第三章第一次 電力系統(tǒng)遠動和信息

第三章電力系統(tǒng)遠動和信息傳輸3.0信息傳輸基礎

3.0.1模擬通信和數(shù)字通信

傳遞消息的過程稱之為通信，其目的就是把含有信息的消息從一地傳向另一地。所有通信都是將消息變成與之對應的信號來傳遞的，現(xiàn)代通信主要以電信號來傳遞消息，它傳得既快又準確，而且受時間、地點、距離等方面的限制比較少。消息和信號之間有著一一對應的關系，通常寄托在電信號的某一參量上。如果電信號的參量承載著離散消息，即該參量取值是離散的，該信號就叫離散信號。人們把時間和狀態(tài)都是離散的信號稱為數(shù)字信號，例如：電報、數(shù)字信號、傳遞的數(shù)據(jù)和遙控指令等，它們不是時間的連續(xù)函數(shù)，其取值是有限可數(shù)的離散值；如果電信號的參量承載著連續(xù)消息，即該參量取值是連續(xù)的，此種隨時間變化而連續(xù)取值的信號叫連續(xù)信號或模擬信號，例如普通電話機，其輸出的信號就是模擬信號。用于進行通信的設備硬件、軟件和傳輸介質的集合叫做通信系統(tǒng)，比如電話通信系統(tǒng)包括：送話器、電線、交換機、載波機和受話器等。廣播通信系統(tǒng)包括傳聲器、放大器、發(fā)送設備、無線電波和收音機等。

點與點之間建立的通信系統(tǒng)是通信的最基本形式，其模型如圖3.1所示。其包括信源、變換器、信道、噪聲源、反變換器和信宿等六個部分。

信源變換器信道噪聲源信宿反變換器(1)信源是指發(fā)出信息的信息源。在人與人之間通信的情況下，信源是指發(fā)出信息的人；在機器與機器之間通信的情況下，信源是發(fā)出信息的機器，如計算機或其他機器。不同的信源構成不同形式的通信系統(tǒng)，如對應語音形式信源的電話通信系統(tǒng)，對應文字形式信源的傳真通信系統(tǒng)等。(2)變換器的功能是把信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?。一般分幾步完成：首先把非電信號變成電信號，然后對電信號進行變換和處理，使它適合信道傳輸。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，為滿足不同的需求，需要進行不同的變換和處理，如調制、數(shù)/模轉換、加密和糾錯等。(3)信道是信號傳輸媒介的總稱。不同的信源形式對應的變換處理方式不同，與之對應的信道形式也不同。從大的類別來分，傳輸信道的類型有兩種，一種是電磁信號在自由空間中傳輸，這種信道叫做無線信道；另一種是使電磁信號被約束在某種傳輸線上傳輸，這種信道叫做有線信道。(4)反變換器的功能是變換器的逆變換。變換器把不同形式的信息變換和處理成適合信道傳輸?shù)男盘?，通常這種信號不能為信息接收者直接接收，需要用反變換器把從信道上接收的信號變換為接收者可以接收的信息。(5)信宿是信息傳送的終點，也就是信息接收者。(6)噪聲源不是人為實現(xiàn)的實體，在實際的通信系統(tǒng)中客觀存在，在模型中我們將它集中表示。實際上，干擾噪聲可能在信源處就混入了，也可能從構成變換器的電子設備中引入，或者傳輸信道中的電磁感應以及接收端的各種設備中也都可能引入干擾。

3.0.2通信可分為以下兩種根據(jù)系統(tǒng)中傳遞的信號不同：(1)模擬通信一般指的是信源發(fā)出的、信宿接收的和信道傳輸?shù)牡榷际悄M信號的通信過程或方式。因此，模擬通信系統(tǒng)可以說是以模擬信道傳輸模擬信號的系統(tǒng)。(2)數(shù)字通信一般是指以數(shù)字信號的形式傳輸信號的系統(tǒng)。在早期信源發(fā)出和信宿接收的是模擬信號，而信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，隨著計算機和計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，信源、信宿處理的大部分也都變成了數(shù)字信號。該系統(tǒng)相對于上述功能模塊又增加了信源編碼(解碼)和信道編碼(解碼)功能模塊，這也是數(shù)字通信系統(tǒng)的特點所在。信源編碼是將模擬信息(模擬信號)轉換成數(shù)字信號的功能(信源解碼功能相反)；信道編碼是將信源編碼輸出的數(shù)字信號(如最簡單的編碼方式是用高電平表示“1”，低電平表示“0”)變成適合于信道傳輸?shù)拇a型(信道解碼功能相反)，以提高傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴?/p>

