电力系统远动信息传输技术.ppt

第三章电力系统远动信息传输技术,概述,在电力调度自动化系统中，信息传输是一个非常重要的环节各厂站的各种实时信息要上传给调度中心，调度中心发出的各种调度指令要下达给各长站。这样的信息交换时刻都在进行着。信息传输环节必须做到准确可靠，否则电力系统的调度自动化就无法实现。,一 电力系统远动的功能二 数据通信系统三 远动信息及传输模式四 差错控制编码,第一节 电力系统远动的功能,远动(telecontrol)的含义利用远程通信技术进行信息传输，实现对远方运行设备的监视和控制。遥测、遥信、遥控、遥调,第一节 电力系统远动的功能,遥测即远程测量(telemetering):应用远程通信技术，传输被测变量的值。,第一节 电力系统远动的功能,遥信即远程指示，远程信号(teleindication；telesignalization):对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。,第一节 电力系统远动的功能,遥控即远程命令(telecommand):应用远程通信技术，使运行设备的状态产生变化。,第一节 电力系统远动的功能,遥调即远程调节(teleadjusting):对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。,第一节 电力系统远动的功能,在电能生产中，总是需要多少就生产多少，必须随时保证生产和消费之间的功率平衡。为了使发电、供电等环节随时跟踪用电负荷的变化，并保证对用户的供电质量，同时提高电力系统运行的安全性和经济性，电力系统中除配备必要的自动装置外，还设有国家调度、大区网调、省级调度和地区调度等各级调度中心，由它们监视控制发电、输电和配电网的运行情况。,一 电力系统远动的功能,电力系统调度中心的任务一是合理地调度所属各发电厂的出力，制定运行方式，从而保证电力系统的正常运行，安全经济地向用户提供满足质量要求的电能;二是在电力系统发生故障时，迅速排除故障，尽快恢复电力系统的正常运行。为此，调度中心必须随时了解发电厂及变电所的实时运行参数及状态，分析收集到的实时数据，作出决策，再对发电厂及变电所下达命令，实现对系统运行方式的调整。,二 数据通信系统,发电厂,变电站,12,二 数据通信系统,电网,13,二 数据通信系统,一、模拟通信系统与数字通信系统通信时要传输的消息是多种多样的，所有不同的消息可以归结为两类，一类称作模拟消息，另一类称作离散消息。模拟消息也称连续消息，它是指消息的状态是连续变化的。如亮度连续变化的图象、强弱连续变化的语音。离散消息也称数字消息，它是指消息的状态是可数的或离散型的。比如数据、符号等。,14,二 数据通信系统,数字通信系统中的原始消息经信源编码和信道编码之后，变换成信息信号，也称调制信号。在数字通信系统中，调制信号是数字基带信号。数字基带信号经调制器调制后输出，同样称作已调信号或信道信号。,15,二 数据通信系统,二、信道与噪声信道是任何通信系统中不可缺少的部分。对于信道一般有两种定义：狭义信道和广义信道。狭义信道仅指信号传输的媒质。它可以是有线信道，如电线、电缆、光纤等，也可以是无线信道，如自由空间、电离层等。广义信道对模拟通信系统是指从调制器输出端到解调器输入端之间的所有设备以及传输媒质。对数字通信系统是指从调制器输入端到解调器输出端之间的所有设备以及传输媒质。前者也称作调制信道，它传输模拟信号。后者也称作编码信道，它传输数字信号。,16,二 数据通信系统,任何一个通信系统，当信号在信道中传输时，都不可避免地会受到各种噪声的干扰。噪声是信号在传输过程中所受到的各种各样干扰信号的总称。按噪声对信号的干扰形式可以把噪声分为加性噪声和乘性噪声。