配電網第二章

1、農村電力網自動化專題農村電力網自動化專題第二章 配電自動化通信系統(tǒng) 通信系統(tǒng)的建設是配電自動化系統(tǒng)的關鍵之一。配電自動化系統(tǒng)需要借助于有效的通信手段，將控制中心的控制命令準確地傳送到為數眾多的遠方終端，并且將反映遠方設備運行情況的數據信息收集到控制中心。和輸電網自動化不同，配電自動化系統(tǒng)要和在數量上多得多的遠方終端通信，因此如何降低通信系統(tǒng)的造價，而且還要滿足配電自動化系統(tǒng)的要求，成為實現配電網自動化要解決的重要問題。 隨著通信技術的發(fā)展，目前可選用的通信手隨著通信技術的發(fā)展，目前可選用的通信手段很多，根據所實施的配電自動化系統(tǒng)的具體情段很多，根據所實施的配電自動化系統(tǒng)的具體情況，選用恰當的通

2、信方式，必須對各種通信技術況，選用恰當的通信方式，必須對各種通信技術的長處和不足有一個較全面的了解。從目前的技的長處和不足有一個較全面的了解。從目前的技術水平看，沒有任何一種單一的通信手段能夠全術水平看，沒有任何一種單一的通信手段能夠全面滿足各種規(guī)模的配電自動化的需要，因此多種面滿足各種規(guī)模的配電自動化的需要，因此多種通信方式在配電網中的混合使用是難免的。通信方式在配電網中的混合使用是難免的。第一節(jié) 配電網自動化對通信系統(tǒng)的要求v一、可靠性v 準確、連續(xù)、抗干擾、抗惡劣環(huán)境v二、通信系統(tǒng)的費用v 建設費用、運行費用v三、通信速率v四、雙向通信功能v五、通信系統(tǒng)電源不受停電影響v六、使用和維護方

3、便第二節(jié) 信息傳輸的一般知識v一、數字信號和模擬信號二、二進制數字信號比特：每一位二進制數叫“二元碼”，也叫比特（bit）。字節(jié)：一組二進制數組成一個字節(jié)。三、傳輸速率比特率：每秒內通過信道傳輸的信息量，bit/s。 四、傳輸方式v 串行傳輸 并行傳輸 五、多路復用技術v一個信道同時傳輸多路信號v頻分多路復用技術v時分多路復用技術六、數字信號傳輸系統(tǒng)的構成1.信源：P、U、I 、電量等信號2.信源編碼：A/D轉換（模擬信號轉成二進制）3.信道編碼：A/D轉換后的二進制信號分組、加糾錯碼等4.調制：將信道編碼后的信息變成便于遠傳的信號v調制的方法見下圖：v5.信道：信息的傳輸媒介，有有線和無線兩

4、種形式。v6.解調器：調制的反向工作。v7.信道譯碼：信道編碼的反向工作。v8.信源譯碼：信源信道編碼的反向工作。v9.信宿：信息的歸宿，最后的顯示。第三節(jié) 配電網自動化能采用的通信方式v一、配電線路載波通信v電力線載波通信可分為一線對地傳輸方式、兩線對地傳輸方式、相間結合傳輸方式（即利用同一回線路的兩條線傳輸方式）和回線間結合傳輸方式。v配電線載波通信將信息調制在高頻載波信號上通過已建成的電力線進行傳輸。v載波頻率一般為540kHZ。對于低壓配電線載波通信，載波頻率一般為50150kHZ。組成原理圖v設計配電線載波通信系統(tǒng)方案時，應明確以下技術問題：v 1）隨著線路結構的變動（分段開關、聯絡

5、開關的動作），載波信號的衰減情況也隨之發(fā)生變化，在設計時應考慮最壞的情況。v 2）隨著線路的用電負荷變動，載波信號的衰減情況也隨之發(fā)生變化，一般負荷越重，衰減越嚴重，在設計時應考慮最壞的情況。v 3）不同的用電設備對載波信號的干擾也不同，直接整流環(huán)節(jié)和高頻激勵的氣體放電燈對載波信號的干擾較大。v 4）地埋電纜的線一線、線一地之間的分布電容較大，因此對載波信號的衰減較大，并且頻率越高，衰減越大，因此要求在有地埋電纜的線路上，使用較低的載波頻率。v 5）配電線的載波頻率越低，線路衰減越小，受50HZ工頻的諧波干擾越強；其頻率越高，線路衰減越大，受 50HZ工頻的諧波干擾越弱。綜合考慮，配電線載波信