3.0.3數(shù)字通信具有以下特點：(1)抗干擾能力強。由于數(shù)字信號的取值個數(shù)有限(大多數(shù)情況只有0和1兩個值)，因此在傳輸過程中我們不太關心信號的絕對值，只注意其相對值即可，比如設高電平5V為1，低電平0V為0，在傳輸時受噪聲影響，5V變成8V，而我們只要看到大于一定值認為是5V就行了(當然，0V受干擾也可能變成8V，以至于把數(shù)據(jù)0誤認為數(shù)據(jù)1。但經過信道編碼后，數(shù)據(jù)0不是用簡單的低電平表示，使誤碼出現(xiàn)的可能性降到最小)。同時數(shù)字通信時，傳輸中繼器可以再生信號，消除噪聲積累，比如一個中繼器收到一個受干擾而變成8V的信號，若是模擬通信，中繼器就會原封不動地把這個8V信號放大后送往下一級，下一級接著放大再往下送，這樣一級一級下去，噪聲被不斷地放大，形成噪聲積累直到通信終端。如果是數(shù)字通信，第一個收到這個8V信號的中繼器先認為該信號為一高電平信號，然后并不將該信號往下傳，而是重新生成一個標準高電平信號(比如為5V)傳往下一級，這樣，噪聲就不會像模擬通信那樣被一級一級地放大，而是被中繼器“隔離”，從而消除了噪聲積累。

(2)便于進行信號加工與處理。由于信號可以儲存，因此可以像處理照片一樣對信號隨意加工處理(在技術允許的范圍內)。

(3)傳輸中出現(xiàn)的差錯(誤碼)可以設法控制，提高了傳輸質量。(4)數(shù)字信息易于加密且保密性強。

(5)能夠傳輸話音、電視和數(shù)據(jù)等多種信息，增加了通信系統(tǒng)的靈活性和通用性。3.0.4電力系統(tǒng)調度的主要任務?保證供電的質量優(yōu)良?保證系統(tǒng)運行的經濟性?保證較高的安全水平——選用具有足夠的承受事故沖擊能力的運行方式?保證提供強有力的事故處理措施3.0.5電力系統(tǒng)的分區(qū)、分級調度

□為中心調度，；○為省級調度中心，●則為地區(qū)調度所或供電局圖3-2分級調度示意圖圖3-3分級調度結構3.0.6電力系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)的功能概述安全水平是電力系統(tǒng)調動的首要問題?在電力系統(tǒng)調度自動化的控制系統(tǒng)中，調度中心計算機必須具有兩個功能，其一是與所屬電廠及省級調度等進行測量讀值、狀態(tài)信息及控制信號的遠距離的可靠性高的雙向交換，簡稱為電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，即SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）；另一是本身應具有的協(xié)調功能。具有這兩種功能的電力系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)稱為能量管理系統(tǒng)EMS（EnergyManagementSystem）。圖3-4表示了EMS信息流程的主線，還給出了遠方省級調度及遠方電廠與調度中心進行信息交換的功能示意框圖。圖3-4EMS功能組合示意圖3.0.7電力系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程1．電網(wǎng)調度自動化的初級階段

?布線邏輯式遠動技術的采用2．電網(wǎng)調度自動化的第二階段

?電子計算機在電力系統(tǒng)調度工作中的應用3．電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)的快速發(fā)展階段

?隨著計算機技術、通信技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，SCADA／EMS技術進入了一個快發(fā)展階段3.0.8SCADA/EMS系統(tǒng)的子系統(tǒng)劃分1.支撐平臺子系統(tǒng)2.SCADA子系統(tǒng)3.AGC/EDC（AutomaticGenerationControl/EconomicDispatchControl）子系統(tǒng)4.高級應用軟件PAS(PowersystemApplicationSoftware)子系統(tǒng)5.調度員仿真培訓系統(tǒng)DTS（DispatcherTrainingSimulator）6.調度管理信息子系統(tǒng)DMIS(DispatcherManagementInformationSystem)3.0.9電力系統(tǒng)調度自動化系統(tǒng)的設備構成電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)的設備可以統(tǒng)稱為硬件，這是相對于各種功能程序－軟件而言的。它的核心是計算機系統(tǒng)，其典型的系統(tǒng)構成可參見圖3-5。圖3-5電網(wǎng)調度自動化系統(tǒng)構成示意圖數(shù)據(jù)通信通訊規(guī)約

