1、2.3 配電網中的通信系統 2.3.1 配電網自動化對通信系統的要求 (1)通信可靠性 (2)通信系統的投資 (3)通信速率 (4)通信系統的工作模式 (5)通信不受停電影響 (6)通信系統的使用與維護方便性2.3.2 應用于配電網中的多種通信方式 2.3.1 配電網自動化對通信系統的要求 (1)電力線載波(Power Line Communica-tion PLC) (2)電話專線 (3)無線通信系統 (4)光纖通信 (5)現場總線及以太網通信2.3.3 配電網自動化通信系統的組成2.4 SCADA的基本概念SCADASCADA系統系統： Supervisor Control And Dat

2、a AcquisitionSupervisor Control And Data Acquisition的縮的縮寫，即監測監控及數據采集的意思。寫，即監測監控及數據采集的意思。 作用：完成遠方現場的運行參數狀態的監視、對作用：完成遠方現場的運行參數狀態的監視、對工藝流程進行全面、實時的監視和遠方操作控制、工藝流程進行全面、實時的監視和遠方操作控制、調節等任務調節等任務, ,并為生產、調度和管理提供必要的數并為生產、調度和管理提供必要的數據據 配電網SCADA系統的特點(1)(1)配電網一般是樹枝狀結構，數據分散、點多、每點信息量少，采配電網一般是樹枝狀結構，數據分散、點多、每點信息量少，采集信

3、息比輸電網困難。集信息比輸電網困難。(2)(2)配電網設備多，數據量一般比輸電網多出一個數量級。配電網設備多，數據量一般比輸電網多出一個數量級。(3)(3)配電網的操作頻率高，因此要求采集的信息應能反應配電網故障。配電網的操作頻率高，因此要求采集的信息應能反應配電網故障。(4)(4)低壓配電網為三相不平衡網絡，因此無論在計算上還是在低壓配電網為三相不平衡網絡，因此無論在計算上還是在SCADASCADA圖圖形監視上，都與輸電網不盡相同。形監視上，都與輸電網不盡相同。(5)(5)對配電網而言，需要有建立在對配電網而言，需要有建立在SCADASCADA系統之上的具有故障隔離能力系統之上的具有故障隔離

4、能力及恢復供電能力的自動操作軟件。及恢復供電能力的自動操作軟件。(6)(6)配電網因其點多面廣，配電網配電網因其點多面廣，配電網SCADASCADA系統對通信系統提出了比輸電系統對通信系統提出了比輸電網更高的要求。網更高的要求。(7)(7)配電網直接連接用戶，使得配電網配電網直接連接用戶，使得配電網SCADASCADA系統的創建、維護、擴展系統的創建、維護、擴展工作量非常巨大。工作量非常巨大。2.4.1 SCADA的基本功能（1）數據的收集與監控（遠動功能）數據的收集與監控（遠動功能）1)遙遠測量(YC )(Telemetering）2)遙遠信號(YX )( Telesigmat，Telein

5、dica-tion)。3)遙遠控制(YK )( Teleswitching)。4)遙遠調節(YT)(Teleadjusting)。2.4.1 SCADA的基本功能（2）各種處理功能、人機界面要求 SCADA級的各種功能包括實時數據處理、事件順序記錄處理、事故追憶處理、網絡作色處理、報表及告警處理等十多種處理功能，以及數據庫管理功能。作為一個完整的功能系統，還必須有功能完善的人機界面要求。 在建立遠動系統后，還要建立調節與控制處理功能及各種數據管理功能，才能構成功能完備的SCADA系統。2.4.2 SCADA中運動系統的基本結構圖2.9 運動裝置的功能結構框圖（2）微機運動系統硬件結構框圖2.4

6、.3 抗干擾編碼的基本概念 信息在傳送的過程中，受到干擾會發生差錯，降低通信的可靠性。為提高所傳送信息的可靠性，采取專門的編碼方式，以提高其抗干擾能力。 抗干擾編碼：抗干擾編碼：通過編碼對要傳送的數據進行改造，使其內部結構具有一定的規律性和相關性，當干擾破壞了碼字的部分結構時，仍能根據碼字原有的規律性和相關性，發現甚至糾正錯誤。也稱為信道編碼、差錯控制。 抗干擾編碼的一般方法：對要傳送的數據信息序列按照某種規律，添加一定的校驗碼元（監督位），由信息序列和校驗碼構成一個有抗干擾能力的碼字。2.4.3 抗干擾編碼的基本概念 (1)抗干擾碼的抗干擾原理、奇偶校驗碼 1)若按一定方式，只取長度為n的部

