（电力系统及其自动化专业论文）基于gprs的配电负荷监控终端系统的应用研究.pdf

广东t 业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a f t e rt h en a t i o n a lp r o m u l g a t i o n ”t h ep e o p l e sr e p u b l i co fc h i n ae l e c t r i cp o w e r l a w ”i m p l e m e n t st h ei m p l e m e n t a t i o n ，t h ee l e c t r i cp o w e rt a k e so n ek i n do f c o m m o d i t yt oe n t e rt h em a r k e t ，a c c e p t st h eu s e rt h es u r v e i l l a n c ea n dt h ec h o i c e ，t o e l e c t r i c p o w e rs u p p l yp o w e rc u ti n f l u e n c ep u r s u ee l e c t r i cp o w e re x p e r i e n c e s r e s p o n s i b i l i t y a l o n gw i mh i g h - t e c ha n dt h ep r e c i s i o na s s e m b l yt ot h ee l e c t r i c a l e n e r g yq u a l i t yr e q u i r e m e n ta l s oa l o n gw i t hi te n h a n c e m e n t ，t h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k p o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t ya l r e a d yw a st h es u b j e c tm a t t e rw h i c ht h ee l e c t r i cp o w e r o p e r a t o rm u s tc o n s i d e r t h i sa r t i c l ei nv i e wo ft h ep r e s e n tg u a n g d o n gp r o v i n c e e l e c t r i c 。p o w e rm a r k e t sp r e s e n ts i t u a t i o n ，p r o p o s e do n ek i n da n du s e st h eg p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) m a i l i n ga d d r e s sb a s e do nt h ea r m ( a d v a n c e dr i s c m a c h i n e s ) c o n t r o ls y s t e mt h ep o w e rd i s t r i b u t i o nm o n i t o rt e r m i n a lp l a n t h i sp l a nh a s t h es t r u c t u r et ob ec o m p a c t ，c h a r a c t e r i s t i c sa n ds oo nl o wc o s t n o wt h em a n u f a c t u r e r i sc a r r y i n go nd r i f t sn e tt h ee x p e r i m e n t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h ea r mc h a r a c t e r i s t i ca n dt h es y s t e ms t r u c t u r es i m p l y a c c o r d i n gt ot h er e l a t e dl i t e r a t u r e ，s u m m a r i e dm a n yk i n d so fm a i l i n ga d d r e s s sw h i c h t h ep r e s e n te l e c t r i c a lp o w e rs y s t e ma p p e a r s ，e l a b o r a t e dt h eg p r sr a t i o n a l ei nd e t a i l t h i sa r t i c l ee l a b o r a t e dt h eh u f f m a nc o d ew i t he m p h a s i si nt h eo v e r t o n et r a n s m i s s i