配电自动化课件第04章.ppt

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1、,主讲人：马临超河南机电高等专科学校,目录,目录,第1章 配网自动化的基本概念第2章 配电网络与一次设备第3章 配网自动化及其实现方式第4章 配电自动化通信系统第5章 配电网自动化系统远方终端技术第6章 配电SCADA系统第7章 配电管理自动化系统第8章 配电管理自动化系统的设计和实现第9章 配电自动化工程实例,4.1配电自动化通信系统的层次,用户级通信 配电控制中心或配电子站的各计算机之间一般通过局域网相连，它们相互之间的通信为用户级通信，本书不作讨论。主站级通信 配电自动化系统包括配电自动化主站、配电自动化子站、远方监控单元三部分。主站和子站间的通信、子站和现场监控单元间的通信统一归结为主

2、站级通信。主站级通信的另一个特点是通信距离比较远。,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信 各种远方监控单元相互之间也需要进行通信，这一层次为现场设备级通信，包括馈线远方终端FTU相互间的通信，配电变压器远方终端TTU相互间的通信，以及FTU和TTU之间的通信。FTU相互间的通信分两种情况。第一为站内FTU之间的通信，第二为站间FTU之间的通信。,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信 FTU相互间的通信分两种情况。第一为站内FTU之间的通信，第二为站间FTU之间的通信。第一种情况多出现在开闭所、环网柜中，由于要同时监控多

3、条线路，一个FTU容量不够，需要在同一场所安装多个FTU。为了节省通信通道，只有一个FTU和主站计算机系统相连，该FTU为主FTU，其他为从FTU。主站计算机系统只和主FTU通信，而且在主站的角度来看也只有一个FTU，只不过该FTU的容量相对较大。,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信 主FTU和从FTU有两种连接方式级连方式和总线方式。,第4章 配电自动化通信系统,如果主从FTU之间用RS232通信，只能采用级连方式。这种方式通信效率低，可靠性差，已基本被淘汰。用总线方式比级连方式通信效率更高，可靠性也更好，所以一般采用总线方式，这时主从FTU间的通信采

4、用RS485或LonWorks、CAN等现场总线。,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信 如果主从FTU之间用RS232通信，只能采用级连方式。这种方式通信效率低，可靠性差，已基本被淘汰。用总线方式比级连方式通信效率更高，可靠性也更好，所以一般采用总线方式，这时主从FTU间的通信采用RS485或LonWorks、CAN等现场总线。如果主站计算机系统和FTU之间采用光纤网通信方式，采用主从方式主要是从投资角度来考虑的。假设一个站有n个FTU，则可以节省n-1个光端机。多个FTU也出现在柱上同时有两条或多条线路的情况中。,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设

5、备级通信 馈线自动化的一些功能，如简单网络的故障隔离和供电恢复，通过FTU之间的相互配合而不需要通过计算机主站系统就能实现，这时站间FTU之间的通信是必不可少的。由于光纤通信技术的广泛采用以及以太网控制技术的发展成熟，站间FTU之间的相互通信已成为热门话题。如果不考虑节约投资，前面所说同一站多FTU不采用主从方式连接，那么即使同一开闭所的多个FTU之间的通信，也可以看作是站间FTU之间的通信。,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信 其他远方监控单元如TTU或电量采集装置相互之间的通信，同于FTU。但是TTU或电量采集装置和FTU也有不同的地方，它的现场控制

6、单元有可能是没有直接和主站计算机系统通信的能力，而需要专门的通信单元。图4-2(a)所示是多个TTU通过通信单元和主站系统相连的例子。,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信 有时候通信单元的功能由FTU来承担，如图4-2(b)所示。在通信实现上有两种方式。一是FTU定期采集各TTU的有关信息，存储在FTU的存贮器中。这种方式增加FTU的CPU负担不大，也不会影响FTU在故障处理时的性能，但要求FTU有较大的存储容量。另外，FTU和TTU间的通信规约要由FTU来解释，如果FTU比TT

7、U先安装投运，或者在已投运的系统中增加新的TTU，还要求FTU修改程序，做起来比较麻烦。,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信 另一种方法是FTU只作为一个通信转发单元，和TTU之间的通信规约完全由主站系统来解释。不需要修改TTU的任何程序，做起来相对容易简单，但是通信层次不够清晰明确。尤其是对TTU的轮询也完全由主站系统来控制，不但影响正常情况下系统数据的刷新速率，也影响配电网自动化系统故障处理的速度。,第4章 配电自动化通信系统,4.1配电自动化通信系统的层次,现场设备级通信 综合以上的分析，我们主张TTU、电量采集装置应有自己的通信控制单元。如果让F

