电力系统远动

第一章概述

1 远动的含义：利用远程通信技术进行信息传输，实现对远方运行设备的监视和控制。

2 四遥：遥测、遥信、遥控、遥调。

3 遥测：应用远程通信技术，传输被测变量的值。

遥信：远程信号，对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。

遥控：应用远程通信技术，使运行设备的状态产生变化。

遥调：即远程调节，对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。

4 现代电力系统由发电厂、变电所、输配电线路和用电设备等组成，包括发电、输电、配电和3用电四个环节。

5 电力系统调度中心的任务：一是合理地调度所属发电厂的出力，制定运行方式，从而保证电力系统的正常运行安全、经济地向用户提供满足质量要求的电能。二是在电力系统发生故障时，迅速排除故障，尽快恢复电力系统的正常运行。

6 遥测的信息：电量和非电量。电量如：电压、电流、功率，有功，无功，功率因数等，非电量如：发电机温度，水库水位等。

7 遥控信息下达后必须进行返回校验。远动信息的传输方式，循环式和问答式polling。

8 循环式：厂站自动向调度端周期性的传输测量的信息，对信道要求较低。问答式：调度端向厂站发送查询命令，对信道要求较高，且保证有上下行信道。

9 远动信息的编码

规约规定：由远动信息产生的任何信息字都是由48位二进制数构成，即所有的信息字的位数相同。其中前八位是功能码，最后八位是校验码，用CRC校验

10 校验码是信息字中用于检错和纠错的部分，他的作用是提高信息在传输过程中的抗信道干扰能力。

11 问答式传输规约与循环式规约的不同，问答式传输规约中不同类型的报文，报文的总字节数不同，即报文的长度不同，且报文长度的变化总是八位八位的增减，即八位八位的增加或减少。

12 问答式传输规约中的报文，报头通常有3----4个字节，它指出进行问答的双方中RTU 的地址、报文所属的类型、报文中数据的字节数、数据区表示报文要传送的信息内容，它的字节数和字节中各位的含义随报文类型的不同而不同，且数据字节数是多少，由报文头中的有关字节指出，校验码按照规约给定的某种编码规则，用报文头和数据的字节运算得到。13 常用的远动信道

信道是信号传输时经过的通道。传输远动信息的通道称为信道。常用的信道有：专用有线信道，复用电力线载波信道，微波信道，光纤信道，无线电信道等，信道质量的好坏影响信号传输的可靠性。

14 专用有线信道需要架空明线或专用电缆，用作近距离传输。电力线载波信道，由于电力线覆盖各个电厂和变电所等电业部门，不另外增加线路投资，且结构坚固，所以得到广泛的应用。微波信道拥频率为300MHz----300GHz的无线电波传输信号，优点是频率宽，传输稳定，方向性强，保密性好。光纤信道中的传输过程是发送端将电信号转变为光信号，让光信号沿着光导纤维传输，接收端将光信号还原为电信号。光导纤维传输信号的工作频率高，光纤通信具有信道宽，容量大，衰减小，不受外界电磁场干扰，误码率低等特点，它的性能较好。无线电信道由发射机、发射天线、自由空间、接收天线和接收机组成。

信号的电磁波在自由空间中传输，因为他利用自由空间进行传输，不需架设通信线路，节约大量金属材料和减少维护人员的工作量，在电力系统中应用广泛。

第三节远动系统

1 远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，包括对必须过程信息采集、

处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能，构成包括厂站端远动装置、调度端远动装置和远动信道。

2 调度中心：即主站，它对子站实现远程监控的站，子站也成受控站。

主站的远动装置称为前置机，子站的远动装置称为远动终端装置（RTU)

3 前置机是缓冲和处理输入和输出数据的处理机，它接受RTU 送来的远动信息，经译码还原，完成显示、打印等功能。调度员可以向前置机输入遥控和遥调的命令，并经编码（按远动规约）传向RTU.

