（电力系统及其自动化专业论文）配电自动化中的数据通信系统研究.pdf

a b s t r a c t c o m m u n i c a t i o ni so n eo f t h em o s ti m p o r t a n tp a r ti nd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n s y s t e m ( d a s ) a n di st h en e c e s s a r ym e a n sf o rt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k sc o n t o l c e n t e rt oi m p l e m e n tt h ei n f o r m a t i o nd a m st r a n s m i s s i o n c o l l e c t i o na n dt c l e c o n t r o l t a s k st ot h er e m o t e t e r m i n a l ，a n dh a v ea ni m p o r t a n ti n f l u e n c eo nt h ec o n s t i t u t i o n a n di m p l e m e n t a t i o no ff u n c t i o n si nd a s i nd a s w ec a ns e l e c tm a n yt y p e so f c o m m u n i c a t i o nm e t h o ds u c ha so p t i cf i b e r r a d i o ，w i r ea n dc a b l e ，p o w e rl i n ee a l t i e r e t e i ti si m p o s s i b l et ou s cs i n g l ec o m m u n i c a t i o nm e t h o di nt h es y s t e mb e c a u s eo f t h e c h a r a c t e r i s t i c sa n dr e q u i r e m e n t so f t h ei n f o r m a t i o nd a t ai nt h ed a s b e s i d e s ，d i f f e ：r e n ts e l e c t i o na n d s c h e m ed e s i g no f c o m m u n i c a t i o nm e t h o d sm a k e ac o n s i d e r a b l ei n f l u e n c eo nr e a l - t i m ep r o p e r t i e s ，r e l i a b i l i t ya n da v a i l a b i l i t yo f d a s 。 a n dt h ee x p e n s ef o rc o n s t r u c t i o na n du s a g eo f s y s t e ma r cd i f f c r e n tt o o b a s e x io nt h e r e s e a r c ho nt h ep r i n c i p l ea n df e a s i b i l i t yo f s o m eu s u a l l yu s e dd a t ac o m m u n i c a t i o n m e t h o da n dc o n s i d e r i n gd o m e s t i cp r a c t i c a lf e a t u r ea n dr e q u i r e m e n to f d a si n n o w a d a y s ，t h i st h e s i sp r e s e n t sa c o r n m u n i c a t i o ns y s t e ms c h e m ef o ru r b a na n ds u b u r b d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n t h ew h o l es c h e m ea d o p t sm u l t i c l a s sd i s t r i b u t e ds t r u c t u r e a n dc o m p l e x e ss e v e r a lc o m m u n i c a t i o nm e t h o dt om e e ti n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o n r e q u i r e m e n t si nd a s a sf a ra sc o m m u n i c a t i o nm e t h o d w