第三章第一次 电力系统远动与信息

1、第三章第三章 电力系统远动和信息传输电力系统远动和信息传输3.0 信息传输基础信息传输基础 3.0.1 模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信 传递消息的过程称之为传递消息的过程称之为通信通信，其目的就是把含有信息的消息从一地传向，其目的就是把含有信息的消息从一地传向另一地。另一地。所有通信都是将消息变成与之对应的信号来传递的，现代通信主要以电所有通信都是将消息变成与之对应的信号来传递的，现代通信主要以电信号来传递消息，它传得既快又准确，而且受时间、地点、距离等方面信号来传递消息，它传得既快又准确，而且受时间、地点、距离等方面的限制比较少。的限制比较少。消息和信号之间有着一一对应的关系，通常寄托

2、在电信号的某一参量上。消息和信号之间有着一一对应的关系，通常寄托在电信号的某一参量上。如果电信号的参量承载着离散消息，即该参量取值是离散的，该信号就如果电信号的参量承载着离散消息，即该参量取值是离散的，该信号就叫叫离散信号离散信号。人们把时间和状态都是离散的信号称为数字信号，例如：。人们把时间和状态都是离散的信号称为数字信号，例如：电报、数字信号、传递的数据和遥控指令等，它们不是时间的连续函数，电报、数字信号、传递的数据和遥控指令等，它们不是时间的连续函数，其取值是有限可数的离散值；其取值是有限可数的离散值；如果电信号的参量承载着连续消息，即该参量取值是连续的，此种随时如果电信号的参量承载着连

3、续消息，即该参量取值是连续的，此种随时间变化而连续取值的信号叫间变化而连续取值的信号叫连续信号或模拟信号连续信号或模拟信号，例如普通电话机，其，例如普通电话机，其输出的信号就是模拟信号。输出的信号就是模拟信号。 用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合叫做用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合叫做通信系统通信系统，比如，比如电话通信系统包括：送话器、电线、交换机、载波机和受话器等。广播电话通信系统包括：送话器、电线、交换机、载波机和受话器等。广播通信系统包括传声器、放大器、发送设备、无线电波和收音机等。通信系统包括传声器、放大器、发送设备、无线电波和收音机等。 点与点之间建立的通信系

4、统是通信的最基本形式，其模型如点与点之间建立的通信系统是通信的最基本形式，其模型如图图 3.1所示。其包括信源、变换器、信道、噪声源、反变换所示。其包括信源、变换器、信道、噪声源、反变换器和信宿等六个部分。器和信宿等六个部分。 信源信源变换器变换器信道信道噪声源噪声源信宿信宿反变换器反变换器 (1) 信源信源是指发出信息的信息源。在人与人之间通是指发出信息的信息源。在人与人之间通信的情况下，信源是指发出信息的人；在机器与机信的情况下，信源是指发出信息的人；在机器与机器之间通信的情况下，信源是发出信息的机器，如器之间通信的情况下，信源是发出信息的机器，如计算机或其他机器。不同的信源构成不同形式的

5、通计算机或其他机器。不同的信源构成不同形式的通信系统，如对应语音形式信源的电话通信系统，对信系统，如对应语音形式信源的电话通信系统，对应文字形式信源的传真通信系统等。应文字形式信源的传真通信系统等。 (2) 变换器变换器的功能是把信源发出的信息变换成适合的功能是把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。一般分几步完成：首先把非在信道上传输的信号。一般分几步完成：首先把非电信号变成电信号，然后对电信号进行变换和处理，电信号变成电信号，然后对电信号进行变换和处理，使它适合信道传输。在现代通信系统中，为满足不使它适合信道传输。在现代通信系统中，为满足不同的需求，需要进行不同的变换和处理，如调制、

6、同的需求，需要进行不同的变换和处理，如调制、数数/模转换、加密和纠错等。模转换、加密和纠错等。 (3) 信道信道是信号传输媒介的总称。不同的信源形式是信号传输媒介的总称。不同的信源形式对应的变换处理方式不同，与之对应的信道形式也对应的变换处理方式不同，与之对应的信道形式也不同。从大的类别来分，传输信道的类型有两种，不同。从大的类别来分，传输信道的类型有两种，一种是电磁信号在自由空间中传输，这种信道叫做一种是电磁信号在自由空间中传输，这种信道叫做无线信道；另一种是使电磁信号被约束在某种传输无线信道；另一种是使电磁信号被约束在某种传输线上传输，这种信道叫做有线信道。线上传输，这种信道叫做有线信道。