乘性噪声是依赖于信号存在的，当信道中没有信号时，它也随之消失。加性噪声是独立存在的，与信道内有无信号无关，它以叠加的形式干扰信号。,17,二 数据通信系统,二 数据通信系统,调制就是用待传输的基带信号去控制高频正弦波或周期性脉冲信号的某个参数，使它按基带信号变化。通常把基带信号称为调制信号；被调制的高频正弦波或周期性脉冲信号称为载波，它起着运载基带信号的作用；调制后得到的信号称为已调信号。调制就是为了使信号便于传输、减少干扰和易于放大，使一种波形(载波)参数，按另一种信号波形(调制波)变化的过程。解调就是从调制的载波信号中将原调制信号复原的过程。,18,二 数据通信系统,按所用载波信号的不同，调制可以分为两类，即连续波调制和脉冲调制。连续波调制的载波信号是连续波形，通常选用高频正弦波。脉冲调制的载波信号是脉冲信号，一般选用矩形脉冲。按调制信号的不同，无论连续波调制还是脉冲调制，都可以包含模拟调制和数字调制两种调制方式。模拟调制的调制信号是连续变化的模拟量。数字调制的调制信号是离散的数字量。,19,三 远动信息及传输模式,一、远动信息内容远动的遥测、遥信、遥控和遥调功能，通过传送远动信息实现。远动信息包括遥测信息、遥信信息、遥控信息和遥调信息。,三 远动信息及传输模式,遥测信息传送发电厂、变电所的各种运行参数，它分为电量和非电量两类。电量包括母线电压、系统频率、流过电力设备(发电机、变压器)及输电线的有功功率、无功功率和电流。非电量包括发电机机内温度以及水电厂的水库水位等。这些都是随时间作连续变化的模拟量。,三 远动信息及传输模式,遥信信息包括发电厂、变电所中断路器和隔离开关的合闸或分闸状态，主要设备的保护继电器动作状态，自动装置的动作状态，以及一些运行状态信号如厂站设备事故总信号、发电机组开或停的状态信号、远动及通信设备的运行状态信号等。遥信信息所涉及的对象只有两种状态.因此用一位二进制数的“0”或“1”便可以表示出一个遥信对象的两种不同状态。遥信信息通常由运行设备的辅助接点提供。,三 远动信息及传输模式,遥测信息和遥信信息从发电厂、变电所向调度中心传送，也可以从下级调度中心向上级调度中心转发，通常称它们为上行信息。在上行信息中，还可以传送事件顺序记录、系统对时功能中的返送时钟报文、遥控的返送校核信息等。,三 远动信息及传输模式,遥控信息传送改变运行设备状态的命令，如发电机组的启停命令、断路器的分合命令、并联电容器和电抗器的投切命令等。电力系统对遥控信息的可靠性要求很高，为了提高控制的正确性，防止误动作，在遥控命令下达后，必须进行返送校核。当返送命令校核无误之后，才能发出执行命令。,三 远动信息及传输模式,遥调信息传送改变运行设备参数的命令，如改变发电机有功出力和励磁电流的设定值，改变变压器分接头的位置等。,三 远动信息及传输模式,遥控信息和遥调信息从调度中心向发电厂、变电所传送，也可以从上级调度中心通过下级调度中心转送，称它们为下行信息。这些信息通常由调度员人工操作发出命令，也可以自动启动发出命令，即所谓的闭环控制。,三 远动信息及传输模式,二、远动信息的传输模式远动信息的传输可以采用循环传输模式或问答传输模式。,三 远动信息及传输模式,循环数字传输模式也称CDT(Cyclic Data Transmission)方式。在这种传输模式中，厂站端将要发送的远动信息按规约的规定组成各种祯，再编排顿的顺序，一帧一核地循环向调度端传送。信息的传送是周期性的、周而复始的，发端不顾及收端的需要，也不要求收端给以回答。这种传输模式对信道质量的要求较低，因为任何一个被干扰的信息可望在下一循环中得到它的正确值。,三 远动信息及传输模式,问答传输模式也称polling方式。