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东北大学硕士学位论文 电力系统中远动控制通信系统及协议的研究与实现 摘要 电力系统是阐民经济生产生活中不可缺少的重要缀成部分，它的安垒、稳定、 经济运彳亍具有十分重要的意义。而整个电网的安全稳定运行主蒙是取决于电力系 统依据从电网各个缎成部分爨集寒麴实时数据统一分爨势锻潮流计算层熬缕暴赝 进行豹熬体调度调节。在这个瞧力系绞整体按调运行的过程中，实际电翻结椽的 复杂往和在遗连上分布的不藏掇i j 往决定了各级魄网之闯祸互传递诵度信怠舀寸需要 一个功能性嗣完餐性都很强的通信系统的支持。同时，电网潮流计算对采集数据 在实瓣蛙和准确憋上豹要求是决定了媳力系缀这个专爆逶售系统登矮县鸯嘉攫静 实黠性魏可嚣牲。聪电力系缝当中亮戏这项任务的邋倍系统我铜称之为“遗秘系 统”。 本文就电力系统中远动控制通信系统的功能、结构作了详缃的研究分析，侧 重硬究了电力远动控钱4 遇售瑟统骶涉及灼主要的逶痿约f 透信按议) ，将露蓠我墓电 力系统惑用较为广泛憋足静逶信煺约磁l 环式援终、应答式蕊绣、d n p3 0 援约帮 d i g t 6 3 4 1 9 9 7 瓶约作了详缁静琵较和分丰厅，茏箕对d l t 6 3 4 1 9 9 7 散了详细静研 究，并程该规约的基础上设计实现了远动通信控制系统中的重要组成部分r t u 。 为了更好地发挥r t u 在电嘲调度自动他中瓣共享性魑，本设计中采月了l o n w o r k s 理场想线技术槐戏l o n 网络，将基予l o n w o r k s 神经嚣芯片扩矮静采集控制模决 秘透信模块 乍为l o n 爨中静节点，分剿实现现场数掭煞采集黻及与遮渤通信阐豹 通信按口，连间其它功能节点共间构成了r t u 系统。文中后半部分以这两种模块 为例详细地分缨了本设计在硬件帮软件瓤个方殛r t u 系统数绩搀秘王 乍原理。 关键词：远动系统通信协议r t u 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t t h e s t u d ya n dr e a l i z a t i o no ft h et e l e c o n t r o ls y s t e ma sw e l la si t s p r o t o c o lu s e di nt h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m a b s t r a c t t h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e mp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei no u rn a t i o n a le c o n o m y ， i n c l u d i n gm o s tk i n do fa g r i c u l t u r e ，i n d u s t r ya n ds e r v i c ep r o d u c t i o na sw e l la so u r e v e r y d a yl i f e t h es i g n i f i c a n c eo ft h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m o p e r a t i o ns h o u l db em a d em u c ha c c o u n t a c t u a l l y ，t h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yo ft h e e l e c t r i cp o w e rs y s t e mo p e r a t i o nl i eo nt h et i d ec o m p u t i n ga n da n a l y s i sw h i c hb a s e do n t h er e a lt i m ed a t ac o l l e c t e df r o me a c hc o m p o n e n to ft h ew h o l ee l e c t r i cp o w e rn e t w o r k t og u a r a n t e et h er e a lt i m er e q u e s ta n dt h ea c c u r a c yo fs u c hc o m p u t i n ga n d a n a l y s i s ，i ti s s t r o n g l yd e m a n d e dt h a tt h et r a n s m i s s i o no ft h ec o l l e c t e dd a t as h o u l db eo p e r a t eb ya n c o m m u n i c a t i o ns y s t e mo fs e l f - c o n t a i n e dp e r f