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电力系统通信技术的发展丁仁杰 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望主要内容一、电力系统通信的概念和任务二、电力通信与公用通信的区别三、电力通信的发展历史及现状四、电力通信系统的组成五、电力通信系统的分类六、通信系统的主要传输技术简介七、Q&A一、电力系统通信的概念和任务一、电力系统通信的概念和任务基本概念基本概念l l电力系统通信电力系统通信-“-“电力专用通信电力专用通信”l l系统通信系统通信l l厂站通信厂站通信电力系统通信的一般定义是：电力系统通信的一般定义是：利用有线电、无线电、光或其他电磁系统，利用有线电、无线电、光或其他电磁系统，对电力系统运行、经营和管理等活动中需要对电力系统运行、经营和管理等活动中需要的各种符号、信号、文字、图像、声音或任的各种符号、信号、文字、图像、声音或任何性质的信息进行传输与交换，满足电力系何性质的信息进行传输与交换，满足电力系统要求的专用通信。统要求的专用通信。电力系统通信的任务电力系统通信的任务电力系统通信的任务就是准确和快速地完成电力系统通信的任务就是准确和快速地完成话音、数据和图像的传输。话音、数据和图像的传输。话音业务：话音业务：l l电力调度和行政管理电力调度和行政管理数据业务：数据业务：l l调度自动化的检测监控数据调度自动化的检测监控数据l l计算机和互联网数据通信计算机和互联网数据通信l l继电保护信号的传输继电保护信号的传输l l图文传真和用户电报业务图文传真和用户电报业务l l水电厂水情和气象报告等水电厂水情和气象报告等图像业务：图像业务：l l会议电视和电视网等会议电视和电视网等二、电力通信与公用通信的区别电力通信与公用通信之间没有根本区别，而主要差异在于：l结构特点：电力通信以单位所在区域划分而公用通信以国家行政管理区域划分；l经济性要求：公用通信以经济性第一，而电力通信依附电力网运行；三、电力通信的发展历史及现状三、电力通信的发展历史及现状我国电力通信的发展历史我国电力通信的发展历史经历经历6060年发展历史：年发展历史：早期的技术，电力线载波、架空明线或电缆早期的技术，电力线载波、架空明线或电缆通信方式；通信方式；6060年代，模拟微波、特高频或同轴电缆多路年代，模拟微波、特高频或同轴电缆多路载波；载波；8080年代，数字微波、卫星通信、程控交换机年代，数字微波、卫星通信、程控交换机投运和光纤通信；投运和光纤通信；9090年代，架空地线复合光缆（年代，架空地线复合光缆（OPGWOPGW）和全）和全介质自承式光缆（介质自承式光缆（ADSSADSS）电话交换、分组交换、数字数据网、电话交换、分组交换、数字数据网、ATMATM、会议电话和会议电视等通信网会议电话和会议电视等通信网世界电力通信的发展历史电力通信在发展和采用新技术方面始终是通信行业的先锋；l电力线载波（20世纪20年代初）l微波（始于20世纪50年代）l光钎（20世纪80年代）l由点对点发展到交换网络我国电力通信的近我国电力通信的近我国电力通信的近我国电力通信的近10101010年中的变化：年中的变化：年中的变化：年中的变化：一是电力专用通信装备水平和服务质量大幅度提高；一是电力专用通信装备水平和服务质量大幅度提高；一是电力专用通信装备水平和服务质量大幅度提高；一是电力专用通信装备水平和服务质量大幅度提高；二是充分利用资源优势和富余能力，参与社会电信市二是充分利用资源优势和富余能力，参与社会电信市二是充分利用资源优势和富余能力，参与社会电信市二是充分利用资源优势和富余能力，参与社会电信市场竞争，已经成为国际上电力公司的普遍趋势。场竞争，已经成为国际上电力公司的普遍趋势。场竞争，已经成为国际上电力公司的普遍趋势。场竞争，已经成为国际上电力公司的普遍趋势。