在这种传输模式中，若调度端要得到厂站端的监视信息，必须由调度端主动向厂站端发送查询命令报文。查询命令是要求一个或多个厂站传输信息的命令。查询命令不同，报文中的类型标志取不同值，报文的字节数一般也不一样。厂站端按调度端的查询要求发送回答报文。用这种方式，可以做到调度端询问什么，厂站端就回答什么，即按需传送。由于它是有问才答，要保证调度端发问后能收到正确的回答，对信道质量的要求较高，且必须保证有上下行信道。,三 远动信息及传输模式,三、远动信息的编码远动信息在传输前，必须按有关规约的规定，把远动信息变换成各种信息字或各种报文。这种变换工作通常称作远动信息的编码，编码工作由远动装置完成。,三 远动信息及传输模式,采用循环传输模式时，远动信息的编码要遵守循环传输规约的规定。我国原电力部颁发的循环式传输规约的信息字格式见图1-1。按规约规定，由远动信息产生的任何信息字都由48位二进制数构成，即所有的信息字位数相同。其中前8位是功能码，它有分种不同取值，用来区分代表不同信息内容的各种信息字，可以把它看作信息字的代号。最后8位是校验码，采用CRC(Cyclic Redundancy Check)校验。,三 远动信息及传输模式,问答式传输规约中的报文(Message)格式见图1-2。报文头通常有3-4个字节，它指出进行间答的双方中RTU的地址(报文中识别其来源或目的地的部分);报文所属的类型;报文中数据区的字节数。数据区表示报文要传送的信息内容，它的字节数和字节中各位的含义随报文类型的不同而不同，且数据区的宇节数是多少，由报文信息头中的有关字节指出。校验码按照规约给定的某种编码规则，用报文头和数据区的字节运算得到。,三 远动信息及传输模式,问答式传输规约的报文格式与循环式传输规约的信息字格式比较，最明显的差别是，问答式传输规约中，不同类型的报文，报文的总字节数不同，即报文的长度不同.且报文长度的变化总是按字节增减，即八位八位地增加或减少。,三 远动信息及传输模式,四、常用远动信道信道是信号传输时经过的通道。传输远动信号的通道称为远动信道。我国常用的远动信道有专用有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道等。信道质量的好坏直接影响信号传输的可靠性。,三 远动信息及传输模式,电力线载波信道是电力系统中应用较广泛的信道形式。当远动信号与载波电话复用电力线载波信道时，通常规定载波电话占用0.3-2.3kHz(或0.3-2.0kHz)音频段，远动信号占用2.7-3.4kHz(或2.4-3.4kHz)的上音频段。由远动装置产生的用二进制数字序列表示的远动信号，经调制器转换成上音频段内的数字调频信号后，进入电力载波机完成频率搬移，再经电力线传输。收端载波机将接收到的信号复原为上音频信号，再由解调器还原出用二进制数字序列表示的远动信号。,三 远动信息及传输模式,三 远动信息及传输模式,载波信道是用频率为300MHz-300GHz的无线电波传输信号。由于微波是直线传播，传输距离一般为30-50km，所以在远距离传输时，要设立中继站。微波信道的优点是频带宽，传输稳定，方向性强，保密性好。,三 远动信息及传输模式,信号在光纤信道中的传输过程是:发端将电信号转变成光信号，让光信号沿着光导纤维(通常用光缆)传输，收端再将光信号还原为电信号。光导纤维传输信号的工作频率高，光纤信道具有信道容量大，衰减小，不受外界电磁场千扰，误码率低等优点,三 远动信息及传输模式,无线电信道由发射机、发射天线、自由空间、接收天线和接收机组成。在无线电信道中，信号以电磁波在自由空间中传输。因为它利用自由空间传输，不需要架设通信线路，因而可以节约大量金属材料并减少维护人员的工作量。