配电自动化系统2

2020/3/15第2章配电自动化的通信系统通信系统是建设配电自动化系统的关键技术，通信系统的好坏很大程度决定了自动化系统的优劣。配电自动化系统需借助可靠、有效的通信手段，将控制中心命令准确传送到各远方终端（FTU、DTU、RTU、TTU等），并将远方设备采集的运行数据信息上传到控制中心。2020/3/152.1配电自动化的多种通信方式输电网通信特点：输电网中终端节点数量有限，通信距离较长，对通信速率和可靠性要求较高。对微波或电力线路载波通信，都使用专用通道点对点或共线(partyline)通信，很少使用广播通信方式。2020/3/15配电网通信特点配电网终端节点数量极大，寻址达百万级，但通道距离相对较短，速率要求较低。沿空间广播的无线电通信方式和沿配电线路广播的载波通信方式得到了广泛的采用。配电自动化系统涉及功能多（自动读表、负荷控制、馈线开合变电站综合自动化)，对通信要求各不相同。终端数量大。2020/3/151.典型数据通信系统的组成数据终端设备DTE数据传输设备DCE数据传输信道数据传输设备DCE数据终端设备DTERS-232SCADARTURS-232配电自动化系统通信网络是一典型的数据通信系统。数据终端设备：配电SCADA系统、RTU、FTU、TTU，集中抄表器、抄表终端等。数据传输设备：Modem、复接分接器、数传电台、载波机、光端机。数据传输通道：有线与无线信道（按传输媒体），模拟与数字信道（按传输形式）。2020/3/152.配电自动化中可用的通信方式有线通信方式：电力线：高压、低压的载波通信。电话线：电话专线、拨号电话等。CATV通道：有线电视网。光纤通信：多模光缆，2Mbps，5km，单模光缆，2Mbps，50km双绞线：现场总线、RS-4852020/3/15配电自动化中可用的通信方式－续无线通信方式：调幅广播：自由空间，1200bps，50km调频广播：自由空间，1200bps，50kmVHF电台：自由空间，128Kbps，50kmUHF电台：自由空间，128Kbps，50km多址微波：自由空间，128Kbps，50km卫星：自由空间，1200bps，全球任何一种单一的通信手段都无法全面满足各种规模的配电自动化需要，一般采用多种通信方式混合使用。2020/3/152.2调制解调器和复接分接器1.调制解调器(Modem)1）定义：发送时，数字信号模拟信号（调制）；接收时，模拟信号数字信号（解调）。二进制信息通过调制加到交流高频信号上再传输；接收端将含有信息的交流信号解调，还原信息。2）Modem作用：实现数据信息的发送、接收。2020/3/153）Modem分类按传输方向：全双工Modem、半双工Modem。－单工：单方向传输；－双工：双向传输；半双工：可不同时上下行双向传输；双工：可同时上下行双向传输。按工作频率：低速Modem(600bps)、中速Modem(600-9600bps)、高速Modem(9600bps)。按调制方式：移频键控(FSK)、移相键控(PSK)、相对移相键控(DPSK)、移幅键控(ASK)。配电自动化数据通信中，FSK方式应用最多。2020/3/152.复接分接器发送时，将2个或2个以上的数字信号按时分复用的原理合并为1个数字信号（复接器）；接收时，将1个数字信号分解为若干个数字信号（分接器）。复接器分类：同步复接器（各路信号采用同一时钟信号的时序产生）、异步复接器。复接分接器作用：将高速数据传输信道转换为多个较低速数据传输信道。2020/3/152.3配电自动化对通信系统要求1.通信可靠性：能抵抗恶劣的气候条件、强电磁干扰，保证停电及电网故障时的通信能力。2.通信系统费用：选择费用、功能及技术先进性的最佳组合，实现最佳效能费用比。3.通信速率的要求：通信系统带宽越窄则通信速率越低(一般300bps)，必须满足实时性要求。4.