（电力系统及其自动化专业论文）电力系统通讯自动化设备及拓扑管理.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 电力系统通讯的迅速发展使得电力通讯设备越来越复杂，通讯线路也越来越 多，这就给通讯设备管理带来了严峻的挑战。本文结合当前电力系统通讯设备管理 现状，提出了基于网络拓扑管理的新思路。文中首先分析了当前电力通讯中的各类 通讯自动化设备及工作模式，在传统的文本管理模式的基础上，引入了基于网络拓 扑的智能化图形管理平台。依据某地区通讯资源管理的需求情况，重点分析了电力 通讯设备管理系统软件的设计和开发。依照软件工程开发流程，详细阐述了系统的 总体设计、网络拓扑、数据库设计、以及功能需求、功能模块等。 最后，对课题的研究工作进行了总结，并给出了有待进一步解决的问题。相关 的研究成果对现代综合电力通讯设备管理系统的研究开发具有一定的参考价值。 关键词：电力系统通讯，网络拓扑，设备管理 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t sm a k e st h ep o w e rs y s t e m c o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t sa n dl i n e sm o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d ，w h i c hb r i n g sg r e a t c h a l l e n g e st ot h ec o m m u n i c a t i o nr e s o u r c em a n a g e m e n t i nt h i sp a p e r , n e t w o r kt o p o l o g yi s p r o p o s e db a s e do nt h em a n a g e m e n to fn e w i d e a s i nt h ef i r s ta n a l y s i so ft h ec u r r e n tp o w e ri n t h et y p e so fc o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n t sa n dc o m m u n i c a t i o n sa u t o m a t i o nm o d e ，t h et e x ti n t h et r a d i t i o n a lm a n a g e m e n tm o d e lo i lt h eb a s i so ft h ei n t r o d u c t i o no ft h en e t w o r kt o p o l o g y b a s e d0 1 1t h ei n t e l l i g e n tg r a p h i c sm a n a g e m e n tp l a t f o r m t h ep a p e rf o c u so nt h ep o w e ro f c o m m u n i c a t i o n se q u i p m e n t sm a n a g e m e n ts y s t e ms o f t w a r ed e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，w h i c h b a s e do nar e g i o n a lc o m m u n i c a t i o nr e s o u r c em a n a g e m e n tn e e d s i na c c o r d a n c ew i t ht h e d e v e l o p m e n to fs o f t w a r ee n g i n e e r i n gp r o c e s s e s ，d e t a i l e ds y s t e md e s i g n ，n e t w o r kt o p o l o g y ， d a t a b a s ed e s i g n ，a sw e l la sf u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，a n do t h e rf u n c t i o n a lm o d u l e s f i n a l l y ，t h es u b j e c to fas u m m a r yo ft h ew o r k ，a n dg i v e sy e tt ob er e s o l v e d r e l a t e d r e s e a r c hr e s u l t so nt h ep o w e ro fm o d e mc o m m u n i c a t i o n s e q u i p m e n t sc o m p r e h e n s i v e m a n a g e m e n ts