电力数据通信

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1、1 计算机通信和电力数据网络 1.1 数据通信一般概念 数据通信技术是近年来通信技术发展最快的的一个分支。一般地说，只要是以编码的方 式表示信息，用某种信号形式在信道上传送这些编码的通信都叫做数据通信。数据通信所传 送的信息可以是数据、文字、图象、声音等各种内容，可以通过电话网、分组交换网、专用 数据网等各种通信信道进行通信。 计算机通信主要指计算机之间和计算机与终端之间的数据通信。广义而言，数据通信也 就是计算机通信，为通信而构成的网络也就是计算机网络，只是计算机网络侧重于解决计算 机资源的共享和负荷的分担，而数据通信网则侧重于传输和交换。 1.2 电力数据网 随着各级电网调度自动

2、化系统的建立和运行，各级系统之间信息交互的需求已经越来越迫 切。传统的解决方法是用所谓“转发”方式，即采用与RTU通信相似的规约，通过点到点 信道在两个主站系统之间传递信息。这种方法不够灵活，更不便于多个主站之间相互共享信 息。因此，建立电力数据网，通过计算机网络在各级调度中心的主站系统之间共享信息，是 必然的趋势。 1996 年，原国家电力部已经在国家电力调度中心和全国各大网调和独立省调之间建立了电 力数据一级网。 96 年以后，各大网调到省调之间的电力数据二级网也基本建立起来。目前， 各省到地区/市之间的三级网也正在建设中。 电力数据网可以支持实时和非实时的各种网络应用。为了在各级电网

3、调度自动化系统之间共 享实时信息，原国家能源部于 1992 年发布了“电力系统实时数据通信应用层协议”，作为国 家电力行业标准，即 DL 476-92。遵照这个标准，国家电力调度中心和各大网调/独立省调已 经实现了调度自动化系统之间的实时数据通信。 截止到1997年，IEC TC57委员会已经制定了有关标准，即远动应用服务元素（TASE.2）协 议，也称控制中心间通信协议ICCP，可使电网控制中心与其它电网控制中心、区域控制中 心、独立发电厂等通过广域网（WAN）进行数据交换。今后电力数据网上的实时信息交换 将逐步向这些国际标准过渡。 1.3 分站的各种通讯方式 目前，分站和主站之间的通

4、信方式主要有两种，一种是循环式，适用于点对点的远动通道结 构，其主要特点是以厂站端为主动方，循环不断地向调度端发送遥测、遥信等数据。 另一种是问答式，它的主要特点是主站掌握通信的主动权，主站可以按需要指定分站传送某 一个或某种类型的远动数据，传送中有差错时主站可要求重传。问答式远动的分站为了准备 遥测、遥信等数据，和循环式一样需要相应的硬件和软件，以一定的扫描速度来采集遥信和 遥测等数据，并判别是否有遥信变位，遥测越阈值等情况发生。和循环式不同的是这些数据 采集之后并不立即发送，而是先行存储，等主站需要时才将它们按规定的格式组装发送。可 见问答式远动中分站的工作，对遥信、遥测而言可分为两步，

5、一是数据准备，以一定的扫描 频率采集实时数据，适当处理后存储待用，二是按主站的要求组装发送。问答式远动主站的 工作主要是轮流询问各个分站，并接收分站送来的信息加工处理。和循环式相比主要是增加 了主动轮询各分站的任务。 至于遥控、遥调，在循环式中主动权也在主站，因此问答式和循环式没有什么差别。 当用计算机技术实现远动功能时，分站和主站的硬件部分，无论是按循环式或按问答式工作， 都必须提供数据采集、处理、存储、发送、接收以及输出执行等的物质条件，因而硬件部分 对于循环式或问答式并没有实质性的差别。问答式和循环式的主要差别在于软件，即在于主 站和分站之间的对话方式。 厂站端远动装置遥测、遥信部分的

6、主要功能是组织好遥测、遥信等远动信息发往调度端。远 动数据的传送应按约定的格式进行，收发两端应事先对传送速率、同步方式、数据结构等相 互约定，共同遵守。这些约定称为通信规约。发送端按通信规约的规定及时组织好要发送的 远动字，然后按字节逐一递交给串行通信接口，再经调制器发往信道。调度端经解调器解调 按规定格式逐一接收。 1.3.1 循环式远动通信 循环传送方式的帧结构和字结构 循环式远动系统中，厂站端按约定的规则循环不断地向调度端发送远动数据。基本的帧格式 见下图，每帧由若干远动字组成，以同步字SYN开头。一帧结束后再按规约规定传送下一 帧，如此不断循环。以微机构成的远动装置通常以8位的字