8、TU兼作它们的通信控制单元，最好让FTU来处理它和TTU或电量采集装置之间的通信。从主站角度来看，它不需要知道有TTU或电量采集装置的存在。具体情况，应从投资和性能两方面综合考虑，取其折衷。,第4章 配电自动化通信系统,4.2配电自动化对通信系统的要求,配电自动化对通信系统的要求，取决于配电网的规模和要求实现的具体希望水平。选择配电自动化系统的通信方式应综合考虑如下几点：(1)通信的可靠性。(2)效能费用比。(3)配电通信的实时性。(4)停电和故障时的通信能力。(5)使用和维护的方便性。(6)可扩充性。,第4章 配电自动化通信系统,4.3配电自动化主站级通信方式,无线通信结构简单，架设方便，价

9、格便宜。(1)高频通信。频率范围在150-800MHz的无线通信为高频(HF,High Frequency)通信。500MHz以下的通信速度不高，传输距离较短，但绕射能力较强。以200MHz为例，可靠通信速度在1200bps左右，通信距离约为1020km，比较适合中小城市和大城市近郊及广大农村地区。,第4章 配电自动化通信系统,4.3配电自动化主站级通信方式,无线通信结构简单，架设方便，价格便宜。(2)扩频通信。扩频通信的频率范围为900-1000MHz。扩频通信的优点是抗干扰能力强，传输速度高，发射功率小，但缺点是要求通信两端无阻挡，对大城市比较困难。一般用于通信点不多，通信速率要求较高的场

10、合。,第4章 配电自动化通信系统,4.3配电自动化主站级通信方式,无线通信(3)微波通信。微波通信采用1GHz以上的频率。微波通信在电力系统中发挥着重要的作用，对于调度自动化和变电站综合自动化数据的传输有重要意义。传输容量大，稳定性能好，运行经验丰富。但是，微波为点对点传输，而配电系统点多面广，不适合应用。,第4章 配电自动化通信系统,4.3配电自动化主站级通信方式,无线通信(4)卫星通信。卫星通信是通过同步轨道上的卫星完成的。卫星有信号转发器，以接收上联信号并以不同的频率转发出去。由于卫星有很高的高度，它能提供广阔的均匀的信号覆盖。为了通过卫星进行通信，需租用或拥有卫星的信号转发器并有必要的

11、上联与下联设备。上下联通常是使用微波频率。,第4章 配电自动化通信系统,4.3配电自动化主站级通信方式,有线通信 有线方式包括：架空明线或电缆、配电线载波、邮电本地网、租用电话线、光纤、有线电视网（CATV）、专线等。配电线载波和光纤通信是目前使用最多的通信方式。(1)载波通信。电力载波是电力系统常用的通信方法。它以电力线路为传输通道，具有通道可靠性高、投资少、见效快、与电网建设同步等电力部门得天独厚的优点。,第4章 配电自动化通信系统,4.3配电自动化主站级通信方式,有线通信(2)光纤通信。光纤通信的主要特点是传输速率高，可靠性高，干扰小，可与电力电缆同沟敷设，不受环境条件的影响，可用作为语

12、音、数据和图像的传输。是当前较好的通信方式。随着光纤及其相关产品价格的不断下降，光纤通信已成为城市配电网通信的最主要方式。,第4章 配电自动化通信系统,4.3配电自动化主站级通信方式,有线通信(3)音频通信。音频通信是城市电网较为经济和实用的方法。通信线的布设及各通信端的连接无特殊要求，造价较低，容易实施。但容易受环境的影响，尤其是与高压配电线路同杆架设时强电场和强磁场对通信线的干扰较大。(4)市话通信。市话通信可用于高速数据通信，易于双向通信。但由于非自己控制，需要拨号，某些功能受到一定的限制，且租金较贵，成本高。,第4章 配电自动化通信系统,4.3配电自动化主站级通信方式,有线通信(5)专