y s t e mf o rr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n th a ss o m er e f e r e n c ev a l u e h o uj i a n s h e n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f l i ug u o x i a n k e yw o r d s ：t o p o l o g y , c o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t s 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文电力系统通讯自动化设备及拓扑管 理，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：趔丝e l 期：2 丝丝圣丑! ：旦 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：幺丝导师签名： e l期：之! 量：，萝 华北电力人学硕士学位论文 1 1 论文选题的意义 第一章绪论 通讯自动化设备管理是管理自动化的重要组成部分。近年来，随着现代通讯技 术的发展，设备不断更新，通讯保障能力有了很大的提高，但是由于新旧设备共存， 通讯手段繁多，通讯设备管理体制仍沿用传统方式，管理工作难度大、效率低，为 尽快适应通讯技术、设备的发展，必须建立智能化通讯管理体系，以数据为中心进 行总体规划，建立多层分布式体系结构的通讯设备管理系统，使高级管理人员能够 纵观全局，根据通讯设备及其它通讯资源的情况及辅助决策信息采取有效的通讯手 段和方式传递信息。当通讯系统遭到破坏时可在短时间内组建应急通讯系统，以满 足通讯的急需。同时又可使通讯部门掌握通讯网络、节点运行状态等信息，根据决 策信息对现有的通讯系统进行规划、决策和改造，确定最佳的通讯网络结构和配置， 提高通讯设备的利用率。 经过几十年的发展，电力通讯网络已经成为了通讯方式多样、结构完善、功能 齐备的现代化通讯网络，广泛地应用于电力系统调度电话、保护及远动等方面，成 为了电力系统三大支柱之一。电力通讯涉及的专业资源庞大而复杂，包括线路资源 和设备资源，智能资源和非智能资源，物理资源和逻辑资源【l ；另外随着电力通讯 系统的迅速发展，传输干线的数目大幅度增加，传输系统容量越来越庞大，同时， 数据网络的节点数增多，网络带宽日渐增大，使得网络维护管理的数据量变得非常 大，导致网络管理、电路调度工作的难度和复杂度增加，传统的网络管理办法，工 作效率低下，且容易出错。目前，在市场上已经有许多不同软件开发商的通讯资源 管理系统，但大都是针对某些相类似的电信运营商开发的，在管理的对象范围和业 务流程深度方面与电力系统有所不同，对电力通讯网络资源管理，需要重新设计与 开发。 因此，在合理规划、设计和实施各种网络的基础上，如何为电力系统提供种类 繁多、质量可靠的服务，就成为摆在电力通讯部门面前的一个重要课题。而建立一 个综合、高效的电力系统通讯资源管理系统则是解决这一问题的一项重要基础工 程，具有十分重要的理论意义和应用价值。 华北电力大学硕士学位论文 1 2 课题研究现状 电力系统通讯发展迅速，电力系统通讯设备管理工作也越来越复杂，在国外， 对通讯设备的管理已有了定的发展，特别是与原有的网管系统相结合，充分发挥 了对通讯设备的管理作用f 2 】。但在我国，对电力通讯设备的管理还是处于手工阶段， 特别是对通讯网络的拓扑管理方面，发展相对比较缓慢，随着电力通讯骨干网络的 增加，电力通讯网络拓扑管理也越来越受到重视。 国内已有部分厂家开始研制电力系统通讯设备管理系统，并取得了一定的成 果。例如南瑞集团通讯系统分公司研制的电力通讯设备管理系统，利用标准的作为 数据描述和交换的格式，可通过服务提供外部接口。系统实现了设备数据的录入维 护和统一管理，提供设备级资源对象的查询、统计、配置、调度和工单流转等主要 功能。管理的资源范围包括区域、局站、机房、机架、配线架、配线架端子、各种 通讯设备、光缆、光纤、电力杆塔、人手井、管道、管槽、传输系统、通道、电路 等。 华立科技研制的电力地理信息系统利用软件技术对电力系统基础数据进行计 算机管理，形成一个具有空间概念地理环境信息和基础信息电网资料及用户资料的 分层管理基础数据库，既能方便地进行数据查询和管理，又为电力系统电网的安全 经济运行和管理提供了一个有效的、具有地理信息的网络模型。 广哈通讯研制的电力通讯资源管理系统采用面向对象编程技术和动态图形处 理技术，实现对电力通讯网络资源的全面信息化管理，管理范围包括局站内机房设 备资源、线缆走廊资源、光缆资源、电缆资源、传输网资源、接入网资源等，系统 提供对网络资源的智能化关联查询，并实现网络资源的动态操作和智能调度，并支 持配网拓扑结构的实时重构和响应。 目前研制的这些电力系统通讯资源管理软件已在部分电力公司得到应用，但并 没有广泛的推广，原因在于以上提到的资源管理软件都只注重对物理资源的管理， 强调各种电力通讯系统的管线、局站的配置和管理，不能完全适用于对当前电力通 讯系统中繁复的网络通讯的管理手段，对电力通讯的调度过程也没有实现自动化管 理。