配电网自动化技术课程设计

《配电网自动化技术》课程设计任务书目录一、意义及设计背景 (3)二、设计目的 (3)三、设计内容和要求 (3)四、设计内容分析 (4)五、设计原理 (4)1、召唤式应答规约 (4)2、越限 (4)3、遥测 (5)4、遥信 (5)5、遥控 (5)6、SOE (5)7、通信帧的格式 (5)8、循环码校验 (6)六、详细设计 (7)1、功能码 (7)2、下行报文帧结构设计，即主站对子站的命令。

(8)3、上行报文帧结构设计，即子站对主站的响应。

(9)4、全报文数据结构的设计 (12)5、信息的传送原则 (12)6、查表法 (13)7、CRC表的产生 (15)8、IED通信传输和接受的流程图 (16)七、设计总结 (17)参考文献： (18)一、设计背景在配电网自动化系统中，数据通信是一个极为重要的环节。

数据通信既可能是在一个厂站内进行，也可能是在厂站之间进行，还可以是在远达数千公里的厂站与调度中心之间进行。

变电站自动化系统，普遍采用分布式的监视和控制系统，各类IED装置和通信管理机不断进行通信，使通信管理机实现现场信息的集结和控制命令的下达，使IED 装置实现现场信息的上传。

在数据通信系统中，为保证这种数据通信的正常有序进行，双方必须遵守一些共同的约定，这些约定就是通信规约。

因此，通信规约是数据通信的基础。

在我国配电网自动化系统中，通信规约一般可以分为循环传送式通信规约、召唤式应答通信规约、对等式通信规约。

由于召唤式通信规约可节省信道，数据传输速度高，通道适应性强，因此得到了广泛的应用。

由于信息在传输过程中会受到不同程度的干扰，干扰将会使信息出错，出现信息的失真，接收端将收到错误的信息。

因此，必须在传送的信号上加上抗干扰编码，即利用信道编码器实现差错控制。

差错控制的目的是要发现传输过程中出现的错码，进而加以修正。

循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)是一种重要的校验方式，编码简单且误判概率很低，在电力自动化通信系统中得到了广泛的应用。

二、设计目的配电网自动化技术是集计算机技术、现代数据通信技术和电力系统运行控制理论为一体的自动化系统，其中的数据通信技术是保证配电自动化系统实施的关键。

配电网自动化系统一般分为三层：第一层为现场IED设备层，第二层为配电子站即通信管理机，第三层为主站层。

本次课程设计为设计变电站自动化系统中通信管理机与现场各类IED 设备的通信，采用的是召唤式应答通信规约，在此基础上设计帧结构。

因此，通过本次课程设计能够使我们明白配电网自动化系统中通信的实现原理，为以后开展配电网自动化有关工作具有重要指导意义。

本次配电网课程设计的目的有以下几点：1、加深对配电网自动化课程中基本概念和计算方法的掌握和理解。

2、掌握信息传送帧结构的设计。

3、理解掌握循环码监督码的计算方法，循环码的生成多项式。

4、掌握用查表法实现CRC-16校验码生成和校验。

5、了解主机规约传输和接收的程序流程，并画出流程图。

三、设计内容和要求1、根据功能要求，确定传输的内容（命令）编码，在此基础上设计出帧结构。

2、设计出每一类信息的传送帧格式。

3、根据信息的传送重要性确定信息的传送原则。

，4、校验方式选用CRC-16校验方式。

生成多项式g(x)=x16+x15+x5+15、用查表法实现CRC-16校验码生成和校验。

6、设计主机规约传输和接收的程序流程，并画出流程图。

7、设计CRC校验子程序流程。

8、编写程序9、撰写设计报告。

四、设计内容分析1、根据题目要求，IED和通信管理机之间的通信时通过RS485总线或CAN总线进行串行通信。

2、IED和通信管理机之间进行通信时采用的通信规约是召唤式应答规约。

3、需要设计遥测帧结构、遥信帧结构、遥控帧结构、事件顺序记录（SOE）帧结构以及越限信息的帧结构。

4、校验方式为CRC—16，用查表法实现校验码生成和实现，需要设计校验子程序的流程图。

5、根据信息传送的重要性区别确定出信息的传送原则。

6、设计主机规约传输和接收的流程图。

五、设计原理1、召唤式应答规约问答通信方式由主站掌握遥测、遥信通信的主动权，主站轮流询问IED设备，各IED 设备只有在接到主站询问后才可以回答（报送数据），主站主动，依此轮流询问各个子站。

如被询问的子站无数据传送，就转向询问下一子站。

如被询问的子站又数据发送，一般就在数据送完后再转向询问下一个子站。

为了提高效率，通常遥信采用变位传送，遥测采用越阈值传送。

2、越限电力系统运行时，各种电气参数受约束条件的限制，不能超过一定得现值，母线的电压不能太高或太低，功率传送不能太高，当电气量超过一定的范围时，对其参数应及时进行检查，如超越限值，应进行警告。