13、用有线通信及通信电缆和导引电缆。一般通信距离小于10km的情况下可以选用专用有线通信。通信电缆不能与电力电缆同沟敷设，导引电缆有一定的耐压水平时可以和电力电缆同沟敷设。配电系统通信方式的选择，应根据实际条件，因地制宜，综合考虑，并进行经济技术比较分析，根据不同实际情况选择不同的通信方式，以提高通信的可靠性。变电站与上级控制中心之间，一般采用光纤、无线和载波。至于大量的配电线路，可采用光纤、无线，在某些场合下，也可采用载波和专用电话线。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,OSI七层模型 OSI(Open System Interconnection)开放式系统互联参

14、考模型，是一个逻辑上的定义，一个规范，它把网络从逻辑上分为了7层。每一层都有相关、相对应的物理设备，比如路由器，交换机。OSI 七层模型是一种框架性的设计方法，建立七层模型的主要目的是为解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题，其最主要的功能使就是帮助不同类型的主机实现数据传输。它的最大优点是将服务、接口和协议这三个概念明确地区分开来，通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,OSI七层模型,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,OSI七层模型 1.层物理层：主要定义物理设备标准，如

15、网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。它的主要作用是传输比特流，也就是我们常说的数模转换与模数转换。这一层的数据叫做比特。2.层数据链路层：主要将从物理层接收的数据进行MAC地址（网卡的地址）的封装与解封装。常把这一层的数据叫做帧。在这一层工作的设备是交换机，数据通过交换机来传输。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,OSI七层模型 3.层网络层：主要将从下层接收到的数据进行IP地址（例192.168.0.1)的封装与解封装。在这一层工作的设备是路由器，常把这一层的数据叫做数据包。4.层传输层：定义了一些传输数据的协议和端口号（WWW端口80等）

16、，如：TCP传输控制协议，UDP用户数据报协议。主要是将从下层接收的数据进行分段和传输，到达目的地址后再进行重组。常常把这一层数据叫做段。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,OSI七层模型 5.会话层：通过传输层（端口号：传输端口与接收端口）建立数据传输的通路。主要在你的系统之间发起会话或者接受会话请求（设备之间需要互相认识可以是IP也可以是MAC或者是主机名）6.表示层：主要是进行对接收的数据进行解释、加密与解密、压缩与解压缩等（也就是把计算机能够识别的东西转换成人能够能识别的东西（如图片、声音等）。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方

17、式,OSI七层模型 7.应用层：主要是一些终端的应用，比如说FTP（各种文件下载），WEB（IE浏览），QQ之类的（你就把它理解成我们在电脑屏幕上可以看到的东西就是终端应用）。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,OSI七层模型,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线 同一区域内部各个智能模块之间的通信（如级连方式的各FTU之间的通信），以及区域智能设备之间的通信（如站间FTU之间的通信、FTU和TTU之间的通信等）多选用现场总线（Fieldbus）。现场总线是一种全数

18、字化、双向、多站的通信系统，是用于工业控制的计算机系统的工业总线。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(1)基金会现场总线FF。基金会现场总线FF是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的一种技术。其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地150家公司制定的World FIP协议。这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备

19、级通信方式,现场总线(1)基金会现场总线FF。分为H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1.9km,可支持总线供电和安全防爆环境。H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，通信距离为750m和500m。物理传输介质可为双绞线、光缆和无线，其传输信号采用曼切斯特编码。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(1)基金会现场总线FF。基金会现场总线以LSO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的

20、统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(2)CAN总线。CAN总线最早是由德国Bosch公司推出，它是一种具有很高可靠性、支持分布式实时控制的串行通信网络。CAN协议实现ISO/OSI模型的1、2两层。物理层定义了传送过程中的所有电气特性；目标层和传输层包括了ISO/OSI定义的数据链路层的所有功能。目标层的功能包括确认哪个信息是要发送的，确认传送层接收到的信息并为之提供接口。传送层的功能包括帧组织、总线仲裁、检错、错误报告、错误处理等。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线

21、(2)CAN总线。CAN总线最早是由德国Bosch公司推出，它是一种具有很高可靠性、支持分布式实时控制的串行通信网络。CAN协议实现ISO/OSI模型的1、2两层。物理层定义了传送过程中的所有电气特性；目标层和传输层包括了ISO/OSI定义的数据链路层的所有功能。目标层的功能包括确认哪个信息是要发送的，确认传送层接收到的信息并为之提供接口。传送层的功能包括帧组织、总线仲裁、检错、错误报告、错误处理等。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(2)CAN总线。CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播等几种方式传送和接收数据，可以多主方式工作，网络上任意一个