数字微波电路总长度约为数字微波电路总长度约为数字微波电路总长度约为数字微波电路总长度约为73,000km73,000km73,000km73,000km，总站数，总站数，总站数，总站数3,2003,2003,2003,200个；个；个；个；220220220220V V V V及以上电力线载波机总数及以上电力线载波机总数及以上电力线载波机总数及以上电力线载波机总数8,3008,3008,3008,300台，话路公里数台，话路公里数台，话路公里数台，话路公里数约为约为约为约为340,000km340,000km340,000km340,000km；110110110110V V V V及以下电力线载波机总数及以下电力线载波机总数及以下电力线载波机总数及以下电力线载波机总数10 10 10 10 000000000000多台，话路公里数约为多台，话路公里数约为多台，话路公里数约为多台，话路公里数约为224 000 224 000 224 000 224 000；光缆总长光缆总长光缆总长光缆总长16,00016,00016,00016,000多多多多kmkmkmkm，其中，其中，其中，其中ADSSADSSADSSADSS约约约约4,100km4,100km4,100km4,100km，OPGWOPGWOPGWOPGW约约约约2,000 km2,000 km2,000 km2,000 km，缠绕光缆约，缠绕光缆约，缠绕光缆约，缠绕光缆约600km600km600km600km；交换机总容量约交换机总容量约交换机总容量约交换机总容量约200200200200万门；万门；万门；万门；卫星地球站卫星地球站卫星地球站卫星地球站42424242座；座；座；座；800MHz800MHz800MHz800MHz集群移动通信系统。集群移动通信系统。集群移动通信系统。集群移动通信系统。1999199919991999年年底以来，电力通信网内已开工建设了数字微年年底以来，电力通信网内已开工建设了数字微年年底以来，电力通信网内已开工建设了数字微年年底以来，电力通信网内已开工建设了数字微波电路约波电路约波电路约波电路约10,000km10,000km10,000km10,000km，光缆线路约，光缆线路约，光缆线路约，光缆线路约20,000km20,000km20,000km20,000km（OPGWOPGWOPGWOPGW和和和和ADSSADSSADSSADSS各占约各占约各占约各占约50505050）。）。）。）。四、通信系统的基本组成1.信息源与收信者信源：模拟(连续)和数字(离散)模拟信源：语言、图象、声音、音乐及鸟声等。数字信源：旗语、交通信号及计 算机及数字电路信号。抽样：模拟信源 离散信源量化：离散信源 数字信源通信系统的组成四、通信系统的组成（续）2.发送设备 把信源与传输介质匹配起来3.传输介质 不论传输介质为有线或无线，传输过程都会引入干扰4.接收设备 完成发送设备的逆变换信源通信系统的一般模型发送设备传输介质接收设备收信者信息信号载体信息干扰信源数字通信系统的组成信源编码传输介质信源译码收信者信道编码信道译码噪声信源/收信者一个完整和简化的通信系统传输系统交换系统传输系统信源/收信者电路分组ATM供电纵横五、电力通信系统的分类1.按消息的物理特征分类调度和管理电话、监控数据和图象等2.按调制的方式分类l l基带传输和载波传输l l调制方式：连续波和脉冲波l l调制信号：模拟和数字信号目的有三：便于发送/抗干扰/利用频带3.按传输信号的特征分类收端有效恢复消息与信号单一对应l l模拟通信系统：参量取值无限l l数字通信系统：参量取值有限数字系统有着显著的优越性整个通信系统数字化世界模拟信源数字化数字系统数字通信系统的优越性：数字通信系统的优越性：l l抗干扰能力强抗干扰能力强l l便于进行各种数字信号处理便于进行各种数字信号处理l l易于实现集成化和小型化易于实现集成化和小型化l l经济效益优于模拟经济效益优于模拟(载波载波)通信通信l l传输与交换很容易结合起来传输与交换很容易结合起来综合业务综合业务l l便于实现多路复用便于实现多路复用数字通信系统的缺憾：数字通信系统的缺憾：l l占用较宽频带，资源利用率较低占用较宽频带，资源利用率较低l l对信号同步要求严格对信号同步要求严格4.按传输信号的复用方式分类频分复用 FDM/FDMA时分复用 TDM/TDMA码分复用 CDM/CDMA波分复用 WDM/WDMA5.按传输介质进行分类有线：普通电缆/同轴/光缆无线：电磁波/微波/卫星六、通信系统的主要传输技术简介六、通信系统的主要传输技术简介架空明线和电缆通信架空明线和电缆通信架空明线和电缆通信架空明线和电缆通信公用网早已实现八横八纵的建设目标。公用网早已实现八横八纵的建设目标。19821982年统计，长途线路年统计，长途线路1818万公里，其中万公里，其中90%90%为架空为架空明线。