o n a p p l i c a t i o n h a sg i v e nt h ed e s c r i p t i o nt o t a ld e s i g np r o p o s a l ，a n dh a sc a r r i e do nt h e a n a l y s i st ot h ep a r tc o d ep r o c e s s a n dm a k e st h ea c t u a lt e s t ，d i s c o v e r e da f t e ru s i n gt h e h u f f m a nc o d e ，i n c r e a s e dt r a n s m i s s i o no v e r t o n eh i g h l ye f f e c t i v e t h i sa r t i c l ea l s ow i t h e m p h a s i sn a r r a t e dt h es u p e r i o rm a c h i n es y s t e m sd e s i g np r o c e s s ，i n c l u d i n gt h e d a t a b a s ed a t ap r o c e s s i n gp r o c e s s ，u n d e r g o e st h ea c t u a lt e s t ，t h ed i s c o v e r yd e s i g n s u p e r i o rm a c h i n es y s t e ms a f e t yr e l i a b i l i t yi sh i 曲t h e nt h i sa r t i c l eh a sc a r r i e do nt h e a n a l y s i st ot h ep o w e rd i s t r i b u t i o nt e r m i n a lq u a l i t ya n dt h ep e r f o r m a n c e ，i n c l u d i n gt h e a r m p r o c e s s o rs y s t e m ，c o m m u n i c a t i o n sc h a n n e l sr e l i a b i l i t y ，t i m ea n a l y s i s f i n a l l y t h i sa r t i c l ea n a l y z e st h i s p o w e rd i s t r i b u t i o nf r o mt e c h n i c a le c o n o m y sa n g l et o s h o u l d e rt h et e r m i n a lp r o d u c tt h ep r o s p e c t i i a b s t r a c t k e yw o r d ：a r m ；p o w e rd i s t r i b u t i o nt e n n i n a l ；g p r s s u p e r i o rm a c h i n e h u f f m a nc o d e ； d a t a b a s e i i i 广东工业大学硕十学位论文 独创性声明 声明。 1 一力冶杉 论文作者签字： 年月 日 第一章绪论 第一章绪论 电力工业市场化改革已经成为当今全球电力工业发展的历史必然。我国电力 体制改革于2 0 0 3 年全面展开，这也是电力工业面临的一场意义深远的历史性变 革。随着我国在经济上的可持续发展和人民物质文化生活水平的不断提高，用户 对电力需求越来越大，对供电质量和供电可靠性要求越来越高。尤其是在国家颁 布的中华人民共和国电力法贯彻实施以后，电力作为一种商品进入市场，接 受用户的监督和选择，对电力供应中的停电影响追究电力经营者的责任。还有， 高技术和精密设备对电能质量的要求也随之提高，配电网供电的可靠性也是电力 经营者必须考虑的主要问题。为此加快城乡电网的改造，加快配电系统自动化的 进程就显得尤为重要。 1 1 研制基于g p r s 的配电负荷监控终端系统的目的和意义 电力是国家发展的重要的基础设施，而配电网络是直接面对千家万户的。所 以配电网络的作用是不言而喻的。对配电网进行实时监测是非常重要的，配电监 控系统是对配电网上的设备进行远方实时监视，协调及控制的一个集成系统。它 是近几年来发展起来的新兴技术和领域，是现代计算机技术，通信技术，网络技 术和图形技术在配电网监视与控制上的应用。实践表明，配电监控系统可以大大 提高配电网运行的可靠性和效率，提高供电电能质量，降低劳动强度和充分利用 现有设备的能力，从而对于用户和电力公司均能带来可观的收益。通过各地的统 计表明，高峰时段在用户侧调整l k w 负荷的装置，投资只要5 0 - 7 0 元，仅仅为 生产和输送相同功率的发输变电设备投资的1 。在我国人均用电水平还是很低 的情况下，技术限电措施不仅缓解了电力的短缺，而且把电力资源的配置和合理 利用提高到了一个新的水平。 