4 RTU 对各种电量变送器送来的0-----5V 的直流电压分时完成A|D 转换，将测量到的二进制信息按规约编成遥测信息和遥信信息后发向前置机，还接收前置机送来的遥控信息和遥调信息，经译码还原，遥调对象号和设定值，经返回校验正确后对遥控命令执行输出。

5 前置机和RTU 接收信息时必须保证对方同步工作。远动系统中的前置机和RTU 是一对N 的配置方式。

二 远动系统配置的基本模式

远动配置指主站与若干子站及连接这些子站的传输线路的组合体。

1 (1) 点对点配置，(2)多路点对点配置，(3) 多点星形配置，(4)多点共线配置,(5)多点环形配置

2 调度自动化系统按其功能的不同，划分为数据采 集和监控系统SCADA 和能量管理系统EMS

第二章远动信息传输规约

一 数字通信系统模型

传输数字信号的通信系统称为数字通信系统。

M C R S

1 信息源作用是把消息转换成信号输出。信源编码对信息源发出的模拟信号完成A\D 转换，得到对应的数字信号，这些信号与S 中原有的数字信号进行编码。信道编码是按一定的规则，在信息序列m 中添加一些冗余码元，将信息序列m 变成较长的二进制数字序列c ，称它为码字。

2 信道编码是为了提高信息序列M 的抗干扰能力，提高数字信号的信号传输的可靠性。

3 调制的作用是将用数字序列表示码字C ，变换成适合于在信道中传输的信号形式，送入信道。

4 信道是信息传输的通道。

5 干扰分为随机干扰和突发干扰，随机干扰与前后码元无关，突发干扰：码字中某些码字的错误具有相关性。

6 通信方式：单工，半双工，双工。SCADA 系统中远动信息采用双工和半双工

二、数字信号的质量

1 通信系统的质量指标主要是信号传输的有效性和信号传输的可靠性。信号传输的有效性是指在给定的信道内能够传输信息内容的多少。可靠性是指在给定的信道内接收到信息的准确性。

2 系统的传输速率可以用码元传输的速率来表示，也可以用信息传输的速率来表示，码元信息源 信源编码 调制 信道 解调 信道译码 信源译码 受信者 信道编码

传输速率为每秒钟传送码元的数目，单位为波特（Bd ）。信息传输速率为每秒钟传输的信息量，单位为比特每秒（bit\s)

3 消息的信息量I=log 2p 1 P ：消息出现的概率

I ：该消息的信息量

一个消息出现的概率越小，它的信息量就越大。一个用N 进制符号表示的消息，它的信息量为I=log 2N (bit|s)

每个码元都取二进制时，每个码元表示的信息量为1bit

远动系统中，每秒钟传送的码元数目和每秒钟传送的信息量在数值上是相等的。

4 数字通行系统内的传输的可靠性用差错率来衡量，误码率（pe ）及误信率等于错误接收的码元数与传送总码元数之比，用Pe 表示。误比特率等于错误接收的信息量与传送信息总量之比。用Peb 表示。一般误信率不大于10-5。

第三节 串行通信和传输的控制规约

一、异步通信最基本的两种形式：同步通信和异步通信。同步通信的传输效率低，收发双方必须设置相同的字符格式。

二、同步通信

同步通信：收发双方设置相同的同步字符，必须保证有同步时钟，由它们分别控制信号的发送和接受。

三、传输控制规程

同步传输控制规程有3中，面向字符的双同步通信协议（BCS)、面向比特的同步数据链路传输协议（CDLC ）和面向比特的高级数据链路传输协议（HDLC ）。

第五节 远动信息的循环式传输规约

1 关于信息传输顺序、信息格式、信息内容等的约定称为规约或协议。规约等各种约定应遵照部颁的循环式传输规约，也称循环式远动规约。

一、帧结构

1 每帧开头有同步字、控制字，除少数帧外都有信息字、且信息字根据需要设定，帧长度可变，但同步字、控制字、信息字都由48位二进制数组成，字长不变。

2 循环式不考虑差错，问答式有检错重发。循环式可靠性低，主要用于等级较低的电网中。

3 构成（48,40）码组，有8 位校验码，编码效率R=1-N

R 其中48=N 40=K R=N-K.

