变电站综合自动化第七章数据通信

变电站综合自动化第七章数据通信第1页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述数据通信两个主要任务：（1）完成系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换（2）完成变电站与控制中心的通信任务一、变电站综合自动化系统的通信内容（一）变电站内的信息传输内容1、现场一次设备与间隔层间的信息传输：断路器、隔离开关、主变压器分接开关位置。2、间隔层的信息交换：保护、测量、监视之间的数据交换；3、间隔层与变电站层的信息:测量及状态信息、操作信息、参数信息第2页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述（二）综合自动化系统与控制中心的通信内容上行信息：变电站向控制中心传送的信息下行信息：控制中心向变电站传送的信息这些信息可按“四遥”功能划分，即：遥测、遥信、遥控和遥调。1、遥测信息三绕组变压器两侧P、Q、I、U，35kV及以上线路的有功功率级有功电能；各级母线电压等。2、遥信信息所有断路器位置信号；控制回路断线总信号；保护动作信号；反映运行方式的隔离开关位置信号。第3页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述3、遥控信息变电站全部断路器及能控的隔离开关；可进行电控的主变压器中性点接地隔离开关。4、遥调信息有载调压主变压器分接头位置调节；消弧线圈抽头位置调节。二、通信的要求（一）变电站通信网络的要求1、快速的实时响应能力；2、很高的可靠性；3、优良的电磁兼容性能；4、分层式结构。第4页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述（二）信息传输响应速度的要求不同类型和特性的信息要求传送的时间差异很大，其具体内容如下。1、经常传输的监视信息（1）母线电压、电流、有功/无功功率、功率因数、零序电压以及频率等测量值，一般不宜大于1-2s。（2）计量用的信息，时间间隔可以较长。（3）刷新变电站层的数据库，需定时采集断路器的状态信息，继电保护和自动装置投入和退出的工作状态可采用定时召唤方式。（4）监视变电站的电气设备的安全运行所需的信息。第5页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述2、突发事件产生的信息（1）系统发生事故的情况下，需要快速响应的信息，要求传输时延最小，优先级最高；（2）正常操作时状态变化信息要求立即传送，传输响应时间要小，自动智能装置和继电保护装置的投入和退出信息要及时传送。（3）故障情况下，继电保护动作的状态信息和事件顺序记录，这些信息作为事故分析之用，不需要立即传送，待事故处理完再送即可。（4）故障发生时的故障录波，不必立即传送。（5）控制命令、升降命令、修改定值命令传输的间隔时间较长。第6页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述（三）各层次之间和每层内部传输信息时间的要求（1）设备层和间隔层，1～100ms。（2）间隔内各个模块间，1～100ms。（3）间隔层的各个间隔单元之间，1～100ms。（4）间隔层与变电层之间，10～1000ms。（5）变电层的各个设备之间，≥1000ms。第7页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述三、数据通信的传输方式（一）并行数据通信与串行数据通信

并行数据通信是指数据的各位同时传送，如图7-1所示。可以字节为单位（8位），也可以字为单位（16位），同时传送，同时接受。优点：速度快、每秒可传输几十、几百兆字节。缺点：需要的传输信号线多，成本高。应用：在短距离传输中（10m），要求传输速度高的场合。图7-1并行数据传输第8页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述串行通信是数据一位一位地传送，如图7-2所示。优点：可以节约传输线，简化了接线。缺点：传输速度慢，通讯软件相对复杂些。应用：适合于位数很多和远距离传送，距离可以达数千千米。图7-2串行数据传输第9页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述（二）异步数据传输和同步数据传输1、异步数据传输在串行数据传送中，有异步传送和同步传送两种基本的通信方式。在异步通信方式中，发送的每一个字符均带有起始位、停止位和可选择的奇偶校验位。用一个起始位表示字符的开始，用停止位表示字符的结束构成－帧。其帧格式如图7-3所示。第10页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述图7-3异步数据传输的格式（a）一般信息帧（b）ASCII码帧第11页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述2、同步数据传输在数据块的开始处集中使用同步字符来做传递的指示，其成帧格式如图7-4所示。图7-4同步数据传输示意图第12页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述（三）报文及报文分组报文交换的本质是存储转发。报文就是站点一次性要发数的数据块，其长度不限且可变，当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。第13页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.1数据通信概述图7-5报文及报文分组示意图P1Pn－报文分组号Pt01－报文分组总数T－到点编号S－源点编号第14页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理一、远距离通信的基本模型图7-6远距离数据通信的基本模型第15页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理1、信源：电网中的各种信息源，如电压、电流、频率、功率、电能脉冲量、各种指令、开关信号。2、信源编码器：把各种信源转化成易于数字传输的器件，如A/D。3、信道编码器：为了保护所传输的信息内容，增加保护码元。4、调制器：将基带数字信号进行调制传送。5、信道：信号远距离传送的载体。第16页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理6、解调器：它是调制器的逆过程，以恢复基带信号。7、信道译码器：它是编码器的逆过程，除去保护码元获得发送侧的二进制数字序列。8、信源译码器：它是将二进制信号恢复到模拟信号的过程，例如D/A转换器。9、信宿：信息的接收地或接收人员能观察的设备，如电网调度自动化系统中的模拟屏、显示器CRT等，均为信宿。第17页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理二、数字信号的调制与解调

