電力系統通信與網絡技術總結

通信系統構成：信源，發(fā)送設備，信道，接收設備，信道，噪聲源。模擬通信系統：數字通信系統：

數字通信的特點：

1抗干擾能力強、差錯可控，可以采用信道編碼技術使誤碼率降低，提高傳輸的可靠性、易于與各種數字終端接口，用現代計算機對信號進行處理、加工、變換、存儲，從而形成智能網；

2易于集成化，從而使通信設備微型化；3易于加密處理，且保密性好。數字調制方式噪聲：

計算機通信網：資源子網，通信子網計算機通信拓撲結構：計算機通信的特點：

1計算機通信以數據通信為主，因此傳輸的可靠性要求高

2計算機設備出自不同的廠商，又用于不同的目的，故需要具備靈活的通信接口，以適應各類用戶要求

3數據信息傳輸效率高；4呼叫平均時間短，效率高；

5業(yè)務參數隨應用環(huán)境有較大差別；

電力系統通信的主要內容:電力系統中信息的內容種類繁多，按其業(yè)務劃分為：關鍵運行業(yè)務和事務管理業(yè)務兩大類。其中關鍵運行業(yè)務是指運動信號、數據采集與監(jiān)視控制系統、能量管理系統、繼電保護和調度電話等。事務管理業(yè)務包括行政電話、會議電話和會議電視、管理信息數據等；

電力系統通信網的主要特點：

1要求通信有較高的可靠性和靈活性；

2網絡結構較復雜，信息種類多，且實時性要求高；3通信范圍點多面廣；4無人值守機房多；

所謂通信就是雙方或多方消息或信息的傳遞與交流。這里的消息是指對客觀世界發(fā)生變化的描述或報道。如：語言、文字、相片、圖像、數字等就是消息的具體表現形式。我們通常將消息中所包含的有意義的內容稱為信息，信息就是客觀世界的反映。消息所含信息的多少稱為消息的信息量。數據是一種承載信息的實體，它涉及到實物的具體形式，是任何描述物體、概念、情況、形式的事實、數字、字母和符號。信號是消息或者說是信息的攜帶者，是數據的具體表現形式。信號的表示方法：數據傳輸模式：通信線路工作方式：

模擬到數字，數字到數字：模擬到模擬：差錯控制方式：調制解調器

調制是以音頻信號控制（調制）等幅高頻波（載波）的某一參數（振幅、頻率、或相位）的

過程；

調幅：如用調制信號去控制載波的振幅，使其振幅按調制的信號的變化規(guī)律而變化，這樣的

調制過程稱為振幅調制，簡稱調幅；

交換：指各通信終端之間，為交換信息所采用的一種利用交換設備進行連接的工作方式。交換機：能夠將多個輸入和多個輸出隨意連接或切斷的設備；交換機的組成：交換網絡、通信接口、控制系統；差錯：接收端接受的數據與發(fā)送端不一致；電力載波通信：利用高壓線、中壓電力線或低壓配電線作為信息傳輸媒介進行語音或數據傳

輸的通信方式；

電力載波通信通信方式：通信網的組成：

1、終端設備：把輸入信息變換為適宜于在信道中傳輸的信號，并參與控制通信工作；2、傳輸鏈路：是網絡節(jié)點的連接媒介，是信息和信號的傳輸通道；3、轉接交換設備：主要功能有交換、控制、管理及執(zhí)行等。ATM（異步傳輸模式）特性：1、固定長度信元；2、并行導向；3、虛擬通道連接；4、異步時分復用；電力載波通信的特點：

1話音和數據各占一個頻段，同時傳送互不影響；

2利用電力線作為載波通信通道，不需要單獨架設和維護線路；且電力線路結構堅固，可靠性高，傳輸衰耗��；

3電力線和電氣設備在運行時，存在電暈、電弧等現象，影響電力線高頻通道信號傳輸質量，誤碼率很不理想；

4電力載波通信的站址完全取決于電力線路的結構，不能任意設站，給通道組織帶來困難。而當線路故障，通道以中斷；

5為避免受到電力線上工頻電流所產生的工頻諧波干擾，頻率不能太低，為了避開廣播頻段及防止線路衰減過大，頻率不能太高。

電力載波通信系統由高頻通道和電力載波設備組成。其中高頻通道包括：電力線、阻波器耦合電容和結合濾波器。電力載波設備由發(fā)信之路、收信之路和音頻匯接電路組成。光纖通信：以光波為載波，以光導纖維為傳輸介質的通信方式；光纖通信的特點：

