第八章-变电站综合自动化的数据通信课件.ppt

1、第八章变电站综合自动化的数据通信变电站综合自动化技术及应用l8.1 综合自动化系统数据通信的基本概念l8.2 数字信号的调制解调与差错控制l8.3 变电站综合自动化系统的通信基本内容与功能l8.4 变电站综合自动化数据通信接口l8.5 变电站信息传输规约l8.6 变电站综合自动化系统的通信网络l8.7 本章小结以及课后习题第八章变电站综合自动化的数据通信8.1 综合自动化系统数据通信 的基本概念第八章变电站综合自动化的数据通信8.1.1 数据通信系统 数据通信系统模型数据通信系统模型 数据通信数据通信数据传输前后的数据处理数据传输前后的数据处理数据传输数据传输8.1.2 数据传输方式 数据传输

2、方式：是指数据在信道中式如何传播的 数据传输方式分类如图8.1.2 数据传输方式v并行数据通信v优点：字节为单位（8 位数据总线）并行传输，字为单位（16位数据总线）并行传输，收、发双方不存在字符同步问题。v缺点：必须有并行信道因此需要的传输信号线多，成本高。v用途：常用在传输距离短（几米到几十米）和数据传输率较高的场合。8.1.2 数据传输方式v优点：用较少的传输线来传递大量的数据，适合远距离输送数据v缺点：传输速度慢，且通信软件的设计相比于并行通信要复杂许多。v串行数据通信v用途：在变电站综合自动化系统内部，各种自动装置间或继电保护装置与监控系统间，可以减少连接电缆、简化配线和降低成本。8

3、.1.3异步传输与同步传输v异步传输v传输模式：各个字符分开传输，一次只传输一个字符，可以连续发送，也可以单独发送。v优点：实现字符同步比较简单，收发双方的时钟信号不需要严格同步。v缺点：不适于高速率的数据通信，且由于每个字符都需要加入起始位，停止位，因而传输效率比较低。8.1.3异步传输与同步传输v同步传输v传输改进：为了提高传送速度，在同步传输过程中去掉了在异步传输过程中每一个字符要用的起始位和停止位而是在数据传送的开始加入了信息帧来做为传送的指示。信息帧通常包含有同步字符、控制字符和数据字符等v传输特点：一组字符或一个二进制位组成的数据块（称为帧）组织成组，以组为单位连续传送，没有间断时

4、间，传送过程中双方以同一频率工作。8.1.4数据通信的工作方式v半双工：双向交替通信。数据可以在两个方向上传输，但是不能同时通信。v全双工：双向同时通信，数据可以在两个方向上同时传输。v单工通信：数据只能沿单一方向进行传输。8.2 数字信号的调制解调与差 错控制第八章变电站综合自动化的数据通信8.2.1 数字信号的传输 信号调制解调过程信号调制解调过程v特点：只改变数据的表示形式而不改变数据的内容，以只改变数据的表示形式而不改变数据的内容，以 便于传输。便于传输。v主要用途主要用途：用于解决不适合于基带传输的两种方式，：用于解决不适合于基带传输的两种方式，（1 1）通信的信道为模拟信道，如电话

5、线等；）通信的信道为模拟信道，如电话线等；（2 2）远距离通信。）远距离通信。8.2.2 数字信号的调制与解调幅度调制（幅度调制（ASKASK，Amplitude Shift KeyingAmplitude Shift Keying）v特点：使正弦波的振幅随数码的不同而变化，但频率和使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。如用载波输出时表示发送相位保持不变。如用载波输出时表示发送1 1，无，无载载 波输出时表示发送波输出时表示发送0 0。8.2.2 数字信号的调制与解调 频率调制（频率调制（FSKFSK，Frequency Shift KeyingFrequency Shif

6、t Keying）v特点：是使正弦波的频率随数码不同而变化，而振幅和是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。调制后用两个不同频率的正弦信相位保持不变。调制后用两个不同频率的正弦信 号示二进制数的号示二进制数的1 1和和0 0，如二进制数字数据的，如二进制数字数据的1 1对对应应 的载波频率是数字数据的载波频率是数字数据0 0对应的频率的对应的频率的2 2倍。倍。v用途用途：载波通道或微波通道相配合的专用调制解调器多：载波通道或微波通道相配合的专用调制解调器多 采用频率调制。采用频率调制。8.2.2 数字信号的调制与解调 相位调制（相位调制（PSKPSK，Phase Shift