o r m a n c e ，h i g h l yr e a lt i m ec h a r a c t e r i s t i c a n d r e l i a b i l i t yw i t ht h ec o n d i t i o no fc o m p l e xg e o g r a p h i c a lc o n f i g u r a t i o np o w e rn e t w o r k t os u p p o r tt h er e q u i r e m e n t sa b o v e ，i ti sn e c e s s a r i l yt oo p t i m i z et h ec o m m u n i c a t i o n s y s t e mu s e da st h es p e c i a ld a t at r a n s m i s s i o ns y s t e mc a l l e d “t e l e c o n t r o ls y s t e m ” t h ea u t h o rt o o kag r e a td e a lo fs t u d ya n da n a l y s i si nt h ef u n c t i o na n dc o n f i g u r a t i o n o ft h ee l e c t r i cp o w e rt e l e c o n t r o ls y s t e m ，e s p e c i a l l ya b o u tt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo f t h et e l e c o n t r o ls y s t e m t h o s ep r o t o c o l sb r o a d l yu s e di no u re l e c t r i cu t i l i t yw e r e c o m p a r e d i n t h i sp a p e ri n c l u d i n gc y c l i cp r o t o c o l ，p o l l i n gp r o t o c o l ，d n p3 0a n d d l t 6 3 4 1 9 9 7 ，e s p e c i a lt h el a t t e ro n ew a ss t u d i e dp a r t i c u l a r l y a s a ni m p o r t a n t c o m p o n e to ft e l e c o n t r o ls y s t e m ，r t uw a sr e a l i z e db a s e do nd l t 6 3 4 1 9 9 7i n t h i s p a p e r w h a t sm o r e ，i no r d e rt om a k et h ei u l um o r es h a r a b l ei nt h ew h o l ee l e c t r i c p o w e rs c a d as y s t e m ，t h ep a p e rr e a l i z e da l lr t us y s t e mb yt h e u s eo f t h e t e c h n i q u eo f l o w o r k s ，a n di n t h i sr e a l i z a t i o no fr t u ，t h e r ea r em a n yn o d e si nt h el o nn e t w o r k ， e a c hn o d ei se x p a n d e db a s e do nan e u r o nc h i pw h i c hi su s e da st h et r a n s c e i v e r t h i s p a p e ra l s op r e s e n tt h ed e t a i l so ft h er t us y s t e md e s i g nf r o mt w oa s p e c t s - - h a r d w a r e a n ds o f t w a r e k e y w o r d s ：t e l e c o n t r o ls y s t e m ，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ， r t u 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成 果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也 不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：蓼谚彳 日期： 夕t ，d 、土、二舌 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规 定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构交送论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意) 学位论文作者签名：导师签名 签字日期：签字日期 东北大学硕士学位论文第一章概述 第一章概述 1 1 课题研究的背景和意义 改革开放以来我国经济飞速发展的背后离不开电力系统为其提供能源支持， 而人民生产生活中所采用的大部分现代化用具更是离不开电的支持。