一、并行傳輸與串行傳輸1．并行傳輸

?如果用8根線（另有1根公共線）將數(shù)字通信雙方連接起來，每根線傳一位碼元將這組信息傳送過去，這種方式就稱為并行傳輸2．串行傳輸

?串行傳輸僅需要一回傳輸線（2根）。是根據(jù)一個字節(jié)中個碼元的順序一位一位地傳過去圖3-6并行傳輸和串行傳輸(a)并行傳輸(b)串行傳輸圖

3-7串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過程原理圖3．串行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收二、數(shù)據(jù)通信中的傳輸速率和誤碼率1．碼元。把每個信號脈沖稱為一個碼元。2．碼元速率。每秒傳送的碼元數(shù)，以Bd（波特）為單位。3．信息速率。系統(tǒng)每秒傳送的信息量。單位是bit/s（比特/秒）。4．誤碼率。數(shù)據(jù)經傳輸后發(fā)生錯誤的碼元數(shù)與總傳輸碼元數(shù)之比。5．差錯控制。在一個實用的通信系統(tǒng)中一定要能發(fā)現(xiàn)差錯，并采取糾正措施，把出錯控制在所能允許的盡可能小的范圍內，這就是差錯控制。最簡單和最常用的檢錯方法是奇偶校驗。三、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的工作方式圖

3-8數(shù)據(jù)通信三種工作方式（a）四線全雙工；（b）單工通信；（c）半雙工通信四、異步傳輸和同步傳輸1.異步通信格式?每幀以“起始位”（低電平）開頭，接著傳送信息碼元，最后附加一位“奇偶校驗位”和“停止位”（高電平）。圖

3-9異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷剑╝）一般信息幀；（b）ASCII碼幀2.同步通信格式?同步通信方式的發(fā)、收必須時刻嚴格保持同步。圖3-10同步數(shù)據(jù)傳輸示意圖五、遠距離數(shù)據(jù)通信的基本模型圖3-111．信源：即電網(wǎng)中的各種信息源.2．信源編碼器：它是把各種信源轉換成易于數(shù)字傳輸?shù)钠骷?．信道編碼器：為了保護所傳送的信息內容，增加保護碼元。4．調制器與解調器（MODEM）：為增加傳輸距離，將基帶信號進行調制傳送，可減弱干擾信號。5．信道：信號遠距離傳輸?shù)妮d體。6．解調器：調制器的逆過程。7．信道譯碼器：編碼器的逆過程，除去保護碼元。8．信源譯碼器：將二進制信號恢復到模擬信號的過程。9．信宿：信息的接收地或接收人員能觀察的設備。六、數(shù)字信號的調制與解調圖

3-12調制與解調示意圖圖3-13?1．數(shù)字調幅

?又稱振幅鍵控方式（ASK），它是用正弦波不同的振幅來代表“1”和“0”兩個碼?2．數(shù)字調頻?數(shù)字調頻又稱移頻鍵控（FSK），它是用不同頻率來代表“1”和“0”，而其振幅和相位則相同。?3．數(shù)字調相?數(shù)字調相又稱移相鍵控（PSK），又分為二元絕對調相和二元相對調相兩種方式。?（1）二元絕對調相。波形中初相位為代表“0”，而初相位為則代表“1”。?（2）二元相對調相。波形中后一周波的相位繼續(xù)與前一周波相同的，代表碼元“0”；而后一周波相位與前一周波相位相反的則代表碼元“1”。?數(shù)字調相抗干擾性能最好，但硬、軟件均比較復雜。七、局域網(wǎng)及其應用?局部網(wǎng)絡是一種在較小區(qū)域內使各種數(shù)據(jù)通信設備互連在一起的通信網(wǎng)絡。1．令牌環(huán)（TokenRing）2．以太網(wǎng)（Ehternet）圖3-14圖3-15以太網(wǎng)（Ethernet）拓撲結構及發(fā)送工作流程（a）拓撲結構；（b）發(fā)送報文工作流程八、現(xiàn)場總線.?現(xiàn)場總線是應用在生產現(xiàn)場，在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。它在制造業(yè)、流程工業(yè)、特別在變電站的分層分布式綜合自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景。九、循環(huán)式規(guī)約（CDT）和問答式規(guī)約（polling）（一）通訊規(guī)約

?在通信網(wǎng)中，為了保證通信雙方能正確、有效、可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸，在通信的發(fā)送和接收的過程中有一系列的規(guī)定，以約束雙方進行正確、協(xié)調的工作，我們將這些規(guī)定稱為數(shù)據(jù)傳輸控制規(guī)程，簡稱為通信規(guī)約。明確規(guī)范以下幾個問題：

?1．有共同的語言。

?2．有一致的操作步驟。

?3．規(guī)定檢查錯誤以及出現(xiàn)異常情況時計算機的應付方法。圖

3-16通信規(guī)約的含義?一個通信規(guī)約包括的主要內容有：代碼（數(shù)據(jù)編碼）、傳輸控制字符、傳輸報文格式、呼叫和應答方式、差錯控制步驟、通信方式（指單工、半雙工、全雙工通信方式）、同步方式及傳輸速率等。（二）循環(huán)式通信規(guī)約?按循