es t u d ye m p h a t i c a l l yo n t l e i rc o m m u n i c a t i o np r i n c i p l e ，t e c h n i c a lf e a t u r e s ，c o n f i g u r a t i o nm o d ea n dp r o p e r t i e s a n ds oo n a tl a s t , t h et h e s i si ss i m p l yd e s c r i b et h ed a t at r a n s m i s s i o np r o t o c o l i nd a s t h ew h o l es c h e m eh a ss o m ea d v a n c e da n dp r a c t i c a ls u g g e g i o nt ot h er e n o v a t i o no f u r b a np o w e rn e t w o r k sw h i c ha r eb e i n gc a r r i e do u ti nc u r r e n t k e y w o r d s ：d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ；d a t ac o m m u n i c a t i o n ； c o m m u n i c a t i o nm e t h o d ；c o m m u n i c a t i o np r o t o e o l i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：呈苎查笪日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蝉导师签名：越日期：二业，7 1 1 课题的背景 1引 言 配电自动化在世界发达国家开始较早，发展也较快一些西方国家早在 上世纪7 0 年代初就提出了配电自动化的概念，8 0 年代末开始推广应用配电自动化 技术，配电自动化技术形成了多岛格局“1 在我国，随着社会经济与科学技术的高度发展和现代化，城市社会对高质量 高可靠性的电能供应提出了越来越高的要求。城市社会越发达，承受停电扰动的 能力越脆弱，有时即使是很短时的停电扰动也往往会给城市社会造成不安定的心 理影响，以及较大的经济损失n 配电系统采用原有的运行、维护、控制和管 理模式己无法适应新形势的要求。目前，为了降低运行成本，改进供电可靠性， 提高供电质量，争取更多的用户，各供电企业正在积极地开展配电自动化工作。 近年来烟台、石家庄、上海、大连等地的电力部门先后开展了配电自动化的试点 工作。9 8 年国家决定投巨资进行城乡电网改造，极大地促进了配电自动化工作的 开展，配电自动化成为电力自动化的一门热点技术“ 配电自动化系统一般由主站( 前台机、后台机和服务器等) 、现场设备( 开闭 所f t u 、断路器r u 、柱上开关f t u 、通信控制器c c u 、变压器监测仪t t u 和变电 站c c u 等) 和通信部分( 主站通信主机、现场设备的通信从机、适配器和通信介质 等) 组成。而配电自动化的各种测控功能要通过及时可靠的通信来完成。若在一 个现代化的集中控制式配电自动化系统中没有高质量的通信系统，其自动化功能 根本无法实现。因此，通信在配电自动化系统中占有非常重要的作用“1 。 i 2 课题的目的及意义 配电自动化需要有效的通信手段，以便在主站与大量远方终端之间传递信息 和控制信号。虽然有多种通信技术和装备可以使用，但配电网结构复杂，城市和 农村各有不同特点，新建的和原有的也不尽相同。配电自动化的通信点多，且分 布极为分散，但单个通信点数据量少，通信设备环境条件差。因此日前还难有一 个单一的通信方式可很好地满足所有配电自动化系统的需要n 。本课题就是根 掘目i j 我国城乡电网配电自动化的现状，从增强其通信功能的角度出发，对配电 自动化中的几种通信方式进行了研究、比较，探讨出一种能够满足配电自动化要 求的技术先进、性能可靠、价格合理，并适合我国城乡配电网应用的通信方式及 结构模式，为配电自动化的推广和实现做一点贡献。 1 3 本论文的主要工作及内容 1 3 1 课题来源及主要工作 本人经导师推荐从2 0 0 3 年9 月开始在山东许继科华自动化技术有限公司从事 此方面课题的研究。山东许继科华公司主要从事配电自动化系统及远程电力抄表 等电力工程项目的研发和工程施工，产品己在济南、潍坊等多个城市地区的供电 部门批量使用。为配合城乡电网改造及配电自动化系统的推广实施，加强其终端 产品的通讯功能，并按照开放性的标准通信协议的要求，建立配电自动化系统的 数据通信网体系。本课题正是针对上述实际需要，确定了本课题的研究。 在山东许继科华公司作论文期间，结合公司配电自动化工程项目的开发作， 对所研究课题作了广泛深入的调研。查阅了包括参考文献所列的文献在内的大量 资料，参加了许继科华公司举办的配电自动化方面的专题讲座。对配电终端产品 尤其是应用于不同通信方式的通信终端的性能特点及使用有了全面了解。 