电力系统自动化第三章-电力系统远动技术课件.ppt
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1、电力系统远动技术第一部分:信息传输基础第二部分:电力系统远动通信系统简介第三部分:信息传输差错控制原理第四部分:电力系统远动装置功能与结构第五部分:RTU“四遥”单元设计原理第六部分:电力系统远动通信规约数据传输的基本问题收发如何同步收发如何同步?如何保证数据信息正确如何保证数据信息正确?存在干扰差错时存在干扰差错时,如何校验和控制如何校验和控制?如何提高信道效率如何提高信道效率,实现多路复用实现多路复用?通信系统基础信源变换器信道反变换器信宿躁声源mg(t)g(t)ms(t)s(t)通信系统基本模型通信系统基本模型l模拟消息模拟消息:状态连续变化的消息状态连续变化的消息,如强弱变化的语音如强
2、弱变化的语音l数字消息数字消息:消息状态量是离散的消息状态量是离散的,如文字如文字l信号是消息的一种载体:信号是消息的一种载体:l模拟信号模拟信号:表达消息的信号对应的表征量是取连续值表达消息的信号对应的表征量是取连续值l数字信号数字信号:表达消息的信号对应的表征量是取离散值表达消息的信号对应的表征量是取离散值l模拟通信系统模拟通信系统:传递模拟信号的通信系统传递模拟信号的通信系统l数字通信系统数字通信系统:传递数字信号的通信系统传递数字信号的通信系统3.1.2 二进制数字信号通信为了使数字信息在带通信道中传输,必须用数字基带信号对载波进行调制,使基带信号的功率谱搬移到较高的载波频率上。这种调
3、制称为数字调制。数字调制的三种基本方式:幅度键控(ASK);频移键控(FSK);相位键控(PSK)。在二进制数字调制中,载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态。此种传输信号方式可称为二进制数字信号通信。数字通信传输方式数字通信传输方式串/并-转换原理发送缓冲区发送数据接收缓冲区接收数据发送时钟接收时钟1 11 11 00 01 11 11 00 0发送数据发送时钟接收时钟接收数据串-并转换移位寄存器并-串转换移位寄存器信息传输系统的质量指标信息传输系统的质量指标1、可用率、可用率只要能完成基本功能即可只要能完成基本功能即可信息传输系统的可用率信息传输系统的可用率 调度自动化系统可用率调度自动化
4、系统可用率2、误码率、误码率即即10万个二进制码出现一个误码万个二进制码出现一个误码波特率:码元传输速率波特率:码元传输速率比特率:比特(比特率:比特(bit),比特率(),比特率(bit/s)对应信息传输速率)对应信息传输速率二进制中波特与比特含义相同二进制中波特与比特含义相同低速:低速:300、600(Bd、bit)高速:高速:900、1200、2400、4800、9600码元码元 二进制二进制 0、1 十六进制十六进制 0F单位时间内传送的码元(采用二进制码元时为单位时间内传送的码元(采用二进制码元时为0或或1)的个)的个数称为波特(数称为波特(Bd)信息传输系统的质量指标信息传输系统的
5、质量指标3、传输速率、传输速率电力系统调度自动化要求:电力系统调度自动化要求:RTU与调度中心信息传输速率:与调度中心信息传输速率:6001200bit/s 远程计算机之间信息传输速率:远程计算机之间信息传输速率:12009600bit/s数码传输的同步.10起始位奇偶校验P1 1 1 1停止位7位数据第n位字符起始位0第n+1位字符空闲位实质上是在传送一个字符的时间内收发两端保持同步,实质上是在传送一个字符的时间内收发两端保持同步,其他时间可以是异步。效率低其他时间可以是异步。效率低异步传输方式传送一个8位字符异步传输方式(起止同步)异步传输方式(起止同步)数码传输的同步同步通信的特点是收发