双向通信能力：保证数据上传、控制命令下发，要具有半双工或全双工能力。5.不受停电影响：保证通过通信系统对停电区开关的操作，停电区FTU等要有备用电源(电池等)。6.使用和维护的方便性：选择通用性、标准化程度高的通信设备。2020/3/152.4配电自动化采用的通信方式1.配电线载波通信(DistributionLineCarrier,DLC)电力线载波通信：输电线载波TLC、配电线载波DLC、低压配电线（入户线）载波通信。配电线载波通信设备：安装在主变电站的多路载波机、线路测控对象处的配电线载波机、高频通道（由阻波器、耦合滤波器、结合滤波器组成）。阻波器：控制高频电流信号流向；耦合滤波器：防止高压进入通信设备，同时耦合高频信号；结合滤波器：将载波信号耦合到馈电线上。特点：由电力公司控制，便于管理，可以对任何测控点通信；数据传输速率较低，易受干扰、非线性失真和信道间交叉调制影响。2020/3/15典型配电线载波通信系统组成2020/3/15较长馈线载波通信系统组成通信距离较长时无法满足时(如环网)，可在适当位置加设阻波器，并将两侧线路上设备信息分布上报给两侧相应的主变电所。2020/3/15原理：将高频信号注入到电力线，通过脉动信号的有无来实现通信。分类：高频电压脉动控制、高频电流脉动控制。特点：主要适用于单向通信场合，如负荷控制；不受无线电管理委员会制约；通信速率较低；停电时通信将中断。2.脉动控制技术2020/3/153.工频控制技术原理：以电力线作信号传输通道，利用电压过零的时刻（250左右）进行信号调制。特点：可以实现双向通信，主要用于零散负荷控制；停电时通信将中断。2020/3/154.电话线可达到较高波特率，易实现双向通信，很适合于配电自动化系统中。电话专线租用费用较高，电力公司无法完全掌握电话线通信的维护。电话线不能覆盖所有的地区，为此额外架设的专线费用较高。利用电话线传输数据分租用电话专线和公用电话网拨号电话两种方式。缺点：传输误码率高、传输距离受限制。2020/3/155.光纤通信特点：通信容量大，衰减小，不怕雷击，不受外界电磁干扰，抗腐蚀，保密性好，敷设方便。但投资高，强度不如金属线，连接较困难。电端机光端机中继器接收发送光缆光缆电端机光端机光纤通信系统组成电端机：完成对信息的处理(多路复用、复接分接)。光端机：接收时将电信号转换为光信号，并输入光纤远传；发送时将光信号转换为电信号。中继器：放大、整形被衰减与畸变的光信号。2020/3/15光纤通信系统分类及网络形式按传输光波长分：短波长、长波长、超长波长光纤通信系统。（影响传输距离）按传输信号形式分：光纤数字通信系统、光纤模拟通信系统。（影响抗干扰能力）按光纤种类分：多模光纤通信系统、单模光纤通信系统。（影响传输容量）按网络形式分：点对点光纤通信系统、T形光纤通信系统、环形光纤通信系统、星形光纤通信系统。应用场合：配电自动化系统中，光纤通信主要应用于主干层及馈线终端层的通信。2020/3/15用光Modem实现馈线终端与区域工作站的通信根据传输信息种类及接口形式的不同，可选择不同的光端机、电端机，或光电合一设备，以满足配电自动化系统信息传输要求。接收时将电信号2020/3/156.有线电视(CATV)通道CATV系统的带宽很宽，配电自动化只需利用其中很窄的一段。CATV系统为单向通信，且许多用户并不使用CATV系统，给配电自动化带来困难。电力公司无法控制CATV电缆的维护，且租金较高。通信距离远时，需加中继放大环节。2020/3/157.现场总线和RS-485现场总线(FieldBus)种类：CANBUS、LONWORKS、PROFIBUS、FOUNDATIONFIELDBUS等。现场总线适于满足FTU和附近区域工作站间通信、变电站内智能模块间通信。现场总线为开发式系统，便于设备间互联。RS-485为标准串行通信接口，最多可支持64～256个发送、接收器对。