6、號的頻率范圍應為540kHZ，在衰減可以接受的情況下，使用204OkHZ最佳。v 6）因使用的頻率較低，耦合濾波器電容必須在10000PF以上，阻波器則需數值大一些。v7）因線路分支較多。為降低成本，一般不在各分支上加阻波器，為此必須采取以下措施：載波機采用FSK方式提高抗干擾能力；增大輸出功率以提高信噪比和適應范圍；具備一定的輸出功率與裕量，以保證在最不利的情況下滿足使用要求。v8）對一些非常復雜且信號衰減大的線路，或對一些能產生強干擾的分支，應適當加設阻波器以降低信號衰減和減少干擾信號進入載波通道。v 9）對于一些在通信距離上滿足不了的環(huán)網配電線路，可以在其當中適當位置加設阻波器，并將其兩

7、側的線路上的設備信息分別上報給兩側相應的主變電所，構成較長饋線載波通信系統(tǒng)。v 10）配電線載波系統(tǒng)由于反射導致駐波，從而在饋線某些位置可能會存在盲點。二、光纖通信 光纖通信是以光波作為信息載體，以光導纖維作為傳輸介質的先進的通信手段。光纖通信技術已在電力系統(tǒng)中廣泛應用。與其它通信技術相比光纖通信有以下的優(yōu)點：v 1）傳輸頻帶很寬，通信容量大；v 2）傳輸衰耗小，適合于長距離傳輸；v 3）體積小，重量輕，可繞性強，敷設方便；v 4）輸入與輸出問電隔離，不怕電磁干擾；v 5）保密性好，無漏信號和串音干擾；v 6）抗腐蝕，抗酸堿，且光纜可直埋地下。光纖通信仍存在以下的缺點：v 1）強度不如金屬線；

8、v 2）連接比較困難；v 3）引分路和耦合不方便；v 4）彎曲半徑不宜太小。按傳輸的光波長劃分，光纖通信系統(tǒng)可分為：v 1）短波光纖通信系統(tǒng)，工作波長為0.80.9微米，中繼距離短于 10km；v 2）長波光纖通信系統(tǒng)，工作波長為1.01.6微米，中繼距離可大于100 km；v 3）超長波光纖通信系統(tǒng)，工作波長為 2.0微米以上，中繼距離可達 1000km以上。光纖通信的組成v圖中：電端機完成對信息源的處理，如多路復用等；光端機的發(fā)送端內含有光源，它完成將電信號轉換成為光信號，并輸人光纖傳輸至遠方；v光端機的接收端內含光檢測器，它完成將來自光纖的光信號還原成為電信號；并輸入到電端機的接收端；中

9、繼器完成將經過長距離傳輸后被衰減和畸變了的光信號放大、整形和再生成一定強度后，繼續(xù)送向遠方。三、微波通信 微波通信的頻率在1GHZ以上，這種通信方式目前廣泛應用于繼電保護和輸電網調度自動化系統(tǒng)中。微波通信方式的傳輸容量大，質量高，配置靈活。 微波通信一般是點對點的通信方式，因此，如果在配電自動化系統(tǒng)中完全采用微波通信方式，則對于為數眾多的測控單元，每個點都要建設一對微波通信設備。 微波通信雖可以省去建設有線傳輸線的費用，并且具有很寬的帶寬，可以實現很高的數據傳輸速率。但是，對于配電自動化，由于通信距離較短且數據收輸速率要求不高，加上建設一套微波通信系統(tǒng)的技術復雜性和造價高等，使得微波通信在配電

10、自動化中不具有吸引力。微波通信的組成四、衛(wèi)星通信v地面通信線路的成本隨著距離的增加而提高，而衛(wèi)星通信與距離無關。這就使得長距離干線或幅員廣大的地區(qū)采用衛(wèi)星通信較合適。v衛(wèi)星通信是利用位于同步軌道的通信衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)或反射地面站間進行通信。和微波通信相比，衛(wèi)星通信的優(yōu)點是不限制，通信容量大，不受大氣層騷動的影響，通信可靠。要想采用衛(wèi)星通信方式，必須租用或擁有一個星上應答器，并具有必要的上行和下行聯絡設備。v由于衛(wèi)星在同步軌道的超高空上，報文來回一次的時間約為14秒，傳輸延遲大，所以不能用于響應速度要求很快的場合（如繼電保護等）。五、無線擴頻通信v擴展頻譜通信擴展頻譜通信(Spread Sp