广东t 业大学硕十学位论文 1 2 我国配电网现状与需求分析 1 2 1 配网监控系统现状 配电网络主要是供给一个地区的用电，其最大的特点是作为电力网的末端直 接与用户相连，它反映了用户在安全、优质等多方面的用电要求，它的建设对于 用户能否用上放心电十分重要。随着科技的发展，通信与网络飞速发展，配电网 的管理也进入到配电自动化时代。配电网自动化是运用计算机技术、自动控制技 术、电子技术、通信技术及新的高性能的配电设备等技术，对配电网进行离线与 在线的智能化监控管理，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的运 行状态。通过实现配电网自动化，可以减少配电网发现和检修故障的时间，降低 设备的运行维护成本，最大限度地减少停电对用户的影响，提高运行效益，在保 障供电可靠性的前提下最大限度地发挥系统的供配电能力，从而推迟新的一次设 备的投资。 由于种种原因，过去我国在配电网方面的建设未能重视，存在着重电源、轻 电网，重输电、轻配电的情况。据有关资料统计，我国在发电、输电与配电三方 面的投资比例为：1 ：0 2 3 ：0 2 0 ，对于配电系统的投资远不足够。由于这种不合 理的投资造成了我国很多城市在用电高峰期出现配电网过载的现象。这样的不合 理布局给人们的生活带来了诸多不便，也阻碍了社会主义建设的进程。近年来， 我国开始重视配电系统，加强了对配电网的建设。随着科技的发展，我国开始吸 取国外建设配电网的经验，1 9 9 5 年率先从国外引进了一系列先进的配电自动化 设备，标志着我国的配电网进入了自动化的时代。 1 2 2 配网监控系统需求 配网监控系统作为配电网建设中的重要组成部分，能帮助配网管理人员掌握 配网的整体运行情况、获取开关、刀闸的状态、了解重要的配电变压器和1 0 k v 线路的运行状况，如线损、变损、负荷率、电能质量等重要运行参数，及时发现 隐患、分析线路不合理运行的原因，从而全面提高配电系统的服务质量、设备的 运行安全、运行的经济型和供电企业的管理水平。 为了对分布广泛的各种配网设备利用高科技、自动化手段进行设备监控，同 2 第一章绪论 时为了满足对配网的控制和管理功能以及满足对整个配电网状况的了解的需要， 必须对散布在不同地理位置、数以千计的配网设备进行实时监控和数据实时采 集。这样，建立一个时效性强、可靠性高、投资省的综合配电监控网络，数据通 讯方式的选择至关重要，并且具有相当的难度，这是配网自动化及配变、大、中 用户用电管理系统进行大面积推广的最主要障碍。 1 2 3 配网监控数据传输需求分析 配网运行过程中包含很多信息，从采集数据的属性来分类，可以分为下面几 类： ( 1 ) 配网中各类开关的开合状态。 ( 2 ) 馈线和配电变压器电气运行参数：主要包括线路、变压器的有功、无功、 视在功率以及功率因数；变压器原、副边三相电压、电流；电能数据；有功、无 功、视在功率和功率因数；变压器损耗数据。 ( 3 ) 配网操作运行数据：主要包括保护动作信息、无功补偿投切信息、开关 操作信息、故障记录信息。 上述数据均可在运行期间进行采集，但从实际的运行监控的角度，并不是所 有数据的传输特点都是一样的，因为不同的信息所代表的重要性是不同的，因而 从数据的重要程度分，又可将上面的数据分为下面几类： ( 1 ) 异常报警信息：这一类信息的特点是猝发性的，何时出现基本无法预测， 而且对变压器的运行安全非常重要，因而在传送时应实时传送，并且应确保能够 传送到监控中心或设定的报警信息接收终端。这类数据主要是一些越限信息和操 作信息，如功率和电流越限、电压越限、保护动作、开关操作、补偿投切等信息。 另外，线路和变压器损耗长期偏高也应归类为报警信息之列，只是其报警级别较 低而已。 ( 2 ) 正常运行信息：这一类信息的特点一般是定时、批量传送的，主要用于 配网的电气运行状态的监视，了解线路、变压器的运行效率、负荷特性、电能消 耗等信息。比如有功、无功电能和功率，正常运行时的电压、电流等信息。 上述数据均是单向上行数据，即从监控终端向监控中心发送。另外，配网检 测的监控中心还应具备主动的数据召唤功能，并能连续召唤配变所采集的数据。 广东t 业大学硕十学位论文 1 2 4 配网监控系统的主要功能分析 ( 1 ) 数据采集功能：三相电压电流功率因数；日电压电流最大、最小值；有 功功率无功功率；停电时n 来电时刻；有功电能无功电能；累计停电时间；频 率谐波电压谐波电流；电压超上、下限缺相时间；日谐波电压谐波电流最大、 最小值。 ( 2 ) 数据查询功能：以表格或图形曲线方式显示配变的日月电量；日月电压、 电流；日月有无功数据、功率因数、频率值。 ( 3 ) 数据分析功能：a 、电压合格率分析：根据系统每天采集的1 5m i n 的电压 数据，自动分析统计过压累计时间，欠压累计时间，电压监测总时间，最大最小 电压值及发生时间。根据电压超上、下限时间，计算日月的电压合格率。显示电 压考核曲线统计分析结果均可以报表或曲线形式显示和打印；b 、供电可靠性分 析：分析三相对称率，功率因数曲线；c 、负荷预测。 ( 4 ) 故障报警、事件记录功能：a 、当发生停电或缺相时，进行事件记录，终 端能自动记录下停电或缺相的起、止时间，能统计累计时间并上报。b 、当发生 一次( 或二次) 开路、短路时，能立即上报并进行事件记录。