南京配電網自動化系統通信方式選擇與實踐

摘 要：文章分析了配電自動化系統建設對通信的要求，對光纖通信、配電線路載波通信、無線公網通信、無線專網通信幾種主要通信方式進行比較和建議，最后介紹了南京電網配電自動化系統通信方式的選擇和實踐情況。

關鍵詞：配電自動化；通信方式；通信網絡

配電自動化是提高供電可靠性和供電質量、擴大供電能力、實現配電網高效經濟運行的重要手段，也是實現智能電網的重要基礎之一。配電自動化通信系統作為配電自動化系統的一個重要組成部分，需要選擇合適的配電自動化通信方式，探討出一種能夠滿足配網自動化要求的技術先進、性能可靠、價格合理，并適合配電網應用的通信技術及結構模式。

1 配電網自動化對通信的要求

配電系統自動化程度的重要標志是通信是否符合自動化的要求，因此通信是配網自動化系統的關鍵之一。它擔負著設備及用戶與自動化的聯絡、信息的處理、命令的發送和返回以及所有數據的傳遞。配網自動化對通信的總體要求有如下幾個方面：

1.1 滿足通信可靠性需求

配電網自動化的通信系統一般安裝在戶外，要求通信系統必須能在惡劣的運行環境下可靠工作。此外配電網自動化的通信系統將在較強的電磁干擾（EMI）下工作，間隔放電、電暈、諧波干擾、雷電、故障、涌流等電磁干擾會對通信的可靠性產生很大的影響，因而通信系統要具有很高抗干擾能力。

1.2 滿足數據傳輸速率需求

配電自動化系統中，在選擇通信方式時，一方面應根據不同層次選擇合適的通信速率，另一方面應留有足夠的帶寬，以滿足今后發展的需要。

1.3 滿足通信實時性要求

配電自動化系統是一個實時監控系統，對實時性要求極高，特別是系統故障時，實時性是保證系統快速確定故障、完成故障隔離、恢復供電的基礎條件。

1.4 滿足通信不受停電、故障的影響

配電自動化的饋線自動化功能要求能通過通信系統對停電區域的開關進行操作，提高供電可靠性，因此要保障故障發生時停電區域仍能正常進行通信。

1.5 滿足通信經濟性要求

在選擇配電網自動化的通信系統時，不僅要考慮當前通信系統的造價，還應考慮通信系統長期使用和維護的費用。所以應根據實際情況選擇技術先進、經濟性較好的通信方式，以節省建設和運行費用。

1.6 滿足維護的易操作性要求

盡量選擇具有通用性標準化程度高的設備，選擇標準的通信規約，不僅可以提高系統兼容性，方便今后的擴展，還便于使用和維護。

2 配電自動化系統的主要通信方式

配電自動化可選的通信技術主要包括光纖通信、配電線路載波通信、無線公網通信、無線專網通信幾種方式：

2.1 光纖通信

光纖通信是以光波作為信息載體，以光導纖維作為傳輸介質的通信方式。主要特點是速率高、穩定性好、抗干擾能力強、保密性好、組網方式靈活，可以實現綜合數據傳輸。光纖通信的缺點是，一次性建設投資大、施工架設比較困難、維護費用高。基于EPON（以太無源光網絡）技術的配電自動化通信系統，采用點到多點結構、無源光纖傳輸，綜合了PON技術和以太網技術低成本、高帶寬、擴展性強、靈活快速的服務重組的優點。

2.2 配電線路載波通信

配電線路載波通信借助電力線傳輸載波信號，為配電站內終端設備與主站系統之間提供“最后一公里”數據通信通道，可作為光纖通信的重要補充手段，模擬載波向數字載波通信使中壓電力線載波通信機性能得到大幅提升。中壓載波通信技術的優點是除信號耦合器及二次通信電纜外不需要在通信線路上更多地投入，缺點是其研發與應用一直以來都受到傳輸衰減、噪聲干擾及復雜時變特性等諸多關鍵技術難題的困擾。

2.3 無線公網通信

無線公網通信技術主要有GPRS/CDMA、3G、4G等。

GPRS是GSM網絡的演變形式，是在演變進程中推出的一項高速數據服務業務，將移動通信技術與IP技術有機結合，組成了移動IP網絡。GPRS采用分組交換技術，適合突發、頻繁、間斷、少量數據傳送，也適于偶爾的大量數據傳輸，具有傳輸率高且可靠、網絡資源利用率高、經濟性好、網絡接入速度快等特點。

3G（第三代移動通信系統）主要有W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA等3G標準。3G技術的主要優點是能極大地增加系統容量、提高通信質量和數據傳輸速率。此外利用在不同網絡間的無縫漫游技術，可將無線通信系統和Internet連接起來，從而可對移動終端用戶提供更多更高級的服務。

4G是第四代移動通信及其技術的簡稱。4G LTE系統能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網快50倍，上傳的速度也能達到50Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。4G可以在DSL和有線電視調制解調器沒有覆蓋的地方部署，有著不可比擬的優越性。

2.4 無線專網通信

目前在城市配電網中應用的無線專網通信技術主要包括230M無線電臺、Mobitex、Wimax和McWiLL等。

WiMax（即全球微波互聯接入）是一項新興的寬帶無線接入技術，能提供面向互聯網的高速連接，數據傳輸距離最遠可達50km，具有QoS保障、傳輸速率高、業務豐富多樣等優點。Mobitex、Wimax和McWiLL的最大問題是很難獲得國家無線電管理委員會對專用無線頻段的使用權。

