第3章 电力系统远动技术

第三章电力系统远动技术第三章电力系统远动技术第一节信息传输基础点与点之间建立的通信系统是通信的最基本形式，其如下框图所示。信源变换器信道反变换器信宿噪声源第三章电力系统远动技术模拟通信和数字通信(1)模拟通信一般指的是信源发出的、信宿接收的和信道传输的等都是模拟信号的通信过程或方式。(2)数字通信一般是指以数字信号的形式传输信号的系统。数字通信具有以下特点：(1)抗干扰能力强。(2)便于进行信号加工与处理(3)传输中出现的差错(误码)可以设法控制，提高了传输质量第三章电力系统远动技术(4)数字信息易于加密且保密性强(5)能够传输话音、电视和数据等多种信息，增加了通信系统的灵活性和通用性。二进制数字信号通信二进制数字调制中，载波的幅度、频率或相位只有两种变化状态，包括三种形式：幅度键控(OOK)、频移键控(FSK)和相位键控(PSK)第三章电力系统远动技术数字通信传输方式•串行传输，并行传输ABA0A1A2A3A0A1A2A3TABA0A1A2A30101T1010(a)(b)第三章电力系统远动技术数字通信传输方式•点到点通信、点到多点通信和多点到多点通信•单工方式、半双工方式和双工方式甲方发信端信道乙方收信端乙方发信端甲方收信端乙方收信端甲方发信端乙方发信端甲方收信端乙方收信端甲方发信端信道信道(a)单工方式(b)半双工方式(c)全双工方式第三章电力系统远动技术•直通方式和交换方式（需交换机）•同步通信和异步通信信息传输速率与码误率1.信息传输速率数字信号由码元组成，定义单位时间传输的码元数为码元速率Rs，单位为码元／s，又称波特(baud)，简记为Bd，所以码元速率也称波特率。定义单位时间传输的信息量为信息速率Rb，单位为bit/s〔比特／秒)，所以信息速率又称比特率。第三章电力系统远动技术码元可以是二进制的，也可以是多进制的，进制不同的码元携带的信息量不同。一个二进制码元的信息量为1bit，一个M进制码元的信息量为log2Mbit，所以码元速率Rs和信息速率Rb之间的关系为22()loglog(/)RbRsbaudMRbRsMbits如每秒钟传送2400个码元，则码元速率为2400baud；当采用二进制时，信息速率为2400bit/s；若采用四进制时，信息速率为4800bit/s。对于二进制，在数值上波特率和比特率是相等的，但其意义是不同的第三章电力系统远动技术2.误码率elimnP发生误码个数传输总码元数异步传输和同步传输1.异步通信第三章电力系统远动技术2.同步通信接收端的时钟严格保持与发送端一致，同步通信时一个数据帧中包含有如下几个部分：同步码、数据码、校验码。第二节电力系统远动通信系统简介第三章电力系统远动技术数字信号的调制第三章电力系统远动技术数字信号解调•振幅键控非相干解调原理框图第三章电力系统远动技术•振幅键控非相干解调过程各点波形图第三章电力系统远动技术2.频率键控(FSK)第三章电力系统远动技术相位键控相干解调过程各点波形图第三章电力系统远动技术•为了解决信号解调过程的反向工作问题，可采用相对移相键控(DPSK)方式如：二进制数字信息：1101001110其对应的DPSK信号相位为：0π00πππ0π00或π0ππ000π0ππ第三章电力系统远动技术现场总线通信方式•现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连接成的网络系统•目前几种有影响的现场总线有：基金会、LonWorks、PROFIBUS、CAN、HART等现场总线•一般都分为不同的层次，如基金会现场总线定义了三个层次：(1)物理层(2)通信层(3)用户层第三章电力系统远动技术局域网信息传输•局域网(LocalAreaNetworks，LAN)是把多台小型、微型计算机以及外围设备用通信线路互连起来，并按一定的网络通信协议实现通信的系统•电力公司中应用LAN主要从办公自动化(OA)和工厂自动化(FA)两个方面展开第三章电力系统远动技术第三节信息传输差错控制原理差错控制方式前向纠错(FEC)、检错重发(ARQ)和混合纠错(HEC)是常用的三种差错控制方式第三章电力系统远动技术差错控制的实现途径从一个简单的例子出发，详细介绍检错和纠错的基本原理：假设要发送一组具有四种状态的数据信息，用二进制码对数据信息进行编码，用2位二进制码就可完成，用00、01、10、11分别对应1V、2V、3V、4V数据信息1V2V3V4V数据编码00011011第三章电力系统远动技术•可在每组码后面再加1位码元，使2位码组变成3位码组。这样，在3位码组的八种组合中只有四组是许用码组，而其余四种被称为禁用码组。采用偶校验编码，可以检出1位或3位错误(3位出错的概率极小)，但无法纠正错误。数据信息1V2V3V4V××××数据编码000011101110001010100111第三章电力系统远动技术•能否通过增加监督码元的位数来增加检错位数或实现纠错功能呢？我们在前表中再加1位监督码元变成4位编码，看看情况如何数据信息1V2V3V4V数据编码0000011010101100××××000100101000111101000111101111011110100101010011第三章电力系统远动技术•检错1位和3位没问题，但检错2位还不行，但可实现1位部分检错。检错与纠错能力到底与什么有关呢？与许用码组中的最小码距有关。码元距离就是两个码组中对应码位上码元不同的个数，简称码距(也称汉明距)。码距反映的是码组之间的差异程度，比如，00和01两组码的码距为1；011和100的码距为3。那么，多个码组之间相互比较，可能会有不同的码距，其中的最小值被称为最小码距(用dmin表示)，比如，000、001、110三个码组相比较，码距有1和2两个值，则最小码距为1。第三章电力系统远动技术•若我们选取其中四个作为许用码组(如表所示)，则最小码距为2，可以检出1位或3位错误；如果只选两组000和111为许用码组时，其最小码距为3，那么就可以发现所有2位以下的错误，若用来纠错，则可纠正1位错误。