c 、当发生电压、电流 越限时，进行事件记录，能自动记录下越限电压或电流的起止时间、越限值， 并上报。 ( 5 ) 统计功能：a 、每天a 、b 、c 相电压、电流的最大值、最小值、最大需 量及其发生时间。b 、电压合格率统计、供电可靠性统计。c 、三相不平衡率。 ( 6 ) 报表生成功能：使用内置报表生成工具与m i c r o s o f to f f i c e 及e x c e l 作为 报表创建工具。 ( 7 ) 存储功能：能存储7 天的实时数据，包括每日1 5 m i n 、每同半点数据、每 日整点数据等统计数据。断电后数据保存。 ( 8 ) 无功电容器组的投切控制功能：能输出4 组控制接点，直接按无功功率 进行补偿，电容器组遵循先投后切的原则，以循环方式工作，保证每组的投运时 间均匀 4 第一章绪论 1 3 我国配电网特点 1 3 1 农村配电网的主要特点 ( 1 ) 供电线路长，分布面积广，负载小而分散用；电季节性强，设备利用率低。 ( 2 ) 发展速度快，存在建设无规划，布局不合理，施工无设计，设备质量差等 先天不足。 ( 3 1 农电队伍不稳定，专业水平不理想。 ( 4 ) 农电用户多数是乡镇企业，农业排灌和农民生活用电，用户安全用电知识 比较贫乏，严重影响安全供用电。 而且，我国的配电网有一个显著的特点，就是中性点不接地或者经消弧线圈 接地，目前还有采用中性点经过电阻接地方案的。这些接地方式主要是从电网的 各种运行工况，供电的可靠性，故障时的异常电压和电流对供电设备的影响，有 关的设备供应情况，有关的设计技术和继电保护技术要求等方面考虑的。中性点 不接地，在发生单相接地时，仍允许供电1 至2 个小时。这一情况使得我国的配 电自动化系统不能直接引进国外设备，而必须结合我国配电网的实际情况，逐步 改进，所以实时监测配电网络的运行情况是非常重要的l 。 1 3 2 城市配电网的主要特点 ( 1 ) 深入城市中心地区和居民密集点，负荷相对集中，发展速度快，因此在规 划时应留有发展余地。 ( 2 ) 用户对供电质量要求高。 ( 3 ) 配电网的设计标准较高，在安全与经济合理平衡下，要求供电有较高的可 靠性。 ( 4 ) 配电网的接线较复杂，要保证调度上的灵活性，运行上的供电连续性和经 济性。 ( 5 ) 随着配电网自动化水平的提高，对供电管理水平的要求也越来越高。 ( 6 ) 对配电设施要求角高。因为城市配电网的线路和变电站要考虑占地面积 小，容量大，安全可靠，维护量小及城市景观等诸多因素。 广东工业大学硕上学位论文 1 4 我国负荷监控系统的现状 在我国，电力负荷监控技术起步较晚。以前，传统的电力负荷方法是采用行 政，经济手段进行间接控制，这是针对我国缺电较严重的情况提出的，是用来解 决供需矛盾，调整负荷曲线，保证电网安全经济运行的有效措施。但是，由于缺 乏必要的技术手段，很多地方计划用电政策得不到有力的贯彻与落实。出现了有 电大家抢着用，一用就超，一超就断电，由于断电频繁，严重影响了工农业的正 常生产和人民群众的日常生活。在计划用电和电力供需矛盾十分突出的情况下， 电力负荷监控技术的研究和应用的问题开始引起重视。1 9 7 7 年底，我国开始了 电力负荷监控技术的研究和应用工作，这一过程大致可以分为三个阶段。从 1 9 7 7 - - 1 9 8 6 年为探索阶段：研究了国外电力负荷监控技术所采用的各种方法， 并白行研制了音频，工频波形畸变，电力线载波和无线电控制等多种装置。同时 由国外引进一批音频控制设备，安装在北京、上海、沈阳等地。由1 9 8 7 1 9 8 9 年是有组织的试点阶段：主要试点开发国产的音频和无线电负荷监控系统，分别 在济南、石家庄、南通和郑州安装使用，都获得了成功。，在试点成功的基础上， 1 9 8 9 年底砸郑州召开了全国计划用电会议，要求首先在全国直辖市省会城市和 主要开放城市重点推广使用，然后在所有地级市中全面推广使用。从1 9 9 0 年开 始进入了全面推广应用电力负荷监控系统阶段。 1 5 电力系统常用通信方式说明及特点分析 1 5 1 电力载波通信系统 电力载波传输( c t p ) 在1 9 2 0 年左右开始在电信线路上使用载频技术的同 时，也开始将该技术应用于高压电力网络上的数据传输。技术与资金的投入以及 高准确性的数据通讯方式的快速发展使得电力网络中的数据传输能量损耗等低， 信息传输更可靠。由于向广大地区提供电能的全面覆盖的高压网络的快速增长， 使得电力供应公司需要一个全面的信息网络作为运行管理和其他用途的媒介。电 力线有工频大电流通过，载波通信设备必须通过高效，安全的耦合设备才能与电 力线相连。这些耦合设备既要使载波信号有效传送，又要不影响工频电流的传输， 还要能方便地分离载波信号与工频电流。此外，耦合设备还必须防止工频电压， 6 第一章绪论 大电流对载波通信设备的损化，确保安全。我国统一规定电力载波通信使用的频 率范围为4 0 , - 一5 0 0 k h z 。电力线在相关频率范围以及允许传输等级方面有着极其 严格的规定。我国“八五”计划初期，全国11 0 k v 及以上电力线载波已达到2 6 万k m ，目前已经达到6 5 万k m 。电力载波技术装备水平有了很大提高。从五六 十年代的z d d 1 2 ，z s 3 型双边带电子管载波机等发展到今天的e s b 5 0 0 ， z d d 2 7 3 6 型等全集成化单边带载波机，并推出数字式载波机。