配电网课设课案Word下载.docx
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目录
一、设计的目的及意义………………………………………………………..3
二、设计内容及要求………………………………………………………..3
三、设计原理与分析………………………………………………………..3
1、召唤式应答规约……………………………………………………..3
2、IED………………………………………………………………………4
3、遥测…………………………………………………………………….4
4、遥信…………………………………………………………………….4
5、遥控…………………………………………………………………….5
6、SOE……………………………………………………………………..5
7、越限…………………………………………………………………….5
8、循环冗余校验码……………………………………………………….5
四、具体设计…………………………………………………………………..6
1、通信帧的格式………………………………………………………….6
2、功能码表……………………………………………………………….6
3、下行报文帧结构设计………………………………………………….7
4、上行报文帧结构设计………………………………………………….9
5、信息的传送原则……………………………………………………….11
6、查表法………………………………………………………………….12
7、CRC查表流程图………………………………………………………..12
8、IED通信传输和接受的流程图………………………………………..13
五、设计总结…………………………………………………………………….14
六、参考文献…………………………………………………………………….14
一、设计的目的和意义
本设计的目的是通过对站控通信规约和IED通讯程序的设计加深对通信原理和通信规约的理解，掌握通信规约设计的基本方法，对配电网自动化有更深的了解，对今后的学习和工作有积极地作用。
二、设计内容及要求
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+1。
5用逐位或查表法实现CRC-16校验码生成和校验。
6设计IED中通信传输和接收的程序流程，并画出流程图。
7设计CRC校验子程序流程图。
8撰写设计报告。
3、设计原理与分析
根据设计内容和要求，结合所学知识，在本次设计中，我使用的是以下各原理
1、召唤式应答式规约是一个以通信管理机（控制中心）为主动方的远东数据传输规约。
IED（厂站）厂站自动化系统只有在控制中心询问以后，才向发送方回答信息。
控制中心按照一定的规则向各个厂站自动化系统的实际状态，向控制中心回答各种报文。
控制中心也可按需要对厂站自动化系统发出各种控制报文，厂站自动化系统正确接收控制报文后，按要求输出控制信号。
唤式应答式规约只有在需要传送信息时才使用通道，因而允许多个厂站自动化系统分时共享通道资源。
问答式规约的特点是：
（1）RTU有问必答，当RTU收到主机查询命令后，必须在规定的时间内应答，否则视为本次通信失败。
（2）RTU无问不答，当RTU未收到主机查询命令时，绝对不允许主动上报信息。
问答式规约的优点有：
（1）问答式规约允许多台RTU以共线的方式共用一个通道，这样有助于节省通道，提高通道占用率。
对于区域工作站和为数众多的RTU通信的情形，这种方式是很合适的。
（2）问答式规约采用变化信息传送策略，从而大大压缩了数据块的长度，提高了数据传送速度。
（3）问答式规约既可以采用全双工通道，也可以采用半双工的通道，既可以采用点对点方式，又可以采用一点多址或环形结构，因此通道适应性强。
问答式规约的不足表现为：
（1）由于不允许主动上报，应答式规约对事故的响应速度慢，尤其是当通道的传输速率较低的情形（如采用配电线载波通信时），这个问题会更突出。
（2）由于采用变化信息传送策略，应答式规约对通道的要求较高，因为一次通信失败会带来比较大的损失。
（3）问答式规约往往来用整帧校验的方式。
（4）SCl801规约的容量较小，Modbus规约的对时间隔太短，这些不足均给使用带来较大困难。
（5）问答式规约一般仅允许多个从站和一个主站间进行数据传输。
2、IED（IntelligentElectronicDevice）智能电子设备：
由一个或多个微处理器组成，完成特定的功能，能向外部装置发送信息，并能接受外部指令的装置。
特征：
微处理器和，具有通信接口，具有独立时钟。
现代自动化系统普遍采用现场分布式的结构，IED设备是最重要的设备之一。
实现现场信息的采集、命令执行、当地功能。
3、遥测：
遥信信息是表征系统运行状况的连续变化量，遥信量可分为模拟量、数字量合脉冲量。
模拟量是指发电厂、变电站的调相机组、变压器、母线、输电与配电线路的有功功率、无功功率、潮流和负荷，母线的电压和频率，大容量发电机组的功率角等。
数字量是指某些模拟量已经由另外的设备转换成数字量的被测量。
