配电自动化第二章.ppt

1,第2章配电自动化的,第2章配电自动化的通信系统,2,2.1配电自动化系统的多种通信方式通信的作用：将控制中心的控制命令传送到远方终端，将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心。,3,数据通信系统的组成：数据终端设备(DTE)、数据传输设备(DCE)、数据传输信道DTE：SCADA系统、RTU、FTU、TTU等DCE：Modem、复接分接器、光端机、数传电台等信道：按传输媒介分：有线信道和无线信道按数据传输形式分：模拟信道和数字信道,4,数据采集与监控系统(SCADA):SupervisoryControlAndDataAcquisition，以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。远方终端(RTU):RemoteTerminalUnit采用通信通道，完成数据采集和远方控制等功能特点：通讯距离较长、用于各种恶劣的工业现场、模块结构化设计便于扩展、具有遥信遥测遥控功能馈线远方终端(FTU):Feederterminalunit安装在配电网馈线回路的柱上和开关柜等处。站控远方终端(DTU):DistributionTerminalUnit安装在配电网馈线回路的开闭所和配电所等处。配变远方终端(TTU):TransformerTerminalUnit用于配电变压器的各种运行参数的监视、测量。变台监测仪,5,是否调制：基带传输、调制传输调制方式：连续波调制、脉冲调制信号形式：模拟通信、数字通信多路复用：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用、时间压缩复用传输方向：单工通信、半双工通信、全双工通信,6,2.2调制解调器和复接分接器调制：把数字信号转换为相应的模拟信号(在电话线上传送)解调：把模拟信号还原为计算机能识别的数字信号调制器：解调器：调制解调器：,7,调幅:使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。调频:使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变。调相:利用原始信号控制载波信号的相位。,8,复接器：数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成为单一的合路数字信号。分接器：把一个合路数字信号分解为原来的支路数字信号复接分接器时分复用:将信道按时间分成若干片段轮换地给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号单独占用,在规定的时间内,多个数字信号都可按要求传输到达,从而也实现了一条物理信道上传输多个数字信号。,9,单工通信：信息只能由一方A传到另一方B。半双工：允许A传到B，B传到A。但是，在某一时刻，只允许信息在一个方向上传输。全双工：允许信息同时在两个方向上传输2.3配电自动化对通信系统的要求2.3.1通信的可靠性（误码率）2.3.2通信系统的费用（经济性）2.3.3通信速率（波特率、带宽）2.3.4双向通信能力2.3.5通信不受停电影响,10,2.4配电自动化采用的通信方式2.4.1配电线载波通信载波通信:利用某一载波经非通信线路传输信息的通信方式。电力线载波通信PLC输电线载波通信TLC:载波频率10300kHz配电线载波通信DLC:载波频率为540kHz低压配电线载波通信:载波频率50150kHz传输方式:一线对地传输方式两线对地传输方式相间结合传输方式回线间结合传输方式,11,配电线载波通信设备：多路载波机、配电线载波机、高频阻波器、耦合电容器、结合滤波器、高频电缆,12,配电线载波通信所用到的设备有：1.在主变电站安装的多路载波机（称主站设备）、2.在各线路测控对象处安放的配电线载波机（称从站设备）3.高频通道。,10kV,13,配电线载波通信的特点:高噪声、高衰减、高时变可靠性高、投资少、见效快、组网方便灵和；配电网上的变压器、分支线、电容器会对信号产生较大的衰减信号在通过断开的分段开关时需要增加额外的设备；在馈线某些位置可能会形成盲点；电容器和电感器体积大价格高。,14,2.4.5光纤通信光纤通信是利用光波作信息载体，以光纤作为传输媒介，将信息从一处传至另一处的通信方式。*1966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒介。*第一代光纤通信系统：0.85微米波段的多模光纤。*1981年第二代光纤通信系统，实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的通信系统。