1傳輸頻帶寬容量大；2損耗低，中繼距離遠；3不受電磁干擾；4保密性強、無串話干擾；5直徑細，重量輕；6節(jié)約有色金屬和原材料；7抗化學腐蝕；8連接困難；

9強度不如金屬絲；10分路耦合不方便。

移動通信，特點，工作方式：微波通信，衛(wèi)星通信特點等局域網的特點：1地理范圍��；

2網絡所連接的工作站點和設備的數量有限。

3傳輸過程中的出錯率低，在高負載情況下的穩(wěn)定性，可靠性好。

4連入局域網的數據通信設備是廣義的，包括計算機終端和各種外圍設備等。5連入局域網的數據通信設備能充分共享包括通信媒體在內的網絡資源。

6決定局域網特性的主要技術要素是網絡拓撲結構、傳輸介質與介質訪問及其控制方法。

第四章

1．計算機網絡的功能：數據通信、資源共享、遠程傳輸、集中管理、實現分布式處理、平衡負荷。

2．局域網的組成：主機、外觀設備、網絡設備、網絡適配器、通信介質。

3．OSI模型：應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。4．TCP模型：網絡接口層、Internet層、傳輸層、應用層。

5．局域網基本組成：硬件系統，網絡服務器、工作站、網卡、傳輸介質；軟件系統、協議軟件、通信軟件、管理軟件、網絡操作系統和網絡應用軟件。第五章

1．RS-232接口：DB-25、DB-15、DB-9。

2．現場總線：CAN總線、LongWorks、PROFIBUS、HART。

3．變電站遠傳信息內容：遙測信息、遙信信息、遙控信息、遙調信息。4.現場總線技術特點：開放式互聯網絡；互操作性和互換性；智能化和自治性；分散控制；具有較強的環(huán)境適應能力；綜合功能。

5．USB總線特點：數據傳輸率高、數據傳輸可靠、為設備供電、同時掛接多個USB設備、支持熱插拔。

6．現場總線的優(yōu)越性：節(jié)省硬件數量與投資、節(jié)省安裝費用、節(jié)省維護開銷、用戶具有高度的系統集成主動權、提高了變電站自動化系統的準確性和可靠性、易于設備擴充和產品改造。

7．配電管理系統（DMS）、數據采集和安全監(jiān)控系統（SCADA）、配電地理信息系統（GIS）。

擴展閱讀：通信技術在智能電網中的應用

通信技術在智能電網中的應用

廣東電網公司肇慶供電局周亞光

摘要：隨著通信技術、計算機信息技術的發(fā)展和電力生產調度自動化水平的提高。建

設強大的智能電網已成為必然的發(fā)展趨勢。智能電網就是以穩(wěn)定的電網框架為基礎，以通信網絡和計算機信息網絡為平臺，對電力系統的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調度等方面進行智能控制，實現電力、信息、業(yè)務的高度融合。在智能化電網的建設過程中，通信技術在其中起著至關重要的作用，本文將詳細介紹通信技術在智能電網建設過程中的應用。

關鍵詞：智能控制、數據采集、數據傳輸、通信協議、綜合數據網、工業(yè)以太網設備一、智能電網的產生背景；

1、電網規(guī)劃與建設面臨著嚴峻的用電高峰和電網建設費用的壓力，同時規(guī)劃和建設

的合理性的合理性也面臨考驗。

2、電網的運行方面，用戶對供電可靠性的要求越來越高、同時運行單位對電網設備

的運行狀況需要有更多的了解。

3、資產維護：設備的當前健康狀態(tài)、設備維修和更換的最佳時機、設備的維修質量電力作業(yè)的費用需要得到合理的安排

4、電力營銷：需求側管理服務水平、電費回收率、竊電損失需要及時的掌握。建設智能電網可應對上述的挑戰(zhàn)：

A、通過收集電網各種數據，指導電網和設備的投資，使得設備在逼近設備容量

或實際能力的情況下運行，充分挖掘設備的潛力。

B、通過電網的實時重構和優(yōu)化運行方式，使得設備在其實際容量范圍內運行，延長設備使用壽命。

C、充分利用實時信息，縮短停電時間。D、加強需求側管理，提高效益。E、為合理的電網投資提供決策支撐。

在傳統電網的基礎上，智能電網進一步擴展了自動化的監(jiān)視范圍，增加了信息的收集和整合以及對業(yè)務的分析和優(yōu)化，實現了電網的智能化�？蓭椭�電網企業(yè)提高管理水平、工作效率、電網的可靠性和服務水平。