22、节点均可以在任意时刻主动地向网络其他节点发送信息，可以方便地构成多机备份系统。网络上各节点可以定义不同的优先级以满足不同的实时要求，CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据传送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，有效地避免了总线冲突。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(2)CAN总线。CAN总线上的节点数，理论值为2000个，实际值是110个。直接通信距离为10km/5kbps，40m/1Mbps。传轴介质为双绞线和光纤。CAN总线采用短消息报文，每一帧有效字节数为8个，受干扰概率低，并采用冗余

23、校验CRC及其他校错措施，保证了极低的信息出错率。而且具有自动关闭总线功能，在错误严重的情况下，可切断它与总线的联系，使总线上的其他操作不受影响。CAN总线在我国的变电站自动化和配电自动化工程中得到了广泛的应用。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(3)LonWorks总线。LonWorks技术是美国ECHELON(埃施朗)公司开发，并是与Motorola和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它采用了OSI参考模型全部的七层协议结构，是唯一提供全部服务的现场总线。LonWorks技术的核心是具备通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片实现完整的Lon

24、Works的LonTalk通信协议。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(3)LonWorks总线。Neuron芯片集成有三个8位CPU。一个CPU完成OSI模型第一和第二层的功能，称为介质访问处理器。一个CPU是应用处理器，运行操作系统与用户代码。还有一个CPU为网络处理器，作为前两者的中介，它进行网络变量寻址、更新、路径选择、网络通信管理等。由神经芯片构成的节点之间可以进行对等通信。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(3)LonWorks总线。LonWorks的直接通信距离为2700m/78kbps、130m/1

25、.25Mbps，节点数32000个，支持双绞线、同轴电缆、光纤、电缆线等多种物理介质并支持多种拓扑结构，组网方式灵活，并可以应用于危险区域。LonWorks在组建分布式监控网络方面有较优越的性能，其应用范围几乎包括了测控应用的所有范畴，是目前在我国的变电站自动化和配电自动化工程中用得最多的一种现场总线。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(4)PROFIBUS总线。PROFIBUS是符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50179的现场总线，包括PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分。根据ISO/OSI参照模

26、型省略了3至6层，增加了用户层。第一层定义了物理的传输特性；第二层定义了存取协议；第七层定义了应用功能。PROFIBUS在用户层引入了功能模块(FB)、对象字典(OD)和设备描述语言(DDL)，允许用户对设备进行完全的内部操作，从而可以实现设备的互操作性。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(4)PROFIBUS总线。PROFTBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可向从站发送、获取信息。PROFIBUS直接通信距离为23.8km/187.5kbps（光纤）或9.6k

27、bps（双绞线），最多允许挂127个节点。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(5)HART总线。HART是Highw即Addressable Remote Transducer（可寻址远程传感器高速公路）的缩写。它是1986年由美国ROSEMOUNT公司开发的一套过渡性临时通信协议。但目前得到了广泛承认，已成为事实上的国际标准。HAR7协议使用OSI的1、2、7三层，即物理层、数据链路层、应用层。物理层采用基于Be11202通信标准的FSK技术，所以可以通过租用电话线进行通信。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(5

28、)HART总线。HART协议使用FSK技术在42mA过程测量模拟信号上叠加一个频率信号。逻辑1为1200MHz，逻辑0为2200Hz，波特率为1200bps。它成功地使模拟和数字双向信号能同时进行而且互不干扰。因此在与智能化仪表通信时，还可使用模拟仪表、记录仪及模拟控制。在不对现场仪表进行改造的情况下，逐步实现数字性能（包括数字过程变量），是一种理想的方案。这是一个由模拟系统向数字系统过渡的协议。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,现场总线(5)HART总线。HART在应用层规定了3类使命，第一类是通用命令，这是所有设备都能理解、执行的命令；第二类是一般行为命令，

29、它所提供的功能可以在许多现场设备中实现；第三类为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命令可以允许开发此类设备的公司所独有。此外它还为用户提供统一的设备描述语言DDL。HART支持点对点、主从应答方式和多点广播方式。HART直接通信距离为3000m（屏蔽双绞线单台设备）或1500m（多台设备互连）。,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,以太网通信技术定义：当前广泛使用，采用共享总线型传输媒体方式的局域网。由于网络技术的发展，近期配电自动化中通信方式出现网络化趋势。以太网通信的性能要明显高于现行的现场总线，它能满足如下所有要求：(1)充分考虑今后的发展需要，