针对配电自动化通信系统方案中通信方式选择及实现的问题，本文主要作了 以下几方面的工作。 1 学习了数据通信、配电自动化系统的基础理论知识，重点讨论了数据通 信系统的构成及其在配电自动化系统中的重要作用。 2 着重研究了光纤自愈环网、无线扩频通信、无线数传、配电线载波、有 线电缆及现场总线技术等多种通信方式的通信原理、技术特点、组网方式、性能 等。 3 在通信规约方面，对目前配电自动化系统中广泛使用的几种远动通信规 约，如循环式远动规约c d i 、问答式远动规约d n p 3 0 ，国际标准i e c 一8 7 0 5 1 0 1 规约等作了比较和研究。 4 结合配电终端装置在连网通信中的应用，实现了配电终端与各种不同通 信方式媒介接口的硬件、软件设计其中硬件电路主要完成与通讯媒质的物理层 接口；软件按n i e c 一8 7 0 - 5 一i o i 信规约的要求，实现链路层及应用层之间的接 口通信。 1 3 2 本文的主要内容 本论文主要研究适用于主站与变电站、二级主站之间的主干通信网中及二级 主站与配电自动化远方终端之间数据通信网中的通信方式。简单介绍了数据通信 和配电自动化的基础理论知识，简单介绍了配电终端与各种通信媒介的接口电路 的开发研究和配电自动化系统中的通信协议规约。对几种常用的数据通信方式 的应用研究、对比和选择，探讨出一种适合于城市配电自动化系统需求的优化通 信方案。最后，结合工程实例对各种通信方案的实际应用做了介绍。 3 2 配电自动化系统及其数据通信系统的特点和要求 2 i 数据通信概述 在电网调度自动化和配电自动化系统中，数据通信都是一个极为重要的环 节。数据通信既可能在一个厂站内部进行，也可能是在远达数千公里的厂站和调 度中心之间进行。 2 i 1 二进制数字通信的优点 二进制数字仅有两个码元“1 ”和“0 ”，通常以8 位为一个字节，可代表一 组信息。采用二进制对应的电路最简单，只有高低两种电平，通常以一定幅度的 电信号脉冲代表“l ”( 高电平) ，以电路中无信号代表“0 ”( 低电平) ，这样 一系列的二进制数字信号就变成一长串电脉冲信号 1 。接受端通常采用一种检 测电路定时检测各码元“取样信号”的电平值，并采用“像谁就是谁”的简单判 断，凡取样值接近代表“1 ”的电平值就判为“1 ”，凡取样值接近代表“o ”的 电平值就判为“0 ”，非“l ”即“0 ”，即使传输过程中由于干扰而有些失真， 在一定距离内也不容易达到“1 ”、“0 ”颠倒的程度，这样通过正确的判读就能 就排除了干扰。长途传输时为不使干扰逐步积累，可在一定距离设置中继站，正 确判读后再重新发出，所以数字传输没有距离限制。 2 1 2 并行传输与串行传输 4 1 3 0 计 计或 算 n d n 算外 机 状态 机设 控制 计 ol ll 虱f 嗵 计或 算 算外 机 状态 机设 控制 图z 一1 并行传输和串行传输 ( a ) 并行传输( b ) 串行传输 1 并行传输 前面讲过以8 为二进制数为一个字节，代表一组信息。如果用8 根线( 另有一 根公共线) 将通信双方连接起来，每根线传一位码元将这组信息传送过去，这种 方法称为并行传输。也可以用1 6 线、3 2 线或者更多的线进行并行传输。其优点是 传输信息速度快，有时可高达每秒传送几百兆字节，同时并行传输的软件和通信 规约都比较简单。其缺点是需要的信号线较多，成本较高，因此常用于传输距离 短( 一般不超过1 0 米) 且要求高速传输的场合 2 串行传输 串行传输仅需要一对传输线，根据一个字节中各码元的顺序一位一位地传过 去，接受端收齐8 位后，c p u 会将这个字节一次取走。显然串行传输速度较慢，且 通信软件要复杂一些。但最大地优点是节约了传输线，降低成本，因此适合于远 距离地数据通信。目前配电自动化系统中各厂站到中心地通信都是串行通信n 。 2 1 3 数据通信的传输速率和误码率 1 数据传输速率 串行通信中，数据传输速率用每秒传送的位数( 码元数) 来表示，单位是波 特，简写位b d 。在数据通信网络中，常用每秒传送的字节数b p s 表示，如l o m b p s 、 l o o m b p s 等。 2 误码率 误码率又称码元差错率，是指在传输的码元总数中发生差错的码元所占的比 例。配电自动化系统中要求误码率不大于1 0 一 2 1 4 数据通信系统的工作方式 按照信息传送的方向和时间，数据通信系统有单工方式、半双工方式和全双 工方式三种。 单工方式只能向一个方向传送数据。最简单的终端在采集数据后按既定程序 自动的传送给调度中心，而不能接收调度端的指令，就属于单工方式。串行传输 5 时单工方式只需要一对传输线。 半双工方式也只要一对传输线，可以互为发、收端，采用切换方式分时交替 进行。 全双工方式需要两对传输线，双方均可同时发送和接受数据。 2 1 5 异步传输和同步传输 在串行传输中，信息是以帧为单位传送的，每一帧包含若干位码元，具体格 式又分为异步传输和同步传输两种。 1 异步传输格式 如图2 2 所示，每帧以“起始位”( 低电平) 开头，接着传送信息码元，最 后附加一位“奇偶校验位”和“停止位”( 高电平) 不传送信息时用“空闲位” ( 高电平) 填充，直到下一帧的“起始位”到来，也可以无空闲位直接发送第2 帧。