【正文】 化配 電網(wǎng)系統(tǒng)擁有眾多的配變、用戶變、箱 變、開閉所、配電變壓器、柱上開關(guān)、分段開關(guān)、并聯(lián)補(bǔ)償電容器、 用戶電能表和重要負(fù)荷等電氣設(shè)備，站點(diǎn)一般會(huì)有成百上千甚至上萬個(gè)之多，地域分布廣、種類多、運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣，要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控就需要安裝大量的 RTU、 FTU、 DTU、 TTU 等終端設(shè)備， 規(guī)模較大的配電網(wǎng)還要配置子站因此，智能化配電網(wǎng)的通信信息有如下特點(diǎn)： ①通信節(jié)點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較大； ②通信節(jié)點(diǎn)間距離短； ③每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量小。 6）一次 /二次系統(tǒng)逐步統(tǒng)一向智能化開關(guān)發(fā)展。 4） 管理的功能由單一配電 SCADA 向 SCADA/DA/DMS/DG（分散發(fā)電） /DSM（需方用電管理） /電網(wǎng)效益和實(shí)用的配網(wǎng)規(guī)劃工具綜合管理系統(tǒng)發(fā)展。 2） DA（ Delayed Action，延遲作用）方案由自 動(dòng)分段 /重合器向電流型 /集中控制發(fā)展。 智能化配電網(wǎng)通信模式初步研究 智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 由于智能化配電網(wǎng)的發(fā)展變化， 與之相對(duì)應(yīng)的智能化配電網(wǎng)管理系統(tǒng)也有新的發(fā)展， 一般應(yīng)具備以下主要功能。通信系統(tǒng)是建設(shè)智能化配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)。智能化電網(wǎng)是智能化配電網(wǎng)的進(jìn)一步延伸，是對(duì)電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)畢文遠(yuǎn)：論電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信及網(wǎng)絡(luò)管理 20 的高度集成。 為更進(jìn)一步改善供電可靠性，降低運(yùn)行損耗，提高電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益， 國家電網(wǎng)公司提出建設(shè)智能化配電網(wǎng)的戰(zhàn)略構(gòu)想。 為適應(yīng)“數(shù)字信息時(shí)代”的步伐，智能化配電網(wǎng)將成為今后的發(fā)展方向，而智能化配電網(wǎng)的核心之一就是各種信息的可靠準(zhǔn)確傳輸，因此，采用何種技術(shù)和方案構(gòu)建高效率、高質(zhì)量、高可靠的通信網(wǎng)絡(luò)承載智能化配電網(wǎng)各種業(yè)務(wù)信息，已成為急需研究的問題。 18 2020屆電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 3 章 智能配電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò) 智能配電網(wǎng)的概述 智能配電網(wǎng)（ SDG， Smart Distribution Grid）是智能電網(wǎng)的重要組成部分。只是中繼站是設(shè)在地球的同步衛(wèi)星上。此外，各地方小網(wǎng)以及農(nóng)網(wǎng)中還有很多一點(diǎn)多址小微波組成地區(qū)網(wǎng)。 2 光纖通信 由于光纖通信具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、傳輸容量大、頻帶寬、傳輸衰耗小等諸多優(yōu)點(diǎn) 。 電力通信的信道 1 電力線載波通信 電力線載波通信是電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的特有通信方式。電力通信利用改革之機(jī)最終推向市場，和電力系統(tǒng)開放通信市場已經(jīng)是大勢(shì)所趨 電力通信網(wǎng)的發(fā) 展趨勢(shì) 發(fā)展優(yōu)勢(shì) （ 1） 35kV 及以上輸電線路是架設(shè)電力特殊光纜的極好資源，經(jīng)濟(jì)、快速、安全、可靠； （ 2） 遍布全國各大城市的電纜管道和電桿是建設(shè)光纖接入網(wǎng)的極好資源；（ 3） 電力線通信（ PLC）技術(shù)的日益成熟，為用戶接入提供了首選手段；（ 4） 其它具有電力特色的技術(shù)，使電力資源得到充分有效的利用和發(fā)揮。