7、分碼元組合為許用碼字，另一部分則為無用碼字。 檢錯：在傳輸許用碼字時，若因干擾許用碼字變成無用碼字，接收端解碼后，不予認可。 糾錯：當在一定出錯范圍內，將出錯后形成的無用碼字按一定的數學方法還原為某一許用碼字。 若受干擾后，可能是多個碼元同時出錯，以致原來傳送的許用碼字可能恰好變成另一個許用碼字，接受解碼后，并不能識別這種錯誤。課件差錯檢測技術只能在一定錯誤范圍內實現檢錯或糾錯。2.4.3 抗干擾編碼的基本概念2) 奇偶校驗碼是一個（n，n1）分組碼，它的編碼規則是在 n1 位有效數據位的后面，添加一位奇校驗或偶校驗碼元，使每個碼字中“1”碼元的個數恒為奇數或偶數。 設碼字cn-1，cn-2，

8、c1，c0，其中cn-1，cn-2，c1 為數據位， c0 為校驗碼元（監督位）。當碼字中的“1”碼元的個數恒為偶數時（偶校驗），滿足： 或： 這種碼稱為偶校驗碼。由此可知：偶校驗碼的校驗碼元等于數據碼元的模 2 和；0121.0nncccc0121.nncccc2.4.3 抗干擾編碼的基本概念 如果碼字中“1”的個數恒為奇數（奇校驗），則滿足： 或這種碼稱為奇校驗碼，奇校驗碼的校驗碼元等于數據碼元的模2和再取非。 奇偶校驗碼是應用的最多的一種抗干擾編碼方式，最大的好處是實現簡單，編碼效率高，其編碼效率為： 但奇偶校驗碼的檢錯能力較差，不能糾錯。當接收碼字錯奇數個碼元時，它能夠監測出有錯碼，但

9、不能分辯究竟是哪一位碼元發生錯誤；若接收碼字錯偶數個碼元時，則其失去檢錯能力，會誤判為碼字中沒有錯誤發生。0121.1nncccc0121.1nncccc11knkRnnk2.4.3 抗干擾編碼的基本概念 (2)分組碼的概念 分組碼可用C(n,k)表示。C為碼字簡寫，k表示帶有信息的碼元位數，n為碼字長度，即碼字的總碼元數。而r=n-k位稱為監督碼元的位數。這r位碼元不帶信息，即冗余校驗碼元。當這r位碼元均由k位信息碼元通過規定的算法運算得出時，這種分組碼稱為線性分組碼。前述的奇偶校驗碼顯然是一種線性分組碼。2.4.3 抗干擾編碼的基本概念 (3)循環碼及其校驗方法 1)可供作遠動系統構成抗干

10、擾碼的方法有多種,主要為線性分組碼中的循環碼。 2)循環碼的監督碼元產生方法。 3)檢驗方法。2.5 RTU的信息采集 遠動系統中YC，YX的信號輸入回路即其信息采集回路，有其共通性：YC，YX 的信息采集在RTU端完成。 YC，YX的輸入信號有三類：被測的模擬量、設備的狀態量及數字量。當今的電能計量及某些需要觀測的非電量，例如水電廠的水位均是以數字量的方式輸入RTU。2.5.1 狀態量及數字量的輸入 (1)狀態量狀態量(開關量開關量) 1)遠動系統中的狀態量是指設備運行的開或停狀態，投入、切除狀態，動作、非動作狀態。因此，狀態量就是開關量，一位二進制數就可以表示某一設備的狀態。 2)狀態量的

