饋線自動化通信系統的設計與應用

燕春花

【摘要】 在配網運行系統中，線路分支較多，運行方式較復雜，提高配網的自動化程度是問題的關鍵所在。這與通信系統密切相關。本文著重分析了饋線自動化系統對通信技術的要求，針對基于復向通信的饋線自動化系統，提出了基于IEC68150的光纖工業以太環網通信系統的設計方案，并對終端的信息傳遞做了詳細闡述。

【關鍵詞】 饋線自動化 通信系統 IEC61850 光纖工業以太環網

隨著供電安全可靠性要求的不斷提高，經濟社會的發展對配電自動化技術水平提出了更高的要求。饋線自動化FA（Feeder Automation）配電網最基本也是最重要的組成部分，是提高配電網可靠性的關鍵技術之一。饋線自動化系統是指變電站出線到用戶用電設備之間的饋電線路自動化，可以使配電企業在遠方以實時方式監視、協調和操作配電設備的自動化系統。饋線自動化的各種業務數據傳輸或其自動化程度離不開通信系統，通信系統的建設是饋線自動化實現的核心技術。

由于通信技術的不斷發展，饋線自動化系統可選擇的通信手段多種多樣。其中包括光纖通信、電力線載波通信、GPRS/CDMA等。伴隨著這些技術在通信系統中的應用，合理選擇適當的通信協議、通信技術和組網方式，建設滿足饋線自動化系統數據傳輸要求的通信系，是饋線自動化建設的關鍵。

一、饋線自動化對通信系統的要求

1.1對通信協議的要求

（1）協議應具有一定的開放性。就是為理解來自設備的數據意義提供必要的信息，從而 保證各廠家設備之間具有相互可操作性。

（2）保證用戶傳輸的信息長度不受限制和數據傳輸的完整性。

（3）強壯性。每段應用層信息或每個數據鏈路幀可以要求接收方的確認。

（4）有效性。不同的數據類型具有不同的查詢周期，有緊急情況發生時要求從站可以不經請求就發出應答信息，從而保證重要信息的及時傳輸。

1.2對通信組網模式的要求

（1）可靠性：配電現場（戶外或配電房）的各個配電網通信終端系統要求有很高的可靠 性。首先，由于環境的惡劣，要選用能夠經得起高溫，潮濕的設備；其次，由于通信終端安放在電磁場較強的配電線附近，為防止外界影響通信數據的準確性，還要能抵抗較強的電磁干擾；第三，通信保持通暢。

（2） 在線路故障時保證正常通信：要有雙向通信能力，大部分饋線自動化功能需用雙向通信功能。饋線自動化系統具有故障定位、隔離及恢復供電能力，在線路故障或結構變化時，FTU與主站之間的通信不能受影響。

（3）通信速率：通信速率的選擇依據饋線自動化終端的數據量及實時性要求而定，饋線FTU通信速率的選擇為1200-9600 bit/s。

（4）設備靈活，易于安裝：配電網點多面廣，各種終端對安裝環境要求不同，使通信設備復雜。通信設備是符合工業級標準的，要求安裝方便，調試簡單，運行可靠，便于維護。

（5） 擴展性：指通信系統的標準化程度和通信系統的擴展度。標準化程度包括通信設備的標準化程度、通信技術的標準化程度和通信協議的標準化程度?？蓴U展程度主要指現行通信系統能否進行功能擴充和等級提升，能否滿足未來的通信要求。

二、通信協議的說明

在通信系統中，通信協議稱為通信雙方共同遵循的約定。協議一般都規定了同步方式、幀格式、數據結構和傳輸規則。當今廣泛應用的有四大通信協議：101協議、104協議、DNP3.0和IEC61850協議。本文采用的是IEC61850協議，此協議應用于通信系統中有如下突出特點：

（1）采用分層、分布的體系結構，便于同能的自由分配。

（2）采用面向對象的信息建模技術，在信息源定義數據和數據屬性，是維護和管理更加方 便。

（3）使用抽象通信服務接口和特殊通信服務映射技術，使抽象建模與具體實現相互獨立，服務與通信網絡相互獨立。

（5）采用配置描述語言進行設備自描述，易于實現功能擴展和智能電子設備間的互操作。

尤其是IEC61850中的Goose模型是以高速P2P（peer-to-peer）通信為基礎的，它替代了傳統的智能電子設備之間硬接線的通信方式，為邏輯節點間的通信提供了快速且高效的可靠的方法。實現了真正的P2P通信，任一電子設備與其他的電子設備通過以太網相連，可以為訂閱端接受數據，也可以為發布端其他的電子設備提供數據。

