钟和接收时钟的相位差时，数字锁相电路在工作过程中，通过相位调整，会使两者的相位差继续增加，直到 2，造成两端时序错一位，这种情况称为反校。,第五章、远动信息的信源编码,如何处理远动信息和命令正是本章所要介绍的内容。,第一节、遥信信息的采集和处理,一、遥信对象状态的采集,遥信信息通常由电力设备的辅助接点提供，辅助接点的开合直接反映出该设备的工作状态。,无源接点,：即空接点，无论是在(开)状态还是(合)状态，接点两端均无电位差。提供给远动装置的辅助接点大多为无源接点。断路器和隔离开关提供的就是这一类辅助接点。,有源接点,：在(开)状态时两端有一个直流电压，是由系统蓄电池提供的110V或220V直流电压。一些保护信号提供此类接点。,图5-1给出了两类触点信号的例子。,图5-1(a)是断路器动作机构原理图。,图5-1(b)是断路器事故跳闸音响回路的一部分,。,不论无源还是有源触点，由于它们来自强电系统，直接进入远动装置将会干扰甚至损坏远动设备，因此必须加入信号隔离措施。通常采用继电器和光电耦合器作为遥信信息的隔离器件，如图5-2所示。图5-2(a) 采用继电器隔离，图5-2(b)采用的光电耦合器隔离。,图5-3给出一适用于有源和无源接点的实用电路。当遥信信源连通（短路）时，输出YX为高电平；当遥信信源悬空或带有直流正电压时，YX为低电平。,遥信对象采集也有采用双触点的处理方法。双触点遥信就是一个遥信量由两个状态信号表示，一个来自开关的合闸接点，另一个来自开关的跳闸接点。因此双触点遥信需用二进制代码的两位来表示。“10”和“01”为有效代码，分别表示合闸与跳闸；“00”与“11”为无效代码。这种处理方法可以提高遥信信源的可靠性和准确性。,二、遥信状态的输入电路,经过上述信号处理后，远动装置内的遥信信息为符合TTL电平的“0”、“1”状态信号。,每一遥信对象映射到计算机中正好是二进制代码的一位。大量散乱的遥信对象必须通过遥信状态的输入电路的有效组织，才能便于计算机处理。,接收遥信量的输入电路可以采用,三态门芯片、并行接口芯片和数,字多路开关芯片三类接口芯片,实现。三态门芯片种类很多，,如图5-4以74LS244为例说明。,并行接口芯片同样可以实现遥信量的采集，如图5-5所示，以intel8255可编程I/O接口芯片为例说明。,当遥信量较多时，可采用数字量多路开关。如图5-6所示。,用数字量多路开关可实现遥信量输入的扩展。图5-7为采用1片SN74LS244和8片SN74151实现64路遥信量输入的例子。,遥信信息在采集和处理上有两种不同的模式：定时扫查和变位触发。,1、定时扫查模式,图5-8给出了一个8路遥信量采集的电路图。将intel8255的A口设置为输入方式，读A口的状态即可得到8路遥信量的状态。,一般将遥信扫查置于实时时钟中断服务程序中，每一个等时间间隔，如110ms，都要对全部的遥信量进行一次扫查，这样构成的扫查模式为定时扫查模式。遥信定时扫查的子程序框图如图5-9所示。,2、变位触发模式,在实时扫查模式的基础上，,增加一些硬件，占用一个CPU的,外部中断源，则可实现变位触,发模式。 遥信变位中断服务,程序框图如图5-10所示。,三、提高遥信信息可靠性措施,电网调度自动化对远动系统中遥信采集的可靠性和准确性的要求极高，要求在硬件和软件两个环节加以充分的保证。,硬件方面：,保证强电系统和弱电系统的信号隔离，通常采用继电器隔离和光电耦合器隔离。以及YX防抖和消噪处理。,软件方面：,不能以一次读取的遥信状态为准，必须连续多次读取状态，以其每次读取均相同的状态作为遥信状态，这样才能保证遥信信息的正确性和可靠性。防抖和消噪处理也可以用软件实现。,四、事件顺序记录,事件（event）指的是运行设备状态的变化，如开关所处的闭合或断开状态的变化，保护所处的正常或告警状态的变化。事件顺序记录是指开关或继电保护动作时，按动作的时间先后顺序进行的记录。,事件分辨率,（separating capability,discrimmination）：指能正确区分事件发生顺序的最小时间间隔。,站内分辨率和站间分辨率：,是指站内（或站间）发生的两个事件能被分辨出来的最小时间间隔。规约中要求，站内分辨率应小于10ms，系统分辨率应小于20ms。它是事件顺序记录的主要技术指标。,要完成事件顺序记录功能，远动装置中必须提供实时时钟。,实时时钟由CPU内部或外部的可编程定时/计数器电路产生的定时中断请求信号，在定时中断响应后，执行实时时钟中断服务程序而形成。,图5-11给出一实时时钟中断服务程序框图。,为