7、 (4) 反变换器反变换器的功能是变换器的逆变换。变换器把的功能是变换器的逆变换。变换器把不同形式的信息变换和处理成适合信道传输的信号，不同形式的信息变换和处理成适合信道传输的信号，通常这种信号不能为信息接收者直接接收，需要用通常这种信号不能为信息接收者直接接收，需要用反变换器把从信道上接收的信号变换为接收者可以反变换器把从信道上接收的信号变换为接收者可以接收的信息。接收的信息。 (5) 信宿信宿是信息传送的终点，也就是信息接收者。是信息传送的终点，也就是信息接收者。 (6) 噪声源噪声源不是人为实现的实体，在实际的通信系不是人为实现的实体，在实际的通信系统中客观存在，在模型中我们将它集中表示

8、。实际统中客观存在，在模型中我们将它集中表示。实际上，干扰噪声可能在信源处就混入了，也可能从构上，干扰噪声可能在信源处就混入了，也可能从构成变换器的电子设备中引入，或者传输信道中的电成变换器的电子设备中引入，或者传输信道中的电磁感应以及接收端的各种设备中也都可能引入干扰。磁感应以及接收端的各种设备中也都可能引入干扰。 3.0.2通信可分为以下两种通信可分为以下两种 根据系统中传递的信号不同：根据系统中传递的信号不同： (1) 模拟通信模拟通信一般指的是信源发出的、信宿一般指的是信源发出的、信宿接收的和信道传输的等都是模拟信号的通信接收的和信道传输的等都是模拟信号的通信过程或方式。因此，模拟通信

9、系统可以说是过程或方式。因此，模拟通信系统可以说是以模拟信道传输模拟信号的系统。以模拟信道传输模拟信号的系统。 (2) 数字通信数字通信一般是指以数字信号的形式传一般是指以数字信号的形式传输信号的系统。在早期信源发出和信宿接收输信号的系统。在早期信源发出和信宿接收的是模拟信号，而信道传输的是数字信号，的是模拟信号，而信道传输的是数字信号，随着计算机和计算机网络的发展，信源、信随着计算机和计算机网络的发展，信源、信宿处理的大部分也都变成了数字信号。该系宿处理的大部分也都变成了数字信号。该系统相对于上述功能模块又增加了信源编码统相对于上述功能模块又增加了信源编码(解解码码)和信道编码和信道编码(解

10、码解码)功能模块，这也是数字功能模块，这也是数字通信系统的特点所在。通信系统的特点所在。信源编码是将模拟信息信源编码是将模拟信息(模拟信号模拟信号)转转换成数字信号的功能换成数字信号的功能(信源解码功能信源解码功能相反相反)；v信道编码是将信源编码输出的信道编码是将信源编码输出的数字信号数字信号(如最简单的编码方式如最简单的编码方式是用高电平表示是用高电平表示“1”，低电平，低电平表示表示“0”)变成适合于信道传输变成适合于信道传输的码型的码型(信道解码功能相反信道解码功能相反)，以，以提高传输的有效性和可靠性。提高传输的有效性和可靠性。 3.0.3数字通信具有以下特点数字通信具有以下特点：

11、(1) 抗干扰能力强。抗干扰能力强。由于数字信号的取值个数有限由于数字信号的取值个数有限(大多数情况只有大多数情况只有 0和和 1两个值两个值)，因此在传输过程中我们不太关心信号的绝对值，因此在传输过程中我们不太关心信号的绝对值， 只注意其相对只注意其相对值即可，值即可， 比如设高电平比如设高电平 5V 为为 1，低电平，低电平 0V 为为 0，在传输时受噪声影响，在传输时受噪声影响，5V 变成变成 8V，而我们只要看到大于一定值认为是，而我们只要看到大于一定值认为是5V 就行了就行了(当然，当然，0V 受干扰也受干扰也可能变成可能变成 8V，以至于把数据，以至于把数据 0 误认为数据误认为数

12、据 1。但经过信道编码后，数据。但经过信道编码后，数据 0不不是用简单的低电平表示，使误码出现的可能性降到最小是用简单的低电平表示，使误码出现的可能性降到最小)。 同时数字通信时，同时数字通信时，传输中继器可以再生信号，消除噪声积累，比如一个中继器收到一个受干扰传输中继器可以再生信号，消除噪声积累，比如一个中继器收到一个受干扰而变成而变成 8V的信号，若是模拟通信，中继器就会原封不动地把这个的信号，若是模拟通信，中继器就会原封不动地把这个 8V 信号放信号放大后送往下一级，下一级接着放大再往下送，这样一级一级下去，噪声被不大后送往下一级，下一级接着放大再往下送，这样一级一级下去，噪声被不断地放