6、端的时钟严格一致,使得接收时钟与接收码元间无误差积累问题,可以省略附加码元,提高传输效率。数码传输的同步位同步位同步滤波法滤波法远动中采用单极性不归远动中采用单极性不归0 0信号。接收到的信号首先经过放信号。接收到的信号首先经过放大限幅环节形成数字方波,然后经微分、整流环节形成大限幅环节形成数字方波,然后经微分、整流环节形成尖脉冲信号,由窄带滤波器提取基频信号,最后经移相尖脉冲信号,由窄带滤波器提取基频信号,最后经移相电路产生位同步脉冲。电路简单,但当信号中有连续的电路产生位同步脉冲。电路简单,但当信号中有连续的0 0或或1 1时,由于码元波形无变化,可能造成位同步中断。时,由于码元波形无变化
7、,可能造成位同步中断。锁相法锁相法在接收端利用鉴相器,比较接收到的码元与本地产生的位在接收端利用鉴相器,比较接收到的码元与本地产生的位同步的相位。若二者不一致,则鉴相器产生一个调制脉冲同步的相位。若二者不一致,则鉴相器产生一个调制脉冲去调制本地位同步信号的相位,直到与接收码元的相位一去调制本地位同步信号的相位,直到与接收码元的相位一致为止。致为止。电力系统传输信道 电力系统传输信道电力系统传输信道电力载波通信电力载波通信电话话路频率范围:电话话路频率范围:A B CA B C1、远动与载波电话复用电力载波通道、远动与载波电话复用电力载波通道载波机载波机调制解调制解调调载波机载波机调制解调制解调
8、调电力系统传输信道光纤信道光纤信道优点:优点:a)可利用的频带宽通信量大;可利用的频带宽通信量大;b)抗电磁干扰能力强;抗电磁干扰能力强;c)通信道两端实现完全电隔离;通信道两端实现完全电隔离;d)损耗小中继距离长;损耗小中继距离长;e)容易多根敷设。容易多根敷设。电力系统传输信道微波通信微波通信2GHz 电力系统微波传输主干线电力系统微波传输主干线 8GHz 分支线分支线11GHz 近距离的局部系统近距离的局部系统2、无线通信、无线通信50m高微波塔覆盖高微波塔覆盖50km,频率范围,频率范围300MHz300GHz电力系统传输信道卫星通信卫星通信卫星通道的频段为上行卫星通道的频段为上行59
9、256425MHz,下行为,下行为37004200MHz。散射通信散射通信通信距离长,可达通信距离长,可达200300km,可跨越山地,但是,可跨越山地,但是需要经过其他通信方式转接到调度中心。该方式适合需要经过其他通信方式转接到调度中心。该方式适合地域广大的山区。地域广大的山区。短波通信短波通信检修通信的良好方式。它比较适合传输话音信号检修通信的良好方式。它比较适合传输话音信号 三种基本形式的数字调制,这就是数字振幅调制、数字频率调制和数字相位调制,振幅键控(ASK)、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)用基带数字信号对正弦载波的幅度进行调制用基带数字信号对正弦载波的幅度进行调制(控制控制
10、)称为振幅调称为振幅调制,也叫做振幅键控制,也叫做振幅键控(ASK);用基带数字信号对正弦波的频率进行调制用基带数字信号对正弦波的频率进行调制(控制控制)称为频率调制,称为频率调制,也叫做频移键控也叫做频移键控(FSK);用基带数字信号对正弦波的相位进行调制用基带数字信号对正弦波的相位进行调制(控制控制)称为相位调制,称为相位调制,也叫做相移键控也叫做相移键控(PSK)。1.振幅键控(ASK)3.相位键控(PSK)相位键控分为绝对移相和相对移键控相两种,以上讲述的是绝对移相键控,可记为CPSK,它是利用载波不同相位直接来表示数字基带信号。假设前后相邻码元的载波相位差为,可定义一种数字信息与 之