第三章电力系统远动技术根据理论推导，有以下结论：(1)在一个码组内要想检出e位误码，要求最小码距为dmin≥e+1(2)在一个码组内要想纠正t位误码，要求最小码距为dmin≥2t+1(3)在一个码组内要想纠正t位误码，同时检测出e位误码(e≥t),要求最小码距为dmin≥t+e+1第三章电力系统远动技术几种常用的检错码有如下几种：(1)奇偶监督码(2)二维奇偶监督码(3)重复码(4)恒比码第三章电力系统远动技术第四节电力系统远动装置功能与结构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第三章电力系统远动技术•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•在其基础上配以自动发电控制、经济调度控制以及其他如安全监视、安全分析等功能构成能量管理系统(EnergyManagementSystem，EMS)。•远动终端(RemoteTerminalUnit，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第三章电力系统远动技术电网监控系统简图第三章电力系统远动技术远动装置功能•主要任务是：①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；②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•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。•随着科学技术的进步，远动系统的功能根据电力系统调度自动化的实际需要还在不断地扩展第三章电力系统远动技术远动装置的基本构成第三章电力系统远动技术RTU原理框图第三章电力系统远动技术远动装置的软件结构第三章电力系统远动技术第五节RTU“四遥”单元遥测量采集单元1.模拟遥测量（A/D转换型）变换器电压形成回路滤波采样保持多路转换开关传感器采样保持传感器采样保持......电压形成回路滤波采样保持.........电压形成回路滤波采样保持TATVA/DCPU存储器第三章电力系统远动技术•电压-频率转换型2.数字遥测量的采集对于数字式仪表(如数字式水位计、数字式频率计等)，经必要的电平匹配和隔离等以后，用三态门或并行口直接取入数据第三章电力系统远动技术3.脉冲遥测量的采集遥信量采集单元断路器、隔离开关的位置状态，传送继电保护、自动装置的动作状态，以及系统、设备等运行状态信号，如厂站端事故总信号，发电机组开、停状态信号以及远动终端、通道设备的运行和故障等脉冲电度表双绞线脉冲量输入+5V第三章电力系统远动技术遥控量输出单元+E+5VPB0PB1-EK第三章电力系统远动技术+KM-KM1FU2FUYKHKCBQFKMYKTKCBQFYT+HM-HM3FU4FUKMYCKM•断路器控制回路图第三章电力系统远动技术遥调量输出单元输出接口锁存器D/A转换器放大驱动总线CPU生产现场过程调节第三章电力系统远动技术第六节电力系统远动通信规约循环式远动规约DL451—91主要有两种：循环式远动规约和问答式远动规约RTU与调度中心之间的通信规约1.循环式(CyclicDigitalTransmission，CDT)远动规约第三章电力系统远动技术(1)同步字。同步字按通道传送顺序分为三组EB90H，即1110、1011、1001、0000、..。(2)控制字。控制字共有六个字节(6B)，控制字节帧类别信息字数n源地址校验码目的地址ELSD0001①控制字节：E——扩展位，当E=0时，使用标准的定义帧类别；当E=1时，帧类别可另行定义，以便扩展功能。第三章电力系统远动技术L——帧长定义位，当L=0时，表示本帧没有信息字；当L=1时，表示本帧有信息字。S——源站址定义位，S=1表示控制字中源站址有内容，源站址字节即代表信息始发站的站号。D——目的站址定义位。D=1表示目的站址字节有内容，即代表信息到达站的站号；D=0表示目的站址字节内容为FFH，即代表广播命令，所有站同时接收并执行此命令。以上所述的上行信息和下行信息中若同时S=0，D=0，则表示源站址和目的站址无意义第三章电力系统远动技术②帧类别帧类别代号定义上行E=0下行E=061H重要遥测(A帧)遥控选择C2H次要遥测(B帧)遥控执行B3H一般遥测(C帧)遥控撤销F4H遥信状态(D1帧)升降选择85H电能脉冲计数值(D2帧)升降执行26H事件顺序记录(E帧)升降撤销57H设定命令7AH设置时钟0BH设置时钟校正值4CH召唤子站时钟3DH复归命令9EH广播命令第三章电力系统远动技术③信息字数n。表示该帧中所含信息字数量，n=0表示无信息字(3)信息字每个信息字由六个字节构成：功能码一个字节，信息、数据码四个字节和校验码一个字节功能码有256个(00H～FFH)，分别代表不同的信息用途功能码信息数据校验码第三章电力系统远动技术功能码代号字数用途信息位数容量00H～7FH128遥测1625680H～81H2事件顺序记录64409682H～83H(备用)84H～85H2子站时钟返回64186H～89h4总加遥测1688AH1频率1628BH1复归命令(下行)16168CH1广播命令(下行)16168DH～92H6水位24693H～9FH(备用)A0H～DFH64电能脉冲计数器3264E0H1遥控选择(下行)32256第三章电力系统远动技术E1H1遥控返校32256E2H1遥控执行(下行)32256E3H1遥控撤消(下行)32256E4H1遥控选择(下行)32256E5H1升降返校32256E6H1升降执行(下行)32256E7H1升降撤销(下行)32256E8H1设定命令(下行)32256E9H1(备用)32256EAH1(备用)32256EBH1(备