这种方式实质上仅是在传送一个字节的较短时间内保持着收、发两端时序的 同步，而在空闲时段内可以时异步的，这样对两端时钟的精度和稳定性要求较宽。 单异步传输时，发送每个字符都加了起始位和终止位，有效信息位比例降低了。 低 位 高 位 ( b ) 图2 - - 2异步通信格式和同步通倍格式 ( a ) 异步格式( 以8 位字符为例)( b ) 同步格式 2 同步通信格式 同步通信方式的收、发两端必须时刻保持同步。其以“同步字”( s y n ) 为 一帧的开头，同步字是一种很特别的码元组合，是识别一帧开始的明确标志。“同 步字”后面是“控制字”，对本帧长度、发送地址、目的地址、信息类别等加以 6 说明，再后面就是“信息字”。同步字虽然也占用了时间，单因一帧信息很长， 一帧中有效信息占比例仍比异步传输时大，因此传输效率提高了。 2 2 配电自动化系统简介 2 2 1 配电自动化的概念 配电自动化( d a d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n ) 是一项集计算机技术、通信技 术、控制技术和现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，其目的是提高配 电网的供电可靠性，改进电能质量，向用户提供优质服务，降低运行费用，减轻 运行人员的劳动强度。 配电网自动化从广义上讲，是指利用现代先进的电子技术，计算机网络通信 技术，实现对配电网正常运行时的控制，检测和故障时的快速处理，以及配电的 生产管理、设备管理的自动化。从狭义上讲，是指配电网故障的自动化处理，即 包括故障检测，故障定位、隔离和非故障区的供电恢复整个过程1 。 以上关于配电自动化的定义是比较恰当的，首先它体现了配电自动化是关于 现代信息技术在配电网控制与管理中应用的技术；再就是说明了配电自动化系统 是一个综合性的计算机系统，系统的数据、信息应该共享，各项功能之间应该互 相配合。 2 2 2 配电自动化系统的结构 配电自动化系统一般由主站、通信网络、变电站自动化系统或配电自动化二 级主站、配电自动化远方终端d a - r t u 、线路f t u 、自动读表终端) 等四个层次组 成，如图2 - 3 所示是一个配电自动化系统的构成图。 配电自动化主站是配电自动化系统的控制与管理中心，它一般采用客户服 务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构以s c a d a 系统和g i s 系统作为基本平台配备各种应用软 件完成d a d m s 的功能“” 变电站自动化系统完成变电站设备的实时监控、管理，它一般是集中式r t u 与变电站各种保护监控装置通信构成的系统，或由间隔级微机综合保护、监控装 7 冒配合后台通信处理机构成的分布式计算机系统。 配电自动化二级主站是配电自动化系统的中间层，主要用于完成小区内配电 网馈线自动化功能，并作为通信节点，向主站转发小区i 为r t u f t u 或其它智能装 置的数据”1 图2 3 配电自动化及其管理系统典型配置图 配电自动化远方终端单元d a - r t u 分为安装在变电站或开闭所的站i 勾r t u 及安 装在配电线路上的f t u 两种设备。d a - r t u 与配电自动化主站或二级主站通信， 提供配电系统运行监控及管理所需的数据，执行主站发出的对配电设备的控制、 8 调节命令。 配电自动化系统的监控对象具有点多、分散的特点，通信系统一般采用主干 通道与分支通信网相结合的结构，分为用户、线路f t u 、变电站或几级主站、控 制中心等几个层次。用户( 如配变监测、自动读表) 终端数据由线路f t u 、变电站 r t u 、二级主站转发，可选用有线、配电线载波、无线电、电话线等通信方式“。 线路f t u 数据由变电站或二级主站转发，可选用光纤、无线电、有线等通信方式。 变电站或二级主站可选用光纤、无线扩频、数字微波、载波或有线等方式，直接 与控制中心通信。 2 2 3 配电自动化的功能 根据配电自动化系统发挥的作用，配电自动化的功能可归纳为以下几项内 容，即配电网数据采集与监控( s c a d a ) ；故障管理，包括故障定位、隔离及自动 恢复供电功能；电压及无功管理；负荷管理；图形资料系统( a m f m g i s ) ；自动 抄表及用电管理等“1 。 按照系统的纵向结构例，配电自动化的功能可分为配电管理自动化( 主站系 统) 、变电站自动化、馈电线路自动化及用户自动化等四个层次的内容。通常把 以上四个层次的功能总称为配电管理系统( d m s ) 功能，而把其中的变电站自动化 及馈电线路自动化功能称为配电自动化( d a ) 功能。 还有一种根据功能的实时性划分的方法n ”，把配电网实时监视、控制及调 节功能称为配电自动化( d a ) 功能，而把离线的用于维护及用电的信息管理功能称 为配电管理( d m s ) 功能。 配电自动化的单项功能很多，各功能之间相互联系，相互交错，没有十分明 确的界限，随着社会对供电可靠性及质量要求的提高和技术的发展，配电自动化 的功能及具体内容将会有所变化。 