1、内蒙古科技大学课程设计配自动化通信系统综述摘要配电自动化系统的通信网络是一个典型的数据通信系统，借助有效的通信手段，将控制中心的控制命令准确地传送到为数众多的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心，同时为配电自动化系统提供了一种可靠性强并且灵活的通信方式。因此，选择合适的通信系统在配电网中至关重要。关键词：配电网 通信系统 通信方式 1 配电自动化通信系统的层次结构1.1 配电自动化通信系统的定义一个完整的配电自动化系统包括配电自动化主站、配电自动化子站、远方监控单元三个部分。主站和子站间的通信、子站和现场监控单元间的通信有一个共同的特点，其中一方必为计算机系统，另一方为
2、计算机系统或其它监控单元。另一个特点是通信距离比较远，可能为几公里，甚至几十公里。1.2 配电自动化的层次结构1）主站级通信包括：主站调度主站子站主站变电站内蒙古科技大学课程设计2）子站级通信主站子站子站调度子站变电站（3）终端设备通信主 FTU从 1(RTU/DTU/TTU)从 2(RTU/DTU/TTU)从 3(RTU/DTU/TTU) 子站远方终端（RTU/DTU/TTU ）子站起到承上启下的作用！1.3 配电自动化对通讯系统的要求1）通信的可靠性配电自动化的通讯系统必须设计成为能够通过常规维护就可以在恶劣状况下工作的系统。能够跨过故障区和停电区域保持通讯，是对通讯系统可靠性的另一要求。
3、2）通信系统的费用由于配电自动化的通讯系统的造价是很可观的，因此通过恰当地选取合适的通讯方式，可以节省大笔的建设费用。3）通信速率的要求从功能的角度，在配电自动化系统中，进线监视、10kV 开闭所和配电变电站监控和馈线自动化（FA）对于通讯的速率要求最高，内蒙古科技大学课程设计其次是公用配变的巡检和负荷监控系统，远方抄表和计费自动化对于通讯的速率的要求较低。从配电自动化系统结构的角度，集结了大量数据的主干线对通信速率的要求要远高于分支线对通信速率的要求。4）双向通信能力配电自动化的大多数功能要求双向通信，如对于故障区段隔离和恢复正常区域供电的功能，则必须要求有双向通讯能力的信道。5）通信不受停
4、电的影响配电网的调度自动化功能和故障区段隔离，及恢复正常区域供电的功能要求，即使在停电的地区通信仍能正常进行。6）通信系统的使用与维护方便性配电自动化的通信系统构成规模往往较大，而且通常采用多种通信方式相结合，因此在设计上，应考虑尽可能地简化这一复杂的通信系统的使用与维护。2 配电自动化的通信系统的组成及作用2.1 数据通信的传输方式1）数据通信的传输方式分类通信系统的传输方式按照信息传输的方向和时间可分为：单工通信：按单一方向传送的工作方式半双工通信：是指信息可以双方向传送，只能分时交替进行全双工通信：可以同时进行双方向的传送信息2）数据传输信道：内蒙古科技大学课程设计按载体传输形式：有线传
5、输和无线传输按数据传输形式：模拟信道和数字信道2.2 OSI 标准制订通信规约国际化标准组织 ISO 定义了一个开放式系统互联模型标准 OSI，该模型包含了七层协议，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每一层都强调特殊的网络功能。任何一层只向它的上一层提供服务，并接受下一层的服务申请，每一层只与它的对应层进行通信。 （1） 物理层物理层提供两个通信实体之间的数据传输路径，它负责在连接两个相邻的节点之间的各种媒介上透明地传输任意位流。该层定义物理网络结构、所使用的媒介的机械和电气特性以及传输编码和计时时间等。（2）数据链路层数据链路层是将物理层的“位”组成“帧” ，定义
6、网络逻辑拓扑结构、媒介访问策略、物理地址、寻址方式，并提供连接服务。（3）网络层网络层的作用是将数据转移到一个特定的网络位置，并且确保正确数据经过路由选择发送到由不同网络组成的网际网，即提供连接服务。（4）传输层传输层提供端到端的数据报文传输，它将下层的信息组成段，并将内蒙古科技大学课程设计这些段提交给回话层，或者更上层的协议处理；它使用网络层的路由服务，并提供数据连接服务。（5）会话层会话层实现服务请求者和提供者之间的通信。通信会话被用来建立、维护、同步并且管理通信实体之间的对话机制所制约。通常，本层协议也帮助较高层协议识别和连接到网络上提供的各种服务。（6）表示层表示层能把数据转换成一种能