电力系统与 其它产业不同之处在于它具有超前性。电力生产作为一种基础能源产业，必需要 比其它产业的发展提早一步，以便为其它类别的经济发展提供有力的能源支持。 1 1 1我国电力系统的发展及其稳定经济运行的保障 建国以来，尤其是改革开放这二卜五年来，我国的电力工业发展迅速，发电 没备装机容量和发电量、电网规模逐渐居于世界前列，形成了以大型发电厂和中 心城市为核心、以不同电压等级的输电线路为骨架的各大区、省级和地区的电力 系统。到1 9 9 8 年年底，我国发电机装机容量已达2 7 7 亿k w ，年发电量达到1 1 5 7 7 亿k w h ，居世界第二位。目前全国电网已基本上形成了5 0 0 k v 和3 3 0 k v 的骨干嘲 架。以三峡为中心的全国联网工程的启动，更标志着我国电网进入了远距离、超 高压、跨大地区输电的新阶段。我国电力网已经由8 0 年代中期以离参数、大机组、 高电压为特征，发展到以大区电网互联、建设全国统一联合电网为特征的崭新时 期。而随着电力系统的快速发展，电力网络也越来越庞大、越来越复杂，构成了 。我国电力系统的特色：区域广、联网方式复杂、网内设备类型多样化、随经济条 件不同呈不均匀分布。面对这样一个大规模的电力系统，如何提高供电质量和系 统运行的经济性、可靠性，一直是摆在工作者面前的一项重大任务。 从经济性能角度看，一个区域电网至少覆盖一个行政省。在这样大的范围内， 经济相对发达的地区，对电力需求量大，经济相对落后的地区，对电力需求量小； 发电原料充裕的地区，价格相对较低，发电成本也就较低，发电原料匮乏的地区， 价格相对偏高，发电成本也较高；这样，就整个区域电网角度而言，在考虑到远 距离输电损耗的前提下，以低成本就高价格，会取得最大的经济效益。 从电力系统可靠运行角度看，一个庞大的电网越是复杂，则可能出现故障的 概率就越高。纵观近年来世界各地出现的重大电力系统事故，有很多都是因为一 处小故障带动，影响到全网稳定运行造成的。例如1 9 9 6 年7 月2 日和8 月1 0 日， 美国西部电网发生大停电，其直接原因是高压线对树放电和继电保护整定错误， 东北大学硕士学位论文 第一章概连 但是，其人为原因也不可忽略的：西部电网近4 0 个控制区相互之间缺乏沟通，无 人能够了解全网的情景，事故过程中也无法看到电网的全景图象。从局部角度考 虑的继电保护、发电机控制、电网控制之间的不协调导致了连锁反应，使一件单 个地点发生的小事故转变成大区域的断电事故。这种大面积停电事故对于i i 、i i i 类负荷用户而言是影响到他们的日常的生产、生活，而对i 类负荷用户而言则更 为严重，甚至可能造成严重的人身伤亡事故，或是重大的经济损失。【2 【3 0 。3 2 】 由此可见，随时监控整个电力系统的潮流分布，保证系统的经济安全运行是 十分重要的。在电力系统中，这些任务是由运行人员依靠监控系统来完成的。监 控中心通过采集整个电力系统的有用信息、加以潮流计算和稳定性分析，再及时 将相应的调控信息发布给电网中的各个电厂和变电站，达到全网监控的目的。【1 】 1 1 2电力系统全网信息的交流 电力系统中所进行的信息交流并不完全是按照电网物理等级结构划分的。总 体来说，电网的运行管理是通过多级电网控制中心来实现的。电网中可能出现的 各种信息交换路线有：电网控制中心之间；电网控制中心与电网控制中心之间； 变电站与变电站之间；f 在复杂的传输系统中1 节点计算机之间、节点计算机与电网 控制中心及其它与变电站之间。而电网中可能的各种信息交换方式有： 】直接数据传输：信息块直接由发送者到达接收者，不需经传输通路上的节 点计算机中间存储或中间处理。 2 间接数据传输：传输通路中将接入节点计算机，其目的是： ( 1 ) 将若干个变电站发出的数据集中转发到一个高容量的远动通路； ( 2 1 从数据流中选出不同电网控制中心所需要的数据，以便减轻电网控制中心 计算机在这方面的负担； f 3 1 组织数据流以保证更好地利用通信信道。 实际上，以上电力系统信息的调控主要由远动系统来完成。 1 2 远动系统 1 2 1 远动系统的概念 在电力系统中，远方控制和监视是系统稳定、经济运行的内在要求，它的实 现依靠的是远动技术。所谓远动技术，就是应用远程通信技术，对远方的运行设 备进行监视和控制，见图1 1 。它在各个领域如铁路、石油、化工、建筑设施、电 刚等的运行管理中获得广泛应用，它为适应不同领域的不同任务，其装置系统的 东北犬学硕士学位论文第一章概述 但是，其人为原因也不可忽略的：两部电网近4 0 个控制区相互之间缺乏沟通，无 人能够了解全网的情景，事故过程中也无法看到电网的全景图象。从局部角度考 虑的继电保护、发电机控制、电网控制之间的不协调导致了连锁反应，使一件单 个地点发生的小事故转变成大区域的断电事故。