二、信息字

1 每个信息字有6各字节组成，第一个字节为功能码，第2-----5 字节是信息数据字节，最后一个字节是校验码。

2 信息字可以分为上行信息字和下行信息字。

三、帧的组织方式分为五帧：A 、B 、C 、D （D1和D2)，E 五种不同的帧。

四、帧结构的简化

取消控制字，这种帧结构的帧长度不变，并且不能选择多中帧类别。

第四节 问答式传输规约

一 规约中的有关定义

校验字符 数据 同步字符

1 报文，问答式（polling)方式中，无论FEP向RTU还是RTU向FEP传送的数据，都称为报文。

2 类别指数据或信息依其不同的扫描周期来划分为：0、1、2、3、4、5、6、7、类。

3 一台RTU由多个模块组成。

4 RTU与FEP之间采用异步通信的方式，字符格式是一位起始位、一位停止位，无奇偶校验位，每个字符8各数据位。

二报文的格式3种

主站向子站询问的报文格式，子站向主站回答确认或否定确认的报文格式，主站向子站、子站向主站传送数据的报文格式。

第三章远动信息的信息编译码

第一节抗干扰的编码的基本原理

1 信道是远动系统的重要组成部分，由于信道干扰降低了信息的可靠性，在信息进入信道之前对它加以改造，得到码字。码字内部具有一定的规律性和相关性，以致被干扰破坏的码字根据相关性和规律性，发现甚至纠正错误，达到恢复原来信息的目的，这就是信道编码的基本思想。信道编码也称为抗干扰编码。

2 信道编码的一般方法是对信源编码得到的信息序列按照某种规律，添加一定的校验码元，由信源编码信息序列和校验码元序列构成具有抗干扰能力的码字。

3 信道编码的大多采用奇偶校验和循环冗余校验。

4 抗干扰编码的作用：还原信息位序列，提高信道的抗干扰能力。

一最小码距与码的检错、纠错能力

K表示向信道编码输入的信息序列的码元位数，并用n表示信道编码输出的码字的码元位数，因此码字中的校验位（n-k)位，一般r=n-k ，记为（n ,k)码，在二元码中任意一个（n,k)码最多包含的码字为2k个。

码字的相似程度可以用码距的大小进行判断，两个相同长度的码字之间，对应位上不同码元的数目，称之为不同码字之间的码距。对两个并非相等的码字，把可能的码字对之间的码距

的最小值称为最小码距。记为d min

码字中非零码元的个数称为重量，用W表示。

检错能力t<=21-

dmin

纠错能力L <=

2

1-

dmin

有检错不一定有纠错能力，有纠错一定有检错能力。

编码效率R=

n

K

第二节循环码的编译码原理

循环码分为非系统循环码和系统循环码

（n，k）系统循环码的编码过程：信息多项式m（x）乘以X n-k,得到X n-k m（x）；然后用生成多项式g（x）去除X n-k m（x），如果商为q（x），余数为r（x），则X n-k m （x）=g（x）q（x）+r（x），最后用r（x）模2加X n-k m（x）得到循环码码字c（x）=X n-k m （x）+r（x）。

缩短循环码不是循环码

第四节循环码的检错和纠错能力

发送端：c(x)=c n-1x n-1+c n-2x n-2+ ……+c1x+c0

接收端：R(x)=r n-1x n-1+…+r

1x+r0

用接收到的码字r(x除以生成多项式g(x),如果商为p（x),余式为s（x）则r（x）=p（x）g （x）+s（x）

多项式s（x）称为伴随式。S（x）为零，则无错。

错误图样e（x），e（x）=r（x）模2加c（x）

当错误图样e（x）为生成多项式g（x）的倍式，即错误图样能被生成多项式除尽时，伴随式为零，属于不检出的错误。

错误图样最多为2n种不同的n位序列。

第四章远动信息的时序及同步

远动信息在远动信道上的传输采用时分多路制，CDT规约中8位码元构成一个字节，6个字节构成一个码子，多个码子构成一帧。Polling规约中多个字节构成一个报文。

远动装置的同步就是要保证收发两端码子计数器和字节计数器的计数值一致，并且使接收时钟的相位与发送时钟的相位差不超过允许值。

远动装置中实现同步的方法有帧同步和位同步两种。

第五章远动信息的信源编码

第一节遥信信息的采集与处理

遥信信息是二元状态量，即使说对于每一个遥信对象有两种状态，两种状态为非的关系。一个遥信对象正好对应于计算机中二进制码的一位0或1,状态。

在电力系统中，遥信信息可以表示设备的启停，断路器的投切，隔离开关的开合，告警信号的有无，保护动作与否等。

一遥信对象状态的采集

1 遥信信息通常由电力设备的辅助接点的开合直接反映出设备的工作状态，提供给远动装置的辅助接点大多为无源接点，即空接点。这种接点无论在“开”状态还是在“合”状态下，接点两端均无电位差。另一类辅助接点则是有源节点，有源接点在“开”状态两端有一个直流电压，由系统蓄电池提供110V或220V的电压，不论是无源还是有源触点，由它们来自强电系统，直接进入远动装置将会干扰甚至损坏远动设备，因此，必须加入信号隔离措施，通常采用继电器和光耦合器作为遥信隔离器件。