告警上限：当模拟量变化超过此值时，进行告警并记录。

告警下线：当模拟量变化低于此值时，进行告警并记录。

上复位限：低于告警上限的一个值，当值低于此值时，认为模拟量恢复正常。

下复位限：高于告警下限的一个值，当值高于此值时，认为模拟量恢复正常。

如果运行参数由于某些原因在限值附近波动时，就会出限越限和复限不断交替，频繁告警，为了减少这种情况，通过设置“越限呆滞区”来缓解。

当运行参数超越上限，图中的a点时，判为越上限，可发出越上限告警信号。

此后当运行参数回落到b 点以下，才判为复限，而两外的1、2两点不作撤警和重新告警处理。

同理c、d段被判为连续地越下限状态。

越限呆滞区:给定的一个量值，即上限和上复位限的差值或下复位限和下限的差值。

3、遥测：将远方厂、站需要测量的被测量，应用FTU中的微机采样并预处理后，利用通信技术经通信通道送到调度端的MS，储存并显示。

遥测量包括母线电压，功率、线路电流、主变有功、无功、油温、频率及一些需要了解的非电量等各种模拟量。

根据被测信息的重要性，可将YC量分为重要遥测、次要遥测、一般遥测。

4、遥信：将远方厂、站的设备运行状态信号、保护信号、应用FTU采集后，利用通信技术经通信通道送到调度端的MS，储存并显示。

5、遥控：调度端MS应用通信技术，通过通信通道对远方厂、站的FTU管理的设备发送状态控制命令，相应的设备接受命令并执行。

6、SOE：记录状态量发生变化的时刻的先后顺序。

7、通信帧的格式帧的格式如下图所示。

（1）帧由帧头、信息包和FCS[16bit](CRC)及帧尾组成。

帧头：0x7E，长度为：1BYTE；帧尾：0x7C，长度为：1BYTE；FCS：16bit CRC（即CRC-16），由Packet形成。

帧发送时，高字节在前，低字节在后，例如发送256，先发送0x01，再0x00。

帧发送时，信息包和FCS中出现0x7E、0x7C、0x7D分别转义为：0x7D 0x5E、0x7D 0x5C、0x7D 0x5D（原字节和0x20异或）。

（2）信息包由包头和数据组成。

包头由目的地址，源地址，功能码和包长度组成。

8、循环码校验循环码是一种常用的校验码，是线性分组码中的一个重要子类。

它有严格的代数结构，用代数方法可以找出许多编码效率高、检错纠错能力强的循环码来。

由于循环码的编码和检错方法简单，而且具有了许多有效的纠错方法，所以得到了广泛的应用。

对于一个长度位k的二进制信息码元，用M X)(表示。

发送装置将产生一个r位的码元序列，称为监督码序列，，用R X)(表示，附加在k位的信息码元序列后面，组成总长度为n 位（n=k+r ）的循环序列码C X )(,使得这个n 位的循环码序列，可以被某个预定的生成多项式G X )(整除，并把n 位的循环码C X )(作为一帧信息发送出去。

接收装置对接收到的n 位码元的帧，除以同样的生成多项式G X )(。

当无余数时，则认为没有错误，这就是循环冗余校验的实质。

实现CRC 的基本原理，简单的说，就是原始数据通过某种算法，得到一个新的数据，而这个新的数据与原始数据有着固有的内在联系。

通过把原始数据和新数据组合在一起，形成新的数据，因此这个新数据具有自我校验的能力。

我们把原来的资料表示为P)x (，它是一个n 阶的多项式，表示为：P )x (=++----xa xn n n n 2211a …+a x 011a +式中a i 为0或1 ，x 为伪变数，并用x i指明各位间的排列位置。

因此，一个8位的二进制数01001001可以表示为：P )x (=x 70+x 61+x 50+x 40+x 31+x 20+x 10+x 01 P)x (通过除以CRC 多项式G X )(后，得到一个余数R x )(和商Q x )(,这个R x )(就是我们需要的CRC 校验值，上述用公式表示：P )x (=Q x )(*G X )(+Rx )(CRC —16校验方式的生成多项式为g(x)=x16+x 15+x5+1六、详细设计 1、功能码2、下行报文帧结构设计，即主站对子站的命令。

帧头为：0x7E，长度为：1BYTE；目的地址即主站地址为EEH，占1BYTE；源地址即现场设备地址为20H—3EH，占1BYTE；包长度：整个帧字数之和，根据实际要求确定其长度的大小；FCS：CRC-16，占2 BYTE；帧尾为：0x7C，长度为：1BYTE；由于遥信量、遥控量、遥测量、越限、SOE、全报文帧结构中帧头、帧尾、目的地址、源地址、FCS均相同（功能码上表已给出），区别只在于数据和包长度（根据实际要求确定其大小），故只要设计各自帧结构中的数据结构，以下是详细帧结构中数据结构的设计。

（1）遥测帧结构的设计个数：主站所要采集的信息量的数目，数目为12个；占1BYTE；编号：遥信信息量的编号，编号为1~12；1BYTE；方式：表示发送的遥测量是全部遥测量、所需要的n个遥测量还是分段遥测量；11表示选取全部遥测量，10表示选取n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的遥测量。

（2）遥控帧结构的设计个数：开关量的个数；占1BYTE；编号：开关量的编号；占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选取所需要的n个开关量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。

状态：反映各开关状态的改变；00表示开关由合到分，11表示开关由分到合，占1BYTE；下行遥控动令数据结构设计下行遥控动令帧结构中无数据。

个数：主站所要采集的信息量的数目，数目为20；占1BYTE；编号：采集量的编号，编号为1~20；1BYTE；方式：表示发送的遥信量是全部遥信量、所需要的n个遥信量还是分段遥信量；11表示选取全部遥信量，10表示选取n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的遥信量。

（4）SOE下行帧结构中无数据。

（5）下行越限帧结构中无数据。