明线。沪沪-杭、京杭、京-汉汉-广同轴电缆干线通广同轴电缆干线通18001800路载波路载波目前，大部分已被或正在被光纤取代。目前，大部分已被或正在被光纤取代。国际上，最高容量为国际上，最高容量为1320013200路（或路（或6 6路广播电视）路广播电视）/芯，数字电话为芯，数字电话为40324032路路电力系统的架空明线随输电线路敷设；电力系统的架空明线随输电线路敷设；电缆线：电缆线：明线明线/普通普通/同轴同轴(50/75/93)/(50/75/93)/双绞线双绞线(IV)/(IV)/屏蔽屏蔽/RJ11/RJ11和和RJ45RJ45接头接头早期电力线载波技术简介电力线信道十分恶劣。主要干扰源有电力线信道十分恶劣。主要干扰源有:信道衰减、信道噪声和多径效应信道衰减、信道噪声和多径效应 配变载波监测及远程抄表系统总体设计总体设计l l通过中压架空线或电缆通过中压架空线或电缆l l以以1 1对对N N的方式的方式l l从变电站母线注入信号从变电站母线注入信号,经馈线到达配电点经馈线到达配电点l l信息通过载波调制解调器耦合到线路上传回变信息通过载波调制解调器耦合到线路上传回变电站电站特点特点l l双载频自动切换双载频自动切换l l485485总线的保护总线的保护l l中继功能中继功能,最长线上距离达最长线上距离达20km20kml l耦合电容与结合滤波器一体化耦合电容与结合滤波器一体化l l中继功能与载波从中继功能与载波从MODEMMODEM一体化设计一体化设计l l通用化通用化技术指标数据传输距离数据传输距离架空架空:10km :10km 电缆电缆:5km:5km中继中继传输距离增加传输距离增加1 1倍倍/级级传输速率传输速率300300600bps600bps发送功率发送功率5W5W误码率误码率102 2 m)m)光缆有望实现光缆有望实现1000km1000km以上无中以上无中继；继；l l抗电磁干扰抗电磁干扰电力输送线电力输送线/电气化铁路沿线电气化铁路沿线/雷击多发区；雷击多发区；l l不产生串扰，保密性好不产生串扰，保密性好l l光缆尺寸小、重量轻光缆尺寸小、重量轻(电缆的电缆的1/31/10)1/31/10)l l光缆不会锈蚀，使用寿命长光缆不会锈蚀，使用寿命长l l光缆接头不会产生放电，没有点火花，运行安全光缆接头不会产生放电，没有点火花，运行安全l l节省金属材料和能源节省金属材料和能源电力光纤通信电力光纤通信电力光纤通信电力光纤通信光纤光纤 松套管松套管填充件填充件 光缆介质中心光缆介质中心 加强件加强件缆芯阻水缆芯阻水绕包缆芯绕包缆芯 内护套内护套光缆加强件光缆加强件 外护套外护套光缆标识光缆标识 松套层绞ADSS光缆结构移动通信的工作方式移动通信的工作方式移动通信的工作方式移动通信的工作方式单向单工工作方式（寻呼）单向单工工作方式（寻呼）双向同频单工工作方式双向同频单工工作方式收发不能同时进行收发不能同时进行l l对讲机对讲机异频半双工工作方式异频半双工工作方式收发不同频，收发不同频，l l集群电话系统集群电话系统异频双工工作方式异频双工工作方式l l移动电话移动电话移动通信的类型移动通信的类型移动通信的类型移动通信的类型无线电寻呼系统无线电寻呼系统/Paging/Paging无绳电话无绳电话/Cordless/Cordless集群移动通信系统集群移动通信系统小灵通小灵通/PHS/PAS/PCT/PHS/PAS/PCT公用蜂窝移动通信系统公用蜂窝移动通信系统早期的模拟移动通信采用早期的模拟移动通信采用FDMAFDMA现已发展过渡到现已发展过渡到2.5G2.5G移动通信系统移动通信系统TDMA/FDMTDMATDMA/FDMTDMA系统系统/GSM/GSMCDMA/FDMCDMACDMA/FDMCDMA系统系统/IS-95/IS-95移动卫星通信系统移动卫星通信系统广州市电力通信网络分割图地区骨干网城区网番禺网从化网增城网花都网 目前广州市电力系统已采用的通信方式有：一、传输方式：1、光纤通信：OPGW、ADSS及管道光缆等光缆，SDH/PDH传输技术。