放松管制（ Deregulation），打破壟斷，廠網(wǎng)分開，建立電力市場。 1979 年電力系統(tǒng)開始建設(shè)的亞洲第一條 1000km以上脈沖編碼調(diào)制 PCM480數(shù)字微波線路 —— 京漢微波，到 1981 年已陸續(xù)開通 1982 年，電力系統(tǒng)第一條光纖通信線路在山西太原供電局投運(yùn) 1982 年，原水利電力部建成以北京為中心，連接南寧、廣州、成都等地面站的衛(wèi)星通信系統(tǒng)；近年來，光纖通信得 到重視和發(fā)展 電力通信的現(xiàn)狀 全國電力通信主干網(wǎng)覆蓋全國各大電力集團(tuán)公司和省級(jí)電力公司以光纖、微波及衛(wèi)星電路組成主干網(wǎng)，以數(shù)字程控交換機(jī)（調(diào)度總機(jī)）組成全國電話網(wǎng)地方電網(wǎng)以光纖、微波通信為主，電力載波等其他通信方式為輔。 電力通信網(wǎng)的發(fā)展歷程 20 世紀(jì) 70 年代，國家批準(zhǔn)建立電力專用通信網(wǎng)，逐步發(fā)展建設(shè)以北京為中心，覆蓋全國通訊方式多樣：通信電纜，載波，微波，衛(wèi)星，光纖，移動(dòng)通信，現(xiàn)場總線等 電力載波通信曾經(jīng)具有重要地位從 1999 年開始，畢文遠(yuǎn)：論電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信及網(wǎng)絡(luò)管理 16 電力系統(tǒng)加大了光纖通信網(wǎng)的建設(shè)力度，提出以建設(shè)光纖通信為主、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信為輔的主干網(wǎng)。 通信點(diǎn)的分散性、業(yè)務(wù)量少等特點(diǎn)決定了電力通信各站點(diǎn)不可能都設(shè)通信值班。 “ 沖擊 ” 性 ， 當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，在事故發(fā)生及波及的 發(fā)電廠、變電站通信業(yè)務(wù)量會(huì)驟增，通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸通道的配置應(yīng)能承受這種沖擊。起初面電力調(diào)度需求，未來要滿足企業(yè)信息化建設(shè)的需要 特點(diǎn)要求較高的的可靠性和靈活性 ， 電力對(duì)人們的生產(chǎn)生活及國民經(jīng)濟(jì)有著重大的影響，電力供應(yīng)的安全穩(wěn)定是電力工作的重中之重。 14 2020屆電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 第 2 章 電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的概述 電力系統(tǒng)通信網(wǎng)的重要性及特點(diǎn) 電能的特點(diǎn)（瞬時(shí)性 /發(fā)輸配用同時(shí)完成），對(duì)通信的實(shí)時(shí)性要求高。這主要是由于其結(jié)構(gòu)太過復(fù)雜。換句話說，在給定的某一 OSI 層，信息單元的數(shù)據(jù)部分包含來自于所有上層的頭和尾以及數(shù)據(jù)，這稱之為封裝。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層，一個(gè)信息單元由第三層的頭和數(shù)據(jù)組成。頭、尾以及數(shù)據(jù)是相關(guān)聯(lián)的概念，它們?nèi)Q于分析信息單元的協(xié)議層。然而，在對(duì)來自上一層數(shù)據(jù)增加協(xié)議頭和協(xié)議尾，對(duì)一個(gè) OSI 層來說并不是必需的 當(dāng)數(shù)據(jù)在各層間傳送時(shí)，每一層都可以在數(shù)據(jù)上增加頭和尾，而這些數(shù)據(jù)已經(jīng)包含了上一層增加的頭和尾。每一層數(shù)據(jù)的頭和尾是兩個(gè)攜帶控制信息的基本形 式。 OSI 的七層運(yùn)用各種各樣的控制信息來和其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)層進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī) B 的物理層接收來自物理媒介的數(shù)據(jù)，然后將信息向上發(fā)送至數(shù)據(jù)鏈路層（第二層），數(shù)據(jù)鏈路層再轉(zhuǎn)送給網(wǎng)絡(luò)層，依次繼續(xù)直到信息到達(dá)計(jì)算機(jī) B 的應(yīng)用層。