ch05数据通信

1、第五章 电力系统数据通信1 概述一、电力系统远动通信的基本功能1、什么是远动(TeleControl)远动，就是利用远程通信技术，对远方的运行设备进行监视和控制，以实现远程测量、远程信号、远程控制和远程调节。2、远动通信的任务远动通信的主要任务是：(1)将表征电力系统运行状态的各发电厂和变电站有关的实时信息采集到调度控制中心。(2)把得到控制中心的命令发往发电厂和变电站。其基本任务包括4遥量，即遥信、遥测、遥控、遥调。上一章已经详细讲述了在现地如何实现数字量的输入（遥信）、输出（遥控）、模拟量的输入（遥测）、输出（遥调），本章详细讨论如何在调度控制中心和现地之间建立数据联系，即通信过程。二、电力系统远动通信的基本结构通信系统分模拟通信和数字通信。由于数字通信抗干扰能力强，易于进行信号处理等优点，是目前采取的主要通信方式。数字通信的一个主要缺点是占用的信道频带较宽。1、数字通信的模型(1)信息源是产生和发出消息的人或机器，发出的消息可以是连续的或离散的。(2)受信者是接受消息的人或机器。(3)编码器包括信源编码器和信道编码器。信源编码器是将信息源送出的模拟或数字信号转换为合乎要求的数码序

2、列；信道编码器是给数码序列按一定规则加入监督码元，使接收端能发现或纠正错误码元，以提高传送的可靠性，称为差错控制。(4)调制器将信道编码输出的数码变换为适合于信道传送的调制信号后再送往信道。解调器将收到的调制信号转换为数字序列。解调是调制的逆变换。(5)信道是传送信号的媒质。(6)译码器包括信道译码和信源译码。信道译码对收到的数字序列进行检错和纠错；信源译码将信道译码后的数字序列变换为相应的信号送往受信者。(7)同步系统用于保证收发两端步调一致，协同工作。同步是通信的重要组成部分，若收发两侧失去同步，数字通信系统会产生大量错码。三、数据通信的基本原理1、通信工作方式(1)单工通信：消息只按一个方向传送。(2)半双工通信：消息可以双向传输，但不能同时双向传输。(3)双工通信：可以双向传输数据。2、基本概念(1)码元代码的每一个基本单元称为码元。(2)数码率每秒传输的码元数。单位为波特(Baud)。(3)信息传输速率每秒传输的信息量。单位是bit/s。当采用二元制的码元时，信息传输速率与数码率是相同的。(4)误码率数据经过传输后，发生错误的码元总数与传输的总码元数之比称为误码率。3、数据同

3、步数据通信要求保持收发双方的时钟一致。如何保持一致就是数据同步问题。(1)异步通信对每一个数据编码加上一些固定的特殊码，组成一个数据帧。线路上没有数据传输时为空闲态，线路保持高电平。数据开始传输前，先发送一个起始位，占用一个码元的时间，为低电平。数据传输完后，要加上一个停止位，为高电平。在接收端，采用一个独立产生的频率为数据速率16倍以上的时钟，以此时钟频率检测线路上的状态。一旦检测到低电平，则8个计数脉冲后再检测一次线路，若仍为低则确定已接收到起始位（排除干扰）。在数据接收完成后，还要检查停止位。检测到高电平的停止位后，该数据帧接收完成。如果误判断了起始位，停止位的装配就会出错。异步的含义在于收发数据的时钟是相互独立的。由于双方的时钟可能有误差，不能准确地保证16倍关系，可能造成接收错误。正确接收的条件是一个数据帧的时间内累计差不超过半个码元。(2)同步通信同步通信的特点是是收发端的时钟严格一致，使得接收时钟与接收码元间无误差积累问题，可以省略附加码元，提高传输效率。a、位同步为了保证收发方时钟完全一致，需要从接收信息码的脉冲中提取时钟作为接收端的时钟。因此接收端要产生码元定时脉冲序