11、间的关系为现场总线定义了三个层次:(1)物理层。定义信号如何发送,其从上层接收编码信息并在现场总线传输媒体上将其转换成物理信号,亦可以进行相反的过程。(2)通信层。定义设备间网络如何被共享和调度,它控制信息通过物理层传输到现场总线,同时通过链接活动调度器(用来规定确定信息的传输和批准设备间数据的交换)连接到现场总线。并且此层负责对用户层命令进行编码和解码。(3)用户层。定义了一个利用资源模块、转换模块、系统管理和设备描述等技术的功能模块应用过程。3.2.4 局域网信息传输局域网(Local Area Networks,LAN)是把多台小型、微型计算机以及外围设备用通信线路互联起来,并按一定的网
12、络通信协议实现通信的系统。节点:有两种,一种是转接节点,支持网络的连接,通过连接的链路来转接信息,如集中器、转接中心等;另一种是访问节点。除了连接的链路以外,还有计算机和终端设备,也称为端点。链路:是两个节点之间承载信息流的线路或信道。单位时间内可以连接的最大信息量,称为链路容量。通常链路有电话线路、光缆、微波连接等。主机:负责处理数据和网络控制,同时还执行网络协议。终端:是用户进行网络操作时使用的设备。局域网的典型拓扑结构有星(star)形、环(ring)形、总线(bus)形和树(tree)形3.3 信息传输差错控制原理3.3.1 信息传输差错控制的必要性 对于模拟信号而言,信号波形会发生畸
13、变,引起信号失真,并且信号一旦失真就很难纠正过来,因此,在模拟系统中只能采取各种抗干扰、防干扰措施,尽量将干扰降到最低程度以保证通信质量。而数字系统对干扰或信道特性不良的宽容度比模拟系统大。但是当干扰超过系统的限度就会使数字信号产生误码,从而引起信息传输错误。3.3.2 差错控制方式 差错控制编码的基本思想就是在数字信号序列中加入一些冗余码元,这些冗余码元不含有通信信息,但与信号序列中的信息码元有着某种制约关系,这种关系在一定程度上可以帮助人们发现或纠正在信息序列中出现的错误,也就是误码,从而起到降低误码率的作用。数据传输的差错控制技术l抗干扰编码抗干扰编码可检测和不可辨识:可检测和不可辨识:
14、00开;开;11合合可检测和可辨识:可检测和可辨识:000开;开;111合合不可检测和辨识:不可检测和辨识:0开;开;1合合多种编码方法多种编码方法3.3.3 差错控制的实现途径数字通信中码元的错误大致有两类:随机错误和突发错误(1)随机错误。由随机噪声引起的码元错误,其特点是码元中任意一位或几位发生从0变1或从1 变0的错误是相互独立的,彼此之间没有联系,一般不会引起成片的码元错误。(2)突发错误。由突发噪声引起的码元错误,比如,闪电、电器开关的瞬态、磁带缺陷等都属于突发噪声。必须在信息码序列中加入监督码元才能完成检错和纠错功能,其前提是监督码元要与信息码之间有一种特殊的关系。几种常用的检错
15、码有如下几种:(1)奇偶监督码奇偶监督码。这是一种最简单也是基本的检错码,又称奇偶校验码。编码方法是把信息码元先分组,在每组最后加一位监督码元,使该码中1 的数目为奇数或偶数,奇数时称为奇校验码,偶数时称为偶校验码,统称奇偶校验码。(2)二维奇偶监督码二维奇偶监督码。二维奇偶监督码又称方阵码,它是在上述奇偶校验码的基础上形成的。将奇偶校验码的若干码组排列成矩阵,每一码组写成一行,然后再按列的方向增加第二维校验位。(3)重复码重复码。重复码是在每位信息码元之后,用简单重复多次的方法编码,例如重复两次时,用111 传输1 码,用000 传输0 码。(4)恒比码恒比码。恒比码是从某确定码长的码组中挑
16、选那些1 和0 的比例为恒定值的码组作为许用码。在检测时,只要计算接收码组中1 的数目是否正确,就可知道有无错误。3.4 电力系统远动装置功能与结构3.4.1 远动装置概述 远动是电网调度自动化系统的重要组成部分。远动系统的主要任务是将厂站的实时运行信息送给调度控制中心;把调度的控制、调节等命令送给厂站执行。遥信、遥测、遥控和遥调是远动的基本功能。远动系统的数据采集、数据处理等功能可以用不同的方法来实现,例如用布线逻辑方法,这是将数字逻辑电路按预定的要求,用固定的布线连接起来,各部分电路在时序的配合下按顺序协同工作,实现预定的功能。要实现电网调度自动化,首先要采集实时数据,进行监视和控制,所以