13、大，形成噪声积累直到通信终端。如果是数字通信，第一个收到这个断地放大，形成噪声积累直到通信终端。如果是数字通信，第一个收到这个 8V 信号的中继器先认为该信号为一高电平信号，信号的中继器先认为该信号为一高电平信号， 然后并不将该信号往下传，然后并不将该信号往下传， 而是重新生成一个标准高电平信号而是重新生成一个标准高电平信号(比如为比如为 5V)传往下一级，传往下一级， 这样，这样， 噪声就不噪声就不会像模拟通信那样被一级一级地放大，会像模拟通信那样被一级一级地放大， 而是被中继器而是被中继器 “隔离隔离” ，从而消除，从而消除了噪声积累。了噪声积累。 (2) 便于进行信号加工与处理。便于进行

14、信号加工与处理。由于信号由于信号可以储存，因此可以像处理照片一样对信号可以储存，因此可以像处理照片一样对信号随意加工处理随意加工处理(在技术允许的范围内在技术允许的范围内)。 (3) 传输中出现的差错传输中出现的差错(误码误码)可以设法控可以设法控制，提高了传输质量。制，提高了传输质量。 (4) 数字信息易于加密且保密性强。数字信息易于加密且保密性强。 (5) 能够传输话音、电视和数据等多种信息，能够传输话音、电视和数据等多种信息，增加了通信系统的灵活性和通用性。增加了通信系统的灵活性和通用性。 3.0.4电力系统调度的主要任务 保证供电的质量优良保证供电的质量优良 保证系统运行的经济性保证系

15、统运行的经济性 保证较高的安全水平保证较高的安全水平选用具有足够的选用具有足够的承受事故冲击能力的运行方式承受事故冲击能力的运行方式 保证提供强有力的事故处理措施保证提供强有力的事故处理措施3.0.5电力系统的分区、分级调度电力系统的分区、分级调度 为中心调度，；为省级调度中心，则为地区调度所或供电局图图3-2 分级调度示意图分级调度示意图 图图3-3 分级调度结构分级调度结构3.0.6电力系统调度自动化系统的功能概述电力系统调度自动化系统的功能概述 安全水平是电力系统调动的首要问题安全水平是电力系统调动的首要问题 在电力系统调度自动化的控制系统中，调度中心在电力系统调度自动化的控制系统中，调

16、度中心计算机必须具有两个功能，其一是与所属电厂及省计算机必须具有两个功能，其一是与所属电厂及省级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离的可靠性高的双向交换，简称为电力系统监控距离的可靠性高的双向交换，简称为电力系统监控系统，即系统，即SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）；另一是本身应具有的协调功）；另一是本身应具有的协调功能。能。 具有这两种功能的电力系统调度自动化系统称为能具有这两种功能的电力系统调度自动化系统称为能量管理系统量管理系统EMS（Energy Management Sy

17、stem）。）。 图图3-4表示了表示了EMS信息流程的主线，还给出了远方省级调度信息流程的主线，还给出了远方省级调度及远方电厂与调度中心进行信息交换的功能示意框图。及远方电厂与调度中心进行信息交换的功能示意框图。图图3-4 EMS功能组合示意图功能组合示意图3.0.7电力系统调度自动化系统的发展历程电力系统调度自动化系统的发展历程 1电网调度自动化的初级阶段电网调度自动化的初级阶段 布线逻辑式远动技术的采用布线逻辑式远动技术的采用 2电网调度自动化的第二阶段电网调度自动化的第二阶段 电子计算机在电力系统调度工作中的应用电子计算机在电力系统调度工作中的应用 3电网调度自动化系统的快速发展阶段电

18、网调度自动化系统的快速发展阶段 随着计算机技术、通信技术和网络技术的随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，飞速发展，SCADAEMS技术进入了一个快技术进入了一个快发展阶段发展阶段3.0.8 SCADA/EMS系统的子系统划分系统的子系统划分 1. 支撑平台子系统支撑平台子系统 2. SCADA子系统子系统 3. AGC/EDC（Automatic Generation Control/Economic Dispatch Control）子系统）子系统 4. 高级应用软件高级应用软件PAS (Power system Application Software )子系统子系统 5. 调度