基带信号：由信源产生的原始电信号为一系列的方形脉冲，基带信号不能直接在模拟信道上传输，因为传输距离越远或传输速率越高，方形脉冲失真现象就越严重，甚至使正常信号无法进行。

调制解调器：将数字基带信号变换成适合于远距离传输的信号－正弦波信号，这种正弦信号携带了原基带信号的数字信息，通过线路传输到接收端后，可将携带的数字信号取出来，这就是调制与解调的过程。完成调制与解调的设备叫调制解调器（MODEM）。第18页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理

调制的过程就是按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波的某些参数的过程。一个正弦电压可表示为：

（1）数字调幅(ASK)：使用正弦波的振幅随数码的不同而变化，但频率和相位保持不变。用振幅为0来代替码元0，振幅为某一值来代表码元1。（2）数字调频(FSK)：使正弦波的频率随数码不同而变化，而振幅和相位保持不变。表示数码1，表示数码0。（3）数字调相(PSK)：使正弦波的相位随数码不同而变化，而振幅和频率保持不变。第19页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理图7-8数字调制波形图（a）数码（b）调幅波（c）调频波（d）二元绝对调相波（e）二元相对调相波0第20页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理图7-9数字调频原理图图7-9是用数字电路开关来实现FSK调制的原理图。第21页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理图7-10零交点检测法原理图和相应波形图（a）原理框图（b）相应波形图数字调频解调方法—零点检测法第22页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理三、数据通信的工作方式根据收发通信双方是否同时工作，可分为单工、半双工和全双工三种不同的方式。图7-11数据通信三种工作方式（a）单工通信；（b）半双工通信；（c）四线全双工第23页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理（a）单工通信：信息只能按一个方向传送的工作方式（b）半双工：信息可双向传输，但两个方向的传输不能同时进行，只能分时交替进行，因而半双工实际是可以切换方向的单工方式。（c）全双工：通信双方可同时进行双方向的传送信息。第24页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理四、数据远传信息通道有线信道信道明线或电缆信道电力线载波信道光纤信道无线信道微波中继信道卫星信道散射信道短波信道第25页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.2远距离数据通信的原理五、数据规约的含义

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、谐调的工作，我们将这些规定称为数据传输控制规程，简称通信规约。在主站和各个远程终端之间进行通信时，通信规约明确规范以下几个问题：（1）要用共同的语言。（2）要有一致的操作步骤，即控制步骤。（3）要规定检查错误以及出现异常情况时计算机的应付办法。

第26页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.3串行数据通信及其接口串行通信在数据传输规约“开放系统互联（OSI）参考模型”的七层结构中属于物理层，主要解决的是建立、保持和拆除数据终端设备(DTE)和数据传输设备(DCE)之间的数据链路的规约。在设计串行通信接口时，主要考虑的问题是串行标准通信接口、传输介质、电平转换等问题。DTE：RTU、计量表、图像设备、计算机等。DCE：一般指可直接发送和接收数据的通信设备，如调制解调器。第27页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.3串行数据通信及其接口一、RS-232D（点对点）美国电子协会制定的物理接口标准，也是目前数据通信与网络中应用最广泛的一种标准。1、功能特性：规定了接口连接的各数据线的功能。数据线：TD、RD；设备准备好线：DTR、DSR；半双工联络线：RTS、CTS；电话信号和载波状态线。第28页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.3串行数据通信及其接口2、规约特性：规定了DTE和DCE之间控制信号与数据信号的发送时序、应答关系与操作过程。3、机械特性：（DB-25）DB-9(3根)4、电气特性：信号速率限于20kb/s之内，电缆长度限于15m之内。在数据线上：mark(传号)＝－5V～－15V，逻辑“1”电平；space(空号)＝+5V～＋15V，逻辑“0”电平；在控制线上：on（通）＝＋5V～＋15V，逻辑“0”电平；Off(断)＝－5V～－15V，逻辑“1”电平；第29页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.3串行数据通信及其接口二、物理接口标准R5－485（半双工）