2 目前在遥信对象状态的采集方面也有采用双触点遥信的方法，这种方法可以提高遥信信息信源的可靠性和准确性。

二遥信状态输入电路

1 接收遥信量的输入电路可以采用三态门芯片、并行接口芯片和数字多路开关芯片三类接口芯片实现。

2 三态门芯片种类众多。遥信量直接至输入端，输出端可直接挂在CPU的数据总线上，选通信号由CPU或译码电路提供，当选通信号为低电平时，输出端状态跟踪输入，当选通信号为高电平时，输出处于高阻态，输入状态的变化不影响输出。

3 遥信信息在采集和处理上的两种不同模式：定时扫查和变位触发。

4 遥信信息不同于遥测信息，它不是随时都在变化，通常状态下是不变的，而状态的改变往

往又是瞬间完成的。因此对遥信量采集时，必须不断地扫查，以捕捉遥信变位。

5 通常系统对遥信采集有一个分辨率指标，即对同一遥信量前后两次扫查的时间间隔。

6 遥信定时扫查模式方式简单，结构清晰，由于每一个时间间隔中都要进行全遥信扫查，如果采集的遥信量大，同时要求分辨率高时，则会加重CPU 的负荷，影响CPU对其他中断的响应速度，延长程序的执行时间，降低了实时性。

三提高遥信信息可靠性的措施（硬件和软件两个方面）

1 硬件方面，首先要保证强电和弱点信号的隔离，通常采用继电器隔离和光耦合器隔离。

2 在软件方面，不能以一次读取的遥信状态为准，因为一次读取的数据可能正是收到干扰的，或在遥信状态变化的过程中读取的，带有随机性，必须连续多次读取数据，以其每次读取均相同的状态作为遥信状态，这样才能保证遥信信息的正确性和可靠性。

四事件顺序记录

事件指的是运行设备状态的变化。

为了保证系统分辨率，全系统应该参照同一个时间标准，而必须建立全网的统一时钟。

第二节遥测量的采集

遥测（即远程测量）信息是表示系统进行状态的连续变化量，分为电量和非电量两种。

一模数转换原理

1 实现模数转换的方法很多，有逐位比较式、双积分式、并行比较式以及u|f转换式。

2 模拟遥测输入接口电路

电路主要有三个部分：CPU、译码、程序和数据存储。

第三节遥测信息的处理

1 A\D转换后的数据为原始数据，或称为生数据。

2 数字滤波就是在计算机中用一定的计算方法对输入信号的量化数据进行数学处理，减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性

二死区计算

1 当模拟量在这个规定的范围内变化时，认为该模拟量没有变化，这个期间模拟量的值用原值表示，这个规定的范围称为死区。死区计算实际上是降低模拟量变化灵敏度的一种方法。

2 在死区计算中，死区的大小选定应当合理，取值过小，则灵敏度过高，不能减轻处理负担，取值过大，则易疏漏一些重要的变化信息。

三越限比较

1 远动装置不单是对电力系统中各种运行参数进行采集，还需要对这些量作辅助分析，一旦发现某一量超出允许的范围，记为越限，可能是越上限或越下限。遥测数据的每一次刷新，都要做一次比较工作，并把比较的结果存起来，比较结果有三种可能，不越限，越上限和越下限。

第四节脉冲量的采集和处理

1 脉冲电能表发出的脉冲是经光电耦合采用集电极开路的形式输出，因此，信号的提取需外加电源。

2 光电耦合提高了系统的抗干扰能力

3 采取双绞线作为信号的传输，为了增强抗干扰能力。

4 脉冲采集常用的两种方法，硬件计数法和软件计数法。

第五节遥控和遥调

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