智能電網分五個層面：1、電網數據采集2、數據傳輸3、信息集成4、分析優(yōu)化5、信息的展現

（1）、電網數據的實時采集

實時數據是智能化電網的重要支撐，包括以下三方面的數據，A電網運行數據，B

設備狀態(tài)數據C客戶計量數據

目前，因為電網公司的數據采集主要關注電網的運行數據上，對另兩方面的欠缺，只有增加了這兩方面的數據采集，才能使整個電網可視化，為走向智能化作準備。（2）、數據傳輸

基于開放標準的數字通信網絡保證客戶計量和設備狀態(tài)數據以及電網運行數據的可靠傳輸。（3）、在信息集成、分析優(yōu)化、住處展現三方面，主要集中了計算機信息網絡技術的應用。

通過采集和通信網絡傳送上來的數據為電網的規(guī)劃設計、運行和資產的優(yōu)化提供決策支持

1、電網設計優(yōu)化

A、通過對用戶負荷模式的分析，能夠很清楚的確定需要改造的、可能存在過負荷的線路。

B、利用設備生命周期分析的結果，可以對電網檢修計劃進行優(yōu)化。

C、通過對每個用戶負荷模式詳細信息的掌握，提高三相負荷平衡，減少網絡損耗。2、電網運行分析

A、故障定位，網絡重構，隔離故障，快速恢復供電B、故障信息的離線分析，指導搶修人員迅速定位故障C、避免為了通過更大的故障電流而對開關設備的更換

E、實時潮流分布，避免過負荷線路的出現，從而避免或延遲對線路的改造3、電網資產分析

A、通過對設備歷史運行記錄的分析，可以預測設備的預期剩余使用壽命。B、利用實時監(jiān)視數據和離線數據，掌握設備健康水平，提高對設備壽命的預測水平。C、在設備發(fā)生故障前，提前檢測到設備可能存在的缺陷（比如，變壓器中的油色譜分析）。

二、智能電網中的的通信需求

從前的通信網絡主要表現為區(qū)域性的網絡，且?guī)�寬不足不具備對整個電網的實時數據的監(jiān)控能力�，F代的電網對通信網絡的要求逐漸提高，具體表現如下：1、對SCADA系統的數據傳送效率要求提高。2、監(jiān)測和計量的表計自動化。3、對數據通信的帶寬要求更高。4、要求有開放的通信規(guī)約。5、要求有可擴展的監(jiān)測。

目前通信網絡的現狀：

1、隨著光纖通信技術的發(fā)展，光纜的敷設范圍逐漸延伸。2、隨著計算機技術的發(fā)展，數據的處理能力越來越高。

3、Internet網絡的普及以及ICP/IP網絡協議的廣泛應用，使得不同地點的信息的查詢越來越方便。

下面介紹以下基于IP的網絡架構信息傳送的優(yōu)點：

1、多點到多點的網絡拓撲使事件的發(fā)布和數據的訂閱更靈活2、將網絡更靈活、響應更快

3、減少定制代碼和專有系統的限制

4、電力公司可以更有效的監(jiān)測網絡，同時減少運營成本5、規(guī)約中立允許任何格式的數據發(fā)送到網上6、安全協議和監(jiān)測能力7、設備及應用無關8、開放標準保護投資

三、通信設備在智能電網中的應用

建立智能電網首先要從配網的自動化入手，在主網中可以現有的SDH網絡和綜合數據網絡為依托做數據的接入。而配網的自動化仍為空白。下面詳細介紹以下配網的自動化中的通信設備應用。

骨干層：

采用工業(yè)級冗余環(huán)網交換機構成冗余光纖環(huán)形網絡結構，環(huán)形網絡設備采用工業(yè)以太網產品，用光纖鏈路連成環(huán)狀拓撲結構，此結構充分利用了工業(yè)冗余環(huán)網結構的優(yōu)點，當通信鏈路發(fā)生故障時其網絡傳輸的恢復時間被控制在`50毫秒以內，而如果用普通民用以太網交換機構造鏈路冗余網絡，其恢復時間長達`30秒以上，顯然無法滿足數據傳輸的不間斷需求，這也是工業(yè)以太網交換機與民用以太網交換機相所具有的一個明顯優(yōu)勢。另外，此環(huán)形拓撲結構便于工程擴充和維護，安全性能高。采用網絡監(jiān)控軟件對網絡控制器進行網絡實時監(jiān)控，同時和電網測控系統進行有機協調，保證互不影響。