30、具有高传输速率，目前到100Mbps;(2)高传输安全性和可靠性；(3)几乎不需考虑网络的拓扑结构；,第4章 配电自动化通信系统,4.4配电自动化现场设备级通信方式,以太网通信技术(4)传输物理介质：双绞线，光纤，同轴电缆；(5)集线器的应用可不考虑网络的扩展；(6)标准化；(7)TCP/IP技术的应用；(8)在整个网络中随机的网络存取技术；(9)低成本高性能面向未来的开发。,第4章 配电自动化通信系统,4.5配电载波通信技术,4.5.1 概述 配电载波(DLC)是在10kV线路上的载波通信，它不同于高压电力载波，其载频一般为几十kHz。最大优点是电通到哪里通信就能到哪里。对于无断点的线路，如

31、变电站与变电站之间，已经有成熟的经验，使用效果很好。但对于配电网线路，由于有多台配电变压器及柱上开关的断点，使载波通信在配电线路中使用受到了较大的影响。,第4章 配电自动化通信系统,4.5配电载波通信技术,4.5.2 分类 配电载波有两种变形，即脉动控制技术和工频控制技术，它们都是利用电力线路作为信号的传输途径。一般的配电载波机其传输率为150300bps，可满足双向通信的要求，在配电网监控、远方读表和负荷控制等领域已得到广泛的应用。,第4章 配电自动化通信系统,2023/9/19,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

32、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。,脉动控制技术,4.5配电载波通信技术,第4章 配电自动化通信系统,2023/9/19,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。,工频控制技术,4.5配电载波通信技术,第4章 配电自动化通信系统,4.5配电载波通信技术,4.5.3 发展历程大致经历了三个阶段：基于锁相环的窄带DLC，它是基于线路两端阻波器的点对点的通信，由于配电网节点众多，这种点对点的通信方式不能满足配电自动化的要求。基于电力线扩频的DLC

33、。它用加大带宽来换取传输的可靠性，将话音带宽扩展到整个输电线路频谱，提高了传输率，能够在很低的信噪比情况下工作，具有很强的通信能力。,第4章 配电自动化通信系统,4.5配电载波通信技术,4.5.3 发展历程大致经历了三个阶段：基于数字信号处理芯片DSP的数字式电力载波通信技术，由于DSP具有强大的实时解码功能，这种载波技术具有非常理想的通信能力，通信误码率可降到10-9。由华北电力大学和四方华能公司推出的网络化数字载波系统NDLC就是以数字信号处理（DSP）技术为核心的窄带多频配电载波技术，从原理上突破了现有的电力线扩频配电载波的局限性，具有-80dB能力，采用了专用的耦合方式，并充分考虑了配

34、电载波的可靠性。,第4章 配电自动化通信系统,4.5配电载波通信技术,组成及基本工作原理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。,第4章 配电自动化通信系统,4.5配电载波通信技术,典型配电线载波通信系统组成,第4章 配电自动化通信系统,4.5配电载波通信技术,较长馈线载波通信

35、系统组成,第4章 配电自动化通信系统,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。,4.5配电载波通信技术,故障线路上的传输情况(1)在线路故障后，故障线路出口的保护动作，断路器将线路与变电站断开，载波信号不受变电站的影响。由于线路停电，线路上几乎没有了噪声，反而有利于载波通信。(2)由于10kV配电网的载波耦合设备与超高压系统相比成本很低，价格便宜，完全可以采用相相耦合方式。相相耦合方式比相地耦合方式具有更高的可靠性，在单相接地时可以退化为相地耦合方式继续工作，仅在三相故障时需做特殊考虑。,第4章 配电自动化通信系统,4.5

36、配电载波通信技术,故障线路上的传输情况(3)即使是对于三相短路故障，如果故障使得载波通道中断，在故障点后面的FTU不能与变电站主站通信，该节点将通过联络开关处的桥节点与对侧系统联系，桥节点的存在使得载波通信也具有手拉手的双路由。(4)实际上，断路器跳开后，绝大多数情况故障点的故障电弧熄灭，绝缘恢复，这对于不足1W的载波信号的衰耗很小。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,概述 由于光纤和光电器件的自身故障率低，并且不受电磁干扰影响，光纤通信的可靠性很高，光纤通信的带宽很宽，可以传送很高速率的数据，误码率低，用于配网的光纤通信系统的价格都比较便宜，在施工方面也无太大难度。因此光