11、輸入均采用并行方式，即一個8位輸入接口可并行接收8個設備的狀態量輸入回路 (2)數字量數字量(脈沖累計量脈沖累計量) 遠動系統中的一類輸入為串行的數字量，或稱脈沖累計量。現在主要是作為電能計量的輸入方式，這包括需要傳送的有功電能量與無功電能量。2.5.2 模擬量的采集 (1) 變送器 遠動系統中，需要傳送的YC被測量都是模擬量。模擬量可分電壓、電流、功率等電量和溫度、壓力等非電量兩類。 計算機室通過A/D轉換，將被測模擬量轉換位數字量。因此被測模擬量值應首先線性地轉換為在選用的A/D的量程范圍內的值。為了便于表達，將把測量轉換成A/D的器件統稱為變送器。變送器的輸出可為直流電壓或直流電流值。當

12、為直流電流值時，輸入到A/D輸入端口前應線性地變換為直流電壓值。故進入A/D變換的還是直流電壓。2.5.2 模擬量的采集 (2)A/D轉換及其通道 RTU需要傳送的YC量不止一個，而是多個。但通常A/D轉換器只是一個，因此，可能采用的輸入通道有以下兩種形式2.5.2 模擬量的采集 上圖給出的通道結構中，輸入的模擬量均是經變送器后的輸出量。圖(a)方式中，各路模擬量均有各自的S/H，因此，S/H的捕捉時間可以忽略。各模擬量被采樣時，認為是同時的。 圖(b)采用了公用的S/H，節省硬件。因此，在啟動A/D轉換之前，必須考慮S/H的捕捉時間，只有當S/H中的保持電容的充放電過渡過程結束后才允許啟動A

13、/D轉換電路，因而速度較圖(a)所示結構慢。多路開關中各個通道的模擬量并不是以同一時刻的量被采集。故當有多個被測量要測量，采用圖(b)結構時，應注意這種不同時性應在允許范圍內。2.5.2 模擬量的采集(3)被測量的限值及死區的概念 每個被測的模擬量都是規定的限值。以新定值或給定值作為標準，則每一個被觀測量均可設定下下報警值、警告值及零值與死區，如下圖所示。1)上下限報警值：說明被測量已越過正常運行范圍而報警，此時必須進行人工或自動干預，盡可能使被測量對應的運行恢復或作其他相應處理。1.1.2 配電網的特點 配電網特點 配電網地域比較集中 電壓等級低、級數多 單條饋電線傳輸功率和距離一般均不大

14、網絡結構多樣、復雜 中性點接地方式不同 10kV饋電線既有電纜線路，又有架空線路，增加運行和分析的復雜性2.5.2 模擬量的采集 2)上下限警告值：提醒運行人員，該被測量已越過允許正常運行范圍，應采取相應調控措施。 3)零值與死區：零值表明被測量對應的狀態與給定值或額定值相同。而死區的設置表明，當被監測值進入設定死區范圍，均認為被測量為零值。死區的設置時必要的，因為實際運行狀態下，被測量始終是被動的，故若不設定死區，則被測量在零值附近的任何微小波動，均被視為是被測量值的更新值，遙測信息也將不停地變動其結果，這往往是沒有必要的，甚至可能引發不必要的事件處理過程。為此，設置一定的死區，方便檢測。2

15、.5.2 模擬量的采集 (4)標度變換1) A/D轉換電路確定后，則任一被測量均應轉換到相應量程內，因而可能出現完全不同的兩個被測量，經A/D轉換后，得到相同的轉換結果，例如圖2.14所示的一個電壓和兩個電流量的A/D變換過程。2.5.2 模擬量的采集 2)標度變換的方法是將A/D轉換結果乘以一個變換系數S。式(2.7)的含意是：A/D轉換后，數字量的最低位相當于多大的被測量真實值。對應圖2.14有：2.5.3 交流采樣 (1)概述 交流采樣是指直接對交流電流、電壓波形進行采樣，因此，可以對被測電量的波形進行分析，實時性好。且有功功率，無功功率可通過采取的u，i值進行計算求得，并可以進行諧波分

16、析。 (2)采樣過程 交流采樣的通道結構如圖2.15所示，假設每路被測量各自有其S/H，交流電流的TA副邊接入電阻R，以取得需要的電壓值。圖2.15 交流采樣通道結構圖2.16 采樣過程2.5.3 交流采樣 (3)測量值的計算 1)設每一個工頻周期對每一個被測量采樣N點，則電流、電壓有效值分別為： 式中，i(n)，u(n)為分別對應第n點的電流、電壓采樣值。 N2Li(或2Lu)，Li(Lu)為電流(電壓)信號中的最高諧波次數(或需考慮到的最高諧波次數)，一般取Li=Lu=L。2.5.3 交流采樣 2)有功功率、無功功率計算 單相有功功率： 三相有功功率： 三相視在功率: 三相無功功率:2.5