三、基于復向通信的饋線自動化通信系統方案設計思路

3.1基于復向通信的饋線自動化系統的簡介

基于復向通信的饋線自動化系統，以配電自動化智能終端為基點，其功能包括兩部分：基于相鄰通信的就地智能保護功能和基于主站通信的饋線自動化三遙功能。復向通信為智能終端所具有的相鄰通信和主站通信功能的總稱，其中相鄰的智能終端與智能終端之間的通信簡稱相鄰通信，智能終端與主站（子站）之間的通信簡稱為主站通信。

以智能終端為基礎的復向通信要求自動化系統配備環網通信系統。

3.2基于復向通信的饋線自動化通信系統的設計

3.2.1 饋線自動化的通信層次與饋線自動化整個系統結構和功能密切相關。

通信系統可采用分層結構——骨干層和接入層，通信節點為通信主站、通信子站和通信終端。整體通信結構，其具體設計如下：

（1）通信主站與通信子站之間的主干通信網。此通信層的信息數據量大，可靠性要求高，一般采用光纖通信方式，組成自愈環型結構。通過三層工業以太網交換機相連接。

（2）通信子站與饋線終端的通信。在配電網中終端的數量很大，針對基于復向通信的饋線自動化系統，單個或就近成組的配電終端不僅需要與上級主站或子站之間進行數據通信，也可以滿足終端之間的互通信，來實現系統的復向通信。這就需要采用光纖以太網交換機組成環網來實現這一要求。

3.2.2工業以太網的優勢

（1）工業級技術成熟。其技術成熟且產品多樣，組網方式豐富，可滿足各種現場要求。

（2）自愈能力強。采用自愈環網結構組網，自愈時間小于300ms，保證了通信系統的無中 斷運行。

（3）速率高。采用光纖以太網技術，能夠達到千兆速率，完全可以滿足終端設備對通信速率的要求。

四、以下圖饋線系統為例說明復向通信的工作過程

（1）正常運行時，饋線的各監控終端通過主站通信將終端信息傳至監控主站，同時接受主站對本終端和開關的操作指令，保障主站對系統運行的監測和控制。

（2）當地線路發生故障時，通過就地智能保護實現故障的快速隔離和快速恢復供電。

假設L3區段發生永久性故障時，FTU1、FTU2、FTU3均檢測到故障，檢測到故障的開關均向相鄰開關發送Goose信息，也接受相鄰開關的信息，因為FTU4沒有檢測到故障信息，FTU3判斷為故障在自己下方快速跳閘、開斷故障，因為FTU2和FTU3同時檢測到故障，FTU2判斷故障不在自己下方，自動按照后備保護跳閘延時工作，FTU1接受到FTU2的Goose報文同樣也可以按照后備保護延時工作，FTU3開斷故障后，FTU1和FTU2保護返回。

FTU4收到FTU3的Goose信息后，FTU4判斷為故障在自己上方也自動跳閘隔離故障區段。 此時故障區段已經被隔離。但是FTU4與FTU5之間的區段沒有恢復供電。此時由FTU4向FTU5發送Goose信息。

FTU5在接收這條Goose信息后，，沒有發現相鄰開關的故障信息，證明故障不在本開關兩側，自動延時合閘轉供，恢復FTU4與FTU5之間區段的供電。

（3）各終端的信息上傳到通信管理機，采用104規約接入配電主站。

五、總 結

隨著IEC61850通信協議在配電網中的廣泛應用和通信網絡技術的發展，光纖工業以太網已成為饋線自動化通信系統的核心通信技術。復向通信系統大大提高了配網的自動化程度，終端的互操作性提高了故障區域的自動化隔離及非故障區域的恢復供電的時間，提高供電可靠性。

參 考 文 獻

[1]余南華，陳云瑞.通信技術[M].中國電力出版社，2012.

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