7、节作为基本单位，例如一个远动 字占用6个字节，共48位，同步字可采用三组EB90H,也是48位。 SYN 远动字1 远动字2 远动字n SYN 远动字1 1帧 图 5-13 循环式远动的帧结构 远动字基本结构见下图，其中第1 个字节为地址字，用以识别各个远动字。地址字也称点号 或功能码。最后一个字节为校验码，用作抗干扰保护。中间的4个字节为远动数据。如为遥 测远动字则可传送2个遥测量，每个遥测量占2个字节共16位，其中12位为遥测量的数值， 另4位用作标志位，表明遥测量的数值是否有效等。如为遥信远动字，则可传送2组遥信数 据，每组2个字节16位，总

8、共4个字节32位，可以传送32个开关量的状态。 8 88 88 8 地址字 远动数据1 远动数据1 校验码 图 5-14 循环式远动的字结构 遥信、遥测的发送 各路的遥测数据和遥信数据经采集和处理后，分别存放在内存的遥测数据区和遥信数据区。 发送时应按上图的格式适当加工，并添上地址字和校验码。 遥信、遥测的接收 循环式远动系统中调度端不断接收来自厂、站端的远动信息。厂、站端送来的遥测、遥信信 息经解调器解调后送至串行通信接口，收发两端处于同步状态时串行通信接口逐位接收解调 器送来的数据，把串行码转为并行码，收满一个字节后向CPU申请中断，由CPU将这一字 节取入内存

9、暂存区。待收满一个远动字，经检验合格后按远动字的地址码（既点号）存入指 定的遥测或遥信数据区，然后分别予以显示或送后台计算机。 同步码的接收 要使远动系统正常工作，收发两端必须同步，远动系统有两种通讯工作方式：异步通讯工作 方式和同步通讯工作方式。循环式远动通常采用同步通讯工作方式，每一帧的开头都设有帧 同步码，它是一帧开始的标志，在帧同步码确定之后，本帧中随后的各个远动字也随之确定， 所以接收一帧远动信息必须先检出同步码。用微机实现的远动装置大多采用（48，40）分组 码，帧同步码一般采用三组EB90H。检出帧同步码就是要检查收到的6个字节是否是三组 EB90H。 串行通信接口在同步通信

10、工作方式下，开始接收信息时通常可由其硬件提供2个字节的同步 码搜索。同步码的字形在初始化时设置，例如设置为EB90H。在以硬件方式搜索同步码中 第一组 EB90H 的过程中，串行通信接口不产生“字节接收满”中断，它逐位接收信道送来 的数据，移入接收寄存器，并与设定的EB90H比较。如不相同就再移人一位。重复这一过 程，直到找到EB90H，才退出搜索同步状态，转入数据接收过程。同步码的随后两组EB90H 就作为数据，以软件方式来判别。在数据接收过程中，串行通信接口每收满一个字节，就产 生“字节接收满”中断，由CPU取走数据。若以软件方式再连续收到两组EB90H，则表明 收到的是帧同步码，此时就设

11、立同步标志，准备好依次接收远动字。如果收到的不是两组 EB90H，则认为收到的不是同步码，串行通信接口应重新进入搜索同步状态，重复前述过程， 直到找到同步码。一旦收发两端建立了同步，此后对每一帧的三组EB90H同步码都以软件 方式检验。如果在应该出现同步码处收到的不是三组EB90H，表明同步码出了问题，但这 和刚开始通信时的情况有所不同，当时由于尚未建立同步联系，因此必须找出同步码才能依 次接收后续的远动字。现在是收发两端刚建立过同步联系，偶尔收不到正常的同步码，收发 两端还不至于立即失步。因为收发两端作为时钟源的石英晶体振荡器具有很高的频率稳定 性，双方的时钟频率十分接近，当然频率的微小差别