在一些重大工程 中还陆续引进了一些具有国际先进水平的载波设备，解决了实际应用中一些国产 机没有办法解决的问题。 图1 - 1 电力线载波通信系统构成方框图。 f 培1 1p o w e rl i n ec a r t i e rs y s t e mc o n s t i m f i o nb l o c k d i a g r a m 1 5 2 数字微波中继通信 微波通信作为一种成熟的无线通信技术，在国内外获得广泛的应用。由于这 种通信方式传输容量大，能方便地跨越江河湖泊，设备安装调试比较方便，线路 建设成本较低，曾一度成为公用及专用通信网主干线路的主要通信方式。随着传 输网络数字化进程的加快，微波通信也己由模拟制式转向数字制式。目前，由于 光纤通信的异军突起，微波通信在通信网中占有的地位有所下降，而且有时候地 面没有明显的障碍物，地面反射对入射波及收信电平有所影响，使反射波成为电 平衰落的主要原因。当接收电平发生变化，有时会降落到接收门限电平以下而导 致通信中断。微波是指频率在3 0 0 m h z 3 0 0 g h z ，是全部电磁波频谱的一个有限 频段。根据微波传播的特点，可视其为平面波。一条数字滤波中继信道由终端站， 中间站和再生中继站及电波空间构成，站距一般为5 0 k m 左右，当射频工作频段 较高时，站距应适当缩短。为了提高数字微波信道的传输质量和进一步提高频谱 7 广东t 业大学硕士学位论文 利用率，国内外正在对以下几个方面进行研究和试验：1 ，多载频多电平调制技 术，目前数字微波通信系统得2 n p s k 及4 q a m 调制方式设备中，个波道的发 信机( 或收信机) 只使用一个载频。为了减少数字微波通信的多径衰落，把传输 频谱变窄是一种有效的方法。因此在4 q a m 系统中采用多载频的传输方法。既 扩大了容量，又不占用更大的信道带宽。2 ，收、发微波射频单频制技术：使用 高性能的两个天线，馈线系统，对收，发信设备加强屏蔽和去耦，采用干扰信号 抵消技术等措施，就可使收、发采用不同极化方式的同一频率，使频谱的利用率 提高一倍。3 ，干扰信号抵消技术：当信道中存在干扰信号时，设法把干扰信号 提取出来，加入到原信道去抵消存在的干扰。只要使提取得干扰信号与存在的干 扰电平相等，相位相反，就可使原信道的干扰成分大大减少，提高信道的传输质 量。4 ，多径分集技术：用数字分析的方法和信号处理技术，把多径传输的电波 中的有用信息分离出来，并进行合成。提高系统抗频率选择性衰落的能力，从而 提高传输质量【2 】。 然而，微波中继有个明显的缺点，由于中继站是建设在微波衰落的地方，这 和变电站不一定在同一地方，这就给维护和建设带来很大的麻烦。 f 地 中继站 图1 - 2 微波中继通信构成方框图 厶地 f ig 1 2m i c r o w a v er a d i o r e l a yc o m m u n i c a t i o nc o n s t i t u t i o nb l o c kd i a g r a m 1 5 3 光纤通信系统 光纤通信是一种以光波为信息载体，以光导纤维为传输媒介的崭新的通信方 式。光波也是一种电磁波，其波长在微米级，频率为1 0 1 4h z 数量级，为了适应 光通信的需要，要求光纤通信系统中光源发出的光波是一种具有稳定的偏振态的 8 第一章绪论 相干光。光波和电磁波一样，也是一种横波，其电场强度矢量成为光矢量。在与 传播方向垂直的平面内，光矢量可能存在各种不同的振动状态，这就是光的偏振 态。利用产生偏振态来进行通信。尽管光纤通信技术从投入使用至今才2 0 多年， 却因其有频带宽，容量大，无中继距离长，强大的抗干扰能力，资源十分丰富等 突出优点，从而获得飞速的发展和广泛的应用。但光纤的价格相对比较昂贵，而 且由于光缆比较娇气，一公里上能有几个接点是有严格指标的，主要因为光缆， 弯曲半径稍小一点就会带来近乎中断，所以维护是个比较大的问题【3 j 。 我国光纤通信的工程开发已跻身世界大国之列。“八五 以来，我国已建成 的光缆线路已连通除拉萨，台北以外的全部省会城市以及其他部分的重要城市， “八纵八横 的光缆干线网正在规划实施。除长途干线网和中继网外，有些城市 已在着手构筑光纤接入网。毫无疑问，光纤通信将成为2 1 世纪最重要的通信方 式。 i d 图卜3 光纤通信系统不恿图 f i g 1 3f i b e ro p t i cc o m m u n i c a t i o n ss y s t e ms c h e m a t i cd r a w i n g 1 5 4 无线扩频通信 它信号所占有的频带远大于所传信息必需的最小带宽，频带的展宽是通过编 码及调制的方法来实现，并与所传信息数据无关，在接受端则用相同的扩频码进 行相关的解调来解扩及恢复所传信息数据。它抗干扰性强，通信质量高，误码率 极低，保密性好，可以实现码分多址，能精确地定时和测距。无线扩频通信是比 较先进的技术，但无线扩频通信的设备比较昂贵。扩频技术就是将所传输信息的 带宽扩展很多倍，然后发送出去，这时发送信号所占据的信道带宽远大于信息本 身的带宽。