2 2 4 配电自动化的意义 1 提高供电可靠性 据统计，故障和计划检修足造成用户停电的两个主要原因。传统结构一般采 用辐射状配电方式，线路中间没有分段开关，在线路上某一处故障或线路检修时， 9 会造成全线停电。现在城市供电网的发展方向是采用环网“手拉手”供电方式， 并用负荷歼关将线路分段，利用馈线自动化系统，实现线路故障区段的自动定位、 隔离，及健康线路的自动恢复供电，可缩小故障停电范围，减少对用户的停电时 问，提高供电可靠性“。 2 提高配电设备的技术水平，这主要体现在“5 1 ： ( 1 ) 少故障停电次数和停电时阃，缩小停电范围，直至避免停电。 ( 2 ) 少和缩短设备检修时间。 ( 3 ) 优化网络结构和无功配置，降低电能损耗。 ( 4 ) 有效调整负荷，有利于削峰填谷。 ( 5 ) 共享电力系统的数据资源。 3 提高企业的现代化管理水平“： ( 1 ) 提高城区供电设备的利用率，提高供电质量。 ( 2 ) 更好地管理配电设备。 ( 3 ) 提高供电的经济性，包括降低经常性的运行维修和推迟基本建设投资。 ( 4 ) 提高供电企业的全员劳动生产率。 ( 5 ) 提高为用户服务的响应速度和服务质量。 2 3 配电自动化数据通信的特点与要求 2 3 1 配电自动化数据通信的特点 同输电网调度自动化系统一样，配电自动化系统也需要一个有效的广域通信 网在系统站与远方终端( r t u ) 或现场智能装置之间传递数据和控制、调节命令， 但配电自动化数据通信有着自己的特点“1 。 ( 1 ) 终端节点数量极大 配电网拥有众多的变电站、开闭所、配电变压器及线路上的重合器、负荷歼 关、无功补偿电容等，要对这些变电站和配电设备进行监控，需要许多的r t u 或 现场智能装置，再把大量的深入到低压用户的自动读表和控制终端包括在内，一 个配电自动化系统终端节点数量相当大。在实际实施时，为了简化系统构成、减 少造价，可有选择地只对那些重要的配电设备和用户进行实时监控，但不管怎样， l o 一个实用的配电自动化系统终端节点数量比同一地区输电网调度自动化系统要 大一个数量级。针对我们国家情况，一个中等城市配电自动化系统需要通信的终 端节点数量要有上千个“ ( 2 ) 通信节点分散 配电自动化r t u 或现场智能装置随配电设备安装，由于配电设备分白的地域 比较广，因此，通信的节点比较分散。 ( 3 ) 通信距离短 一个地区配电网覆盖的区域相对要小一些，配电自动化通信节点之间距离比 较短，因此，配电自动化通信网往往采取主干道与小区分支通信网相结合的方案， 一个小区内的f t u 、变压器监测仪、自动读表控制器等终端的数据由小区内变电 站或开闭所r t u 汇集转发，它们之问的通信距离一般在二、三公里之内“”。 ( 4 ) 通信数据量小 配电自动化r t u 监控对象是大量的线路开关、配电变压器等，通信数据量有 限；即便是一些配电变电站、开闭所或配电自动化二级主站的数据量比输电网变 电站的数据量也要少的多。 2 3 2 配电自动化数据通信的要求 ( 1 ) 要适应苛刻的运行条件，具有很高的可靠性“1 配电自动化的通信装置大部分都安装在户外，环境条件恶劣，温度变化范围 大，要具有良好的防潮、防雨、防晒措施。它安装在电力线柱上或组合式配电柜 内，要承受高电压、大电流雷电等干扰，要有很高的抗干扰能力。 ( 2 ) 在线路故障时保证正常通信 配电自动化系统具有故障定位、自定隔离及恢复供电能力，在线路故障或结 构变化时，r t u f t u 与主站之间的通信不能受影响。因此，使用配电载波、无线 电、有线通信方式要考虑线路故障电流产生的干扰影响，配电载波还要解决线路 开关打开后信号通路问题n ” ( 3 ) 经济 通信系统的投资不能太大，以免影响d m s 系统的总体经济效益。 ( 4 ) 通信速率 通信速率的选择依据配电自动化终端的数据量及实时性要求而定，对不同的 配电自动化终端通信速率的选择如表2 - 1 所示。 终端 通信速率( b p s ) 变电站r n i1 2 0 0 9 6 0 0 线路f t u3 0 0 一1 2 0 0 配电变压器监测仪 1 0 3 0 0 用户读表终端1 0 3 0 0 表2 1 不同终端通信速率的选择 ( 5 ) 要有双向通信能力 大部分配电自动化功能需用双向通信功能。个别的，如负荷控制只需要主站 到控制终端的单向通信能力，不过，为了更好地实现负荷管理( d s m ) 功能，现在 也要求使用具有双向通信功能的终端。 ( 6 ) 操作维护方便 配电自动化通信终端众多，设计时要充分考虑安装、操作维护的方便性，以 减少工作量。 ( 7 ) 采用开放性标准的通信规约 配电自动化系统是一个信息集成系统，系统中各种现场智能终端与控制中心 之间以及不同的控制中心之间采用开放性的标准通信规约能够保证配电自动化 各个子系统之间互连，实现数据互享，减少建设投资“”。 2 4 串行通信接口( r s - 2 3 2 r s - 4 8 5 接口) 配电自动化系统中的数据通信多采用串行通信方式，而串行通信最常采用的 有两种接口方式：r s 2 3 2 c 接口和r s 4 8 5 接口，下面重点介绍一下这两种接口的特 性。 