同时，这些系统没有很好地将图形拓扑应用与通讯设备管理有机地结合起来。 在电力系统通讯自动化设备管理中，由于涉及的部门和人员多，数据量大且分 散，工作繁琐。工作人员需要耗费大量时间手工发送传真、对各种业务数据进行收 集、汇总和分析，工作量大，而且出错的可能性大。当前存在的突出问题有：机房 数据、线路、设备和电路的信息量巨大，缺乏一个能够全面控制、管理通讯设备资 源的高级管理系统。各机房、通讯站之间的系统数据不能共享，缺乏一致性和实时 性，进行系统调度时，调度单的生成操作比较复杂，要实施人员手工查询数量庞大 华北电力人学硕士学位论文 的电路和端口号，既浪费时间又容易出错，各实施部门反映较慢，系统调度周期长、 效率低系统、设备信息的查询和统计手段落后，往往需要花费大量的人力、物力和 时间，调动各相关专业部门协调工作才能完成任务。这些问题主要表现在以下几个 方面1 3 j 。 1 设备维护方面 在通讯资源庞大的情况下，若采用人工方式维护，则非常困难，同时，人工维 护数据容易产生错误，并且发生错误后很难发现和纠正。 2 电路调度方面 采用人工方式进行电路调度，工作效率低，资源利用率差。 3 资源统计方面 用人工方式进行资源统计，容易出错，难以纠正核对正确性，效率也比较低， 不能快速得到所需的报表。 4 图形显示方面 不能提供直观的图形方式来显示网络的资源情况，更不能在传输地图上将传输 系统等信息显示出来。 5 数据安全方面 数据缺乏安全性，容易丢失和破坏。 1 3 论文的主要工作 本论文结合目前电力系统当中的电网通讯的管理现状，进行了大量的信息数据 的收集整理，结合智能化图形平台技术，设计出一套现代化的电力通讯设备管理系 统。本文主要工作分为两大部分，通讯自动化设备台账管理和网络拓扑管理。台账 管理完成对设备台账数据进行收集、分类、增删改、显示、存储和检索，保证数据 的完整性和一致性并支撑其上的各类应用，比如电网调度业务模块等。网络拓扑管 理是基于图形化平台的一种管理模式，该模块利用a c t i v e x 控件二次开发技术，基 于面向对象设计思想实现图元开放性设计，从而实现基于网络拓扑的智能化图形管 理平台，即将电网通讯图与各种通讯方式下的设备有机结合为一体的图形化平台， 通过图元与设备的具体关联，可以实现空间数据的综合查询，从而很好的满足电力 生产、运行管理的需求 4 】。本文所做的主要工作如下： 1 、依据通讯自动化设备的特性、工作模式与实际管理需求，参考收集的各种文献 资料，进行了通讯自动化设备管理系统的数据库和业务逻辑设计，在运维单位、设备属 性、设备位置的开放性管理方面可很好的满足实用性需求。 华北电力人学硕士学位论文 2 、在深入学习、分析图论中点、线、面表示的数据结构的基础上，针对通讯自动 化设备的特性与工作模式，成功设计了电力系统通讯、自动化设备的数据模型，初步测 试表明：系统可较好满足电力系统对通讯网络拓扑以及节点设备的管理需求。 3 、根据设备标准库建设的基本思想，构建了设备部件类型标准库、设备及部件型 号标准库、生产厂家标准库和设备技术参数配置标准库等。它可大大提高系统的总体初 始化速度，与数据的准确性，同时也增加了系统的开放性和可扩展性。 4 、在完成系统数据库和功能模块设计的基础上，应用o r a c l e 数据库和d e l p h i 开 发工具做了大量的编程工作。基于三层体系结构开发完成的电力通讯自动化设备与拓扑 管理系统实现了界面和业务逻辑的分离，具有很强的扩展性和可维护性。 华北电力大学硕士学位论文 第二章电力通讯自动化设备与工作模式 2 3 电力通讯自动化设备 2 3 1 载波通讯设备 载波通讯设备包括以下几种：载波机，高频架，音频架，载波配线架等。一个 完整的载波通讯系统，按功能划分，大体分为调制系统、载供系统、自动电平调节 系统、振铃系统( 电力线载波机的自动交换系统在内) 和增音系统。其中前四部分是 载波机的主要组成。 ( 1 ) 载波机 载波机相当于通讯系统中的发送与接收设备，载波机的作用是对用户的原始信 号实现调制与解调，把原始信号频率变换到适合线路传输的频率，或把线路传输的 高频信号解调还原成原始信号。根据调制方式的不同，目前应用较多的主要有双边 带电力线载波机和单边带电力线载波机两种类型。电力线载波机概括起来由四部分 组成：自动电平调节系统、载供系统、调制系统和振铃系统( 含有自动交换系统) 。载 波机类型不同，各自系统的构成原理、实现方式等都有所不同。 调制系统。双边带载波机传输的是上下两个边带加载频信号，只要经过一级调 制即可将原始信号搬到线路频谱：单边带载波机传输的是单边带抑制载频的信号，一 般要经过两级或三级调制将原始低频信号搬往线路频谱。 自动电平调节系统。此系统的设置是为补偿各种因素所引起的传输电平的波 动。在双边带载波机中，载频分量是常发送的，在接收端，将能够反映通道衰减特 性变化的载频分量进行检波、整流，而后去控制高载放大器的增益，即可实现此目 的；单边带载波机，设置中频调节系统，发信端的中频载频一方面送往中频调幅器， 另一方面经高频调幅器的放大器送往载波通路，对方收信支路用窄带滤波器选出中 频，放大后，一方面送中频解调器进行同步解调另一方面作为导频，经整流后，再 去控制收信支路的增益或衰减，从而实现自动电平调节。 