2、SDH/PDH数字微波3、一点多址微波、4、载波通信、5、音频电缆二、宽带IP网络通信方式：千兆以太网（综合业务数据）光纤直连路由器（调度数据）接入SDH三、语音交换方式：数字程控交换技术四、视频方式：会议电视（在建）广州市电力通信网络结构图广州市电力通信网分为以下两个层次：广州市电力通信网分为以下两个层次：第一层：传输骨干网络层；（传输及网络技术设备组成）第一层：传输骨干网络层；（传输及网络技术设备组成）第二层：业务层（含公众用户及专用用户）接入通信网络层第二层：业务层（含公众用户及专用用户）接入通信网络层辅助通信业务辅助通信业务调度交换系统调度交换系统行政交换系统行政交换系统增值通信业务增值通信业务会议电视系统会议电视系统 公众用户公众用户信息基础传输信息基础传输网网 微波、光纤微波、光纤宽带宽带IP城域网城域网调度数据网调度数据网电力监控系统电力监控系统继电保护系统继电保护系统管理信息系统管理信息系统其他系统其他系统ISP专用用户专用用户广州电力变电站监视系统网络结构图数据库服务器数据库服务器HUB多画面分割器多画面分割器多路视频多路视频SDH光传输网。多点控制单元多点控制单元MCU投影设备或电视墙投影设备或电视墙视频编码器视频编码器视频切换矩阵视频切换矩阵动力设备动力设备及环境告警系统及环境告警系统RTU云台镜头控制器云台镜头控制器受控摄象机MCU控制台控制台E1E1变电站变电站综合自动化系统综合自动化系统固定摄象机预设摄象机MCU控制台控制台110kV变电站变电站变电站监视系统数字录象装置数字录象装置110kV变电站变电站E1广州电力会议电视网络结构图 省局省局主主MCU广州广州主主MCU惠州惠州主主MCU汕头汕头主主MCU一级枢纽一级枢纽二级枢纽二级枢纽终端终端市局市局母站母站区局区局会议电视系统结构图会议电视系统结构图七、Q&A常用调制方式及用途常用调制方式及用途常用调制方式及用途常用调制方式及用途连续波调制连续波调制连续波调制连续波调制线性调制线性调制线性调制线性调制常规双边带调幅常规双边带调幅AM AM 广播广播抑制载波常规双边带调幅抑制载波常规双边带调幅DSB DSB 立体声广播立体声广播单边带调幅单边带调幅SSBSSB载波通信、无线电台、数传载波通信、无线电台、数传残留边带调幅残留边带调幅VSBVSB电视广播、数传、传真电视广播、数传、传真非线性调制非线性调制非线性调制非线性调制频率调制频率调制FMFM微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播相位调制相位调制PMPM中间调制方式中间调制方式数字调制数字调制数字调制数字调制幅度键控幅度键控ASKASK数据传输数据传输频率键控频率键控FSKFSK数据传输数据传输相位键控相位键控PSK,DPSK,QPSKPSK,DPSK,QPSK等等数据传输、数字微波、空间通信数据传输、数字微波、空间通信其他数字调制其他数字调制QAM,MSKQAM,MSK等等数字微波、空间通信（有效利用数字微波、空间通信（有效利用f f）常用调制方式及用途常用调制方式及用途常用调制方式及用途常用调制方式及用途脉冲调制脉冲调制脉冲调制脉冲调制脉冲模拟调制脉冲模拟调制脉冲模拟调制脉冲模拟调制脉幅调制脉幅调制PAMPAM中间调制方式、遥测中间调制方式、遥测脉宽调制脉宽调制PDM(PWM)PDM(PWM)中间调制方式中间调制方式脉位调制脉位调制PPMPPM遥测、光纤传输遥测、光纤传输脉冲数字调制脉冲数字调制脉冲数字调制脉冲数字调制脉码调制脉码调制PCMPCM市话、卫星、空间通信市话、卫星、空间通信增量调制增量调制DM,CVSD,DVSDDM,CVSD,DVSD等等军用、民用电话军用、民用电话差分脉码调制差分脉码调制DPCMDPCM电视电话、图象编码电视电话、图象编码其他语音编码其他语音编码ADPCM,APC,LPCADPCM,APC,LPC等等中、低速数字电话中、低速数字电话教材及参考教材教材及参考教材教材及参考教材教材及参考教材本课选用教材本课选用教材本课选用教材本课选用教材通信原理简明教程通信原理简明教程南利平编著南利平编著 清华大学出版社清华大学出版社计算机网络计算机网络张曾科编著张曾科编著 清华大学出版社清华大学出版社参考教材参考教材参考教材参考教材现代通信原理现代通信原理曹志刚等编著曹志刚等编著 清华大学出版社清华大学出版社通信系统通信系统(英英)Simon Haykin Simon Haykin 电子工业出版社电子工业出版社网络通信技术网络通信技术(英英)Ata Elahi Ata Elahi 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