*1984年第三代光纤通信系统，实现了1.3微米单模光纤的通信系统。*80年代中后期第四代光纤通信系统，又实现了1.55微米单模光纤通信系统。,15,一、光纤通信的原理电端机对信号进行处理，如多路复用、复接、分接光端机（光发送机）将电端机来的电信号经编码后调制光源，产生载有信息的光信号，完成电-光转换。光缆将光源发射的光信号传送到远处的接收端光端机（光接收机）接收的光信号由光检测器检测转换成电信号，然后放大解调。,16,二、光缆的种类,光纤即光导纤维（OpticalFiber），是玻璃或塑料制成的纤维。,17,多模光纤：多种模式的光在一根光纤上传输。*常用光纤芯径/包层直径62.5/125m，296芯*可使用较为廉价的耦合器及接线器*应用于低速率、短距离的数据传输单模光纤：只能传输一种模式的光。*芯线标称直径规格为(810)m/125m。*需要极为昂贵的激光作为光源体*应用于高速率，中、长距离的数据传输,18,普通光缆,19,电力通信中使用的特殊光纤：地线复合光缆（OPGW）：架空地线内含光纤。地线缠绕光缆（GWWOP）：光缆缠绕在有地线上。无金属自承式光缆（ADSS）：光缆结构是完全非金属的，中心加强件是FRP(玻璃纤维增强塑料)。可利用现有电力杆塔和电力线路同杆塔架设。,20,三、光端设备光端机:是光信号传输的终端设备，负责光信号和电信号互相转换以及光发射和光接收。SDH同步数字系列光端机：可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接并传输标准化数字信号。容量较大。PDH准同步数字系列光端机：是小容量光端机，点到点应用。数字信号是对连续变化的模拟信号进行采样、量化和编码产生的，称为PCM，即脉冲编码调制。电端机产生PCM编码和信号的多路复用。,21,光端机配PCM电端机在配电系统自动化系统的主要应用有：(1)普通电话业务(2)调度电话业务(3)远动数据业务(4)局域网互联(5)机房环境及电源监控(1)普通电话业务,22,光端机配PCM电端机的应用,(2)调度电话业务,外部交换局FXO(ForeignExchangeOffice)，它是一种话音接口，是中央交换局交换机和数字电话交换系统之间的一个中继端连接。,23,光端机配PCM电端机的应用,(3)远动数据业务,SRX板:多路数据板，提供5路RS232数据接口,24,光端机配PCM电端机的应用,(4)局域网互联,25,光端设备,2.光Modem(光猫、光调制解调器)光电合一产品：计算机中的数字光,26,光端设备,3.光纤收发器将双绞线电信号和光信号进行相互转换，实现局域网同光纤主干网相连，将网络的传输距离极限从铜线的100米扩展到100公里点对点传输、环形网、星形网、链形网,27,光端设备,4.千兆光传输模块千兆光传输模块内置于交换机或路由器中,28,2.4.7现场总线通信技术IEC61158关于现场总线的标准定义：安装在制造和过程区域现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。现场总线也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，其传输介质主要是双绞线。在配电自动化系统中，现场总线适合于用来满足FTU和附近配电子站间通信，以及变电站、开闭所内自动化中各智能模块之间的通信。几种常用现场总线：基金会总线（FoundationFieldbus)、控制局域网络CAN(ControllerAreaNetwork)、局部操作网络LonWorks（LocalOperationNetwork）、过程现场总线PROFIBUS(ProcessFieldBus)HART协议（HighwayAddressableRemoteTransducer）在配电自动化系统中，CAN和LonWorks总线是较常用的两种现场通信方式,29,现场总线的优点:（1）经济性。一对传输线，连接N台仪表双向传输多个信号，节省电缆费用可观，且安装简单，维护容易；（2）可靠性。现代数字信号传输技术抗干扰能力强，精度高；（3）可控性。操作员在控制室既可了解现场仪表的工作状况，也能对其进行参数调整；（4）综合性。现场总线仪表具备智能和综合能力，可检测，变换，补偿，又有控制和运算功能，实现一表多用，既方便，又节省；（5）互换性和互操作性。（6）开放性。现场总线为开放互连网络，所有技术和标准全是公共的，制造商只能在其体系结构，工艺等方面保留特色，而最终在质量上取胜。,30,CANBus:最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突。