振铃系统。为保证调度通讯的迅速可靠，电力线载波机均设置乐自动交换系统 以完成振铃呼叫自动接续的任务。双边带载波机是利用载频分量实现自动呼叫，单 边带载波机则设有专门的音频振铃信号。 载供系统。在载波机中，用来产生各种载频和导频信号的系统称为载供系统， 其作用是向调制系统提供所需载频频率。在双边带载波机中，由于采用双频带加载 华北电力人学硕十学位论文 频的传输方式，收信端不需专门的载频发生器；在单边带载波机中，发信端据调制系 统的需要，一般设有中频载频和高频载频，且收信端除设有一个高频载频振荡器外， 中频解调器的载频则主要靠对方端送过来的中频载频，以实现载频的“最终同步 。 ( 2 ) 音频架、高频架 在载波通讯中，如果调度所和变电站相距较远，为了保证拨号的准确性和通讯 质量，在调度所侧安装音频架，而在变电站侧安装高频架，两架之间用音频电缆连 接起来。载波机按音频架、高频架分架安装( 音频信号汇接部分和自动交换系统组成 音频架；两次变频、反变频和高频收信、发信部分组成高频架) 后，用户线很短，通 讯质量明显提高，另外给远动通路信号电平的调整也带来方便。同时，话音通路四 线端亦在调度所，便于与交换机接口组成专用业务通讯网。关于载波配线架，文章 后面有专门介绍。 2 3 2 微波通讯设备 根据微波站的作用，所承担任务的不同，微波站分为不同类型。根据站型的不 同，其设备也有所不同。但一般来说，包括以下设备：终端机、收发信机、天馈线、 微波配线架、电源、蓄电池、铁塔等。 1 收、发信机 由前面分析不难看出，微波收、发信机的主要任务就是在群路信号与微波信号 之间进行频率变换。在发信通道，频率变换过程是将信号的频率往高处变( 群路信号 变为微波信号) ，即上变频。在收信通道，频率变换过程是将信号的频率往低处变( 微 波信号变为群路信号) ，即下变频。 2 终端机 微波通讯系统中，必须有复用设备作为终端机，其作用是：在发信端，将各用户 的话路信号，按一定的规律组合成群频话路信号；在收信端，将群频话路信号，按相 应规律解出各个话路信号。 2 3 3 光纤通讯设备 光纤通讯系统主要包括光端机和光中继机以及脉冲编码调制p c m 数字通讯设 备。 ( 1 ) 光端机 光端机是光纤通讯系统中主要设备。它由光发送机和光接收机组成。在系统中 的位置介于p c m 电端机和光纤传输线路之间。光发送机由输入接口、光线路码型 变换和光发送电路组成。光接收机由光接收定时再生、光线路码型变换和输出接口 华北电力人学硕士学位论文 等组成。光端机中还有其他辅助电路，如公务、监控、告警、输入分配、倒换、区 间通讯、电源等。 在实际应用中，为了提高光端机的可靠性，往往采用热备用方法，使系统在主 备状态下工作，正常情况下主用部分工作，当主用部分发生故障时，可自动切换到 备用部分工作，目前应用较多的是一主一备方式。光端机各主要组成部分作用如下： 输入接口：将p c m 综合业务接入系统送来的信号变成二进制数字信号。 光线路码型变换：简称码型变换，将输入接口送来的普通二进制信号变换为适 于在光纤线路中传送的码型信号。 光发送电路：包括光驱动电路、自动光功率控制电路和自动温度控制电路。光 驱动电路将码型变换后的信号变换成光信号向对方传输。 光接收电路：将通过光纤送来的光脉冲信号变换成电信号，并进行放大，均衡 改善脉冲波形，清除码间干扰。 定时再生电路：由定时提出和再生两部分组成，从均衡以后的信号流中抽取定 时器，再经定时判决，产生出规则波形的线路码信号流。 光线路码型反变换：简称码型反变换。将再生出来的线路信号还原成普通二进 制信号流。 光端机一般采用条架结构，单元框方式。不同速率下工作的光端机，单元框的 组成情况也不同。 ( 2 ) 光中继机 在进行长距离光传输时，由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路衰耗等 限制，光端机之间的最大传输距离是有限的。例如3 4 m b i t s 光端机的传输距离一般 在5 0 - - - 6 0 k m 的范围，1 5 5 m b i t s 光端机的传输距离一般在4 0 - - 5 5 k m 的范围，若传 输距离超过这些范围，则通常须考虑加中继机，相当于光纤传输的接力站，这样可 以将传输距离大大延长。 由于光中继机的作用可知，光中继机应由光接收机、定时、再生、光发送等电 路组成。一般情况下，可以看成是没有输入输出接口及线路码型正反变换的光端机 背靠背的相连。因此，光中继机总的来说比光端机简单，为了实现双向传输，在中 继站，每个传输方向必须设置中继，对于一个系统的光中继机的两套收、发设备， 公务部分是公共的。光中继机的结构有架式和埋在地下的箱式或罐式结构，机箱或 机罐必须有良好的密封性能，以防潮气甚至地下水进入，影响光中继机的正常工作。 ( 3 ) 数字通讯设备 数字通讯设备( 俗称电端机) 是组成光纤通讯系统不可缺少部分。一般来说，数 字通讯设备包括p c m 基群和高次群复接设备。 p c m 基群设备是将模拟的话音信号通过脉冲编码、调制，变成数字信号，再 通过数字复接技术，将多路p c m 信号变成一路基群速率为2 0 4 8 m b i t s 信号进行传 7 一 华北电力大学硕士学位论文 送，以及将收到的p c m 基群信号通过相反的处理过程，还原成模拟的话音信号的 一种设备。 