对实时性要求不高的场合（如远方抄表等），可以采用RS-485通信，较为简单。2020/3/158.无线通信系统种类：调幅（AM）广播，调频（FM）广播，无线寻呼，甚高频通信（VHF，30-300MHz），特高频通信（UHF，300-1000MHz），微波通信（1GHz），卫星通信。AM、FM、无线寻呼为单向通信方式。根据我国无线电管理委员会规定的无线通信频段，800MHz的无线数传系统是配电自动化系统的合适选择之一。2020/3/15采用800MHz无线电台实现馈线自动化示意图2020/3/15采用中继站的800MHz无线数传系统实现馈线自动化系统2020/3/15卫星通信利用通信卫星作中继站来转发或反射无线电信号，不受地形、距离影响，通信可靠、容量大。传输延迟大，不适合要求快速响应场合。利用GPS全球定位系统实现系统时钟的统一，提高SOE站间分辨率。2020/3/159.无线扩频通信传输信息所用的带宽远大于信息本身的带宽。即用高速率扩频码扩展待传输数字信息带宽，其带宽比常规通信大几百至几千倍。抗噪声干扰能力强。用于配电自动化的无线扩频系统一般采用2.4～2.483GHz工作频段。原用于军事通信中，不需无线电管理委员会许可；适合作通信主干线。工作方式：点对点方式、点对多点方式。对分散测控点，成本高，应用不多。2020/3/15COMLINK的点对点无线扩频通信系统2020/3/15COMLINK的点对多点无线扩频通信系统2020/3/1510.混合通信单一通信不能满足配电自动化系统的所有功能。须在通信性能和造价间折衷。根据配电网具体情况，在不同层次上采用不同的通信方式，构成混合通信系统。选择混合通信方式时，应考虑原有通信基础设施，减少投资。2020/3/15配电自动化混合通信方式1配电线载波通信DLC分段断路器DLCDLC馈线电容器组配电控制中心无线电通信农村变电站市区变电站至EMS微波通信租用电话线无线电负荷控制配电载波通信DLC用户表计馈线电容器组线路重合器DLCDLC无线电负荷控制用户表计2020/3/15配电自动化混合通信方式2110kV主变电站DLC配电自动化无线电通信10kV开闭所市调度自动化230Hz电台光纤光纤用户表计FTUDLCFTU公用电话网用户负荷用户负荷110kV主变电站10kV开闭所光纤FTUFTU光纤光纤2020/3/152.5配电自动化通信系统的若干问题1.电磁波频带与传输行为的关系提高电磁波频率、缩短波长，可以增大传输的信息量、增加复用多路通道，传输速率加快；但易引起遮挡和反射等问题。2.有效性与可靠性的关系有效性：一定带宽与噪声时，传输速率高。可靠性：指传输的误码率。在一定的带宽与噪声条件下，有效性与可靠性是矛盾的；传输速率与传输距离也影响有效性与可靠性。2020/3/153.备用通信系统主干通信线路信息量大，必须提高其可靠性。措施：1）对光纤通信主干通道，可采用同步数字光纤通信自愈网。2）采用热备份双通道通信系统。双通道自动切换装置2020/3/154.配电自动化通信系统的防过电压和防雷过电压、雷电严重影响配电自动化通信系统。1)配电自动化控制中心的防雷：设避雷器、屏蔽、接地、滤波电容、防雷保护装置。2)有线通信电缆的防雷：采用屏蔽双绞线（屏蔽层多点接地）、非屏蔽线穿过铁管地埋。3)无线通信天馈系统的防雷：引下线多点接地，并配装管式避雷器。4)载波通信系统的防雷：在高频引入架的入端加装间隙放电避雷器。5)光纤通信系统的强电防护：优先选用无金属结构光缆，有金属光缆考虑强电与雷电防护。6)通信系统接口设备的防雷：RS-232、RS-485、Modem等通信设备采用瞬时过电压半导体保护器件。2020/3/152.6配电自动化中通信系统规约建设配电自动化通信系统时，必须认真考虑系统中通信规约的选择问题。通信规约种类：应答式规约(Polling规约，如SC1801、4F、Modbus等)，循环式规约(