例如，传输一个9 6 0 0 b p s 的数据流，其基带带宽不到i o k h z ，但用扩 频技术传送时，它所占据的信道带宽可以被扩展到3 0 0 k h z 或更宽，与此同时， 调制到高频的信号发射功率谱也将大大降低。目前，已经有专用于配电自动化的 扩频通信设备。它可以满足c d t 规约或p o l l i n g 规约，可以实现点对多点的双向 9 广东t 业大学硕【j 学位论文 通信，一般采用2 4 2 4 8 3 5 g h z 频段，误码率在1 0 。1 0 以下，传播距离可达5 0 k m 4 1 。 1 5 5 移动通信系统 顾名思义，移动通信是指双方中至少有一方是在移动中进行信息交换的通 信。例如，固定点与移动体之间、移动体之间、活动的人与人和人与移动体之间 的通信都属于移动通信的范畴。移动通信特点：在移动通信中，由于移动台的 不断运动导致接收信号强度和相位随时间，地点而不断变化，电波传播条件十分 恶劣。移动形成的多普勒频移将产生附加调制噪声。移动使电波传播产生多普 勒效应，移动产生的多普勒频率为 厶= ；c o s 口 九 式中，v 为物体的移动速度；旯为工作波长；0 为电波对移动物体的入射角。 在移动通信中，由于移动通信网是多电台，多波道通信系统，因此，通信设备 除受城市噪声( 主要是车辆噪声) 干扰外，电台干扰( 同频干扰，互调干扰) 较 为突出。所以抗干扰措施在移动通信系统设计中显得尤为重要。由于在广大区 域内的移动台是不规则运动的，而且某些系统中不通信的移动台发射机是关闭 的，它与交换中心没有固定的联系，因此，要实现通信并保证质量，移动通信必 须发展自己的交换技术，例如位置登记技术，波道切换技术及漫游技术等。 随着移动通信技术的不断发展，采用g p r s c d m al x 通信方式的移动数据 通信网络已经覆盖了各地，网络运行稳定，这个行业应用带来了广阔的市场前景。 由于各行各业的应用特点不尽相同，他们对信息化的需求也各有差异这就要求移 动通信运营商提供的行业应用解决方案不仅能够满足行业用户一般化的信息通 信需求，而且能够充分满足其个性化的特殊需求。为此，近两年来，中国移动和 中国联通两大移动通信运营企业以行业用户的需求为导向，积极进行移动行业应 用创新实践，致力于为行业用户提供量身定做的解决方案。与大众数据业务不同， 行业应用有很强的专业性和特殊性，不同的行业用户要求提供不同的定制终端， 这就须结合行业特点进行硬件、软件开发和系统集成。为此，我们可以借助中国 移动和中国联通两大移动通信的平台进行信息交流。例如：c d m al x 理论带宽 可达3 0 0 k b s ，目前的实际应用带宽大约在1 0 0 k b s 左右( 双向对称传输) 。c d m a 1 x 移动数据网络的信道可提供t c p i p 连接，可以用于i n t e r n e t 连接、数据 1 0 第一章绪论 传输等应用。c d m a 移动通信系统采用码分多址技术及扩频通信的原理，可在 系统中使用多种先进的信号处理技术，为系统带来许多优点：大容量。c d m a 系统的信道容量是模拟系统的1 0 - - 2 0 倍，是t d m a 系统的4 倍。软容量。在 f d m a ，t d m a 系统中，当小区服务的用户数到达最大信道数时，满载的系统绝对 无法再增添一个信号；此时若有新的呼叫，该用户只能听到忙音。而在c d m a 系 统中，用户数目和服务质量之间可以互相折中，灵活确定。软切换。所谓软切 换是指当移动台需要切换时，先与新的基站连通，再与原基站切断联系，而不是 先切断与原基站的联系再与新的基站连通。保密。c d m a 系统的信号扰码方式 提供了高度的保密性，使这种数字蜂窝系统在防止串话，盗用等方面具有其他系 统不可比拟的优点。c d m a 是一种以扩频通信为基础的调制和多址连接技术。扩 频通信技术在信号发端用一高速伪随机码与数字信号相乘，由于伪随机码的速率 。比数字信号的速率大得多，因而扩展了信息传输带宽；在收信端，用相同的伪随 机序列与接收信号相乘，进行相关运算，将扩频信号解扩。扩频通信具有隐秘性， 保密性，抗干扰等优点。c d m a 扩频通信系统的原理如下图： 图1 - 4c d m a 扩频通信系统原理图 f i g 1 4c d m aw i d ef r e q u e n c yc o m m u n i c a t i o n ss y s t e ms c h e m a t i cd i a g r a m 总而言之，电力线通信( p l c ) 有着很多优越性，但若涉及到法规和经济相关 的问题，它就只能够远离现实，除非相应标准和法规得到全球化发展，否则电力 线至多只能作为冷门技术在小环境中求发展。由于微波通信有时候地面没有明显 的障碍物，地面反射对入射波及收信电平有很大的影响，反射波使通信电平衰落。 当接收电平发生变化，有时会降落到接收门限电平以下而导致通信中断。光纤的 价格相对比较昂贵，弯曲半径不能有变化，光缆也比较娇气，所以不容易维护。 无线扩频通信是比较先进的技术，但无线扩频通信的设备比较昂贵，有时不具备 通用性。移动通信是当今世界上最先进的通信方式之一。如果双方交换的信息是 语音，则称移动电话通信，这是最主要的移动通信形式。移动通信与固定点通信 广东t 业人学硕卜学位论文 相比有以下特点：电波传播条件恶劣。