2 3 4 其它通讯设备 在地区级电力通讯网中，通讯设备信息维护管理，一般分成三个专业进行，微 波专业、载波专业和机线专业。机线设备包括以下几种：调度总机，行政总机，机 线配线架等。另外，还有电缆电路，负责各专业电路配线架间的电缆连接【5 1 。 2 2 电力通讯网络的工作模式 2 2 1 通讯系统的组成 通讯的目的是为了传送、交换信息。虽然信息有多种形式( 如语音，图像或文 字等) ，但一般通讯系统的组成都可以概括的用图2 - 2 表示 图2 - 2 通讯系统组成 一 信源是指信息的产生来源，这些信息都是非电信息，要转换成电信号，需要一 种变换器，即输入设备。 交换设备是沟通输入设备与发送设备的接续装置。它可以经济地使用发信设 备，提高发信设备的利用率。 发送设备的任务是将各种信息的电信号经过处理( 如调制、滤波、放大等) 使之 满足信道传输的要求，并经济有效地利用信道。载波通讯中，载波机的发信部分就 是一种发送设备。 信道是信息传输的媒介，概括地讲分有线信道和无线信道。在下面通讯方式中 再详细介绍。 信号在传输过程中，还会受到来自系统内部噪声和外界各种无用信号的干扰各 种形式的噪声集中在一起用一个噪声源表示。 接收设备和输出设备的作用与发送设备和输入设备作用相反，它们是接收线路 华北电力人学硕十学位论文 传输的信息，并把它恢复为原始信息形式，完成通讯。 2 2 2 电力通讯的主要通讯方式 电力企业常用通讯方式概括如表2 3 。 实线实线通讯 有 明线载波通讯 线载波 电缆载波通讯 通 讯 电力线载波通讯 光缆光纤通讯 无 短波通讯 线 微波中继通讯 通 散射通讯 讯 卫星通讯 表2 3 电力通讯方式 在电力工业中，现已形成以网局及省局为中心的专用通讯网，并且已开通包括 全国各大城市的跨省长途通讯干线网络。在现行的通讯网中光纤通讯已占主导地 位。随着电力工业的发展，大电站、大机组、超高压输电线路不断增加，电网规模 越来越大：通讯技术发展突飞猛进，装备水平不断提高，更新周期明显缩短。数字微 波、卫星通讯、移动通讯、对流层散射通讯、特高频通讯、扩展频谱通讯、数字程 控交换机以及数据网等新兴通讯技术在电力系统中会得以逐渐推广与应用。 2 2 2 1 电力线载波通讯系统 1 。通讯系统的组成 电力线载波通讯是电力系统中应用最广泛的一种通讯方式。它以高压输电线作 为通讯线路。其组成如图2 4 ： 长途线路 图2 - 4 载波通讯系统组成 整个系统主要由用户、载波机和输电线路和各种附属设备组成。 载波机的作用是对用户的原始信号实现调制与解调，并满足通讯传输质量的要 华北电力大学硕十学何论文 pf 如e 8 一 o = 8 、匙y r ，u ( b 图2 - - 4 一对一定频式通信 由图2 - 4 ( a ) 可见，系统中a 到b 方向的传输频率为f l ，b 到a 方向的传输频率 为龟，由于频率是不变的，所以a 、b 两个站之间实现了载波机一对一的定频式通 讯。 而在电力系统的调度通讯中，通讯往往是在多站之间进行的。例如图2 - 4 ( b ) 所 示。a l 与b l ，b 2 与c 等载波机之间实现了一对一的定频式通讯，要满足a 到c 站的通讯，就必须在b 站的b l 与b 2 机之间进行转接，将b l 机收到a l 机信号，转接 给b 2 机再转发给c 机，同时将b 2 机收到c 机的信号转接给b l 机，再由它转发给a l 机。借助转接、转发方法，就可实现多站之间的通讯。 定频通讯方式的特点是，各站之间可以相互通讯，并且根据通道衰耗可调整收 信电平，使系统工作在最佳状态。缺点是占有频率较多，且接通用户时间较长。我 国1 1 0 千伏以上的电网中，均用一对一的定频通讯方式。 ( 2 ) 中央通讯方式 所谓中央通讯方式，就是以调度所为中央站，其a 机发信频率为n ，收信频率 为f 2 。而非中央站的b 机，d 机等发信频率均为f 2 ，收信频率均为f i 。显然中央通 讯方式实际是一对n 的定频通讯方式，是定频式通讯的一种特殊情况。 中央通讯方式的特点是各站只能与中央站通讯，各站之问无法实现通讯，而且 一1 0 华北电力大学硕+ 学位论文 同一时问内只能有一个站与中央站通讯。优点是无论站数多少，使用频率只有两个， 且每站只需一台载波机，使用设备少。在话务量和信息传递较少的地区电网中可以 用一对n 的中央通讯方式。 2 2 2 2 微波中继通讯系统 1 通讯系统的组成 微波通讯是一种无线电通讯。微波是指波长为1 米至1 毫米，或频率为3 0 0 m h z 至3 0 0 g h z 的电磁波。在微波频段，电磁波功率主要是在空间视距范围内传播的。 考虑到地球表面的弯曲，通讯距离一般几十公里。在地面上利用微波进行长距离通 讯，要采用接力方式，称为微波接力通讯，或称微波中继通讯。 组成一条微波中继通讯线路，除了电路两个端点的微波站外，还要有一定数量 的中间转接站。如图2 5 所示 o o2 oooo o 一 o 图2 - 5 微波中继逶信电路结构 其中， 表示枢纽站，表示终端站，o 表示主站，o 表示中继站。 终端站：它是指位于微波电路两个终端的微波站。