7、 KeyingPhase Shift Keying）v特点：相位调制是使正弦波相位随数码而变化，而振相位调制是使正弦波相位随数码而变化，而振幅和频率保持不变。如果用相位的绝对值表示数字信幅和频率保持不变。如果用相位的绝对值表示数字信号号1 1、0 0，则称为绝对调相。如果用相位的相对偏移值，则称为绝对调相。如果用相位的相对偏移值来表示数字信号来表示数字信号1 1、0 0，则称为相对调相或称为差分相，则称为相对调相或称为差分相位调制。位调制。（1 1）绝对调相）绝对调相11取相位值为取相位值为0 0度，度，00取相位值为取相位值为180180度，度，()sin(0)omU tUwt()sin(1

8、80)omU tUwt8.2.2 数字信号的调制与解调 相位调制（相位调制（PSKPSK，Phase Shift KeyingPhase Shift Keying）（2 2）相对调相）相对调相v特点：只有只有0 0度和度和180180度两种相位变化方式来分别表示二度两种相位变化方式来分别表示二 进制数进制数0 0、1 1的调制方法，也称为两相调制。的调制方法，也称为两相调制。（3 3）相对调相）相对调相v特点：如用如用0 0度、度、9090度、度、180180度和度和270270度四种相位变化的方度四种相位变化的方式调制数据称为四相调制，可分别用式调制数据称为四相调制，可分别用0000、010

9、1、1010和和1111四种四种比特组合，其传输速率较两相增加比特组合，其传输速率较两相增加1 1倍。还有八项调制，其倍。还有八项调制，其传输速率可以比两相调制增加传输速率可以比两相调制增加2 2倍。倍。8.2.3 差错控制 差错控制的基本原理差错控制的基本原理数据通信过程中，由于信道热噪声或环境噪声的干扰，在数据通信过程中，由于信道热噪声或环境噪声的干扰，在信道上传输的数字信号有可能从信道上传输的数字信号有可能从1 1变为变为0 0，也有可能从，也有可能从0 0变为变为1 1，这就产生了差错。，这就产生了差错。差错类型差错类型突发差错随机差错8.2.3 差错控制 差错控制的方式差错控制的方式

10、 实现条件：发送端把所要发送的数据实现条件：发送端把所要发送的数据 序列编成能够检测错误的码。序列编成能够检测错误的码。实现功能：自动要求发送端重发保存的实现功能：自动要求发送端重发保存的 副本以达到纠错的目的。副本以达到纠错的目的。实现条件：实现条件：发送端把将要输入的数据序列变发送端把将要输入的数据序列变 换成能够纠正错误的码。换成能够纠正错误的码。实现功能：计算差错的文字并自动加以改正。实现功能：计算差错的文字并自动加以改正。实现条件：不需要发送端进行差错控制编码。实现条件：不需要发送端进行差错控制编码。实现功能：接收端把收到的数据序列全部由实现功能：接收端把收到的数据序列全部由 反向信

11、道送回给发送端。反向信道送回给发送端。实现条件：除信息反馈方式外，还要求发送端对要进行实现条件：除信息反馈方式外，还要求发送端对要进行 发送的数据序列进行差错控制编码。发送的数据序列进行差错控制编码。实现功能：接收端采取纠检错混合，即对少量差错予以实现功能：接收端采取纠检错混合，即对少量差错予以 自动纠正，而对超过其纠正能力的差错通过自动纠正，而对超过其纠正能力的差错通过 重发的方法加以纠正。重发的方法加以纠正。v自动请求重发自动请求重发v前向纠错前向纠错v信息反馈信息反馈v混合方式混合方式8.2.3 差错控制 常用的检错方法常用的检错方法v奇偶检验方法奇偶检验方法v校验和法校验和法v循环冗余

12、检验法循环冗余检验法 偶检验偶检验-用在异步传输方式中。用在异步传输方式中。奇校验奇校验-用在同步传输方式中。用在同步传输方式中。其差错控制能力很强能检测出全部两位差错和大部其差错控制能力很强能检测出全部两位差错和大部 分两位以上的差错，并且还具备纠正一位差错的能力。分两位以上的差错，并且还具备纠正一位差错的能力。正反码编码效率很低，因此正反码只能用于信息位较正反码编码效率很低，因此正反码只能用于信息位较 短的场合。短的场合。很强的检错能力，并可以用集成芯片电路实现。很强的检错能力，并可以用集成芯片电路实现。目前计算机通信中最普遍也是最有效的检错方目前计算机通信中最普遍也是最有效的检错方 法，

13、其特征是所用的信息码元和校验码元字段法，其特征是所用的信息码元和校验码元字段 的长度可以任意的选定。的长度可以任意的选定。8.3 变电站综合自动化系统的通信基本内容与功能第八章变电站综合自动化的数据通信8.3.1 变电站综合自动化系统通信内容 系统通信内容系统通信内容变电站与远方控制中心的通信变电站与远方控制中心的通信：外部交换：外部交换系统内部各子系统间的信息交换系统内部各子系统间的信息交换：内部交换：内部交换1.内部交换 （1）过程层与间隔层间的信息交换：包括断路器和隔离开关位置、变压器 分头位置，变压器、互感器的诊断信息 以及断路器操作信息。（2）间隔层内部的信息交换：包括继电保护和控制