2 4 ir s 一2 3 2 c 串行接口 r s - 2 3 2 是美国电子工业协会( e i a ) 1 9 7 3 年制定的一种串行数据传输接口标 准，已被广泛的应用计算机与各终端以及计算机与计算机之自j 的就近连接。 r s 一2 3 2 c 所定义的内容，属于国际标准化组织( i s o ) 所定义的丌放式结构 互连所建议的七层结构中的最低层一物理层所定义的内容。包括机械特性、电气 特性和功能特性三个方面的规范n 。 1 r s - 2 3 2 c 的机械特性 r s - 2 3 2 c 规定选择d b 2 5 结构作为其连接器d b 2 5 由一个2 5 针的插头和一个2 5 空插座组成。通常，r t u ( d t e ) 方面采用d b 2 5 针式插头，m o d e m 方面( d c e ) 则采用 d b 2 5 空式插座。 2 r s - 2 3 2 c 的电气特性 。 r s - 2 3 2 c 采用负逻辑工作，即逻辑“1 ”用负电平( 范围为一5 一1 5 v ) 表 示：逻辑“0 ”用正电平( 范围为+ 5 + 1 5 v ) 表示，通常使用时，门限电平是 3 v ，因此许多r s 一2 3 2 c 接口采用8 v 电源。 由于大部分设备内部使用1 v r l 电平，因此r s 一2 3 2 c 还需通过专门的线路驱动 器m c l 4 8 8 和线路接收器m c l 4 8 9 来完成两者之间的电平转换。其电气接口的线路如 图2 - 4 所示。 “1 ” 2 o y “0 ” o 8 v 图2 - 4r s 一2 3 2 采用单端驱动差分接收电路 r s 一2 3 2 c 串行接口的信息速率 2 0 k b p s 。常用的速率有3 0 0 、6 0 0 、1 2 0 0 、2 4 0 0 、 4 8 0 0 及9 6 0 0 b p s 。 r s - 2 3 2 c 信号线上总负载电容不得超过2 5 0 0 p f 。通常使用的多芯电缆每米具 有电容1 5 0 p f ，故采用r s 一2 3 2 c 的最大传输距离仅有1 5 m 。 3 r s - 2 3 2 c 的功能特性 r s - 2 3 2 c 的信号线分为四类：数据线、控制线、定时线、地线。控制总线通 常称为握手线，其主要功能是实现d t e ( 数据终端设备，如r t u 、p c 等) 和d c e ( 数 据电路端设备，m o d e m 等) 之间的互相联系，表示他们的工作状态。定时线一般 在同步通信方式时使用。 r s - 2 3 2 c 常用引脚信号的名称和功能见表2 2 。 引脚编号电路符号接口电路名称 la a 保护地线 p g 2b a数据发送txd 3b b数据接收 r x d 4c a请求发送r t s 5c b 发送允许 c t s 6c c数据设备就绪d s r 7s g 信号地线 a g 8c a数据载波监测d c d 9保留r e s e r v e d l o保留r e s e r v e d l l保留r e s e r v e d 1 2s c f 第二路载波监测 1 3s c b 第二路清除发送 1 4s b a 第二路数据发送 1 5 d bd c e 发送信号码元定时t x c 1 6s b b第二路数据接收 1 7d d接收信号码元定时r x c 1 8保留r e s e r v e d 1 9s c a 第二路请求发送 2 0c d数据终端就绪d t r 2 1c g 信号质量监测 s q d 2 2c e 振铃指示 r i 2 3c h c i数据信号速率选择 2 4d al y r e 发送信号码元定时t x c 2 5保留r e s e r v e d 1 4 表2 2r s 一2 3 2 c 常用引脚信号的名称和功能 4 r s - 2 3 2 c 的优缺点 ( 1 ) 优点：采用单端驱动、单端接收电路，传送每一种信号只用一根信号 线，所有信号共用一根信号地线，电路简单，应用广泛。 ( 2 ) 数据传输速率不高( 2 0 k b p s 以内) ，传输距离不远( 1 5 m 以内) ；公用 信号地线，容易受噪声干扰。 2 4 2r s 一4 8 5 总线接口 在数据通信系统中经常遇到远距离通信的问题。可以选择r s - 4 8 5 标准接口电 路来实现。 1 r s 一4 8 5 总线 图2 - 5r s 一4 8 5 一点对多点通信网络示意图 e i ar s 一4 8 5 是c c 工t t 标准化v 1 l x 2 7 兼容的平衡式电气特性标准。这种标 准应用集成电路技术，在一对平衡的互连电缆上传送差分信号，在接受端使用差 分接受器进行信号判决。在电缆a 和b 上，如果a 线的电位比b 线的电位高0 3 v ，则 发送的是逻辑“1 ”；如果a 线的电位比b 线的电位低0 3 v ，则发送的是逻辑“0 ”； r s - 4 8 5 接口在一个通道上可以进行半双工通信，所以只需两根线就可以进行双相 通信，并可方便地构成一个点对多点或多点之间的相互通信网络，通信网结构如 图2 - 5 。 2 r s - 4 8 5 的优点 这种接口具有抑制共模干扰的能力，因此抗干扰性能很好，信号发送频率最 高可达i o m h z 。