37、纤通信系统在配电网自动化中受到特别青睐。不但可用于地下（电缆）配网系统，也可用于架空配电线路的配网系统。但是，和其他通信系统一样，光纤通信系统也受到自身和外在条件的限制，有它适用的范围。因此在配网系统中正确选择光纤链路和光纤系统，是配网自动化的规划和设计中的一个重要问题。,第4章 配电自动化通信系统,2023/9/19,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。,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

38、大、整形被衰减与畸变的光信号。,4.6配电网光纤通信系统,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,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。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择 两个站点之间的光链路包

39、括光电器件光发送器（LED）和光接收器（光电二极管）、光缆，光缆与光电器件的接头。发送端的数据电信号经LED转换成光信号，经光接头耦合进光缆，光缆的另一端通过光接头接到光接收器，要使LED发出的信号最终被接收器正确接收必须满足以下条件：光发射功率一光接收灵敏度光纤损耗光电器件接口损耗光纤连接损耗+光纤芯径改变引起的损耗+安全裕量,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择 式中(光发射功率光接收灵敏度)称为光纤估算（Fiber Optic Budget），以FOB表示，用dB(分贝)为其单位。FOB应选择适当，以使光纤链路工作在最佳状态。(1)光发射功率。根据光链路的

40、要求和制造厂提供的技术数据，按照性能价格比高的原则选择LED。光进入大芯径光纤可得较大的功率，反之亦小。当厂家只提供一种芯径光纤的发射功率时可按表2进行换算，以确定LED进入光纤功率的大小。,第4章 配电自动化通信系统,Y(dBm)10lg10 x(mW)/1(mW),4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择 dBm是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为：10lg功率值/1mW。Y(dBm)10lg10 x(mW)/1(mW)dBw与dBm一样，dBw是一个表示功率绝对值的单位（也可以认为是以1W功率为基准的一个比值），计算公式为：10lg（功率值/1w）。dBw与dBm之间的换算关系为：0

41、dBw=10lg1 W=10lg1000 mw=30 dBm,由此可见，0dBw是一个比0dBm大得多的多的单位，功率上相差1000倍，,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择(1)光发射功率。根据光链路的要求和制造厂提供的技术数据，按照性能价格比高的原则选择LED。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择(1)光发射功率。根据光链路的要求和制造厂提供的技术数据，按照性能价格比高的原则选择LED。有时厂家提供的光发射功率是以微瓦为单位，可按下式换算：Y(dB)10lg10 x(W)/1000(W),第4章 配电自动化通信系统,4.6配

42、电网光纤通信系统,光纤链路的选择(2)光接收灵敏度。光接收器一般由光电二极管和相关电路（如施密触发器）组成，当从光纤进入光电二极管的光功率超过一定值Pin时，施密电路就翻转。该定值即为光接收器的接收灵敏度。为了使光纤链路能正确传输数据（脉冲），进入光接收器的光功率必须大于制造厂规定的接收灵敏度。光电脉冲通过光链路也会产生失真。光电脉冲失真主要发生在光接收器。这是由于光接收器中有许多TTL电路。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择(2)光接收灵敏度。光输入功率对比光接收灵敏度越大，失真就越大。这一点很重要，特别在几个光链路级连时更要注意将光输入功率尽量调至接近光

43、灵敏度值。一般光输入功率不要越过5倍光灵敏度。如光灵敏度为1.51W（-28.5dB），则光链路的接收光功率不要大于7.5W（-21.25dB)。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择(2)光接收灵敏度。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择(2)光接收灵敏度。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,光纤链路的选择(3)光纤损耗。光在光缆纤芯中传输可产生的光的损失称为光纤损耗。光纤损耗与光纤类型、纤芯的芯径，光传播的波长有关。1)光纤类型。光纤有两种类型：多模和单模。多模的纤芯芯径较粗，LED发出的光耦合进光纤有一

44、定角度，因此光在光纤中以不断折射方式传播，即在一定长度L的光纤中，光经过路程大于L，所以多模光纤的光损耗较大。一般在27dB/km。单模的纤芯很细，LED耦合光纤的光是以直线方式传播，光损耗较小，一般与纤芯芯径无关，为0.5dB/km。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,(3)光纤损耗。2)纤芯的芯径。对于单模光纤芯的芯径为10/125m，第一个数字是传播类的纤芯直径，第二个数为外直径。多模纤芯芯径有多种：50/123m，62.5/125m，100/140m，200/230m。芯径越粗，光折射路径越长，因而光损耗就越大。不同芯径光纤损耗见表4-3。,第4章 配电自动化通信系