4、列，此定时脉冲序列与发送端传送过来的码元脉冲序列同频、同相，称为位同步或码元同步。直接从收到的数字序列中提取位同步信号的方法有滤波法和锁相法。l 滤波法远动中采用单极性不归0信号。接收到的信号首先经过放大限幅环节形成数字方波，然后经微分、整流环节形成尖脉冲信号，由窄带滤波器提取基频信号，最后经移相电路产生位同步脉冲。电路简单，但当信号中有连续的0或1时，由于码元波形无变化，可能造成位同步中断。l 锁相法在接收端利用鉴相器，比较接收到的码元与本地产生的位同步的相位。若二者不一致，则鉴相器产生一个调制脉冲去调制本地位同步信号的相位，直到与接收码元的相位一致为止。b、帧同步帧同步码采用一个特定的序列，远动中一般采用3个EB90H，接收端收到该同步码后就可以确定一帧的开始或结束，从而把本端的时序与发送端对齐，称为整步。如果同步码受到干扰变成误码则可能出现漏同步。如果传输数据信号中有数据恰好与同步码相同会产生假同步。因此需要进行帧同步保护。l 维持状态收发两端建立同步时，接收端只在一帧的开始接收帧同步码，这个过程叫维持状态。在接收信息码时不判断同步码，减少假同步。同步以后，由于晶体振荡器的稳定性

5、，即使几个数据帧漏检同步码，也不会导致失步。l 捕捉状态在接收端连续多次未收到同步码时，称为失步。这时接收端应对收到的所有信号进行检查，判别同步码，称为捕捉状态。四、远动通信配置的基本类型远动系统中主站与子站通过信道传输信息。若干远动站和连接各远动站的链路的组合称为远动配置。1、点对点配置两站通过专用的传输链路相连。2、多路点对点配置主站与多个子站通过专用链路相连，主站可同时与各个子站交换数据。3、多点星形配置主站与多个子站相连，任何时刻只允许一个子站向主站传输数据，主站可选择一个或多个子站传送数据，也可以向所有子站同时传送全局性报文。4、多点共线配置主站通过公用线路与多个子站相连，任何时刻只允许一个子站向主站传输数据，主站可选择一个或多个子站传送数据，也可以向所有子站同时传送全局性报文。5、多点环形配置主站可以通过两个路由与子站通信，提高了可靠性。五、远动信息传输的基本模式1、帧格式远动字序号标志用户数据监督码元帧格式帧分界符控制字远动字远动字2、工作模式(1)循环传输方式发送站按规定的顺序，周期性地将远动信息传送给主站。循环不需主站干预。(2)自发传输模式在发送端发生事件时向主站发

6、送信息。主站收到后应回送一个确认信息，若未收到确认，则延时重发。(3)问答传输模式主站轮询各子站，进行问答通信。子站如有事件发生，可以通知主站，要求抢先发送。六、远动通信的主要性能指标1、数据传输可靠性误码率残留差错率残留信息漏失率拒收率信息漏失率2、准确度总准确度指信息经变换和处理等环节后，信息源与信息宿数值间的偏差。总准确度用偏差对满刻度的百分比表示。3、实时性总传输时间指从发送站发生事件开始到接收站收到相应信息为止的总延迟时间。对于不同的信息，要求的总传输时间也不相同，如重要遥测和一般遥测，遥信和遥信变位。2 信息传输与信道一、电力系统传输信道1、信道类型2、架空明线和电缆二者都只用于近距离通信。架空明线只能用于低速传输，电缆可用于高速传输。3、电力线载波电力线载波是远动与载波电话复用信道。一个电话话路频率范围为0.33.4kHz，通常规定载波电话占用0.32.5kHz的音频段，远动信号占用2.73.4kHz的上音频段。远动的数字脉冲信号，先调制成2.73.4kHz的信号，然后送入载波机与电话信号合成0.33.4kHz的信号。载波机经过2次调制，将频率搬移到载波通信频段40500