7、被各个计算机以及允许的应用程序相互理解的约定格式（传输语法） 。表示层的主要作用是翻译和加密。（7）应用层应用层包含了针对每一项网络服务的所有问题和功能。换句话说，上面 6 层协议包含了通常支持网络服务的任务和技术，而应用层则提供了完成指定网络服务功能所需的协议。2.3 调制解调器的作用和原理1） 什么是调制解调器所谓调制解调器是讲数字基带信号调制在载波上，变为数字载波信号，这种过程叫调制（modulate)调制器。从已调制过的载波信号中，讲作为调制信号的原基带信号分离出来的过程 称为解调过程（demodulator)解调器。2）调制解调器的作用a) 讲基带信号的频谱移到载频附近，以适应信道频
8、带的要求，便于内蒙古科技大学课程设计发送和接收。b)实现信道的多路复用。c)压缩信号带宽，以便于利用话带传输设备进行数据传输3 配电系统自动化的通信方式及特点3.1 电力线载波通信1）电力线载波通信的特点传统的高压线路载波技术是以实现长距离的两点通信为目标是一种点对点的传输方式，因此在线路两侧装有阻波器以防止区内信号泄露，同时也避免区外信号及噪声进入本区段。对于无断点的线路，例如变电站与变电站之间，采用载波通信，效果较好。对于配电网线路，由于线路多台配电变压器以及线路由于柱上开关的断点，还有配电线路本身存在的高噪声、阻抗变化大和衰耗大等因素，使载波通信在配电线路中使用受到了较大的影响。2）电力
9、线载波通信的优缺点优点：可以完全为电力公司所控制，因而便于管理；可以沟通电力公司所关心的任何测控点；不需要得到无线电管理委员会(FCC)的许可等。缺点：配电线载波通信系统的数据传输速率较低，容易受到干扰、非线性失真和信道间交叉调制的影响；内蒙古科技大学课程设计配电线载波通信系统采用的电容器和电感器的体积较大、价格也较高；3.2 光纤通信1）光纤的结构光纤是一种适合光波传输、损耗小、可弯曲的玻璃丝 SiO2 材料；其结构包括纤芯、缓冲层和包层，它们都是玻璃的，外面还有由涂复材料和塑料制成的涂层和保护层。纤芯和包层决定了光特性，所以纤芯采用高纯度材料，以避免杂质引起损耗；包层采用纯度稍差的材料，其
10、折射率稍高于缓冲层，但低于纤芯。包层的作用是加大外直径，使光纤结实，能抵抗弯曲。2）光纤通信的优缺点优点：(1)传输频带很宽，通信容量大。(2)传输衰耗小，适合于长距离传输。(3)体积小，重量轻，可绕性强，敷设方便。(4)输入与输出间电隔离，不怕电磁干扰。(5)保密性好，无漏信号和串音干扰。(6)抗腐蚀，抗酸碱，且光缆可直埋地下。缺点：（1)强度不如金属线。(2)连接比较困难。(3)分路和耦合不方便。内蒙古科技大学课程设计(4)弯曲半径不宜太小。3.3 高频电压脉动控制系统高频电压脉动控制技术特点：A 信号传送范围可以从高压配电线经柱上变压器或箱式变压器至低压用户端。B 信号传送特性受谐波和负
11、载端装设的并联电容器影响，频率选择要恰当(50Hz 系统多用 283.3Hz，60Hz 系统多用 260Hz)。C 调制方式与传送速度的关系用移幅键控(ASK)方式时低于 10bps, 用移频键控(FSK)方式时为 5060bps。3.4 工频控制技术是一种双向通信方式，它也是利用电力传输线作为信号传输途径，并利用电压过零的时机进行信号调制。1）工频控制技术的特点：A 信号发生原理是在工频电源电压过零点附近用晶闸管控制电容放电或通过电感吸收电流产生脉冲波。B 传送速度是通过在过零点同时传送多个通道脉冲，可以实现很高的传送速度。C 传送可靠性受负荷阻抗变化的影响，并要注意利用控制相位原理的其他设
12、备所发出的脉冲的干扰。2）工频控制技术的优点和缺点：A 工频控制技术与脉动控制技术相比，设备更简单，投资更节省；B 与配电线载波系统相比，工频控制技术不存在由于驻波而带来的内蒙古科技大学课程设计盲点问题。C 同脉动控制技术类似，工频控制技术存在的突出问题是当停电时通信将中断，这妨碍了其应用于配电自动化系统的其它功能中，但是对于自动抄表和负荷控制却不会受到影响。3.5 电话线通信1）专线电话：能传输高达 2400bps 的数据 , 但必须支付较高的租金。这种方式适用于对通信速率有较高要求的场合，如 FTU、TTU 与区域工作站之间以及区域工作站或 RTU 与配电自动化主站间的通信等。2）公用电话