脉冲量包括总发电量合厂用电两，联络线交换电能量等电能脉冲，用于累计电镀。
4、遥信：
在电力系统，遥信信息用来传送断路器、隔离开关的的位置状态，传送继电保护、自动装置的动作状态，如将远方厂、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。
对遥信信息，发送端把多个遥信对象编成一组，每个对象用一位二进制数，即一位码元表示。
为此，需要对遥信的状态进行采集编码，方能形成遥信码字。
接收端接收到的遥信信息通过灯光或其他方式经行显示，使调度人员能直接观察到遥信对象的状态，从而实现远方监控。
5、遥控：
遥控是由调度端发布命令，直接干预电网的运行，要求厂站端合上或断开某号开关。
所以遥控要求有很高的可靠性。
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：
事件顺序记录与遥信变位密切相关。
遥信变位采集时如发现有变位遥信就立即进行事件顺序记录，记下当时的事件并进行其他的相应处理，如确定变位的断路器号、更新遥信数据区内容等。
事件顺序记录的时间就是发现遥信变位的时间。
7、越限：
电力系统运行时，各种电气参数受约束条件的限制，不能超过一定的现值，母线的电压不能太低或太高，功率传送不能太高，当电气量超过一定的范围时，对其进行参数应及时检查，如超越限值，应进行告警。
对模拟量进行监视，一般模拟量采用不带时标发送方法，要求装置及时发现异常模拟量，并传送。
为此设置以下判别限值。
告警上限：
当模拟量变化超过此值时，进行告警并记录。
告警下限：
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。
8、循环冗余校验码
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
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
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
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
整除，并把n位的循环码
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
。
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。
我们把原来的数据表示为
，它是一个n阶的多项式，表示为：
=
…+
式中
为0或1，x为伪变量，并用
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：
+
通过除以CRC多项式
后，得到一个余数
和商
这个
就是我们需要的CRC校验值，上述用公式表示：
*
CRC—16校验方式的生成多项式为
g（x）=
+
+1
4、具体设计
1、IED装置和通信管理机之间的信息已帧的方式组织传输，采用异步式字节传输格式。
帧的格式如下图所示。
图1：
帧结构
（1）帧由帧头（Frameheader）、包（Packet）和FCS[16bit]（CRC）及帧尾（Flag[8bit]）组成。
帧头：
0x7E，长度为：
1BYTE；
帧尾：
0x7C，长度为：
1BYTE。
FCS：
16bitCRC（即CRC-16），由Packet形成，不包括帧头、FCS和帧尾。
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，包和FCS中出现0x7E、0x7C、0x7D分别转义为：
0x7D0x5E、0x7D0x5C、0x7D0x5D（原字节和0x20异或）。
（2）包由包头（Packetheader）和数据（data）组成。
包头由包序号、功能码、包长度（Length[16bit]）、命令（Command[8bit]）组成。
2、功能码表：
功能码
用途
01H
连接
0AH
遥测（上行）
02H
回答连接
0BH
SOE（下行）
03H
遥控选择
0CH
SOE（上行）
04H
遥控执行（下行）
0DH
越限信息（下行）
05H
遥控反校（上行）
0EH
越限信息（上行）
06H
遥控撤销
0FH
复位（下行）
07H
遥信（下行）
10H
回答复位（上行）
08H
遥信（上行）
09H
遥测（下行）
3、下行报文帧结构设计，即主站对子站的命令。
（1）遥信帧结构的设计
帧头
目的地址
源地址
包长度
状态码
个数n
编号1
……
编号n
FCS
帧尾
个数：
主站所要采集的开关状态量的数目；
占1BYTE；
编号：
各开关量的编号；
指令
功能
发送遥信命令
采集量个数
20
采集量编号
1——20
11H表示选取全部遥信量
10H表示选取n个量，并标明各个量的编号
00H表示选取一定顺序的遥信量
（2）遥测帧结构的设计
个数
n
主站所要采集的模拟量的数目；
模拟量的编号；
发送遥测命令
模拟量个数
12
模拟量编号
1——12
11H表示选取全部遥测量