12、在经历了一定时间以后，也会造成两端 定时信号之间相位差的增大，但只要这段时间不太长，造成的相位差在允许范围以内，就可 认为仍属同步状态，可以继续接收数据，这称为惯性同步，意思是在收到一次同步码以后， 即使随后收不到正常的同步码，同步状态可以像惯性那样维持一段时间，接收工作可照常进 行，惯性同步能维持多长时间，取决于收发两端石英晶体振荡器频率的稳定性、频率差以及 允许的相位差等因素，有的远动装置收到一次同步码后按惯性同步可以连续接收三帧信息。 但如连续三次收不到正常的同步码，就应清除同步标志，令串行通信接口进入搜索同步状态， 直到再次检出同步码时才恢复正常工作。惯性同步期间应对收不到正常同步码的

13、次数（即惯 性次数）进行统计，以便在次数达到限定值时停止惯性同步，转入搜索同步状态。 同步检查过程的流程图见图 5-15。开始通信时串行通信接口先进入搜索同步状态，待检到 第一组EB90H后转入软件检查随后的两组EB90H，由于此时尚未建立同步，同步标志为零， 故在收满4个字节后进行检查，如不是两组EB90H，则令串行通信接口进入搜索同步状态。 如果是两组EB90H，则建立同步标志，并将接收点号置零，准备好依次接收后续的远动字。 图 5-15 接收完一帧远动信息后又需检查同步码，但因此时已建立同步标志，故程序转至收满 6 个字 节后检查是否连续三组EB90H。如果是同步码，情

14、况正常，就将惯性次数清零，接收点号 置零，如未能收到正常的同步码，则只要惯性同步次数不超过限定值就作为惯性同步处理， 将惯性次数加 1，接收点号置零，继续接收远动数据。如惯性次数已达限值，不能再作惯性 同步处理，于是清除同步标志，并令串行通信接口进入搜索同步状态，重新捕捉同步码，直 到检出正常的帧同步码，使收发两端重新处于同步状态。 遥测、遥信远动字的接收和校验 在同步状态下，串行通信接口每收满一个字节就发出“字节接收满”中断，由 CPU 将数据 取走，存入内存的接收数据暂存区，待收满 6 个字节后就可对收到的这一远动字进行全面检 查，主要是检查差错控制规律、计算伴随式，也可检查点号规律。因

15、为通常远动字按顺序排 列，后一远动字的点号是前一远动字的点号加1 。这些检查可在收满6 个字节后集中进行， 或采用分散方式，每收到一个字节后就进行一部分工作，例如差错校验就可分段进行，分散 方式的好处是可以避免工作量过于集中。远动字校验合格被认可后按不同的点号分别存入指 定的存储区。如检验不合格，该远动字被丢弃。如果连续好几个字出错，可能是同步问题。 因此如连续出错的字数超过规定值，可令串行通信接口进入搜索同步状态，重新捕捉同步。 遥测、遥信数据处理 收到的远动数据按通信规约的约定，按点号分为遥测、遥信等不同的类别，分别加以处理。 每个遥测字包含两个遥测量，各占两个字节。遥测处理程序从收到的

16、遥测字中取出每个遥测 量的数值，确定其极性。检验是否越限，如有越限还要输出越限报警信号。最后把数据依次 存入内存的指定区，并送至相应的遥测显示器显示。 对遥测量在需要时亦可进行合理性校验和变化率校验等。合理性校验是检查遥测量的数值是 否在合理范围之内，变化率校验是检查前后两次遥测值之差是否合乎一般规律。 对于遥信量的处理是从收到的遥信远动字中取出32 位遥信信息，依次存入内存的遥信数据 区，并送至有关的遥信显示器显示。 在调度端配有后台计算机的情况下，遥测、遥信等远动信息亦应送给后台计算机，双方按约 定进行通信和传送数据。 遥信变位插入传送 电力系统中的开关状态平时一般很少变动，因而如果频

17、繁循环传送遥信数据时，其内容大多 相同。这种遥信传送方式占用了信道和远动装置的工作时间，但难得有新的遥信信息。为了 减少不必要的重复，提高效率，对遥信的传送方式应作适当改变。 可变帧长遥信变位插入传送 收发两端刚建立通信时传送全部遥信数据是必要的，但此后在正常情况下如开关的位置状态 并未改变，即开关未变位，就没有必要不断重复传送相同的遥情数据，因而随后的若干帧就 可不送遥信。在相隔一定时间后，为了使调度端的遥信数据和厂站端始终保持一致，可以再 次传送遥信数据，这样把正常情况下遥信发送的间隔时间显著拉长，显然可以提高工作效率。 开关量是运行人员十分关心的信息，一旦开关的位置状态发变化，则应及时