例如，計(jì)算機(jī) A 上的應(yīng)用程序要將信息發(fā)送到計(jì)算機(jī) B 的應(yīng)用程序，則計(jì)算機(jī) A 中的應(yīng)用程序需要將信息先發(fā)送到其應(yīng)用層（第七層），然后此層將信息發(fā)送到表示層（第六層），表示層將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到會(huì)話層（第五層 ），如此繼續(xù)，直至物理層（第一層）。最底層，即物理層是與物理網(wǎng)絡(luò)媒介（ 比如說，電線）最接近的，并且負(fù)責(zé)在媒介上發(fā)送數(shù)據(jù)。 OSI 模型的下層是處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹? OSI 模型的上層處理應(yīng)用程序問題，并且通常只應(yīng)用在軟件上?；緛碚f，第七至第四層處理數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目的地之間的端到端通信，而第三至第一層處理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信。這樣使得變更其中 某層提供的方案時(shí)不影響其他層。每一個(gè)任務(wù)或任務(wù)組則被分配到各個(gè) OSI 層。目前使用的大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的結(jié)構(gòu)都是基于 OSI 模型的。作為一個(gè)概念性框架，它是不同制造商的設(shè)備和應(yīng)用軟件在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的標(biāo)準(zhǔn)。因此，調(diào)制解調(diào)是無線或有線帶通數(shù)字信號(hào)通信中不可缺少的環(huán)節(jié)。把頻帶數(shù)字信號(hào)還原成基帶數(shù)字信號(hào)的反變換稱為數(shù)字解調(diào)。在現(xiàn)在文明高速發(fā)展的今天，人們?cè)絹碓诫x不開數(shù)字信息，數(shù)字通信也越來越重要，因此數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)越來越被廣泛應(yīng)用。近年來，四維調(diào)制等高維調(diào)制技術(shù)的研究也得到了迅速發(fā)展，并已應(yīng)用于高速 MODEM 中，為進(jìn)一步提高傳輸效率奠定了基礎(chǔ)。更有將幅度與相位聯(lián)合調(diào)制的 QAM（ Quadrature Amplitude Modulation，畢文遠(yuǎn)：論電 力系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信及網(wǎng)絡(luò)管理 10 正交振幅調(diào)制）技術(shù)，目前數(shù)字微波中廣泛使 用的 256QAM，其頻帶利用率可達(dá) 8bit/s/Hz， 8 倍于 2ASK 或 BIT/SK?，F(xiàn)有的傳輸媒介電纜、微波中繼和衛(wèi)星通信等將更多地采用數(shù)字傳輸。 1934 年美國學(xué)者李佛西提出脈沖編碼調(diào)制（ PCM）的概念，從此之后通信數(shù)字化的時(shí)代應(yīng)該說已經(jīng)開始了，但是數(shù)字通信的高速發(fā)展卻是 20世紀(jì) 70年代以后才開始的。 數(shù)字調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制是將各種基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào) (已調(diào)信號(hào)或頻帶信號(hào) )，就是用基帶信號(hào)去控制載波信號(hào)的某個(gè)或幾個(gè)參量的變化，將信息荷載在其上形成已調(diào)信號(hào)傳輸，而解調(diào)是調(diào)制的反過程，通過具體的方法從已調(diào)信號(hào)的參量變化中將恢復(fù) 原始的基帶信號(hào)。 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) －不經(jīng)載波調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的系統(tǒng)，常接 收濾 波 器抽 樣判 決 器信 道 信 號(hào)形 成 器信 道基 帶 脈 沖 基 帶 脈 沖輸 入 輸 出同 步提 取噪 聲2020屆電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 用于傳輸距離 不太遠(yuǎn)的情況下。 