11、ectrum Communication)，它與光纖通信、衛(wèi)星通信，一同被譽為進入信息時代的三大高技術通信傳輸方式。v擴頻通信是將待傳送的信息數據通過一個獨立的序列隨機編碼(擴頻序列碼)調制，實現頻譜擴展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進行解調及相關處理，恢復原始信息數據。這一定義包含了以下三方面的意思：這一定義包含了以下三方面的意思：v信號的頻譜被展寬了信號的頻譜被展寬了 如如人類的語音的信息帶寬為300Hz - 3400Hz，電視圖像信息帶寬數為MHz。為了充分利用頻率資源，通常都是盡量采用大體相當的帶寬的信號來傳輸信息。如用調幅信號來傳送語音信息，其帶寬為語音信息帶寬的兩倍，這屬于窄帶通

12、信。v一般的調頻信號，或脈沖編碼調制信號，它們的帶寬與信息帶寬之比為幾到十幾倍，而擴展頻譜通信信號帶寬與信息帶寬之比則高達100 - 1000，屬于寬帶通信。 v采用擴頻碼序列調制的方式來展寬信號頻譜采用擴頻碼序列調制的方式來展寬信號頻譜 我們知道，在時間上有限的信號，其頻譜是無限的。例如很窄的脈沖信號，其頻譜則很寬。取決調制速度。1微秒的脈沖的帶寬約為1MHz。 擴頻系統(tǒng)就是采用很窄的脈沖碼序列，其碼速率是很高的，稱為擴頻碼序列。所采用的擴頻碼序列與所傳信息數據是無關的，也就是說它與一般的正弦載波信號一樣，絲毫不影響信息傳輸的透明性。擴頻碼序列僅僅起擴展信號頻譜的作用。v在接收端用相關解調來

13、解擴在接收端用相關解調來解擴 在擴頻通信中接收端則用與發(fā)送端相同的擴頻碼序列與收到的擴頻信號進行相關解調，恢復所傳的信息。換句話說，這種相關解調起到解擴的作用。即把擴展以后的信號又恢復成原來所傳的信息。v使擴頻通信有如下的優(yōu)點： v 抗干擾 v 抗噪音 v 抗多徑衰減 v 具有保密性 v 功率譜密度低，具有隱蔽性和低的截獲概率 v 可多址復用和任意選址 v 高精度測量等六、其它通信v 電話網、互聯網、有線電視網等v 第四節(jié) 配電自動化中通信系統(tǒng)規(guī)約配電自動化中通信系統(tǒng)規(guī)約v建設配電自動化通信系統(tǒng)時，必須認真考慮采用的通信規(guī)約。目前普遍運用于電網調度自動化和變電站綜合自動化的通信規(guī)約大致可以分為

14、應答式規(guī)約（如 SC1801、 4F和 Modbus等）、循環(huán)式規(guī)約（如CDT、 DXF5和 C01等）和對等方式規(guī)約（如 DNP3 0）三類。v 應答式規(guī)約又稱Polling規(guī)約。它以主站為主，依次向各RTU發(fā)出查詢命令，各RTU依查詢命令進行回答，回答信息串的長度是可變的。v 應答式規(guī)約的特點是：應答式規(guī)約的特點是：v1）RTU有問必答，當RTU收到主機查詢命令后，必須在規(guī)定的時間內應答，否則視本次通信失?。籿2）RTU無問不答，當RTU未收到主機查詢命令時，絕對不允許主動上報信息。v應答式規(guī)約的優(yōu)點：應答式規(guī)約的優(yōu)點：v1）應答式規(guī)約允許多臺RTU以共線的方式共用一個通道，這樣有助于節(jié)省

15、通道，提高通道占用率，對于區(qū)域工作站和為數眾多的FTU通信的情形，這種方式是很合適的；v2）應答式規(guī)約采用變化信息傳送策略，從而大大壓縮了數據塊的長度，提高了數據傳輸速度；v3）應答式規(guī)約既可以采用全雙工通道，也可以采用半雙工的通道，既可以采用點對點方式，也可以采用一點多址或環(huán)形結構，因此通道適應性強。v應答式規(guī)約的不足表現為：應答式規(guī)約的不足表現為：v1）由于不允許主動上報，應答式規(guī)約對事故的響應速度慢，尤其是傳輸速率較低時，這個問題會更突出；v2）應答式規(guī)約對通道的要求較高，因為一次通信失敗會有較大的損失，雖然可以采用通信失敗后補發(fā)的方法解決上述問題，但補發(fā)次數有限。v3）應答式規(guī)約往往采