230MHz數傳電臺使用國家無線電管理委員分配給電力專用的無線頻點（包括15個雙頻頻點和10個單頻頻點），具有響應速度快、通信時延短、技術成熟并其具有建網成本低等優勢，但也存在著通道利用率低的不足。南京地區現有頻點主要供負荷管理系統使用。

3 配電網自動化系統通信方式比較及建議

各種通信方式均有其優缺點，根據不同通信方式的特點，結合具體配電網自動化系統結構和現實條件，合理選擇，最大限度地利用各種有利條件，是建設優良配電網自動化系統的前提條件。混合通信方式是較好的選擇，能以比較經濟的方式滿足配電網的具體要求，不同層次采用不同的通信方式。建議如下：

⑴應根據通信規劃、現有通信條件和配電自動化及管理系統的需求，按分層配置、資源共享的原則予以確定。根據配電網自動化通信網所采用的分層架構，即主干通道與分支通道的通信網絡結構，主干道宜采用光纖、無線擴頻、數字微波等方式與主站通信；分支則選用配電線載波、無線、電話線等方式通信。

⑵根據不同站點實現一遙、二遙、三遙業務的差異，選擇不同的通信方式。一遙、二遙站點采用成本最低的無線通信，三遙站點采用光纖或電力載波通信。

⑶對于開閉所、開關站、柱上斷路器等需要實現“遙控”功能的重點站點，建議首先選擇光纖網絡通信方式，系統對可靠性要求較高的場合，可使用星形結構或具有自愈能力的光纖雙環網。在光纜不能達到的區域，可以采用配電線載波通信方式作為補充。

⑷對于不需要實現遙控功能的站點，在光纜不易鋪設或光纜鋪設成本過大的區域，可以采用無線（專網、公網）通信方式。

⑸對于實時監測要求不高且量大面廣的數據采集，如大部分架空線路的配電設備和數量眾多的配電變壓器，也可以采用無線（專網、公網）通信方式。

4 南京電網配電自動化通信方式的選擇和通信系統建設

4.1 南京電網配電自動化通信方式的選擇

南京配電自動化二期建設于2013年6月開始建設，建設范圍涉及南京市西南板塊的278條配電線路。共改造371座環網柜、95座開閉所、383臺柱開，更換30臺看門狗功能斷路器，加裝879套配電終端，敷設光纖351公里。

新街口中心區、奧體中心區、青奧保電線路這三個核心區域的線路設備采用“三遙”與“兩遙”相結合的配電自動化建設模式。對于“三遙”方式改造的開關站、環網柜、柱上開關等設備，采用光纖通信為主。對于“兩遙”方式改造的設備，采用3G無線通信方式。板橋-鐵心橋新城區的郊區線路共約有57條線路215臺柱上開關通過加裝帶無線通訊功能的故障指示器實現“兩遙”功能，可采集電流和故障信息，采用3G無線通信方式。

4.2 主站至變電站的通信網絡建設

主站至變電站的配電通信網絡采用光纖傳輸網方式，架構如圖1所示，變電站匯集的信息以IP方式通過專用路由器接入到SDH/MSTP通信網絡。

4.2 變電站至配電終端的通信網絡建設

變電站至開閉所、環網柜配電終端的通信網絡，采用光纖專網實現。配電通信網接入層主要采用EPON（以太無源光網絡）技術，它采用點到多點結構無源光纖傳輸，通信接入層網架如圖2所示。結合此次試點配電線路的實際走向，基本采用“手拉手”型保護組網方式，OLT1和OLT2分別安裝在不同的110kV/35kV變電所，ONU設備安裝在配電終端處，光纜中斷或OLT設備失效時均能實現保護，由ONU設備選擇接入不同的OLT。

4.3 無線系統組網結構

根據南京配電自動化工程選點及改造方案的實際情況，部分“兩遙點”將使用無線3G公網通信方式。鑒于“二遙點”涉及配電設備及配電網安全運行，南京配網自動化采用通信運營商提供的無線 VPDN 專網業務，為配電自動化獨立開辟專用接入點名稱（APN），在無線網絡上與運營商其他數據業務相隔離。

典型無線VPDN專網結構主要包括無線通信模塊、無線接入網、AAA服務器及VPDN接入設備等網元。無線通信模塊使用專用APN名稱接入VPDN專網，在AAA服務器身份認證后獲取固定IP地址，以建立可靠連接將采集數據信息在運營商數據中心匯聚，然后經光纖專線傳送至配電主站。

根據國家電網公司《配電自動化技術導則》規定，在采用無線公網通信方式時應符合電力二次系統安全防護規定要求。VPDN設備接入側和配電主站交互側應配置相應的安全機制，如防火墻、單向物理隔離裝置等安防措施。

5 結束語

配電通信設備工作環境惡劣、分布廣泛、數量眾多、系統復雜，考慮配電網通信系統的可靠性、實時性、安全性、可擴展性、可管理性、設備自身的監控性及建設費用等多方面的因素，必須因地制宜選擇合適的通信方式才能適應配電網自動化的發展，發揮最大的經濟效益。南京供電公司采用光纖結合無線公網的通信方式來開展配電自動化建設，實踐效果較好。