00H表示选取一定范围内的遥测量
（3）遥控帧结构的设计
命令
命令：
开关的开合；
00H表示开关由合到分，11H表示开关由分到合；
开关量的个数；
开关量的编号；
发送遥控命令
开关量个数
开关量编号
（4）SOE帧结构的设计
命令：
主站要求子站传送SOE时间顺序记录信息的命令；
发送SOE命令
10
1——10
（5）越限帧结构的设计
主站要求子站传送越限信息的命令；
所要采集的开关量的数目；
发送越限命令
（6）全报文帧结构的设计
YX量个数
YX量编号
YC量个数
YC
量编号
功能码：
用来区分信息量的类别，详见菜单；
4、上行报文帧结构设计，即子站对主站的响应。
编号
1
数值
…
主站所要采集的遥信信息量的数目；
数值：
反映各个开关的遥信信息，11表示开关合，00表示开关分；
发送遥信信息
11H发送全部遥信信息
10H发送所需要的遥信信息即其个数和对应的标号的息
00H发送一定编号范围内的遥信信息
反映各个开关的各模拟信息量；
占2BYTE；
发送遥测信息
11H发送全部遥测信息
10H发送所需要的遥测信息即其个数和对应的标号的息
00H发送一定编号范围内的遥测信息
编
号
状态
现场设备开关的个数；
状态：
反映各开关接收到主站的遥控命令后，开关的状态的改变；
发送遥控信息
个
数
信息
个数n：
发生变位的开关的个数；
发生变位的开关的编号；
信息：
反映发生开关变位时的时间；
包括年、月、日、时、分、秒，其中年占2BYTE；
月、日、时、分、秒各占1BYTE；
共占7BYTE；
发送SOE信息
00H表示开关由合到分（包括个数和编号）
11H表示开关由分到合（包括个数和编号）
发生越限报警的开关的数目；
发生越限报警的开关的编号；
用来表示越限的状态，20H表示越告警上限，21H表示越告警下限，22H表示越上复位限，23H表示越下复位限；
反映开关量发生越限时的时间；
0EH
发送越限报警信息
20H表示越告警上限（包括个数和编号）
21H表示越告警下限（包括个数和编号）
22H表示越上复位限（包括个数和编号）
23H表示越下复位限（包括个数和编号）
特殊标志位：
开关位发生异常时的标志，即发生SOE和越限；
有SOE时，用F1H表示，无SOE时，用F2H表示；
发生开关量越限时，用F3H表示，无开关量越限时，用F4H表示；
既有SOE又有越限时，用FFH表示；
两个都没有时，用F0表示；
5、信息的传送原则
（1）正常传送信息时，要求快速准确的传递信息，保证信息的实时性。
在信息传递过程中，发生开关变位的信息和遥信信息最重要。
（2）传递信息发生SOE和开关量越限时，开关量的越限信息最重要。
在主站轮询子站时，对重要的信息量的轮询周期应尽量短。
（3）按照信息的重要性，遥信信息帧为一级帧，询问时间不超过10s；
越限信
息帧为二级帧，询问时间不超过20s；
遥测信息帧，遥控信息帧，SOE信息帧为三级帧，询问时间不超过50s。
（4）主机轮询子站时，如果对某一子站的询问次数超过三次后，子站仍然没有响应，则在等待10分钟以后再对其进行询问。
6、查表法
查表法，是使用预先算好的CRC值，直接查出CRC值，因此，它是基于字节或字操作，避免了耗时的位运算。
这就决定了它的速度会增加，由此带来功耗降低的好处，可这是以付出内存为代价的，因为，必须预先在程序中存在一个CRC值与其索引值有一个一一对应的关系。
不像逐位法那样，每次移入一个位，就进行运算，查表法师每次移入一个位元组，得到索引值，然后，与这个索引值做异或运算。
粗略的看起来，所用的时间为逐位法的1/5（具体根据计算机的指令周期而定）左右。
7、以下是八位数据CRC查表流程图如下
8、IED通信传输和接受的流程图
五、设计总结
通过本次课程设计，运用本课程所学的理论知识进行站控通信规约和IED通讯程序的设计，掌握了通讯规约设计的基本方法，帧结构的设计，以及用查表法对信息进行校验，提高了对配电网系统整体的认识和运用。
我们学习知识的根本目的就是要运用到实际中去解决实际问题，通过本次课程设计我发现自己在遇到困难时不够冷静，分析问题的思路不够清晰，使自己走进误区浪费了很多的时间。
在老师和同学们的帮助下我认识到了自己的不足，积极改正，并且最终顺利完成了本次课程设计。
在感到满足和高兴的同时，我也认识到了将理论与实际想结合的不易，要学习的知识还有好多，要掌握的技能也还有好多，只有不断的努力，认真的思考，大胆的尝试才能找到成功的道路，坚持下去最终取得成功。
六、参考文献
【1】王世政，李靖霞．电网调度自动化与配网自动化技术．北京：
中国水利水电出版社，2006
【2】付周兴，王清亮，董张卓．电力系统自动化．北京：
中国电力出版社，2006
【3】许克明，熊炜．配电网自动化系统．重庆：
重庆大学出版社，2007
【4】柳永智，刘晓川．电力系统远动．北京．中国电力出版社，2006
【5】张永健．电网监控与调度自动化．北京．中国电力出版社，2007
【6】阳宪惠．工业数据通信与控制网络．北京:
清华大学出版社,2003
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