在信号速率小于l o o k b i t s 时，传输距离可达1 0 0 0 m ，因此在配电 自动化系统中应用普遍。 3 传输速率与传输距离 r s - 4 8 5 收发器传输距离与传输速率的关系可用下面的经验公式计算：数掘率 ( b i t s ) x 传输线长( m ) 4 1 0 8 。最高传输速率为l o m b p s ，在此速率下，传输距离 蔓j l o m ，随着数据速率的降低通信距离增加。数据率在l o o k b p s 以下，传输距离可 达1 2 0 0 m 以上。 2 5 配电自动化通信规约 配电自动化是一个信息集成系统，系统中各种现场智能终端与控制中心之间 以及不同的控制中心之间采用开放性的标准通信规约能够保证配电自动化各个 子系统之间互连，实现数据共享，减少建设投资。对于已经建设完成的系统，如 负荷控制系统，采用规约转换器( 网关) 交换数据，可以避免造成“多岛自动化” 现象。 配电自动化系统是一个技术复杂的计算机系统，涉及面广。包含大量计算机 及智能终端装置，需要许多专业之间配合。在市场竞争激烈、专业化分工越来越 细的今天，没有任何一个厂家能够生产制造系统所有的产品，因此，采用开放性 标准规约，能够使所建设的配电自动化系统优选不同厂家的产品，优化系统配置， 提高系统性能“。 2 5 1 配电自动化系统的数据传输规约国际标准的有关规定 i e c 电力系统控制和通信技术委员会( t c 5 7 ) 是一个专f 3 n 定电力系统( 包括 输电和配电自动化系统) 中远动系统传输规约和标准、变电站自动化系统的通信 规约、通信网络和系统等标准的机构。我国是i e c 的成员国，应等同、等效采用 i e c 所制定的标准。对于电力系统远动系统传输规约，i e c 己颁布i e c 6 0 8 7 0 5 一l o l 基本远动任务配套标准，我国根据这个标准已经出版了电力行业标准( d l i t 6 3 4 - 1 9 9 7 基本远动任务配套标准，文中简称为1 0 1 规约) “”。 i e c 制定了一系列远动传输规约基本标准和配套标准，基本标准有如下一些 规定： ( 1 ) 基本标准认为在监视和控制系统中，通信功能的最终目的是达到最大的 1 6 系统一致性，即过程变量状态及其在远动系统中主站的数据库的镜像没有任何差 别。尤其在电力系统发生事故的情况下，数据的一致性就显得格外重要，因此规 定了状态量和测量值变化的不同响应时间等指标 ( 2 ) 基本标准定义了平衡传输和非平衡传输，并严格规定平衡传输只能用点 对点或者多个点对点的全双工通道。如果通道为半双工通道或多点共线、多点环 形、多点星形等通道配置，只能采用非平衡传输 2 5 2i e c 8 7 0 5 - 1 0 1 通信规约 i e c 8 7 0 5 是由i e c 的t c 5 7 工作组制订的电力系统r t u 或现场自动装置与主站 之间的远动通信规约。如循环规约c d t 、查询规约s c l 8 0 1 不同，i e c 8 7 0 5 遵循了 i s o o s i 七层参考模型，规定了物理层、链路层以及应用层三个层次之间的通信 标准“” i e c 8 7 0 5 规约文件分为5 个小节，分别为：i e c 8 7 0 5 - l ，第一节传输帧格式： i e c 8 7 0 5 - 2 ，第二节连接传输步骤；i e c 8 7 0 5 - 3 ，第三节应用数据通用格式：i e c 8 7 0 5 - 4 ，第四节应用数据的定义和编码：i e c 8 7 0 5 - 5 ，第五节基本应用功能。 在此基础上，制订了i e c 8 7 0 5 - 1 0 1 ，i e c 8 7 0 5 - 1 0 2 ，i e c 8 7 0 5 1 0 3 三个通信 规约，分别适用于远动、电能计量、保护设备通信。我国己把i e c 8 7 0 5 - 1 0 1 作为 电力行业标准( 非等效采用) 因此，配电自动化系统的通信规约应优先考虑选用 i e c 8 7 0 5 - 1 0 1 作为通信规约n ” 1 适用范围 本配套标准适用于网络拓扑结构为点对点、多个点对点、多点共线、多点环 形、多点星形等网络配置的远动系统中，通道可以是全双工或半双工。 传输方式分为非平衡式传输和平衡式传输两种。 非平衡传输方式中，仅仅主站( 启动站) 启动各种链路传输服务而其他站( 子 站) 仅当主站( 启动站) 请求时才传输。这种传输方式对于所有网络结构均可适用。 平衡式传输方式中主站和子站可同时启动链路传输服务，所以必须有一对全 双工的通道。 点对点或多个点对点全双工网络配置是我国目前应用最多的一种网络配置。 尤其是多个点对点全双工网络配置，本配套标准规定对于这种网络配置采用平衡 1 7 式传输模式。 2 参考模型概述 在本标准中使用的参考模型源于开放式系统互联的i s o - o s i 参考模型，如图 2 6 所示。 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层 图2 6i s o - o s i 参考模型 由于远动系统在有限传输带宽下要求特别短的反映时间，故标准采用增强性 能结构( e p a ) 模型。