接入層：

測控點數據量較多且距離光纖網絡較近的區(qū)域，推薦采用數字工業(yè)級配電載波設備構成樹型或鏈型網絡結構，環(huán)形網絡設備采用工業(yè)以太網交換機產品，此結構充分利用了載波通信系統的優(yōu)點，使用現有電纜資源作為通信介質，地埋電纜和架空電纜均適用選擇不同的耦合設備即可，載波通信通道建立時間小于`300毫秒，針對電纜干擾的情況有四個頻點可供通信設備選用，設備端接受靈敏度可達-70dB，并可在無中繼情況傳輸5公里，載波設備有多種通信接口可供選擇如RS232、RJ45，方便級聯進上層網絡。

采用上述載波設備，由于各地配網的特殊性，需要做實地測試方可采用。

在光纖鋪設不便且載波傳輸距離受限的區(qū)域，推薦采用工業(yè)級GPRS通信設備體積小、安裝、使用方便。可快速的投入使用。

（一）工業(yè)以太網交換機方案具有以下幾個特點：

1、鏈路自動冗余備份

在冗余環(huán)網中，工業(yè)以太網交換機，它能自動冗余備份，能自動協商到達最近節(jié)點的路徑，如果一處線路損壞，網絡拓撲重新配置，達到正常網絡狀態(tài)只需50毫秒，支持工業(yè)環(huán)境電壓18-36VDC。

2、較長的傳輸距離

環(huán)形結構采用光纖介質類型，在傳輸中有低損耗的特性，使得傳輸線路的無中繼傳輸距離變長，相鄰站之間最大長度多模光纖可達2KM，單模光纖可達20-60KM。3、具有較大的帶寬

環(huán)網傳輸帶寬為100Mbps，同時采用新的多數據處理技術，使得網絡在重負荷情況下，仍能保持很高的帶寬。4、可靠性高

環(huán)型結構在網絡出現故障時仍能自行重構，保證系統安全可靠，同時傳輸光纖具有對電磁和射頻干擾掏能力，在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響，也不影響其它設備。由于光纖傳輸的是光信號，兩端的電源相對隔離，所以有效地解決了光纖兩端電源和地線對設備可能造成的嚴重威脅。5、安全性好

光纖在通信時光束在纖維內部傳輸，水會產生任何形式的輻射，可防止傳輸過程中被分接，也杜絕了輻射波的竊聽，因而是最安全的通信介質。（二）載波通信系統方案具有以下幾個特點：

1、通信通道建立時間短：在300ms內即可建立通道。

2、充分利用現有電力電纜資源，節(jié)省通道投資費用，分層分級組建配網網系統，合理優(yōu)化了網絡。

3、頻點切換功能：偵測傳輸通道的干擾情況，自動切換頻點數傳數據。保證了數據的可靠傳輸，降低了誤碼率。4、前向糾錯技術

5、提供標準的RS232和RJ45通信接口，連接方便�？梢耘c其他電力設備，光纖設備、計算機設備、通信設備等完全兼容。

（三）GPRS無線通信方案具有以下幾個特點：1、體積小、安裝靈活方便、工期短投入使用快速。

2、受地理位置限制小，在有公網信號覆蓋的區(qū)域即可使用3、帶寬高、速率快可滿足通信的要求。

智能電網必須以可靠的通信網絡做依托，必須選擇可靠的設備建設可靠的網絡。今天，全球越來越多的工業(yè)設備采用以太網+TCP/IP協議作為其通信與控制標準。工業(yè)自動化系統要求其網絡通信設備具有比民用網絡通信設備（如：民用網絡交換機）更可靠和堅固耐用的性能。一般來說，這類以太網設備在工業(yè)控制網絡中，負責連接不同的廠站網絡區(qū)段的重要的自動化設備，可靠性要求極高，但是一般的民用網絡通訊設備，設計和制造并未考慮到工業(yè)自動化對設備的穩(wěn)定性和可靠性的較高需求，而僅僅針對連接辦公室或空調環(huán)境的計算機等辦公設備，無法適應工業(yè)現場環(huán)境（如高溫、低溫、灰塵、強電磁干擾、震動、沖擊等）的要求。因此，采用工業(yè)級以太網通信設備做配網自動化的數據接入可以很好的保障智能電網通信系統的可靠性及安全性。四、總結

目前，我國已經提出建設具有信息化、數字化、自動化、互動化特征的統一的智能電網的目標，國家將分階段推進智能電網的建設。第一階段；重點開展智能電網的發(fā)展規(guī)劃工作和試點建設工作。第二階段；加強城鄉(xiāng)電網的骨架建設，初步形成智能電網的運行控制和互動體系，關鍵技術和重要設備的廣泛應用。第三階段；全面建設統一的堅強的智能電網，技術和裝備全面達到國際先進水平。在整個建設過程中，通信技術將得到越來越多的應用并發(fā)揮著至關重要的作用。

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