13、网的拨号电话：代替租用专线可以大大降低使用费用, 并且在接通后也能传输达到 2400bps 的传输速率, 但是联通的时间(包括拨号、振铃检测和摘机) 较长，尤其是遇上通道忙，一时接不通的情形，因此仅适用于对通信速率要求不高的场合，如远程自动抄表等。3）采用电话线的优点和不足：优点：采用电话线传输数据利用了电话网的现有资源，因此具有简单、投资少和使用方便等优点。不足：A 传输速率受限，一般在 2400bps 以内。B 有的街区从市容角度考虑不允许架线横跨马路，这使得架内蒙古科技大学课程设计设电话线困难重重。C 电力公司无法完全掌握电话线的维护以确保其可靠运行。D 电话线难以覆盖到许多区域。E 传
14、输差错率高，误码率往往高达 10-310-5。F 传输距离受限制，因为对于长距离传输，由于经多段转接，群延时大，信号畸变严重，为此必须对线路采取均衡措施。G 拨号电话的接续时间长且有时接不通。3.6 现场总线和 RS485现场总线(Field Bus)是近二十年来发展起来的新技术，它是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。1） 现场总线的特点：A 全数字化的双向数据传输。B 智能程度高，可以完成差错控制和一些采集与控制算法，可以具有一定的报文处理能力。B 拓扑结构灵活，可构成总线型、环形、星形等各种结构。D 开放式结构，便于设备间互连。2) 现场总线的优越性体现在
15、以下几个方面：A 现场总线的一对传输线上可以共线联接多台设备，使现场设备的通信简单化。B 现场总线采用经打包后的数字信息传输，并具有检错和纠错手段，因而抗干扰能力强。内蒙古科技大学课程设计C 现场总线是开放式系统，它是根据开放互连系统协议(OSI)的七层协议制订的，可根据需要将不同厂商的设备互换互连, 还可以共享数据库。D 采用现场总线的所有厂商都采用统一的组态方法，因而设备便于掌握。E 常用的现场总线：有 CAN BUS(Controller Area Network)、LON WORKS(Local Operating Networks)和 PROFI BUS(Process Field
16、Bus)等。3) RS-485它是一种改进的串行接口标准，其接口环节简单且不含CPU。与 RS-232C 不同，RS-485 采用双线传输信号，在发送时采用差分的方式将逻辑电平转换为电位差来传送，在接收时将电位差还原为逻辑电平。RS-485 最多可支持 64256 个发送/ 接收器对，最远传输距离为 2.5km(9600bps)，最高传输速率为 2.4Mbps。3.7 无线通信系统实践证明无线通信系统在配电自动化中是具有生命力的。无线通信系统是一种覆盖面广的通信方式，它不需要传输线，而且可以构成双向通信系统。所有的无线通信系统都能够和停电区域通讯。传统的无线通信系统包括以下几种：1） 传统无线
17、通信系统A 调幅 (AM)广播。B 调频 (FM)广播。内蒙古科技大学课程设计C 无线寻呼网。D 高频(VHF) 通信。E 高频(UHF)通信。F 波通信。H 星通信。2） 无线扩频通信系统无线扩频通信系统比较适合于构成 10kV 开闭所、小区变或用于集结分散测控对象的区域工作站对配电自动化 SCADA 控制中心间的数据通信。由于存在成本方面的原因，在配电自动化系统中，不便于采用无线扩频通信方式和为数众多的分散测控点（如 FTU）通信。3）GPRS 通信系统GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，它具有以下特点：A 永久在线B 接入设
18、备一直保持在线状态，数据中心服务器和监测装置可以随时通信。C 按量收费D 设备虽然一直在线，但是只有在发送和接收数据时才按照数据流量收费。E 高速传输F GPRS 的数据传输速率达到 170Kbit / S 。是普通有线 MODEM内蒙古科技大学课程设计的理论最大速率 56Kbit / S 的 2 倍还多。完全可支持本系统的数据传输量。3.8 混合通信系统为了较经济的满足配电自动化的要求，通常根据配电网的具体情况在不同层次上采用不同的通信方式，从而构成混合通信系统。参考文献【1】鲁保新，张宁 配电自动化中的通信系统。新疆电力，1998. 【2】刘承成。配电自动化系统通信方式的研究，安徽电力，2009（3）： 7072【3】张岚. 配电网自动化通信方式综述J . 电力系统通信 2008，29(186 ）【4】祁兵 周鹏 孙毅 配电自动化中的通信方式比较( 华北电力大学信息工程系, 北京 102206 )【5】刘健，建立，邓永辉 配电自动化系统 中国水利水电出版社【6】李克文，高立克，吴丽芳，俞小勇 配电网自动化通信方式分析与选择（广西电网公司电力科学研究院，南宁 530023）