这种模型仅用三层( 即物理层，链路层。应用层) 。如下图2 7 所示： 应用层 链路层 物理层 图2 7 增强性能结构( e p a ) 模毽 传输帧的信息结构如下图2 8 。 l 链路规约链路规约控制信息( l p c i ) i 数据单元( l p d u )应用规约数据信息( a p d u ) 图2 8传输帧的信息结构 3 物理层 物理层规定了连接器机械特性、逻辑电平、位元宽度、接口线的定义与功能、 连接线建立和切断等内容，提供传送“1 ”、0 ”码的物理条件。 i e c 8 7 0 5 适用于点对点、点对多点等网络结构，通道可以是双工或半双工， 所规定的数据传输基本方式为8 个数据位、1 个起始位和1 个奇偶校验位。 i e c 8 7 0 5 采用i t u ( c c i t t ) 推荐的v 和x 系列数据终端设备d t e ( d a t a t e r m i n a le q u i p m e n t ) 数据连结设备o c e ( d a t ac o n n e c t i o ne q u i p m e n t ) 标准。常 用的是e i a r s 2 3 2 4 2 2 4 8 5 电气接口 4 链路层 链路层规定了建立链路联系，从一点向另一点的传送数据帧功能，包括数据 “发出站”、“目的站”地址、连接控制信息、纠错处理等内容。 i e c 8 7 0 5 - 1 0 1 数据帧格式包括祯头，被传送的远动应用数据单元( 信息体) 、 校验码及帧尾。而数据帧又分为传送链路信息的固定长度帧、传动应用数据的长 度可变帧以及握手信息帧。一帧中应用数据长度不超过2 5 5 个字节。 帧格式 。 i e c 8 7 0 5 - 1 0 1 协议推荐传输帧有f t l 1 ，f t l 2 ，f t 2 和f t 3 四种。其中f t l 1 ， f t l 2 为异步传输模式，f t l 2 比f t l 1 多了字符校验和汉明距离为4 。f t 2 ，f t 3 为字符同步模式，每字符8 位采用c r c 校验。 本配套标准推荐采用f t l 2 异步模式，f t l 2 可变帧长帧格式如下 启动字符( 6 8 h ) l l 启动字符( 6 8 h ) 控制域( c ) 链路地址( a ) 链路用户数据( 可变长度) 帧校验和( c s ) 结束字符( 1 6 h ) 图2 9f t l 2 7 变帧长帧格式 启动字符( 1 0 h ) 控制域( c ) 链路地址( a ) 1 9 帧校验和( c s ) 结束字符( 1 6 h ) 幽2 一1 0f t l 2 同定帧k 帧格式 传输规定： ( i ) 发送时低位先传送 ( 2 ) 线路空闲状态为二进$ u i ( 3 ) 每个字符问无需线路空闲间隔。 ( 4 ) 每个字符有i 位启动位( 0 ) 、8 位信息位、l 位偶校验位、l 位停止位( 1 ) ( 5 ) 两帧之间的线路空闲间隔至少3 3 位 ( 6 ) 长度l 包括控制域、用户数据区的8 位位组的个数， ( 7 ) 帧校验和为控制、地址、用户数据区位组的算术和( 不考虑溢出位e 口2 5 6 模和) ( 8 ) 接收校验 5 应用服务数据单元( a s d u ) 结构“ 应用服务数据单元( 即报文的数据区) ，其一般结构如下图2 1 1 l ，它由数据单 元、识标、一个或多个信息体和应用服务数据单元的公共时标组成。 说明： 类型标识：定义信息体的结构、类型和格式。 可变结构限定词：它表示信息体是顺序的还是非顺序的。并表示信息体的个 数，如信息体数目等于零，则表示没有信息体。 传送原因：表示的是周期传送，突发传送，总询问，还是分组询问、请求数 据、重新启动、站启动、测试、确认、否定确认。 类型标示 数据单元类型 可变结构限定词 数掰单尤标不 传送原因 公共地址 信息体信息体地址 信息体元素 出丕态堂亟堂焦迨塞 li 信息体时标 i 图2 1 1应用数据服务单元( g s l ) l j ) 结构 公共地址：应用服务数据单元的公共地址为l d 八位位组，它作为应用服务 数据单元的寻址地址和一个应用服务数据单元的所有信息体联系在一起。 信息体地址：信息体地址和应用服务数据单元的公共地址一起，可以区分全部信 息元素集。信息体地址在控制方向上作为目的地址，在监视方向作为源地址在 一些应用服务数据单元没有用上信息体地址的话，信息体地址就为0 。信息体地 址为2 个八位位组。 信息体元素：表示具体的信息体内容。 信息体时标：表示该信息元素数据记录的确定时刻。 2 5 3i ) n p 3 0 通信规约 i e c 8 7 0 5 - 1 0 1 尽管支持子站主动上报变化信息的方式，但不能用于点对多点 通道配置，因此不适于作为线路f t u 的通信规约 分布式网络规约( d n p 3 o ) 是美国i e e e 电力工程协会( p e s ) 在i e c 的基础上制 定的美国国家标准，是国际标准规约“” d n p 3 0 遵循国际规约标准，继承并发展了i s o o s i 原理和i e ct c 5 7 ( 8 7 0 5 ) 。 所有对d n p 3 0 的研究、定义和文件编制