17、电网调度自动化的基本组成部分是数据采集和监控系统,即SCADA 系统。远动终端(Remote Terminal Unit,RTU)是电网监视和控制系统中安装在发电厂或变电站的一种远动装置,简称RTU。RTU 在电网监控系统中如图3.15 所示。远动技术是一门综合性的应用技术,其基本原理包括数据传输原理、编码理论、信号转换技术原理和计算机原理等。远动系统由厂站端、通道和调度端组成。3.4.2远动装置功能远动装置功能 电力系统是由发电厂、变电站及输电线路等组成,并由调度控制中电力系统是由发电厂、变电站及输电线路等组成,并由调度控制中心对全系统的运行进行统一的管理。心对全系统的运行进行统一的管理。电
18、力系统远动的主要任务是:电力系统远动的主要任务是:将表征电力系统运行状态的各发电将表征电力系统运行状态的各发电厂和变电所的有关实时信息采集到调度控制中心;厂和变电所的有关实时信息采集到调度控制中心;把调度控制中心的把调度控制中心的命令发往发电厂和变电站,对设备进行控制和调节。命令发往发电厂和变电站,对设备进行控制和调节。用远程通信技术传送被测参量的测量值称为远程测量,简称遥测用远程通信技术传送被测参量的测量值称为远程测量,简称遥测(YC)。对状态量进行远程监视称为远程信号,简称遥信。对状态量进行远程监视称为远程信号,简称遥信(YX)。对于具有。对于具有两个确定状态的运行设备进行操作的远程命令称
19、为远程控制,简称遥控两个确定状态的运行设备进行操作的远程命令称为远程控制,简称遥控(YK)。对于具有两个以上状态的运行设备发出的远程命令称为远程调节,。对于具有两个以上状态的运行设备发出的远程命令称为远程调节,简称遥调简称遥调(YT)。遥测、遥信、遥控和遥调是远动系统的四项基本功能,在我国常称遥测、遥信、遥控和遥调是远动系统的四项基本功能,在我国常称之为四遥。之为四遥。RTU原理框图如图原理框图如图3.17所示。所示。3.4.4远动装置的软件结构远动装置的软件结构 远动装置的软件由一个主管理系统程序和多个子系统程序组成,每个远动装置的软件由一个主管理系统程序和多个子系统程序组成,每个子系统中的
20、运行相应于系统的软件,这些软件都包括一个主程序和一个或子系统中的运行相应于系统的软件,这些软件都包括一个主程序和一个或多个中断服务程序。主控系统软件主要包括与子系统的通信程序、与调度多个中断服务程序。主控系统软件主要包括与子系统的通信程序、与调度中心的通信程序、数据处理程序以及人机联系程序。多个从系统运行各自中心的通信程序、数据处理程序以及人机联系程序。多个从系统运行各自的程序,主、从系统协调工作,共同完成的程序,主、从系统协调工作,共同完成RTU功能所指定的任务。其结构功能所指定的任务。其结构如图如图3.18所示。所示。3.5 RTU“四遥四遥”单元设计原理单元设计原理3.5.1遥测量采集单
21、元设计遥测量采集单元设计 反映系统运行状况实时需监测的变化量均属遥测信息,主要包括模反映系统运行状况实时需监测的变化量均属遥测信息,主要包括模拟量、数字量和脉冲量。拟量、数字量和脉冲量。1.模拟遥测量的采集模拟遥测量的采集 模拟量分为电量和非电量两种。电量指的是一次系统中母线电压、模拟量分为电量和非电量两种。电量指的是一次系统中母线电压、支路支路(输电线和变压器输电线和变压器)电流、支路有功和无功等,非电量指的是发电机电流、支路有功和无功等,非电量指的是发电机定子和转子的温度、水库的水位等。定子和转子的温度、水库的水位等。弱电模拟信号经多路开关控制分时接入模弱电模拟信号经多路开关控制分时接入模
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