这种大面积停电事故对于i i 、i i i 类负荷用户而言是影响到他们的日常的生产、生活，而对i 类负荷用户而言则更 为严重，甚至可能造成严重的人身伤亡事故，或足重大的经济损失。1 2 1 ”3 2 】 由此可见，随时监控整个电力系统的潮流分布，俅证系统的经济安全运行是 十分重要的。在电力系统中，这些任务是由运行人员依靠监控系统来完成的。监 控中心通过采集整个电力系统的有用信息、加以潮流训算和稳定性分析，再及时 将相应的调控信息发布给电网中的各个电厂和变电站，达到全网监控的目的。【i j 1 1 2 电力系统全网信息的交流 电力系统中所进行的信息交流并不完全足按照电网物理等级结构划分的。总 体来说，电网的运行管理是通过多级电网控制中心来实现的。电刚中可能出现的 各种信息交换路线有：电网控制中心之问；电批9 控制中心与电网控制中心之间； 变电站与变电站之间；r 在复杂的传输系统中1 节点计算机之间、节点计算机与电网 控制中心及其它与变电站之间。而电网中可能的各种倩息交换方式有： 】直接数据传输：信息块直接由发送者到达接收者，不需经传输通路上的节 点计算机中间存储或中间处理。 2 间接数据传输：传输通路中将接入节点计算机，其目的是； ( 1 1 将若干个变电站发出的数据集中转发到一个高容量的远动通路； f 2 1 从数据流中选出不同电网控制中心所需要的数据，以便减轻电网控制中心 计算机在这方面的负担； r 3 1 组织数据流以保证更好地利用通信信道。 丈际上，以上电力系统信息的调控主要由远动系统来完成。 1 2 远动系统 1 2 1 远动系统的概念 在电力系统巾，远方控制和监视是系统稳定、经济运行的内在要求，它的实 现依靠的是远动技术。所谓远动技术，就是应用远程通信技术，对远方的运行设 备进j i 监视和控制，见图1 1 。它在各个领域如铁路、石油、化工、建筑设施、电 网等的运行管理中获得广泛应用，它为适应不同领域的不同任务，其装置系统的 网等的运行管理中获得广泛应用，它为适应不同领域的不同任务，其装置系统的 东北大学硕士学位论文 第一章概连 但是，其人为原因也不可忽略的：西部电网近4 0 个控制区相互之间缺乏沟通，无 人能够了解全网的情景，事故过程中也无法看到电网的全景图象。从局部角度考 虑的继电保护、发电机控制、电网控制之间的不协调导致了连锁反应，使一件单 个地点发生的小事故转变成大区域的断电事故。这种大面积停电事故对于i i 、i i i 类负荷用户而言是影响到他们的日常的生产、生活，而对i 类负荷用户而言则更 为严重，甚至可能造成严重的人身伤亡事故，或是重大的经济损失。【2 【3 0 。3 2 】 由此可见，随时监控整个电力系统的潮流分布，保证系统的经济安全运行是 十分重要的。在电力系统中，这些任务是由运行人员依靠监控系统来完成的。监 控中心通过采集整个电力系统的有用信息、加以潮流计算和稳定性分析，再及时 将相应的调控信息发布给电网中的各个电厂和变电站，达到全网监控的目的。【1 】 1 1 2电力系统全网信息的交流 电力系统中所进行的信息交流并不完全是按照电网物理等级结构划分的。总 体来说，电网的运行管理是通过多级电网控制中心来实现的。电网中可能出现的 各种信息交换路线有：电网控制中心之间；电网控制中心与电网控制中心之间； 变电站与变电站之间；f 在复杂的传输系统中1 节点计算机之间、节点计算机与电网 控制中心及其它与变电站之间。而电网中可能的各种信息交换方式有： 】直接数据传输：信息块直接由发送者到达接收者，不需经传输通路上的节 点计算机中间存储或中间处理。 2 间接数据传输：传输通路中将接入节点计算机，其目的是： ( 1 ) 将若干个变电站发出的数据集中转发到一个高容量的远动通路； ( 2 1 从数据流中选出不同电网控制中心所需要的数据，以便减轻电网控制中心 计算机在这方面的负担； f 3 1 组织数据流以保证更好地利用通信信道。 实际上，以上电力系统信息的调控主要由远动系统来完成。 1 2 远动系统 1 2 1 远动系统的概念 在电力系统中，远方控制和监视是系统稳定、经济运行的内在要求，它的实 现依靠的是远动技术。所谓远动技术，就是应用远程通信技术，对远方的运行设 备进行监视和控制，见图1 1 。它在各个领域如铁路、石油、化工、建筑设施、电 刚等的运行管理中获得广泛应用，它为适应不同领域的不同任务，其装置系统的 东北大学硕士学位论文第一章概述 设计随之而异。其主要任务归结为利用远距离通信手段在一个大型系统中实现远 方监视和控制。其信道中传送的信息可以归类为：遥远控制( 遥控) 信息、遥远调节 ( 遥调) 信息、遥远信号( 遥信) 信息和遥远测量( 遥测) 信息。 图1 1 远动技术的概念 f i g 1 1t h ec o n c e p to fr e m o t et e c h n i q u e 1 2 2 远动系统在电力系统中的地位及作用 在电力系统中，远动技术作为电网信息与控制技术的一部分所承担的任务是： 在下一级厂站收集对运行管理必要的信息，部分地传输到上一级变电站或调度中 心。到达上一级变电站或调度中心的信息会被自动输入计算机，后者将这些信息 记入电网数据模型加以处理，并在必要时提供给运行管理人员，给出屏幕显示、 告警或是存入指定存储设备等。