17、.3 交流采樣 3)利用離散傅里葉變換，可以求出次數在Li(Lu)及以下的諧波電流(電壓)值。 (4)工頻鎖相的概念 上述每工頻周期采樣N次是以工頻波從0開始計算，將一個周波等分為N個時刻。例如N=16，則當fe=50 Hz時，采樣周期 Ts=1.25 ms。2.6 遠動裝置的分類及其規約2.6.1 循環式遠動(Cyclic Data Transmis-sionCDT) (1)工作方式 以YC，YX傳送來說明遠動系統工作。RTU為主動端，以固定方式周期地采集數據(YC，YX量)，并將YC，YX信號嚴格按時間劃分成一定規格形式，向調度端MS發送且循環進行，MS順序接收信號。為正確工作，雙方必須嚴

18、格同步工作。當進行YK，YT時，MS則為主動端。 (2)信息格式 將YC，YX信號組合起來發送的信號排列方式稱為信息格式，即信源編碼。CDT規定將YC，YX信號按點、幀方式組成并傳送。2.6.1 循環式遠動(CDT) 將二進制碼(bit)稱為步，若干步組成一個點(稱為字或碼字)，一個字構成一個完整的信息。例如，一個要傳送的遙測量，就以一個YC字表示。若干字組成一幀，一幀信息即是RTU需要向MS傳送的一次完整的YC、YX量。 1)幀結構。圖2.17 循環式遠動的幀結構2.6.1 循環式遠動(CDT) 2)幀結構的說明。圖2.18 同步字排列格式 圖2.19 控制字結構2.6.1 循環式遠動(CD

19、T) 同步字：標明一幀信息的開始，以此字來實現幀同步。當今都選用EB90H作為同步字。現在多數遠動均以六個字節表示一個字，則同步字就是連續傳送3次EB90H。每一個EB90H占兩個字節，通道中串行發送。由于串行接口SIO發送碼字是字節的低位先發，高位后發，且兩個字節是先發低編號字節，后發編號高字節。 控制字：是用來說明本幀的特點，其6個字節表述一下內容：a.控制字節，b.幀類別，c.校驗碼。 信息字：包括上行時的YC、YX字。除各種被測量及狀態外，還包括事件順序記錄，電能脈沖計數、RTU站內工作狀態等信息。下行則是各種YK命令，YT命令。2.6.1 循環式遠動(CDT)圖2.20 YC信息字格

20、式 圖2.21 YX信息字格式2.6.1 循環式遠動(CDT) (3)CDT遠動的特點 1)RTU不斷循環上報現場數據，實時性強。 2)CDT規約采用信息字校驗方式，將整幀信息化為若干個信息字。 3)CDT采用YX優先傳送、大大提高了事故、事件傳送的相應速度。 4)允許多個RTU和多個主站間進行數據傳送。 5)因循環傳送信息，主站對一般遙測量變化的響應速度慢，且通道必須采用全雙工方式。 6)一般不允許多臺RTU共線連接，RTU與MS之間采用點對點方式連接。2.6.2 問答式運動(1)工作方式 問答式遠動中，MS是主動端，RTU端是從動端，每個RTU有一站號，MS對RTU詢問，對應RTU在接收到MS的命令后，必須在規定時間內應答，否則認為本次通信失約。RTU沒有收到MS的詢問時，不向MS主動上報信息。(2)報文格式第一類：校驗碼占用兩個字節，這類型是問答式的主要報文類型第二類：校驗碼占用一個字節，這類型只有MS-RTU方向。第三類：無校驗碼，只有RTU對MS的應答，形式下圖（d）圖2.22 三種報文形式2.6.2 問答式運動 三類報文形式按上行、下行方式劃分為兩大類。 1)MS至RTU的報文類型及格式。 MS對RTU的報文有兩種類型，一類是要RTU執行某種命令任務，另一種則是對RTU詢問。 2)RTU至MS的報文類型及格式 RTU對MS的應答也有多種報文。具體地回答某個或某些