7、kHz。这个高频信号，经结合滤波器、高压耦合电容送至电力线。阻波器是LC谐振回路，对40500kHz的高频信号具有很大阻抗，防止高频信号窜入高压母线。结合滤波器、高压耦合电容将电力线上的高电压、大电流与通信设备隔离，保证设备安全。在接收端是一个逆过程。(1)载波机a、组成部分l 发信支路：信号进行载波调制，并放大送到高频通道。l 收信支路：从高频通道中选出高频信号，进行解调。l 差接系统：连接收、发支路和用户话机的线路，防止振鸣现象。l 自动平衡调节系统：为保证通话清晰，自动调节接收支路中放大器放大倍数，保证通话质量。l 自动交换系统：连接少数话机的自动交换。b、工作原理l 单边带传输变频后的输出信号有上、下边带，都带有被传输的特性，可以任选一个边带传输，称为单边带传输。单边带传输要解决2个主要问题：要能很好地滤去相邻无用频率成分和无用边带；要在接收端高度准确地重复设置载波。l 两级调制两级调制解决滤去相邻无用频率成分和无用边带的问题。若采用一级调制，对高频带通滤波器要求太高，难以实现。设载波频率100kHz，话音频率0.32.3kHz，调制后，上边带频率为100.3102.3kHz，

8、与无用边带相差0.6Hz，与载波频率相差0.3Hz，带通滤波很难实现。而若先用12kHz调制，取上边带，再用88kHz调制，取上边带，也可得到100.3102.3kHz的载波信号，但2个带通滤波器制造要求都降低了。l 最终同步法单边带的调制波是一个调幅调频波，需要一个与发信频率完全一致的载频振荡实现解调。最终同步法就是在发信端发送一个中频载波信号（13kHz），而在收信端收信支路中，用中频窄带滤波器，滤出中频信号，供给二次解调。c、结构图发送侧接收侧4、光纤信道光纤信道是以光导纤维作为信道来传输光信号。光导纤维是利用各种玻璃和塑料制成。单根光导纤维是用具有较低折射率的二氧化硅组成敷层，围绕具有高折射率的掺杂二氧化硅纤芯制成。该敷层使里面的纤维与外界隔离，阻止相邻话路串话。光缆由一捆光导纤维组成。光纤通信具有容量大、中继距离长、抗电磁干扰、传输性能稳定、不受无线电频率限制等特点，尤其是彻底克服了强电对通信的电磁干扰，误码率低。光纤敷设方式有架空光缆、地埋光缆和架空地线光缆。尤其是架空地线光缆，它与架空地线结合，既避雷又传输信息，能随输电线路一起建成，可降低综合造价，优点突出。a、光纤系统

9、的组成光纤通信系统由多路转换、光端机、光缆和光中继装置组成。多路转换器：将多种信号源转换为光电信号。光端机:将电信号变为光信号。采用光强度调制方式。光中继装置： 将因传输而使光强度衰减的光信号转换为电信号，放大后，再转换为光信号，以进行长距离传输。传输方式分为模拟式和数字式。模拟式便宜，在配电站中传送监视图像画面可以使用。数字式较为常用，先将信号数字化，然后调制，最后通过复用装置上信道传输。b、光端机l 模拟式光端机有两类调制方式：1）直接调制：光强度与输入的模拟信号成比例。2）预调制：将模拟信号转换为电信号，进行光的有无双值光强度调制。l 数字式光端机光的调制采用脉冲编码调制。来自PCM的多路转换装置PCM多重信号，经双极单极转换处理后，经过编码转换，进入电光转换元件变为光信号进入光纤。在接收侧，光电转换元件将光信号转换为电信号，经过识别再生，数码反变换、单极、双极转换后，进入PCM。c、光中继光中继与光端机结构相同，在将光信号转换为电信号后增加了一级放大环节。5、微波通信波长为0.0011.0m，频率为300MHz300GHz的无线电波称为微波。微波基本上沿直线传播，一般在每4050km设置一个中继站，在地形高处，也必须设置中继站传输信号。微波通信的优点是：微波频段很宽，可以容纳许多无线电频道而互不干扰，一套设备可作多路通信，通信稳定，方向性强，

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