此时，信息的传送是所谓的监视方向，即由下一 级传送给上一级。如果上一级变电站或调度中心的运行人员对某一装置发布命令、 确定给定值并输入计算机，后者负责将其变成远动电报并通过远动装置传送给下 一级厂站端以控制下一级的设备作相应的设置改变时，信息的走向是从由上一级 向下一级方向的，此之谓控制方向f 见图1 1 ) 。 1 3 远动系统的信道一一电力通信网 在电力系统中，整个电网中的每一个厂站端的远动装置和调度端的远动设备 所采用的通信信道是由电力通信网提供的。由于电力通信网对通信的可靠性、保 护控制信息传送的快速性和准确性具有及严格的要求，并且电力部门拥有发展通 信的特殊资源优势，因此，世界上大多数国家的电力公司都以自建为主的方式建 立了电力系统专用通信网，我国也不例外。 我国的电力通信网通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成了 一个以北京为中心覆盖全国3 1 个省( 市、区) 的立体交叉通信网。 监视信是r进方向 控制信息信进方向 东北太学硕士学位论文第一章概述 l t 3 。l毫蠢邃信潮的特点及分类 电力系统通信农通信原理和交换功能方露与公用系统邋信没有根本区别，都 是为两点或多点提供电路，建立电储联络，箍剐在予电力系统通信嗣的结构取决 于电力网结构、运行方式及谤理层次；公用通信网的结构取决于国家行政管理区 域。此井，电力系统通信网干线及支线容量、信息交换容量和话努麓都较公霜通 信网小，但中继局向多、功能强，可靠性要求高。墩就是说，电力系统通信网是 一种较为籍踩的专掰通信网。它苞攒几种主臻方式；电力线载波通信( p l q ；光纤 通信；微波通信；无线通信；其他( 传统的明线电话、音频呶缆及新必的扩频通信 等方式。蕊我雷魄力系统邋信静褥点蹩： 1 要求有较高的可靠性和灵活性 2 簧输信怠蘩少餐静类复杂、实秘淫强 3 具有很大的耐“冲击”性 4 网终结构复杂，逶绩范整点多瑟广 5 无人值守机房居多 1 。3 2 存在的主要问题 虽然我闲退力遴售已发展成戈哭蠢多秽逶信方式的较惫完整的邋售嘲终，但 纵观全球电信发展的大趋势和世界备国电力通信发展的方向，尤其面对新形势下 大区域电嚼亘联乃囊全国联网等对魄力通信提出鲍掰的要求，我鬓惫力逯偿还不 能舆正满足米来业务发展的浠要：通信网网络结构比较薄弱；干线传输容量不足； 通镲体审4 落鹰、干线电路超期服役严重：时络接入列网络管理薄弱；通信嘲发展 的规划、标准、规范等的制订不及时、不完备；各地发展极为不平衡。 1 4 现裔的远动通信的局限 箍着我嚣电网鳓迅速发震帮电力系统瘟瘸需求酌不断增热，电力系统爨动纯 对信息量的需求大幅度增加。而原有的远动通信系统中有很大一部分采用的仍然 是8 0 年代酌通信技术窝遥信方式，这已经缀难满足强蘸实舔应趸藜凝求。 以江苏电网为例：江苏电网中的2 2 0 k v 变电站数蘑较多，因而大量采用了c d t 傍议，壶逮诞蠢誉诵转发信惫，冀镯衰是尽哥能减少传簸繁宽静占躅窝簿糕传输 双方的处理难度，以适应过去有限的通信和计算机资源，但现在看，它存在着以 下凡令| ；j l 惑： 信息容量有限。c d t 协议的信息字长仅为6 字节，其中5 字节直接携带地 4 。 东北大学硕士学位论文第一章概述 址信息和数据信息，可以支持的地址空间十分有限，无法适应大型地调数据转发 的需求。目前常常采用增加通道的方法来扩大容量，需要2 个及以上端臼与省调 进行信息传输，配备的专用远动通道也要4 个以上，性能价格比极低。 数据类型单一。有限的信息容量使得c d t 协议仅能表示二进制量、1 6 位模 拟量和3 2 位累计值这3 种数据类型。 响应速度慢。传统远动通道大多采用9 6 0 0 b p s 以下( 甚至是3 0 0 b p s 6 0 0 b p s ) 的通信速率，数据刷新慢，变化数据的更新不及时，实时性无法满足系统要求。 可靠性差。c d t 协议的事件传送机制是通过增发重复报文来提高对侧的正 确接受的概率的，由于没有使用更科学的应答确认方式，被干扰的报文有可能丢 失，无法确保事件信息的可靠传送。 因此，使用更为先进的通信手段对原有远动通信方式进行改造显得十分必要。 1 5 本文主要研究内容 基于以上对我国电网中的远动系统的分析，可以知道，远动系统在电网运行 中占有很重要的地位，而目前我国现有的远动系统有很大一部分是沿用旧的通信 系统或通信方式，已经无法满足当前电力系统自动化对信息量的需求大幅度增加 的要求。这种现状必须要加以改善。 本文就是针对前面提出的问题，主要研究了远动系统的通信特点和通信协议， 并对远动系统的重要组成部分- - r t u 加以设计实现。 本文首先在第一章介绍了远动系统对电力系统稳定经济运行的重要性，并对 远动系统作了初步的介绍。第二章侧重于远动系统的构成分析以及规划设计。第 三章则主要研究并设计了远动系统的通信协议。第四章从硬件和软件两个角度介 绍了对远动系统的重要组成部分- - r t u 的设计。 东北大学硕士学位论定第二章遗动控制通信系统的规划与设计 第二章远动控制通信系统的规划与设计 逸动技术作为电网自动化的一个霪要缀成部分，在电潮的运行管理中起糟十 分霪婺静信怠采集、命令传输等侔箱。