45、统,4.6配电网光纤通信系统,(3)光纤损耗。3)光传播的波长。光的损耗与光纤芯中传播光的波长有关。长，光在多模纤芯中传播时的折射次数少，因而光损耗小，但长波长LED价格贵。例如对于62.5/125芯径的多模光纤，对发射不同波长的LED可耦合的光损耗为：长波长1310nm光纤的光损耗为2dB/km短波长850nm光纤的光损耗为4dB/km(4)光电器件接口损耗。这一部分损耗是指LED及光电二极管与电器部件接口的损耗。目前制造厂都将光电器件与电路组合在一起，因此可以认为无这部分损耗，即损耗为0dB。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,(5)光纤连接损耗。光纤连接损耗指光电器与

46、光纤通过光接头（一般为ST接头）连接产生的损耗。每个光接头产生的损耗为0.5dB，即一条光链路至少要经过2个光接头，即至少产生1dB的损耗。(6)光纤芯径改变引起的损耗。此部分损耗已在 4.6.1(1)段中叙述，即根据LED的产品中载明的发射功率（dB）是对一定芯径的，若选用其他芯径，则会增加或减少光链路损耗。(7)安全裕量。由于光纤损耗与环境温度及日久老化有关，而各个系数可能不一致，因此在选择光链路时必须考虑一定的安全裕量，此值可设为3dB。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,(8）举例 1)一个LED的发射功率为-10dB（对62.5/125m），而接收器的灵敏度为0.

47、5W（100/140m）。查表2可知，接收器的灵敏度如对62.5/125m光纤为0.52.65=1.325(W)，相当-28.78dB。则光纤估算F.O.B=(-10)(-28.75)18.78(dB)。允许光纤损耗18.781 3=14.78（dB）。对62.5m纤芯，每损耗为4dB/km,因此对特定的LED和接收器，用62.5m纤芯的光纤，则最大可传送14.78/43.7km。因此一般多模光缆的传播距离不大于4km。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,(8）举例 1)一个LED的发射功率为-10dB（对62.5/125m），而接收器的灵敏度为0.5W（100/140m）

48、。查表2可知，接收器的灵敏度如对62.5/125m光纤为0.52.65=1.325(W)，相当-28.78dB。则光纤估算F.O.B=(-10)(-28.75)18.78(dB)。允许光纤损耗18.781 3=14.78（dB）。2)一个单模的光链路，它的光纤估算F.O.B=18dB,以光链路的允许光纤损耗（1+3)14dB。由于单模光纤单位损耗为0.5dB/km,因此这个链路的传播距离可达14/0.5=28km。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,配电网中光纤通信的应用(1)点对点配置。点对点结构通常用于一个独立的配电点与配电主站之间的通信，如图4-8所示。光收发器，美国

49、DYMEC 5845系列，其性能为 数据格式EIA 422或485 数据速率1k到1M(bps)选用光纤多模或单模 传输距离多模最大为5km单模最大为30km约为20dB,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,配电网中光纤通信的应用(1)点对点配置。点对点结构通常用于一个独立的配电点与配电主站之间的通信，如图4-8所示。,第4章 配电自动化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,配电网中光纤通信的应用(2)星形配置的光通信。星形配置实际上是点对点配置的扩展，只是在主站端用一个I/0口通过类似HUB的集线器换成多个光收发器，与多个配电点进行光纤通信，如图4-9所示。,第4章 配电自动

50、化通信系统,4.6配电网光纤通信系统,配电网中光纤通信的应用(3)总线结构的光纤通信。对于架空线路的配电网络，往往一条配电线路上有多个配电开关、此时可用总线结构的光纤通信，如图4-10所示。,第4章 配电自动化通信系统,配电主站以一个EIA485 I/O口通过终端光收发器与多个FTU通信。终端FTU连接终端光收发器，而中间FTU要经过两个光收发器（中间光收发器）接收发送并转发数据。,4.6配电网光纤通信系统,配电网中光纤通信的应用诚如4.6.1(2)节中所述，光脉冲经过光收发器后会产生失真和延迟，为了保证数据的正确传送，必须正确选择光纤估算值，即发送功率、光纤衰耗和接收灵敏度，同时数据速率对光