它的基本功能是，在发信通 道，由载波机将各用户的信号通过调制进行频带上搬移，即从原来的频率位置搬移 到新的频率位置( 这一过程也称为变频) ，会合成群路信号，由微波机进行上变频， 使之称为微波信号，通过天线向对方发射出去；在收信通道，由天线接收对方站发射 来的微波信号，由微波机进行下变频，成为群路信号，由微波机进行解调使频带下 搬移，分支出各用户的信号。简言之，终端站只对一个方向收发，全上全下话路。 如图2 6 ： 华北电力大学硕士学位论文 用 户 鼓 豳2 8 终端站绍构 中继站：广义讲，微波线路上除掉两个终端站外，其他站都属中继站。但通常 所说中继站指具有以下功能的站。既可接收a 方向发来的信号，经放大、变频等 处理后，向b 方向发射出去，又可接收b 方向发来的信号，经放大、变频处理后， 向a 方向发射出去。中继站要对两个方向进行收、发，不上下话路，纯属中间转接。 如图2 7 所示： 圈2 7 巾继站结构 乃 专b 主站：主站是具有如下功能的微波站。接收a 方向站( 或b 方向站) 发来的微波 信号，通过微波机进行下变频，再经载波机进行频带下迁移，从中分支出一部分话 路( 比如一个基群，可下1 2 个话路) 并可插入一部分新的话路( 如一个基群。上1 2 个 话路) ，再通过载波机进行频带上迁移，通过微波机进行上变频，经由天线向b 方 向站( 或a 方向站) 发射出去。主站对两个方向收、发，并能上、下部分话路。如图 2 - 8 ： 毒 上渊a jl b 两 下1 2 麓下1 2 皤 华北电力大学硕士学位论文 枢纽站：构成微波通讯网时，两条以上的微波线路在适当的微波线路上交叉， 交叉点上的站即为枢纽站，它具有三个方向以上的收发功能，可以上下部分话路， 也可以不上下话路，看线路的需要而定。 在微波中继通讯系统中把相邻的两个微波站之间那段线路叫做中继段：把相邻 两个主站之间或主站与终端站之间或主站与枢纽站之间那段线路叫做调制段。 2 通讯转接方式 微波中继通讯是利用微波频段的无线电波传递信息的。在发信端，把数字终端 机送来的p c m 信号对7 0 m h z 的中频信号进行调相，使成为中心频率等于7 0 m h z 的中频调频信号，经过中频放大，再与微波发信本振进行混频差拍，获得中心频率 为2 g h z 左右的微波调频信号，最后经发信输出单元和波道滤波器馈送到天线，向 对方站发射出去。而在收信端，处理过程正好相反。把由天线接收到的对方站发来 的频率很高的微波信号变换成中波信号，最后获得频率较低的群路信号，送到载波 机去。 由于微波信号、中频信号、群路信号中都携带着发信者待传递的信息，所以， 作为中继转接的各微波站既可在高频部分转接，也可在中频部分转接，还可在群频 部分转接。 ( 1 ) 高频转接 在收信机的微波输入单元部分进行转接。这种转接方式信号失真小，但要求技 术条件高，适用于国际通讯，即当微波中继电路跨越国界时才采用。 ( 2 ) 中频转接 在收信中频部分进行转接。由于信号经过收、发信混频，失真较大，而且不能 上、下话路，适用于中继站转接。 ( 3 ) p c m 转接 在收信数字终端部分进行转接。由于信号要经过收、发信混频和中频调频、频 率解调，失真最大，但可上、下话路，适用于主站转接。 2 2 2 3 光纤通讯系统 1 通讯系统的组成 光纤通讯是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的 通讯方式。 华北电力人学硕+ 学位论文 发射卜兰奎垄竺竺釉接收 信 电光光电信 发 发 光纤线路 接 接 斗 射射收 收 源机 机机机宿 哟单盟鞫瞄 输入 。 。输出输入 。 。输出 图2 9 光纤通讯系统的基本组成 图2 - 9 示出单向传输的光纤通讯系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本 光纤传输系统。 如图所示，信源把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。电发 射机把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信 号称为已调信号。例如，对于数字电话传输，电话机把话音转换为频带信号，电发 射机把这种模拟信号转换为数字信号，并把多路数字信号组合在一起。模数转换普 遍采用脉冲编码调s t j ( p c m ) 方式实现。一路话音转换成传输速率为6 4 k b s 的数字信 号，然后用数字复接器把3 0 路p c m 信号组合成2 0 4 8 m b s 的一次群甚至高次群的 数字系列，最后把这种已调信号输入光发射机。 不管是数字系统，还是模拟系统，输入到光发射机带有信息的电信号，都通过 调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转 换为电信号。电接收机的功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基 带信号，最后由信宿恢复用户信息。 在整个通讯系统中，在光发射机之前和光接收机之后的电信号段，光纤通讯所 用的技术和设备与电缆通讯相同，不同的只是由光发射机、光纤线路和光接收机所 组成的基本光纤传输系统代替了电缆传输。 