R5－485适用于多个点之间共用一对线路进行总线式联网，用于多站互联非常方便，在点对点远程通信时，其电气连接如图7-16所示。某一时刻两个站中，只有一个站可以发送数据，而另一个站只能接收数据，因此其通信只能是半双工的，且其发送电路必须由使能端加以控制。传输速率达到93.75kb/s，传输距离可达1.2km.。第30页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.3串行数据通信及其接口图7-16RS-485电气连接图第31页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.3串行数据通信及其接口RS232通信接口RS485通信接口第32页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约通信规约（通信协议）：为保证通信双方能有效、自动、可靠地通信，在发送端和接收端之间规定了一系列约定和顺序，这种约定和顺序称为通信规约。

国内两类通信规约：（1）循环式数据传送规约（CDT）（2）问答式传送规约，简称：Polling规约第33页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约一、循环式传输规约（CDT）用于点对点通道结构的两点之间通信，信息传递采用循环同步的方式。CDT规约是以厂站端为主动的远动数据传输规约。在调度中心与厂站端的远动通信中，厂站端周而复始地按一定规则向调度中心传送各种遥测、遥信、数字量、事件记录等信息。调度中心也可以向厂站端传送遥控、遥调命令以及时钟对时等信息。第34页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约(一)帧结构

图7-17循环式远动规约的帧结构图7-18控制字和控制字节的组成EB90第35页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约表7-1帧类别代码定义表帧类别代码定义帧类别代码定义上行E=0下行E=0上行E=0下行E=061H重要遥测(A帧)遥控选择57H设置命令C2H次要遥测(B帧)遥控执行7AH设置时钟B3H一般遥测(C帧)遥控撤销0BH设置时钟校正值F4H遥信状态(D1帧)升降选择4CH召唤子站时钟85H电能脉冲计数值(D2帧)升降执行3DH复归命令26H事件顺序记录(E帧)升降撤销9EH广播命令第36页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约（二）信息字结构每个信息字由6个字节组成，见图7-19。

图7-19信息字结构功能码字节的8位二进制数可以取256种不同的值，对不同的信息字其功能码的取值范围不同。功能码的分配情况见表7-2。第37页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约信息字可以分为上行信息字和下行信息字。上行信息字包括遥测、总加遥测、电能脉冲计数值、事件顺序记录，频率、子站时钟校返和子站状态信息、遥信等。下行信息字包括遥控命令、升降命令、设定命令、复归命令、设置时钟命令等。不同的信息字除功能码取值范围不同外，信息字中第2~5字节的各位含义不一样。以遥信信息字为例说明。第38页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约遥信信息字的功能码取值范围是F0～FFH，每个遥信信息字传送两个遥信字。一个遥信字包含16个状态位，所以遥信的最大容量为512路。当bi=0时，表示断路器或隔离开关状态为断开、继电保护未动作；当bi=1时，表示断路器或隔离开关状态为闭合、继电保护动作。第39页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约（三）帧的组织形式帧类别传送信息类别建议传送周期A重要遥测信息≤3sB次要遥测信息≤6sC一般遥测信息≤20sD1遥信状态信息定时D2电能脉冲记数值定时E随机量、事件顺序记录随机第40页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约（三）帧的组织形式

上行信息的优先级排列顺序和传送时间要求：子站时钟信息字和等待时间信息字，插入传送一遍；变位遥信和子站工作状态变化信息，以信息字为单位优先插入传位，连送三遍，并要求在1s内送到主站；遥控、升降命令的返送校核信息，以信息字为单位插入传送，连送三遍；重要遥测信息在A帧传送(≤3s);次要遥测信息B帧传送(≤6s);一般遥测信息C帧传送(≤20s);遥信状态信息安排在D1帧定时传送，电能脉冲记数值安排在D12帧定时传送定时；事件顺序记录安排在E帧，以帧插入方式传送三遍。第41页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约

下行信息：召唤子站时钟，设置子站时钟校正值、设置子站时钟；遥控选择、执行、撤销命令；升降选择、执行、撤销命令；设定命令；广播命令、复归命令，下行是非循环传送，按需要传送。在满足规定的循环时间前提下，帧系列可以根据需要任意组织。对于A、B、C、D1、D2帧，可以按要求的循环时间，固定各帧的排列顺序循环传送。如：

ABACABACABAD1ABACABACABAD2第42页，共47页，2023年，2月20日，星期一7.4变电站信息传输的通信规约对E帧在需要传送时，可以用帧插入方式将E帧插入到原来的帧系列中，取代原有的某一帧传送。D1D1D2

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