,四 差错控制编码,1、编码问题的提出由于数字信号在传输过程中必不可免的受到干扰的影响，使码元波形变坏，故传输到接收端后可能发生错判。,40,若还不行，则需差错控制编码。,四 差错控制编码,41,目的：在数字通信系统中，为了提高数字信号传输的有效性而采取的编码称为信源编码；为了提高数字通信的可靠性而采取的编码称为信道编码。差错可控,2、错误的类型（1）随机性错误（白噪声引起）特点：单个错，错误之间不相关。主要出现在无记忆信道。（2）突发性错误(脉冲干扰引起）特点：成串错，错误之间有相关性。主要出现在有记忆信道。错误传播。（3）混合性错误,42,四 差错控制编码,3、差错控制的方式（1）检错重发(ARQ),43,只检不纠，有错自动要求重发。,特点:1）双向通道 2）通信效率低 3）不适于实时通信 4）编、译码设备简单 5）编码效率高,总码元(n bit)=信元(k bit)+督元(r bit),四 差错控制编码,（2）前向纠错(FEC)特点：1）只需单向信道省信道！2）通信效率高；3）适于实时传输；4)译码设备复杂。,44,检错并纠错,四 差错控制编码,（3）反馈检验法原理：收端将信码原封不动地转发回发端，并与原发送信码相比较：发现错重发；否则：PASS特点:需要双向通道；收发设备简单；传输效率低（最低）。,45,四 差错控制编码,46,纠错编码的基本原理1、基本思想,信元和督元有一的函数关系，插入督元的过程就是一种编码的过程，接收端可检错纠错。显然，传输效率（引入冗余码）,四 差错控制编码,奇偶校验码,设码字c(x)=cn-1cn-2c1c0，其中cn-1cn-2c1为信息码元，c0为校验码元。当码字中1码元的个数恒为偶数时，则满足这种码称为偶校验码。由式(3-5)可知，偶校验码的校验码元等于信息码元的模2和。,47,奇偶校验码,如果码字中1码元的个数恒为奇数，则满足这种码称为奇校验码。由式(3-7)可知，奇校验码的校验码元等于信息码元的模2和再取非。,48,奇偶校验码,偶监督码：码组中1的个数为偶数；奇监督码：码组中1的个数为奇数。检错能力:所有奇数个错。一半！应用非常多。编码效率:,49,奇偶校验码,偶监督码：码组中1的个数为偶数；奇监督码：码组中1的个数为奇数。检错能力:所有奇数个错。一半！应用非常多。编码效率:,奇偶校验码,二、水平垂直奇偶校验码水平垂直奇偶校验码是水平和垂直两个方向的奇偶校验码，也称纵横奇偶校验码。纠检错能力:仍可检错奇数个错 还可检错偶数个错 可纠正一些错码适于检测突发性错误（bj+1）,51,奇偶校验码,52,二、循环码 仍属于线性分组码特点:编译码设备简单，检纠错能力强。9.5.1 循环码的原理具有线性分组码的所有性质之外，还具有循环性：循环码中任一许用码组经过循环移位后，所得到的码组仍然是许用码组。,53,四 差错控制编码,码多项式 T(x)（1）定义为了利用代数理论研究循环码，可以将码组用代数多项式来表示，这个多项式被称为码多项式。设：许用循环码A=(an-1 an-2 a1 a0)，则：它的码多项式表示为：其中：x仅是码元位置的标记。,54,四 差错控制编码,例:设(7,3)循环码组为(0 1 1 1 0 0 1)则相应码多项式为：可由码组直接写出。反之，由码多项式易得出码组：(0 1 1 1 0 0 1),55,四 差错控制编码,（2）码多项式的按模运算1）整数的按模运算若一个整数m可以表示为:则在模n运算下，有mp（模n）。例：同样对于多项式而言，也有类似按模运算。,56,四 差错控制编码,例:（7，3）码T(x)=x6+x5+x2+1(1 1 0 0 1 0 1),57,四 差错控制编码,由此类推可见：一个长为n的循环码，必为按模（xn+1）运算的一个余式。,58,四 差错控制编码,