14、、监视、测量之间的 数据交换。这类信息有测量数据、断路器 状态、器件的运行状态、同步采样信息等。8.3.1 变电站综合自动化系统通信内容 1.内部交换 （3）间隔层和站控层的通信：测量及状态信息正常和事故情况下的测量 值和计算值，断路器、隔离开关、主变压 器分接头位置、各间隔层运行状态、保护 动作信息等。操作断路器和隔离开关的分、合命令，主 变压器分接头位置的调节，自动装置的投 入与退出等。参数信息微机保护和自动装置的整定值等。（4）站控层的内部通信：站控层的不同设备之间的通信，要根据各设备 的任务和功能的特点，传输所需的测量信息、状态信息和操作命令等。2.变电站与控制中心的通信 （1）遥测信

15、息 （2）遥信信息 （3）遥控信息 （4）遥调信息 8.3.2 对变电站综合自动化系统通信的要求 1.变电站通信网络 快速的实时响应能力。很高的可靠性。优良的电磁兼容性能。分层式的结构。支持优先级传输。2.信息传输响应速度 经常传送的监视信息：需要经常传送，响应时间需满足SCADA 的要求，一般不宜大于12s。突发事件产生的信息：系统发生事故的情况下，需要快速响应的 信息。3.各层次之间和每层内部传输信息时间过程层和间隔层：1100ms；间隔内各个模块间：1100ms；间隔层的各个间隔单元之间：1100ms；间隔层和变电站之间：101000ms；站控层的各个设备之间：1000ms。8.3.3

16、变电站远传信息的通信线路 1.电力线载波通信 特点：(1).电力系统特有的一种通信方式，可靠性高、经济性好，不 需要单独架设和维护线路。变电站主要利35kV110kV 输电线传输，载波频率一般为40500kHz。(2).变电站采用电力线载波通信主要传送话音的模拟信息及远 动、线路保护、数据等模拟或数字信号。8.3.3 变电站远传信息的通信线路 2.音频电缆通信特点：(1).是一种比较简单的通信方式。稳定性好，一般适合于与调度 室或控制中心距离较近的无人值班变电站。所用的音频电缆 既可以租用电话电缆也可以自行铺设。(2).音频电缆用作传输运动和数字信号的通道，构成比较简单，可直接通过调制解调器将

17、变电站的远动装置或数据传送装置 与调度控制中心的计算机系统连接起来.8.3.3 变电站远传信息的通信线路 3.微波通信方式：是一种在视距离范围内进行直线传播的通信方式，工作频率 在300MHz300GHz的无线电通信。优点：容量大，可同时传送几百乃至几千路信号，其发射功率小，性 能稳定，通信质量高，一般作为电力系统的通信主干线。缺点：绕射能力弱。由于地球是个球体，微波直线传输距离就受到限 制，为增加通信距离，在远距离通信时需要增设中继站，因此 微波通信系统价格昂贵，而且安装复杂，电路传输时有损耗。8.3.3 变电站远传信息的通信线路 4.光线通信特点：(1)传输频带宽、容量大、性价比高；(2)

18、传输损耗小，适合长距离传输；(3)体积小，重量轻，可绕性强，利用电缆沟道和电力线杆，敷 设方便；(4)具有很好的抗电磁干扰能力；(5)保密性好；(6)线径细、质量轻、抗腐蚀，可直接埋于地下。8.4 变电站综合自动化数据通信接口第八章变电站综合自动化的数据通信8.4.1 RS-232标准 DB25接口RS-232 标准（协议）的全称是EIA-RS-232标准，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（Recommend Standard）代表推荐标准，232是标识号。它规定连接电缆、机械、电气特性，信号功能及传送过程。RS-232标准

19、是美国电子工业联合会与BELL等公司一起开发的通信协议。RS-232标准接口适合于数据传输速率在020000bit/s范围内的通信，是在终端设备和数据传输设备间，以串行二进制数据交换方式传输数据所用的最通常的接口。8.4.2 RS-232D的特性及优缺点1.RS-232D的特性 (1)电气特性 (2)规约特性 (3)机械特性2.RS-232D的优缺点 v优点：传送数据的电路简单。v缺点：(1)接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片。(2)传输速率较低。(3)抗噪声干扰性弱。(4)传输距离有限。8.4.3 RS-485标准接口v特点：(1)接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口