光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤通讯在通讯网、广播电视 网、计算机局域网和广域网、综合业务光纤接入网以及在其他数据传输系统中，都 得到了广泛应用。 2 电力系统光纤通讯发展现状 电力系统通讯网是我国专用通讯网中规模较大、发展较为完善的专网。随着通 讯网络光纤化趋势进程的加速，我国电力专用通讯网在很多地区已经基本完成了从 主干线到接入网向光纤过渡的过程。 电力系统通讯的主要传输方式从上个世纪7 0 年代的电力线载波、8 0 年代的模 1 4 华北电力大学硕十学位论文 拟微波、发展到目前的光纤通讯。目前，全国电力系统已建成光缆线路约8 5 万k m ， 仅2 0 0 2 年一年就增加了4 7 万k m ，超过历年来的总和。电力系统光纤通讯承载的 业务主要有语音、数据、宽带业务、i p 等常规电信业务；电力生产专业业务有保 护、安全自动装置和电力市场化所需的宽带数据等。特别是保护和安全自动装置， 对光缆的可靠性和安全性提出了更高的要求。可以说，光纤通讯已经成为电力系统 安全稳定运行以及电力系统生产生活中不可缺少的一个重要组成部分。电力系统光 纤通讯的时代已经真正到来。 华北电力人学硕士学位论文 3 1 系统问题域 第三章系统总体设计 电力通讯自动化设备及拓扑管理系统问题域确定就是要根据当前人力、物力、 财力状况以及管理的需要，决定工程要解决哪些方面的问题，这是系统建设一切工 作的出发点。 电力通讯自动化设备及拓扑管理系统的建设主要是针对当前电力系统通讯设 备及网络管理部分，电力通讯设备主要包括当前主要的通讯模式下涉及到的通讯设 备、自动化设备等。在网络拓扑管理方面主要涉及到通讯网络拓扑生成；基于图形 化的电力通讯资源，包括设备、网络流量等的查询统计；电力调度业务最佳路由选 择功能的实现等。 另外在本系统的构建的过程中，提出了建立设备标准库的概念，设备标准库的 构建，对台帐的建设提供了大力的支持，对整个系统的建设起到了很多积极的意义。 经过广泛的调研与详细的设计，最终确定系统问题域如下： 建设设备标准库，包括设备类型管理、设备及部件型号管理、设备生产厂家 管理、设备技术参数配置等。通过设备标准库的建设，解决设备台帐建设的规范性、 快速性问题。 图形系统管理模块，包括图形编辑、图形查询以及图形的基础维护等，这些 模块都是进行网络拓扑管理的基础。 通讯自动化设备管理，主要包括通讯设备管理与自动化设备管理。为这两类 设备提供完善的设备档案，包括设备本体基础信息及其部件的基础信息与参数管 理，并能对相关信息进行查询。台帐信息是运行系统构建的基础。 调度业务管理，包括通讯线路丌通模块、通讯线路路由选择模块。该模块是 网络拓扑管理中的主要应用。 以上即为系统的主要组成部分。 3 2 建设思路 ( 1 ) 操作简单，易于使用； ( 2 ) 功能完善，自动化程度高； ( 3 ) 系统设计模块化，灵活性强，易于升级； 华北电力人学硕十学位论文 ( 4 ) 开放性好，能与其他系统结合。 3 3 系统的设计原则 通讯自动化设备管理系统的基础是设备资源数据库以下简称资源数据库。资源 数据库，是将规范的符号体系和表达关系式与现实的网络资源( 包括物理和逻辑资源 等) 在计算机数据库中建立起一对应的数字映像关系。在虚拟映像与现实网络对应 的准确率足够高的时候，通过计算机虚拟网络就可以管理现实资源，操控其存在、 使用和动态特性。资源管理对辖区内通讯资源的管理，包括获取、发现和应用。每 一个环节都是数据处理和业务应用的控制过程，并且需要采用统一的共享数据库， 以保持数据的一致，如图3 1 所示。 检索、查询、关联 查询、统计、汇 总、分析图形和报 表生成 正常调度、应急调 度 图3 - 1 通讯资源的管理过程与数据库 ( 1 ) 通讯自动化设备资源的获取过程是系统数据的采集和入库过程，包括来自不同数 据库的传递细节。这一过程需要不断剔除各种可能的差异和错误，通过对自动化设 备数据的整理、采集和录入工作，可获取自动化设备的精确信息，对通讯资源具有 直接的控制意义。 ( 2 ) 通讯自动化设备的发现过程是系统数据的检索、查询、关联查询和统计过程，通 过通讯自动化设备管理系统建设时设定的专家系统功能，在宏观上对通讯网络资源 的建设和状况等综合指标进行全面的发现和了解。通过通讯自动化设备的汇总、分 析图形和报表生成，提供设备线路可用性容量的最新信息和网络设备的运行率。通 过各种统计数据的深入分析研究，为网络的规划和建设提供科学的数据和理论依 据。 ( 3 ) 通讯自动化设备的应用过程是系统数据的维护、更新和利用等过程，通过正常的 和应急的设备等资源调度功能，实现业务的快速提供和网络故障的快速修复。通过 设备等资源的资产管理功能，实现对设备资源资产的寿命周期和调配情况的跟踪。 虽然，通讯涉及的各种设备资源存在着差异性和资源状况的多样性和复杂性，但通 华北电力大学硕士学位论文 讯自动化设备管理系统针对企业的数据模型是相对稳定的，因此系统的设计原则基 本相同。内容上，在满足一般管理功能要求下，要全面扩展系统的内涵和外延，使 之完全符合当地的资源现状及发展前景，符合以下几个原则： ( 1 ) 开放性，对内指的是用户可以配置、扩展系统的功能、业务类型等，对外指的是 软件可以提供数据共享，与其它系统之间能够较好耦合等等。 ( 2 ) 可扩展性，指的是系统能不能扩展，是不是严格限定了范围，功能、数据、业务 类型等等。 ( 3 ) 可靠性，即安全稳定性，要求系统的运行必须高度可靠、准确，不能出错。 ( 4 ) 易用性，即软件界面友好，方便用户使用等。 ( 5 ) 经济性。 使之能成为各类资源集中管理的基础平台，很好的适应新业务、新网络和新体 制的发展，适应业务流程管理的调制与变化。 3 4 设计目标 该系统建设的根本目标是减轻电力系统管理人员的劳动负担，规范管理，提高 效率，降低管理成本。本系统参照现有的各类电力系统通讯设备管理系统，针对目 前各类系统的不足之处，对本系统提出了更高的要求。 主要目标如下： 1 、基于图形平台的电力通讯自动化设备管理 引入基于网络拓扑的智能化图形管理平台，将电力通讯网络图等有机结合为一体的 图形化平台。实现通讯网络的图形直观浏览查询、网络带宽的实时查询、电力通讯网络 拓扑生成、通讯线路路由选择等功能。 2 、用户级数据安全 电力系统规模庞大，用户众多，同角色、同责任区的情况较为多见，普通的权 限管理，无法避免各用户权限重叠，整个系统数据安全不能有效保证。 本系统采用对用户功能授权+ 静态责任区控制+ 动态责任区控制，使被授权用户 可控制的数据范围( 可以控制用户录入哪个变电站的台帐) ，精确地控制到设备、 记录级，从而可完全保证每一用户的数据安全，即任一用户录入的任何数据都不会 被他人修改、删除，只能被共享。 3 、基础数据建立的规范性和快速性 通过系统的实施，把各项规程、规章制度，在工作中得以强制贯彻、执行，使 各项工作标准化。如各类设备基础及技术参数项和参数值的管理，通过系统标准库 的实施，可保证全省统一，再不会出现各地管理的参数内容不一致的情况，设备的 华北电力人学硕士学位论文 分类、命名、台帐建立方式，也会全省统一，这样可保证全省各种设备分类统计结 果正确、可信、可用。 另外，系统建设后，通过标准库的实施，大大方便了台帐的录入与日志的填写，加 大了系统基础数据录入的快速性。因为标准库中维护好数据后，几乎不会有大的改动， 在系统基础数据录入时，对于已经在标准库中维护好的数据，用户只需从下拉框或弹出 框中选择即可，不必自己输入，从而给用户的录入带来很大的方便，加大了系统基础数 据录入的快速性。标准库的建设并不会额外增加用户的负担。 华北电力大学硕士学位论文 第四章网络拓扑与数据库设计 4 1 网络拓扑的定义及分类 网络拓扑是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，特别是通讯设备分布的位 置以及电缆如何通过它们。设计一个网络的时候，应根据自己的实际情况选择正确 的拓扑方式。每种拓扑都有它自己的优点和缺点。 网络的拓扑的分类：网络拓扑可以根据通讯子网的通讯信道分为两类，广播通 讯信道子网的拓扑与点到点通讯子网的拓扑。 采用点到点的通讯子网的基本拓扑结构主要有4 种：星型，环型，树型与网状 型拓扑。 网络的拓扑结构：分为逻辑拓扑和物理拓扑结构，这里讲物理拓扑结构。 物理拓扑结构是连接的通讯设备的真实路径。 逻辑拓扑结构是数据由一台通讯设备传输到另台通讯设备的实际流向而构成 的路径。 以计算机网络为例，网络的基本拓扑结构有以下几种： 1 总线型拓扑( 图4 1 所示) ：是一种基于多点连接的拓扑结构，所有的设备连 接在共同的传输介质上。总线拓扑结构使用一条所有p c 都可访问的公共通道，每 台p c 只要连一条线缆即可，但是它的缺点是所有的p c 不得不共享线缆，优点是不 会因为一某台设备发生故障而使整个网络瘫痪。 工作站i 竹；站 图4 1 总线型网络结构 2 环型拓扑：把每台p c 连接起来，数据沿着环依次通过每台p c 直接到达目 的地，在环行结构中每台p c 都与另两台p c 相连，每台p c 的接口适配器必须接收 数据再传往另一台，传输控制机制较为简单，实时性强。不足是环型结构可靠性较 差，网络扩充操作复杂。 华北电力大学硕士学位论文 工作站工作站 图4 2 环型网络结构 3 树型拓扑结构：把整个电缆连接成树型，树枝分层每个分至点都有一台计算 机，数据依次往下传。优点是布局灵活，与星型结构相比降低了通讯成本，但是故 障检测较为复杂，网络中除最低层节点及其连线外，任一节点或连线的故障均影响 其所在支路网络的正常工作。 工作站 工作站工作站工作站 图4 - 4 树型网络结构 4 星型拓扑结构：在中心放一台中心计算机，每个臂的端点放置一台p c ，所 有的数据包及报文通过中心计算机来通讯，除了中心机外每台p c 仅有一条连接， 这种结构需要大量的电缆，星型拓扑可以看成一层的树型结构不需要多层p c 的访 问权争用。星型拓扑结构在网络布线中较为常见。但由于目前计算机系统已从集中 的主机系统发展到分布式系统，所以，星型拓扑结构的使用会有所减少。 华北电力人学硕十学位论文 工作站工作站 图4 5 星型网络结构 5 网状结构：在网状结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接。网 状结构中的节点问路径多，碰撞和阻塞可以减少，局部的故障不会影响整个网络的 正常工作，因此可靠性高；网络扩充和主机入网比较灵活。在广域网中一般用网状 结构。但是网状结构关系复杂，建网不容易，网络控制机制比较复杂。 4 2 通讯网络拓扑生成 终端 图4 - 6 网状结构