18、传送。为了保证 遥信信息的实时性，遥信变位信息应优先插入传送，并连送三遍，以提高传送的可靠性。这 样，就会使正在传送的帧的长度增加三个远动字，帧长度发生了变化，这就是可变帧长遥信 变位插入传送。 采用遥信变位插入传送后，接收端的工作情况基本上和上面第3 小节的情况相似，但应作适 当修改，以适应对插入信息的接收。 同步码的接收和校验与上面第3 小节相同，在接收远动字时同样要进行差错控制校验和点号 校验，在正常无插入信息的情况下，每个远动字应符合差错控制规律和点号加一规律。加全 部合格，就将数据存入内存，将接收点号加1，再根据帧计数确定是长帧或短帧，在收满一 帧后就置同步检查标志，否则继续接收

19、下一个远动字。 在有插入信息时，如收到的远动字不符合点号加1 规律，并不一定是出了差错，也可能收到 的是插人信息，其点号与前一远动字不相衔接。此时应再根据点号检查是否插入信息，如不 是插人信息，就按出错处理，如是插入信息则应另行对待，遥信变位插入时连送三遍，因此 对收到的连续三个变位遥信字尚需进行检查处理，一般采用“三取二”原则。即在收到的3 个插入远动字中，取2 个检验合格而数据又完全相同的远动字作为正确的插入信息数据，然 后送交有关单元再作相应安排。对于变位遥信应输出音响告警，并使变位的开关信号闪光。 固定帧长遥信变位插入传送 变位遥信优先插入传送的方法不止一种。前面介绍的变位遥信优先

20、插入传送，帧的长度是可 变的。也可采用固定帧长来传送。有变位遥信需要优先插入时，事先约定，比如将它覆盖在 奇数点的遥测字位置上，取代原有的遥测字。一个变位遥信字需连送 3 遍，占用连续的 3 个奇数点遥测字位置。插入信息全部送完才恢复正常传送。由于插入信息是取代原有奇数点 的遥测字，因而帧的长度不变。奇数点的遥测字可能要让位于插入信息，故重要的遥测量应 在偶数点传送。 也可以将变位遥信连续覆盖在相邻的三个遥测字位置上。 我国循环式远动规约简介 1991 年电力部颁布了《循环式远动规约》，适用于点对点通道结构，以循环字节同步方式传 送信息的远动系统。规约对循环式远动的功能、帧结构、字结构和

21、传输规则等作了具体规定。 为了满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求，规约按远动信息的特 性划分为多种帧类别，按帧传送，为了满足实时性的要求，规约对各类远动信息的优先级和 传送时间作如下安排。 对上行信息，优先级顺序依次为： (1) 对时的子站时钟返回信息，插入传送。 (2) 变位遥信，子站工作状态变化信息，插入传送，要求在1s内送到主站。 (3) 遥控，升降命令的返校信息，插入传送。 (4) 重要遥测安排在A帧传送，循环时间不大于3s。 (5) 次要遥测安排在B帧传送，循环时间一般不大于6s。 (6) 一般遥测安排在C帧传送，循环时间一般不大于20s。 (7

22、) 遥信状态信息、子站工作状态信息安排在 D1 帧定时传送，循环时间为几分钟至几十 分钟。 (8) 电能脉冲计数值安排在D2帧定时传送，循环时间为几分钟至几十分钟。 ( 9)事件顺序记录安排在 E 帧，以帧插入方式传送。 下行命令的优先级顺序依次为： (1) 召唤子站时钟，设置子站时钟校正值，设置子站时钟。 ( 2)遥控选择、执行、撤消命令，升降选择、执行、撤消命令，设定命令。 ( 3)广播命令。 ( 4)复归命令。 本规约的帧结构与前面介绍的一样，是由同步头和远动字构成。事实上，同步头也可以看成 是一种特殊的远动字。这样，本规约的远动字可以分为三种：同步字、控制字和信息字。遥