近年来，隧篱 羲力系统舀动优技术豹发展， 在电力电嗣豳渐扩联、电力自动仡系统逐两更新酌情况下，远动系统必需随静寸配 合整个电辩躬拓羚结构帮壤潮窘动纯溺菠毅术豹改变千棼耜威的调整。 2 1电力系统调度盘动化誊支术的发展及英对运动系统的影响 魄力系统产生的电能以交滤电为主，交溅逸至令还没凑瑷实可行的大褰量姥 存隽滋，聪戳魄力系缀中瓣生产静电熊必矮与消费熬奄能霖持实瑟孪乎燕，这只能 靠自动调节和控制装鼹来维持。这糖平衡不仅蒙在电网正鬻的稳态运幸亍时蕊虽要 在各种扰动状态下扶凑秒级到分镪级器戆实骢这一器求。瀵楚这秽调节与控露l 要 求的工作是由电网调度自动化系统究成的。 电网调鹰匦功他系统壤念螅提爨遐在s o 年健中麓，在进之蔻只鸯逶动装餮及 机电式的调频装置，不成为系统。6 0 年代初，有些电力公司开始利用计算机实现 电力系统经济调度，出现了电嬲s c a d a 系统，远动系统亦贼为其服务的郝分。 7 0 年代初，为了解决因电网不可观察带来的潮流计算不收敛，开发了调度员在线 潮流、开断傧真和校正控制等电网勰级应篇软 牛p a s ，它综合到电网调度囟动化 系统形成了s c a d a a g c e d c p a s 系统后，电网调度自动化系统升级为能擐管理 系统e m s 。9 0 年代魄丽自动纯开始囱调度自动化向全蜀自动纯方向发展。它以 e m s 为基础，将s c a d a 采集的实时数据为备部门拭攀，且将各部门共享数粥处 理届静结巢反馈蜀实时系统，面向诵麓所豹番注务部门和全融力公司，称之为集 成纯支持系统溅称体纯系统。全局自动化有2 个概念：一怒不同层次的调殿中 心圭站阉酶漆接；瑟个蹙主蛞与童满电厂和变电辩群控潮中心问麓远程通信。 对于前者，上一菇的主站可敬从全网韵角度，为下层圭站提供所需而又无法 采集翡信惑，黻帮韵下凄主站了解全系统戳及耜邻系统酌情况，可使下一藤豹静 部黼络等缱计葬更翔精确。丽蒿者主站与直桶厂始豹 算税和r t u 通信闯酾分工 关系怒：翥委连续溜节的，由r t u 逶信承摆，镶魏a g c 每4 移一次调节令，虢 盛镶爨r t u 承担；至予舀受帮稳线等，就街许算祝通信承糖。氇就是说，对于在 主站与其妻鼹魄厂帮变电站群控铡中心之阂传送信惑静远动鬟统寒鼍终，r t u 瓣功 镌越：秉越毯大，任务耱类越采越繁多麓一个登然豹趋势。阚器孪，盘予霞杂大魄两 东北大学硕士学位论文第二章远动控制通信系统的规划与设计 的潮流计算范围越来越大，精度越来越高，相应地也就要求远动系统的信息采集 准确度和传输的可靠性必需满足要求。 2 2 远动控制通信系统 2 2 1电力系统远动控制的主要技术要求 2 2 1 1 可靠性要高 可靠性包括装置本身的可用性及信息的传输可靠性两个方面。 可用性是指装置正常运行的能力，由平均故障时间间隔来衡量。平均时间间 隔是指远动装置在两个相邻故障间的平均正常工作时间。目前一般要求平均故障 时间间隔在3 0 0 0 0 h 左右。 传输可靠性是指远动装置在传输信息过程中，会因干扰而出现差错，它是用 信息的差错率来表示的( 如公式2 1 、，通常情况下，要求差错率要在1 0 。1 2 以下。 茎毫扯盘信息出现差错的数量 嵇晔百菊丽丽丽 f 2 、 2 2 1 2 实时性要强 调度所要求电力系统实时信息，特别是在电力系统故障时能够迅速地获得故 障信息以及时处理故障。实时性用“传输时延”来衡量，即从发送端事件发生到 接收端正确地收到该事件信息这一段时间间隔。在远动系统里，典型的最大容许 时延在正常传送遥测、遥信时为2 l o s ，在状态变化( 例如开关跳闸) 时为0 5 5 s ， 在传送遥控遥调等命令时为o 1 2 s 。 2 2 1 3 功能要完善 通常把遥测、遥信、遥控及遥调等对象的数量叫做远动装置的容量，远动装 置的容量要满足电力系统远动化的要求。遥测、遥信、遥控及遥调的功能也必需 完善满足电网自动调度现代化的要求。 2 2 2 远动控制通信系统的结构及功能 2 2 2 1 电力系统通信网的多级形式 在供电发展的最初阶段，所谓电网只是“岛网”，即电网只把耗电用户同一 座发电f 一的一台或几台发电机连接在一起。今天，这种孤立的岛网只存在于边远 地区、轮船或飞机的供电系统。不过，在供电发生严重事故时或之后，联合电网 在恢复工作时也可能暂时出现这种形式的电网。 今天，电网的典型形式是三相联合网络，它从地理上将大面积地域分布的所 东北尢学硕士学位论文第二窜远动掠制逍信系统的规划与设计 有电厂梗甄连接在怒，并同该地区戆赝露与它连接躲用户供绘电戆。其特点是： 发蜮禽蔫) 臀变獬孀户 图2 1 联合多级电网的理想形式 f i g 2 1t h e i d e a l f o r m o f t h e c o m b i n e d m u l l ! l e v e l p o w e r n e t w o r k 1 。许多不同的电厂向用户供电。当某电j 发生事敞或检修时可以相互支援； 低负嵇期阊，停止莱壁电厂的运行，潮用水电谪节峰衙：按崩户需要鳆功率合理 分配潮流分布，使艇个电网的发电成本最低。 2 多邀趱等级翁多级结构。通过黼络互逡和多纛供电可潋作蓟使厢户对一个 运行装置的故障毫无觉察或者采取开关猪施，仅短时中断盾又踅新供电。 联合多缀瞧圈豹懑想形式如罄2 。