移动体位置不同，接收信号强度不同， 严重影响通信质量，所以移动通信系统必须具有抗衰落能力。在强干扰情况下 工作。移动体周围一般有较强的人为噪声，还有同频电台之间的干扰，这要求移 动通信系统具有强抗干扰和抗噪声能力。具有多b 勒效应。移动体发出的信号 频率随运动速度变化，所以移动通信系统应具有频率的跟踪能力。移动通信多址 方式的基本类型有频分多址( f d m a ) ，时分多址( t d m a ) 和码分多址( c d m a ) 。 通常认为：t d m a 系统的通信容量大于f d m a 系统，而c d m a 系统的通信容量 又大于f d m a 和t d m a 系统。近年来，由于移动通信业务的需求量与日俱增， 移动通信网络的发展重点一直是在频谱资源有限的条件下，努力提高通信系统的 容量。有关c d m a 多址方式的应用研究从9 0 年代一直很活跃。美国t i a 于1 9 9 3 年通过了以q u a l c o m m 公司所提出的窄带c d m a 方案( 系统带宽为1 2 5 m h z ) 为 基础的双模式c d m a 标准，其后有多个国家的运营公司计划把该c d m a 系统推 向市场，香港已在1 9 9 5 年9 月率先开通了这种c d m a 系统方案。目前，世界上 已先后提出多种c d m a 系统方案，例如：由欧洲西门子，阿尔卡特等公司提出 的“t d c d m a ”系统：由美国l u c e n t ，m o t o r o l a 等公司提出的“c d m a o n e ” 系统；由日本n t td o c o m o 公司和欧洲爱立信公司等提出的“w - c d m a 系统 笙【5 】 寸 。 电力系统通信需要有以下特点：要求有较高的可靠性和灵活性。传输信 息量少但种类复杂，实时性强。需要有强的抗干扰能力。网络结构复杂。 通讯范围点多面广。由此要求考虑采用移动通信方案是比较合适的。 1 6 广东电网通信的现状 广东省现在主网上采取光纤的情况： 广东省骨干光纤传输网分为两层：高速层和骨干层。 ( 1 ) 高速层 光缆以5 0 0k v 线路的4 8 芯0 p g w 、传输容量为2 5g b i t ss d h 组成，已 经建设成以通信中心、地区局、西电东送接口点为节点的高速传输网。 ( 2 ) 骨干层 细分为两层，第1 层为“珠三角环网 ，第2 层网络分割为“粤北网”、“珠 海网”、“深圳网”、“粤东网”和“粤西网”。 1 2 第一幸绪论 广东省调度中心稳定控制管理主站、罗洞控制主站、北郊控制子站、横沥控制子 站、增城控制子站、茂名控制子站、蓄能i i 期控制子站、江门控制子站和惠州换 流站控制子站都包括在广东省电力s d h 光纤网的高速层和骨干层中。蓄能i i 期与 蓄能i 期，由光纤电路相连。板桥执行子站在省s d h 光纤网的骨干层中。鹤山执 行子站、开平执行子站、新会执行子站、群星执行子站和北街执行子站在江门地 区光纤网中；新塘执行子站和荔城执行子站在广州地区光纤网中；万江执行子站 在东莞地区光纤网中。横沥变电站至惠州换流站的光纤电路，己在2 0 0 3 年与输 电线路同期建成。荔城变电站至增城变电站的光纤电路也于2 0 0 3 年建成。其余 各站，都已建有光端设备。 1 7 论文的主要内容 ( 1 ) 根据我国电网的特点与实际配电网络项目的需求进行分析，对几种主流的 配电系统通信方式进行理论分析，选取较合理的通信方式。 ( 2 ) 结合配电监控仪的终端r t u 结合广西电力系统通信规约，利用移动通信 网络对数据进行传输并在上位机进行分析、处理。 ( 3 ) 简述配电系统主流的通信抗干扰信号的分类和当前主要的几种抗干扰方 式，并进行总结。 ( 4 ) 对配电监控仪采集的数据，在上位机系统进行分析与对其实现过程进行 解释。 广东t 业大学硕七学位论文 第二章现代移动通信的理论基础 移动通信是指通信双方至少有一方在移动中进行信息传输和交换，这包括移 动体和移动体之间的通信，移动体和固定点之间的通信。移动通信在复杂的干扰 环境中利用无线电波进行信息传输。移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而 移动通信业务的需求却与日俱增。移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理 和控制必须有效。 数字通信系统的特点具有频谱利用率高，有利于提高系统容量，能提供多种 业务服务，提高通信系统的通用性。它抗噪声、抗干扰和抗多径衰落的能力强， 能实现更有效、灵活的网络管理体制和控制，并便于实现通信的安全保密1 6 j 。 移动通信的主要技术包括：调制技术，多址方式，抗干扰措施，组网技术等。 2 1 移动通信的发展历程和发展方向 移动通信从发展至今已有1 0 0 多年的历史。近1 0 几年来，移动通信的发展 极为迅速，已广泛应用于国民经济的各个部门和人民生活的各个领域之中。我国 移动通信最早运用于军事部门。从7 0 年代开始，民用移动通信在我国开始发展。 1 9 7 4 年制定了民用无线电话机的技术条件，简称7 4 系列标准。8 0 年代初又制定 了8 0 系列标准。目前，在我国各种移动通信系统如无绳电话和集群系统都以极 快的速度在发展。 