23、 信变位、遥控返校等信息的发送采用固定帧长覆盖插入方式。 1.3.2 问答式远动通信 远动中的一般帧格式 远动中的信息，不论循环式或问答式，通常都以帧为单位进行传输。为了保证可靠、快速和 高效率地传送信息，对于远动中帧格式的安排，一般要考虑如下一些基本问题。 (1)明确区分一帧的首尾，例如设置帧分界符，帧的开始标志、帧长信息。帧的结束标志 等。 ( 2)标明源站或目的站的地址。 ( 3)明确各种命令／响应帧的功用，规定相应的功能代码。 ( 4)采用抗干扰保护，确定发生差错后的重发以及防止帧丢失或重复的措施。 ( 5)保证用户数据的透明性，对用户数据应不加限制。 (6) 根据接

24、收站的缓冲器容量，为避免接收的数据过量而造成溢出，设置数据流控制。 (7) 规定信息的数据格式。 (8) 减少无效信息，提高传输效率。 各个远动设备的制造厂，对于上列问题的技术观点不尽相同，因而所采取的措施亦各有差异。 需要传送的用户数据有各种具体情况，长短不一。帧的长度可按实际情况而定的，称为可变 帧长。某些帧的长度可事先确定不再改变的，称为固定帧长。一般的帧结构格式如下图所示， 图中帧分界符 F 表明一帧的开始；帧长字段 L 表明本帧的长度；控制字段 C 表明本帧信息 的特征；地址字段A表明源站或目的站的地址；信息字段I安排用户信息；帧校验码字段 FCC 按抗干扰要求可以配置不同的校

25、验码。 帧分界符 帧长字段 控制字段地址字段 信息字段 帧校验码字段 远动字1 远动字1 远动字1 远动字2 远动字n 图 5-16 一般帧结构格式 上图中的这些字段并非每一帧都必须备齐，对于固定帧长的帧就毋需帧长字段。有的响应帧， 如肯定确认和否定确认帧，有时会没有信息字段和校验码字段。 我国的问答式远动规约 问答式远动中发动通信的主动权在主站，主站可以要求分站传送某一个或某种类型的远动数 据。分站接到命令后就按要求组织好数据再发往主站。目前问答式远动装置的分站端大多采 用模块式结构，一般按功能划分，以模块为单位。遥测量、遥信量等分别存放在指定的模块 中。每

26、个模块都有自己的地址。一个模块包含若干个字，例如8 个字，每个字有16 位，需 要访问有关数据时可直接指定模块地址、字地址。 分站的远动数据种类不一，可按其特性和重要程度加以分类，对于重要的、变化快的数据， 分站应勤加监视，采样扫描周期应短一些。对于不重要的变化缓慢的数据，采样扫描周期可 以长些，各种远动数据可以选择相应的扫描周期。远动装置可提供几种类别的扫描周期，例 如8 种，这样也就把远动数据按扫描周期分成8个类别。划分为类别后，主站在需要时可以 向分站查询某些类别的数据。 为了提高效率，通常遥信采用变位传送，遥测采用越阈值，即越死区传送，因此对遥测量需 要规定其死区范围。遥测量配有数

27、字滤波，因而还要规定滤波系数。扫描周期、死区范围和 滤波系数等参数应事先确定，可以在订购设备时开列清单，由制造厂将它们固化在相应的设 备中，这样制造厂提供的是针对某个厂站具体情况的专用设备。但一般制造厂提供通用设备， 对上述参数不予固定，而在使用时由主站给分站初始化时设定。这样制造厂提供的设备适应 性强，修改亦方便，只需在初始化时设置好有关参数。 问答式远动中主站与分站的通信项目可按功能来划分。 主站向分站发送的命令大致可分为： （1） 初始化设置参数类，有设置扫描周期、死区范围及滤波系数等。 （2） 查询类，询问各种类别的远动数据情况等。 （3）管理控制类，控制RTU的投入或退出工作等。 （ 4）其他类，如电源合闸确认以及遥控、诊断报文等。 分站对主站的响应主要有两类，一类是对主站命令的简短响应，即肯定性确认或否定性确认； 另一类是对主站命令的要求回答相应的数据。 我国的《问答式远动规约（试行）》中信息传送采用异步通信方式。传送的报文以8 位字节 为单位，附加起始位和停止位，但不带奇偶校验位。其报文格式、各种信息类型以及主站与 分站之间的应答过程，此处就不再加以详述。欲了解细节，可阅读规约文本。