1 浙示，农交流大电稠中可菝彀疆等级分为四 级：缓输n ( 2 2 0 1 2 0 0 k v ，覆盖面积直径1 0 0 0 k i n ) ，一般耩于省一级电嗣，单 线辕送凌率约为0 1 到1 g w ，内各发嘏r 徵给遣髓，警与其它蘸域蠛省交按窀髓， 要逶避藩奁输送溺中瀚联络( 耩接) 辩实糯；二缀话输黼( 1 l o 躐2 2 0 k v ，粳盖溺积矗 经2 0 0 5 0 0 k m ) ，粳当予省一级毫灏或省级惫鹅翡一部分，擎线输送功率鲶为1 ( ； 刘i o o m w ，遽过变匿器跌输送溺中蔽牧功率；三级分蕊阏简2 0 k v ，粳盖蘅秘* 直 径1 l k m 、约电黢盎传竣耀经供暾瓣瓣变嚣嚣供绘，扶供魄站熬母线滋发经瞧缆 或譬线弓l 囱既魄蛞，葵孳l 按方式寿多秘f 冕强2 轴；褡缀祗嗣( 2 2 0 3 8 0 v 或1 1 0 、 1 9 0 v 囊接供绘用户电幻，它联接的是电照墨鞋用户，t 薤这一级彀网中，怒能紫常还 要邀步分爨。 电网的结槐决定了电蒯控制系统的形式，瞧决定了远动鬣绞的任势分凝。在 如爨2 1 顼暴的复杂多级电网中，邀网控裁中，& 熬终同王俘麴理想形式舞图2 2 辑 善 墨苎查量笾圭兰堡垒兰苎三熏兰望篷型垩堡墨竺塑垫塑皇兰竺 示。输送网有一个控制中心，传输网、分配网和低压网i 妲有控制中心。与复杂电 潮的多级结构辐对应，遮些控制中心构成了运幸亍缀织上静多级结构。 a b c ，d 为电阿的各级控制中心 蓬2 2 邀璃控翻中心瓣多缓缍橡 f i g 2 2t h em u l t i l e v e lc o n f i g u r a t i o no f t h ec o n t r o lc e n t e r 2 2 2 。2 送动系绞耱典黧缝凌 在一级输送网中，远动系统联络的怒输送网中所有电厂和变电站。通过远动 联络溪捷辕弱售息蠹容蠹开关臻号、绦妒及功畿信号、测量焦镲号疆及嫒反方舄 的开关命令、发电整定慎，以实现遥远传输、变电站一般无人值班。 接簸阚藏承整款饪务是颞嚣凑骣区域电弼懿管理。这一等级电嬲中豹运动系 统联络了所有从属的变电站，无人值班变电站则由远动系统来实现远方控制。 分配阚的远动系统只联终到发电站，麓i 联终到配电撼。 低服网远动系统与分酉己网的相类似，只联络发电站。 总的来说，遗动系统壶全部被控站( 子站) 和投到站( 主站) 所缀戏，这些被控站 ( 子站) 和控制站( 主站) 可以通过不同的网络结构遵接起来。远动网络拓扑结构可以 有点对点、多个点对点、多点共线、多点环形郝多点星形网络配鼹。 ( a ) 一对一的远动系统的构成 在网一级电阚中，一对一豹远动系统的构成如图2 3 所示分成兰大部分；厂( 站) 端、通信信道和调度端。 一* 控制 q 数蠡 图2 , 3 远动系统原理倚圈 f i g 2 3e l e m e l l l ss k e t c ho f t h ei e l e c o n t r o ls y s l e m 东北大学硕士学位论文 第二章远动控制通信系统的规划与设计 其中厂f 戆，臻夔运动装鬣狻称 擘远凌终灞( r t u ，r e m o t et e r m i n a lu n 玲，箕位 置谯电厂f 变电站) 端，作用是对调度所需要的各种疑值进行采集处理，然瞄发送 绘调菠藏，莠接毅从调度蠛健采懿捡铡信惑翔凌撬行。 调度端的远动裟置被称作远动调度主站端( m t u ，m a s t e rt e r m i n a lu n i t ) ，其位 置霞该等级邀网谡震中心一满， 乍援建姆送动终溃获采集簸理势发送绘诿癀溃戆 信息接收过来加以相应处理后，向远动终端发送相应的控制信息。 透信信遂则是逡魂潺度圭站糍与运动终壤之阂送行信感伎递静攥分。 ( b ) 一对多或多对多的远动系统的构成 一对一躲运动蓉统在缀久以裁罄经在运动技术镶域占主要遗位，僵是，现代 综合电网的多级管理模式决定了远动系统的构成形式会逐渐以一对多和多对多的 形式为主。它们主要构成元察仍然楚r t u 、m t u 和通信信邀。区别在于，在蕙者 中m t u 只肖一个，位于调度端，受它领导监控的r t u 有多个，二者之间构成一 种分数的星澎网络；在后者中m t u 不只一个，它们领导监控多个r 1 1 u ，同时在 m t u 之间墩存在若协调信息的交换，在这种情况下，m t u 和r t u 所构成的通信 网络形式和i 醒信协议就更为复杂。 在物理上，可以将远动通信系统按照冀功能分成两大部分：运动装置和远动 通道。其中，前者的任务是在电网调度端和被调度端之间进行信息的收、发工作； 丽搿者燹| j 承摆着醵信号形式进行信怠传递黔任务。 采自并关系统刮中央撞! i ；幢 圉2 藤远动装置静功熊 f i g 2 4f u n c t i o n so fr e m o t e $ e l s l 秘 东北大学硕士学位论文第二章远动控制通信系统的规划与设计 2 3 远动装置 2 3 1 远溯装运的功畿 远动装蓬的功能包括：并行输入；新痞件般视；并行一串行转换；脉冲调制； 音频调翻；高频诵翻；远方接枝等，箕稻互关系如图2 4 所示。 2 3 2 远动装遘酶结构 在实际应用中的远动装置，无论调度端的m t u 或慰被调度端的r t u ，其主 癸静任务除了上述内容醴穸 ，还包含了其它的本遣渤麓。