移动通信的发展过程及趋势可概括如下： ( 1 ) 工作频段由短波，超长波，微波到毫米波，红外和超长波； ( 2 ) 频道间隔由1 0 0 k h z ，5 0 k h z ，2 5 k h z 到1 2 5 k h z 和宽带扩频信道； ( 3 ) 调制方式由振幅压扩单边带，模拟调频道数字调频； 多址方式由频分多址( f d m a ) 、时分多址( t d m a ) 、码分多址( c d m a ) 至i 混合 多址，以及固定多址和随机多址的结合； ( 4 ) n j 络覆盖由蜂窝到微蜂窝和混合蜂窝； ( 5 ) 业务类型由通话为主到传送数据，传真，静止图像，直到传送综合业务【7 1 。 移动通信从产生到现在的历史并不长，然而移动的发展却层出不穷，正当第 1 4 第二章现代移动通信的理论基础 二代数字移动通信系统处于研究和开发的高潮时，人们已经把目光和注意力投向 新一代移动通信系统得发展上。新一代移动通信是个人通信。实现个人通信的网 络称为个人通信网j ( p c n ) ，或称为个人通信系统( p c s ) 。其目标是实现：无论任何 人在任何时候在任何地方都能够和另外一个人进行任何类型的信息交换。目前， 在第二代数字移动通信步入市场并获得广泛应用的同时，又关个人通信的探究 ( 包括标准制定，数据开发和各种试验) 得发展也非常迅速【8 】。 2 2 移动通信的基本原理和应用技术 现代移动通信系统的发展是以多种先进通信技术为基础的。移动通信的主要 基本技术由调制技术、多址方式、抗干扰、组网方式等。 2 2 1 调制解调 调制的目的是把要传输的模拟信号或者数字信号变成适合信道传输的信号。 该信号成为一条信号。调制过程用于通信系统得发端。在接受端需将已调信号还 原成要传输的原始信号，该过程称为解调。按照调制器利用输入信号( 该信号成 为调制信号) 的形式，调制可分为模拟调制( 或连续调制) 和数字调制。模拟调 制是利用输入的模拟信号直接调制( 或改变) 载波( 正弦波) 的振幅，频率或相 位，从而得到调幅( 创) ，调频( f m ) 或调相( p m ) 信号。常用的数字调制有频移键 控( f s k ) 和相移键控( p s k ) 等【9 1 。 移动通信信道的基本特征是：第一，带宽有限，它取决于可使用的频率资源和信 道的传播特性；第二，干扰和噪声影响大，这主要是移动通信工作的电磁环境所 决定的；第三，存在着多径衰落。针对移动通信信道的特点，已调制的信号应具 有高的频率利用率和较强的抗干扰，抗衰落的能力。高的频谱利用率要求己调信 号所占的带宽窄。它的已调信号频谱的主瓣要窄，同时副瓣的幅度要低( 即辐射 到相邻频道的功率要小) 。对于数字调制而言，频谱利用率常用单位频带( 1 h z ) 内能传输的比特率( b s ) 来表征。高的抗干扰和抗多径性能，就要求在恶劣的信道 环境中，经过调制解调后的输出信噪l 匕( s n ) 较大或误码率较低。对于调制解调 研究需要关心的另一个问题就是可实现性。如采用恒定包络调制，则可采用限幅 器，低成本的非线性高效功率放大器件。如采用非恒定包络调制，则可采用成本 广东工业人学硕l 学位论文 相对较高的线性功率放大器件。此外，还必须考虑调制器和解调器本身的复杂1 0 1 。 2 2 2 最小移频键控( m s k ) m s k 是一种特殊形式的f s k ，其频差是满足两个频翠相互正交( 且口相关函 数等于0 ) 的最小频差，并要求f s k 信号的吸纳改为连续，其频差 a f = l - ；, = 1 2 嗍制撇舢2 荔矾5 舯“黼尴蹴眦嘴 宽度。 m s k 的信号表达式为： 跚) - c o s 眦+ 轰” ( 2 m 式中，x k 是为了保证f = 七瓦时相位连续而加入的相位常量。 令依= q f + 吼尼瓦f ( k + 1 ) t b ( 2 2 ) 式中 皖2 专们 为了保持相位连续，在f = 后瓦时应有下式成立： 仇一。( ) = 依【七瓦 ( 2 3 ) 上两式可知，= 砟一1 + ( 鲰一l 一吼) _ k t ( 2 4 ) 若令= 0 ，贝, ox k = 0 或z c ( 模) 2 石，k _ o ，1 ，2 。该式表明本比特内的相位常 数不仅与本比特区间的输入有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有 关! 在给定输入序列 ak 情况下，m s k 的相位轨迹如下图2 1 所示。 1 6 第二章现代移动通信的理论基础 嘞 露 0 一舅 一震 一哩 一2 曩 _ 5 0 f t ) 一1 i 一1l 朝i 一1l + i + 1i 扪l1l 十1 卜 气 一、i 、jl ii1 个i 。 i、jl iii i 、i 一，i。 三k 三i 火：形“7 t “8 瓦9 t b 7 一，二， 二，f7 ； 毒 毒_ 善善 毒1 0 - - 2 霄薯一勰一3 1 3 薯4 z - 4 z 1 一 图2 1m s k 的相位轨迹 f i g 2 1m s kp h a s el o c u s 各种可能的输入序列所对应得所有可能的路径如下图2 所示。 。 一7 x k 图2 2m s k 的可能相位轨迹 f i g 2 2m s kp o s s i b l ep h a s el o c u s