16、用整楨校驗的方式，如果一楨信息量較大，出錯的概率較大，校驗出錯后就必須整幀丟棄，并阻止重發(fā)楨，從而更加降低了實時性；v4）應答式規(guī)約一般僅允許多個從站和一個主站間進行數據傳輸。v循環(huán)式規(guī)約又稱循環(huán)式規(guī)約又稱CDT規(guī)約規(guī)約v它是一種RTU自發(fā)地不斷循環(huán)上報現場數據的規(guī)約，上報信息的長度是可變的。循環(huán)式規(guī)約的特點是：v1）數據傳送以現場端為主，RTU自發(fā)地不斷循環(huán)上報現場數據給主站，而主站被動接受。v2）數據格式在發(fā)送端與接收端事先約定好，周而復始，連續(xù)循環(huán)發(fā)送；v3）重要數據發(fā)送周期短，實時性強，一般數據發(fā)送周期長，實時性差，遙信變位優(yōu)先插入傳送。v循環(huán)式規(guī)約的優(yōu)點有：循環(huán)式規(guī)約的優(yōu)點有：v1)

17、由于采用循環(huán)式規(guī)約的RTU不斷循環(huán)上報現場數據，即使發(fā)生暫時通信失敗丟失一些數據，當通信恢復正常后，被丟失的信息仍有機會上報，而不致于造成顯著危害。因此這種方式對通道的要求不高，適合于在我國質量比較差的通道環(huán)境下使用。v2）循環(huán)式規(guī)約采用信息字校驗的方式，將整楨信息化整為零，當某個字符出錯時，只丟棄相應的信息字即可，而其它校驗正確的信息字就可以接收處理，大大提高了傳輸數據的利用率。從而更加適合于在質量比較差的通道環(huán)境下使用；v3)循環(huán)式規(guī)約采用遙信變位優(yōu)先插入傳送的方式，大大提高了事故傳送的相應速度；v4）循環(huán)式規(guī)約的容量比應答式大得多。v5）循環(huán)式規(guī)約允許多個從站和多個主站間通信。v循環(huán)式規(guī)

18、約的不足表現為：循環(huán)式規(guī)約的不足表現為：v1）循環(huán)式規(guī)約的RTU自發(fā)地不斷地上報數據，必須用雙工通道，并且不允許多臺RTU共線連接，而只能采用點對點的方式連接。v 2)由于采用現場數據不斷循環(huán)上報的策略，主機對一般遙測量變化的響應速度慢。vDNP規(guī)約 (分布式網絡規(guī)約) v是美國電力工程協(xié)會制定的美國國家標準。近年來逐漸被引進到國內復雜的大規(guī)模遠動系統(tǒng)中。 DNP3.0規(guī)約的功能龐大，在現有配電網的設備上實現其全部功能很困難，也沒有必要，如果應用應根據實際情況選擇其合適的子集。v 適合于配電自動化的通信系統(tǒng)必須同時滿足技術上和經濟上的要求，一般需要采用混合通信系統(tǒng)?；旌贤ㄐ畔到y(tǒng)采用多種不同的通

19、信方式，對應于配電自動化系統(tǒng)中的某些功能或層次。設計人員必須在通信性能和造價兩者之間全面考慮，以便于增大由于自動化而帶來的回報。第五節(jié)配用自動化通信系統(tǒng)的防過電壓和防雷配用自動化通信系統(tǒng)的防過電壓和防雷v配電自動化系統(tǒng)的通信網絡錯綜復雜，且大多處于室外環(huán)境，容易受到雷電過電壓（直擊雷和感應雷）的危害，此外通信線路橫跨或平行高壓線路時，也會受到較強磁場的感應。因此，配電自動化中通信系統(tǒng)防過電壓和防雷問題非常突出。v 一、配電自動化控制中心的防雷v 1.配電自動化控制中心的計算機系統(tǒng)應安放在帶屏蔽的房子內，且應在避雷器的保護范圍之內。v2.整個房子是一個屏蔽體，必須有單獨的接地網并且電氣設備接地和避雷器接地網之間有一定距離。v3.機房內應設接地匯流排（地母線），配電自動化控制中心的計算機系統(tǒng)的外殼應通過接地匯流排與接地網可靠接地，通往計算機系統(tǒng)的電纜應有屏蔽層，且屏蔽層也要接地。v電源系統(tǒng)一般采取多級防雷保護措施，在外級選用通流能量大的保護裝置，而在用戶側采用低動作殘壓的保護裝置。弱電專用的防雷保護裝置。二、有線通信電纜的防雷保護v 1.通信線應采用屏蔽雙絞線，屏蔽層應可靠接地，并且當線路較長時，僅在電纜首尾兩點接地是不夠的，由于通信線路上分布電容的不均勻性，造成等效環(huán)路阻抗增加，導致在逢雷電時，因泄漏點少使電荷積累，產生瞬時過電壓。所以要充分利用線桿處的接地體，進行多點接地，分段