本方将在第翻章中，敬 被调度端款r t u 先铡，详纲她分缨逡动装置懿结搀及其实褒。 2 4 远动控制通信系统的信道设计 2 4 。1 信道类型的选择 2 。碡1 。1 运动逯馕信遘蜘糖类 ( a ) 电力载波( p o w e rl i n ec a r r i e r ，p l q 邋信系统 p l c 通信系统是目前在电力系统通信中应用最为广泛的通信系统之一，是电 力系统中一种特有的通信方式。电力系统拥有大量的传输电力的电力线路，其导 线截瑟大、轷塔坚强、绝缘牲e 好、镗输寝减小。霹踅，利臻瞧力线路为转徐线 路的载波系统具商经济、安全、传竣距离遮、可靠性高等佐点。【1 j 【7 】 ( b ) 微波中继通信系统 微波中继通信系统以微波作为传输载体，以接力方式在空间传送信息。它的 袋臻频率圭瑟在3 0 0 m h z 奎3 0 0 g h z 范盈内。微波信号在空阍其有直线传播的特 点，当通信距离趣过1 0 0 k i n 鞋上露，受地球篷搴或是地表裹由、建筑疑兹影响不 得不采用接力方式实现微波通信。微波中继通信可分为模拟微波通信和数字微波 通信两种。目前电力系统以发展数字微波通信为主，其通道具有抗干扰强、信道 臻声不积累、保密往强、设备易于集成讫、功耗低、体积小等特点，但是，地面 微波接力逯露易受於爨邀磁场懿影响，显受建颡影螭较大，奄貉投瓷较大。 ( c ) 卫星通信系统 卫星通信系统是地面微波接力通信的继承和发展，利用人造卫星中继站建立 各圭氇面站之间通信的系统。由于通信距离远、容量大、便于实现多址连接自发自 受裣溺覆获褥越寒越广泛懿窿羁。搬据里麓制式不瀚哥馥分为涟税、稻位、静丘 东北犬学硕士学位论文g _ - 章远动控制通信系统的规划岛设计 等兰耱翌璧逶售系统；按多聚方式又可敬分菇频分、藏分、空势、礤分及混合多 址五种形式。它们的基本组成相同，主要由空间分系统、通信地面分系统、跟踪 遥测及豢令分系统耨逶售数务控到中心等鄂努缎残。 ( d ) 光纤通信系统 毙纾逶绩系统赞稳容量丈、传簸距褰送。铡魏，当系统豹速率为4 0 0 m b p s 拜重， 没有中继的传输距离可达1 0 0 k m 以上。可姒节省大最铜、锚等有色金属，抗干扰 性抒、重爨轻、不憾潮漫、按痿蚀、拭核辐射等。 2 4 1 2 电力远动系统通信信道的选定 远动系统的通傣可靠性必须绝对滤足电力系统舞动他的鬟要。因此，在对远 动通信信道介质进行选择时，不仅鬻考虑为保证通信可靠性而采用两套通俯系统 互为备用，同时还要求这两套通信系统要采用两种不同的邋信介质。本设计是舒 对浆变电站所进行的，此变电站中溉有高聪部分，又有中低压部分，其任务主要 是收集附近几个卫臌站的信息，然藤向上级主站传送，馕息容量棚对较大。通 信网络结构为多点环形结构。综合阻上考虑并结合现有电力通信嗣已有的条件， 选择以光纤通信和魄力线载波通信两种通傣系统互为备用。同时，考虑到两种通 信系统的特点，取光纤通信系统彳乍为壬通翁系统，魄力线载波通信系统刚角作备 用通信系统。 2 4 2 光纤通信信道设计 在电力系统远动通信中，采蓬光鲆遥籀邀黯，溪戆满避通藩毫游数量静簧隶， 又隔离，变电站的地电位。因为当变电站发生故障时，升简的地电位会由通信线 转送裂诵魔掰，镬设备窝久身受裂危害。毙绥在毫气上是绝缘俸，不可麓蕊送爵 高的地电位，这就隔离了地电位的传送。 2 4 。2 1 毙褥终维及先缆 4 , 5 1 光导纤维是以光为载波的传输介质。光纤通信的工作波长有o 8 5l am ( 多模光 纾饺震) 、t 3 1 # m 、l + 5 5 # 摹攘光纾使臻) 三释。测鳇竞纾_ i 蓬售弱疆令主要因素 是光纤的色敞和损耗，色散限制了传输速率，损耗限制了传输距离。上面提到的 党绎中，典型的l ，3 1 # m 攀摸光纤健数最小，恧损糕饺略大予典型懿l 。5 5 # m 单 模光纤的损耗，本设计中采用此类g ，6 5 2 光纤。 本设计莰握强壤条 牛要求，暴周无金属鑫承式光缆( a d s s ) 。这糖光缆霹鼓提 供数量大的光纤芯数，安装赞用比o p g w 低，保密性好，一般不需停电施工，抗 于扰能力强，信号焱耗小，通信容量大，产生误码少，不憾露击。因为它与电力 线路无关，光缆重麓轻，价格适中，光缆无金属迸机房等优点，安装和维护都比 东北托学硕士学位论文第二章远动控制通信系统的规划与设计 较方便，程容易产生毫瘸镪。在2 2 0 k v 鞋下滟电力健辕线上广泛经耀。遥瘸于同 电力线路同杆架设。金具选用通信专用的，减少投资。1 l o k v 站和中枢站选8 芯， 路绞过重要乡镇选8 蕊。一般菇帮终臻不耋要翡选4 - 6 葱。 2 4 2 2 传输制式的选择 按照必绎逶售系统中必漾撬静臻辕钢式，遴嚣爵罄鲻分为鬻步数字髂系 s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ) ： 1 1 准同步数字体系p d h ( q u a s i s y n c h r o n o u s d 秘l 翻h i e r a r c h y ) 1 4 1 。霹步方式孛全瓣各菇绞鼹薅麓准黠镑，萤翰容量大，鼓瘴 检测及倒换基于软件实现，故障倒换时间较蚝，一般用于电信系统中。准同步方 式溪鼹睫露铮方式，容量必4 2 m 、1 6 ) ( 2 m 、及6 3 x 2 m ，一般为患对点