20、电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。(2)RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。(3)RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干 能力增强，即抗噪声干扰性好。(4)RS-485最大传输距离约为1219米。平衡双绞线的长度与传输速 率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长 度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长 双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。(5)RS-485接口在总线上是允许连接多达32个设备。即具有多站能 力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。8.4.4 RS-232

21、与RS-485通信接口存在的问题v问题：(1)相互连接的节点数一般不超过32个，不能满足大规模变电站综 合自动化系统的要求。(2)一般通信方式多为查询方式，即由计算机通过询问方式访问保护 单元或自控装置，通信效率低，难以满足较高的实时性要求。(3)整个通信网上只能有一个主节点对通信进行管理和控制，其余皆 为从节点，受主节点管理和控制，这样主节点便成为系统的瓶颈，一旦主节点出现故障，整个系统的通信便无法进行。(4)接口通信规约缺乏统一标准，使不同厂家生产的设备很难互联，给用户带来不便。8.5 变电站信息传输规约第八章变电站综合自动化的数据通信8.5.1 循环式传送规约（CDT）v特点：(1)RT

22、U自发的不断循环上报现场数据给主站。(2)数据格式在发送端与接收端事先约定好，按时间顺序首先发送起 始同步字，然后依次发送控制字和信息字，(3)按远动信息的特性划分为多种帧类别，分为A、B、C、D、E帧5 种类别，按帧传送。(4)重要数据发送周期短，实时性强，一般数据发送周期长，实时性 差，遥信变位优选插入传送，大大提高了事故传送的响应适度。(5)帧的长度可变，多种帧类别循环传送，重要遥测量更新循环时间 较短。(6)循环式规约采用信息字校验的方式，将整帧信息化整为零，当某 个字符出错时，只需丢弃相应的信息字即可。(7)循环式规约可以传送512路遥信量和256位遥测量。(8)循环式规约允许多个从

23、站和多个主站间进行数据传输。8.5.2 问答式传输规约v特点：(1)问答式规约允许多台RTU以共线的方式共用一个通道，这样有 助于节省通道，提高通道占用率，对于区域工作站和为数众多 的RTU通信情形比较适合。(2)问答式规约采用变化信息传送策略，从而大大压缩了数据块的长度，提高了数据传送速度。(3)问答式规约即可以采用全双工通道，也可以采用半双工通道，既可 采用点对点方式，又可以采用一点多址或环形结构。8.6 变电站综合自动化系统的通信网络第八章变电站综合自动化的数据通信8.6.1 局域网信息传输（LAN）树形（树形（tree）总线形（总线形（bus）局域网的拓扑结构局域网的拓扑结构环形（环形

24、（ring）星形（星形（star）8.6.1 局域网信息传输（LAN）环形（环形（ring）星形（星形（star）v特点：通道利用率低；不宜扩展；v特点：可靠性差；不易重新配置网络；8.6.1 局域网信息传输（LAN）树形（树形（tree）总线形（总线形（bus）v特点：结构简单；可靠性高；扩充方便；v特点：成本低；扩充性能好；寻址方便；8.6.2 现场总线通信方式系统控制功能的下移系统控制功能的下移现场总线实现功能现场总线实现功能系统控制功能的自律分散系统控制功能的自律分散现场仪表具有综合管理功能现场仪表具有综合管理功能2023-4-27本章小结 本章主要介绍变电站综合自动化系统的数据通信的

25、基本概念和相关问题。综合自动化系统的数据通信系统由信源、信道以及信宿组成。重点介绍了数据通信的传输方式及调制方法。实现调制与解调的方法主要包含三种：幅度调制、频率调制和相位调制。变电站综合自动化系统的数据通信主要包括两方面的内容：综合自动化系统内部各子系统间的通信和变电站与远方控制中心的通信。变电站综合自动化系统对通信系统要求包括具备快速的响应能力、良好可靠性、优良的电磁兼容性能、分层式的结构等。并介绍了适合变电站远传信息的相关通信线路以及变电站综合自动化数据通信接口。了解两种变电站的传输规约：循环式规约以及问答式规约。2023-4-27课后习题4.7.2什么是基带数字信号？采用基带数字信号传输适用哪些场合？电力系统远动通信系统由哪几部分组成？为什么要对传输信号进行调 制和解调，其有什么作用？为什么要对信息传输进行差错控制？其控制的方式和途径有哪些？电力系统远动通信规约有哪几种？各有什么缺点？电力系统通信信道有哪几种形式？各适用于哪些场合？为什么需要调制，有哪几种调制方式，分别简述其工作原理？什么叫并行通信和串行通信？它们各自有何优缺点？其适用场合是什 么？简述数字通信模型及其优点。载波通信的优点有哪些？简述其原理。谢谢ThatThats all for today.s all for today.Thanks!Thanks!变电站综合自动化的数据通信