1差錯(cuò)類型 隨即差錯(cuò) 突發(fā)差錯(cuò) 2差錯(cuò)控制方式 前向糾錯(cuò) 自動(dòng)請(qǐng)求重傳 混合糾錯(cuò)方式 數(shù)字基帶傳輸 在數(shù)字通信系統(tǒng)的模型中，包括了兩個(gè)重要的變換， 即信源與基帶信號(hào)之間的變換。 （ 1）脈沖編碼調(diào)制 1 抽樣 2 量化 3 編碼與解碼 （ 2）自適應(yīng)差分脈沖碼調(diào)制 1 差分脈碼調(diào)制 畢文遠(yuǎn)：論電 力系統(tǒng)遠(yuǎn)程通信及網(wǎng)絡(luò)管理 8 2 ADPCM 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制 信道編碼 信道編碼是提高數(shù)字床書可靠性的一種技術(shù)。 1有效性指標(biāo)提高資源利用率 傳輸速率，信道利用率 （ 1）碼元傳輸速率（符號(hào)傳輸速率） 波特 （ 2）信息傳輸速率 Rb （ bit/s） （ 3）頻帶利用率 2可靠性指標(biāo)盡可能準(zhǔn)確無誤 誤碼率，錯(cuò)誤時(shí)間率 抖動(dòng) 漂移 即誤碼率和誤比特率 信源編碼與信道編碼 信源編碼 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，當(dāng)信源發(fā)出的信號(hào)為模擬量，必須先將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，這就是信源編碼。此外，同步裝置也是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分。因此，數(shù)字基帶信號(hào)必須經(jīng)過載波調(diào)制。數(shù)字基帶信號(hào)可以直接在明線和電纜中傳輸，稱作基帶傳輸。根據(jù)傳輸媒介的不同，可分 為有限信道（明線，電纜，光纜信道）和無線信道（短波，微波，衛(wèi)星中繼信道等）兩大類。信道編碼有重傳反饋（ ARQ），線性分組碼，卷積碼等。 信道編碼主要解決數(shù)字通信的傳輸可靠性問題，也稱作編碼抗干擾編碼。信源壓縮編碼，是對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮處理，去除或減少亢余度：或者把能量集中起來，縮小占據(jù)的頻帶，以提高通信的有效性。 信源編碼包括模擬信號(hào)的數(shù)字化和信源壓縮編碼兩個(gè)范疇。但從系統(tǒng)的主要功能和部件看，可概括為下圖： 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成 從宏觀上看，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與通信原理中介紹的通信系統(tǒng)概念一樣具有信源、信宿和傳輸信道（介質(zhì)）三部分。 4 2020屆電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 1 章 數(shù)字通信原理及 OSI 協(xié)議 數(shù)字通信基礎(chǔ) 數(shù)字通信的基本概念 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞數(shù)字信息的系統(tǒng)。我們國家現(xiàn)在提出要建設(shè)智能電網(wǎng)，建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，沒有這樣的通信管理系統(tǒng)，任何智能電網(wǎng)的特征都無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)獲取、保護(hù)和控制都需要這樣的通信系統(tǒng)的支持，因此建立這樣的通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)是邁向智能電網(wǎng)的第一步。隨著通信設(shè)備智能化水平的提高和通信業(yè)務(wù)需求的增長，通信組網(wǎng)的靈活性越來越大，通信網(wǎng)的規(guī)模也越來越大，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。隨著電力通信網(wǎng)的發(fā)展，作為新一代通信2020屆電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 網(wǎng)基礎(chǔ)的智能化設(shè)備出現(xiàn)后，產(chǎn)生了網(wǎng)元管理系統(tǒng)，它除了對(duì)設(shè)備故障的監(jiān)控功能外，還包括對(duì)設(shè)備性能、配置及安全的管理。面對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，這樣一些苛刻的管理要求，唯一的也是十分有效的方法就是建立具有綜合業(yè)務(wù)功能、綜