19、员仿真培训系统调度员仿真培训系统DTS（Dispatcher Training Simulator） 6. 调度管理信息子系统调度管理信息子系统DMIS (Dispatcher Management Information System)3.0.9 电力系统调度自动化系统的设备构电力系统调度自动化系统的设备构成成电网调度自动化系统的设备可以统称为硬件，电网调度自动化系统的设备可以统称为硬件，这是相对于各种功能程序软件而言的。它这是相对于各种功能程序软件而言的。它的核心是计算机系统，其典型的系统构成可的核心是计算机系统，其典型的系统构成可参见图参见图3-5。图图3- 5 电网调度自动化系统构成示

20、意图电网调度自动化系统构成示意图数据通信通讯规约 一、并行传输与串行传输1并行传输 如果用8根线（另有1根公共线）将数字通信双方连接起来，每根线传一位码元将这组信息传送过去，这种方式就称为并行传输2串行传输 串行传输仅需要一回传输线（2根）。是根据一个字节中个码元的顺序一位一位地传过去图图 3-6 并行传输和串行传输并行传输和串行传输(a) 并行传输并行传输 (b) 串行传输串行传输图图 3-7 串行数据发送和接收过程原理图串行数据发送和接收过程原理图3串行数据发送和接收串行数据发送和接收 二、数据通信中的传输速率和误码率 1码元。把每个信号脉冲称为一个码元。 2码元速率。每秒传送的码元数，以

21、Bd（波特）为单位。 3信息速率。系统每秒传送的信息量。单位是bit/s（比特/秒）。 4误码率。数据经传输后发生错误的码元数与总传输码元数之比。 5差错控制。在一个实用的通信系统中一定要能发现差错，并采取纠正措施，把出错控制在所能允许的尽可能小的范围内，这就是差错控制。最简单和最常用的检错方法是奇偶校验。 三、数据通信系统的工作方式 图 3-8 数据通信三种工作方式（a）四线全双工；（b）单工通信；（c）半双工通信四、异步传输和同步传输四、异步传输和同步传输1.异步通信格式异步通信格式每帧以每帧以“起始位起始位”（低电平）开头，接着传送信息码元，最后（低电平）开头，接着传送信息码元，最后附加

22、一位附加一位“奇偶校验位奇偶校验位”和和“停止位停止位”（高电平）。（高电平）。图 3-9 异步数据传输的格式（a）一般信息帧；（b）ASCII码帧2.同步通信格式同步通信方式的发、收必须时刻严格保持同步。图图3-10 同步数据传输示意同步数据传输示意图图五、远距离数据通信的基本模型图图3-11 1信源：即电网中的各种信息源. 2信源编码器：它是把各种信源转换成易于数字传输的器件。 3信道编码器：为了保护所传送的信息内容，增加保护码元。 4调制器与解调器（MODEM）：为增加传输距离，将基带信号进行调制传送，可减弱干扰信号。 5信道：信号远距离传输的载体。 6解调器：调制器的逆过程。 7信道译

23、码器：编码器的逆过程，除去保护码元。 8信源译码器：将二进制信号恢复到模拟信号的过程。 9信宿：信息的接收地或接收人员能观察的设备。六、数字信号的调制与解调图图 3-12 调制与解调示意图调制与解调示意图图图3-131数字调幅 又称振幅键控方式（ASK），它是用正弦波不同的振幅来代表“1”和“0”两个码2数字调频数字调频又称移频键控（FSK），它是用不同频率来代表“1”和“0”，而其振幅和相位则相同。3数字调相数字调相又称移相键控（PSK），又分为二元绝对调相和二元相对调相两种方式。（1）二元绝对调相。波形中初相位为代表“0”，而初相位为则代表“1”。（2）二元相对调相。波形中后一周波的相位继

24、续与前一周波相同的，代表码元“0”；而后一周波相位与前一周波相位相反的则代表码元“1”。数字调相抗干扰性能最好，但硬、软件均比较复杂。 七、局域网及其应用局部网络是一种在较小区域内使各种数据通信设备互连在一起的通信网络。1令牌环（Token Ring）2以太网（Ehternet）图图3-14图图 3-15 以太网（以太网（Ethernet）拓扑结构及发送工作流程）拓扑结构及发送工作流程（a）拓扑结构；）拓扑结构； （b）发送报文工作流程）发送报文工作流程 八、现场总线.现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造业、流程工业、特别在变电站的分层分布式综合自动化系统中具有广泛的应用前景。 九、循环式规约（CDT）和问答式规约（polling） （一）通讯规约 在通信网中，为了保证通信双方能正确、有效、可靠地进行数据传输，在通信的发送和接收的过程中有一系列的规定，以约束双方进行正确、协调的工作，我们将这些规定称为数据传输控制规程，简称为通信规约。明确规范以下几个问题： 1有共同的语言。 2有一致的操作步骤。