,31,CAN总线特点：(1)CAN总线插卡可直接插在PC总线上(2)CAN可以是对等结构，即多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，不分主从，通讯方式灵活(3)CAN网络上的节点可以分为不同的优先级，满足不同的实时需要。(4)CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点自动停止发送，在网络负载很重的情况下不会出现网络瘫痪(5)CAN可以点对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据(6)通讯距离最远可达10km(5kb/s)(7)CAN采用的是短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，具有CRC校验和其它检测措施，数据出错几率小。(8)CAN节点在错误严重的情况下，具有自动关闭功能，不会影响总线上其它节点操作。(9)通讯介质采用廉价的双绞线，无特殊要求，用户接口简单，容易构成用户系统。(10)节点数：理论上2000个，实际上110个,32,CAN总线的优点具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；具有优先权和仲裁功能，多个控制模块通过CAN控制器挂到CAN-bus上，形成多主机局部网络；可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文；可靠的错误处理和检错机制；发送的信息遭到破坏后，可自动重发；节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。,33,34,2.4.8无线通信系统无线通信(Wirelesscommunication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式无线通信系统组成：发送设备+接收设备+传输媒体。1.发送设备（1）变换器（换能器）：将被发送的信息变换为电信号。例如话筒将声音变为电信号。（2）发射机：将换能器输出的电信号变为强度足够的高频电振荡。（3）天线：将高频电振荡变成电磁波向传输媒质辐射。2.传输媒体电磁波3.接收设备（1）接收天线：将空间传播到其上的电磁波高频电振荡（2）接收机：高频电振荡电信号（3）变换器（换能器）：将电信号所传送信息,35,无线通信的种类：调幅广播AM调频广播FM无线寻呼网甚高频通信VHF（通信频率大于30300MHz）超高频通信UHF（通信频率大于3001000MHz）微波通信（通信频率大于1GHz）卫星通信扩频通信（通信频率大于9001000MHz）调幅广播用于负荷控制单向通信方式适合地形复杂区域,36,调频辅助通信业务用于负荷控制单向通信方式受障碍物影响,37,无线寻呼网：专用寻呼网、公用寻呼网无线电寻呼系统仅仅是一种单方向的移动通信设备无线电寻呼机实质上是一台单方向小型接收机，只能单方向地接收寻呼者经过寻呼中心发来的信息。无线电寻呼由三部分构成：寻呼中心、基站和寻呼接收机。无线电寻呼网的构成：本地无线电寻呼网和区域无线电寻呼网。在配电自动化系统中，远程监控、监测常常利用无线数传电台进行数据交换，优点是架设方便。VHF频段，200MHz已开辟为无线负荷控制专用通道，但该频段附近的无线电设备太多，如电视、寻呼台和对讲机等，干扰比较严重。UHF频段，主要采用800MHz这一频率，不容易受到其它通信业务的干扰，通信速率可以达到9600bit/s，但易受高山和城市高楼影响，不能很好的工作。我国无线电管理委员会将821825MHz/866870MHz作为无线数据频段，采用该频段的数传电台可以较好地满足配电自动化的需要。,38,微波通信（MicrowaveCommunication）是指频率在300MHz300GHz的电磁波，利用特有的设备，并使用这个频段的频率构成的通信方式叫做微波通信。同光波一样，微波通信是直线传播的，因而也称视距通信。微波通信具有传输距离长、容量大、配置灵活等优点，尤其是一点多址的小微波（TDMA)产生后，使微波通信的灵活性更加增强。微波中继通信由微波收发信机、微波线路、天线组成，若传输超过视距（50km）或通信的两点间有遮挡时，要增加中继器。中继器实质上就是一套微波收发信机。我国的数字通信已有2、4、6、7、8、11、13GHz等各频段。微波传播受气候、地理环境等的影响比较大。对配电自动化系统而言，使用较少。为了把电波聚集起来成为波束,送至远方,一般都采用抛物面天线,其聚焦作用可大大增加传送距离。,39,微波通信,卫星通信,40,卫星通信(satelli